[发明专利]热交换器

说明书

一种用于蒸汽压缩系统的热交换器(1、201、201’、301、401、501、501’、601、601’、701、801、801’、901、901’、1001、1101)包括壳体(10)、分配部件(20)、管束(30、230、330、430、530、630、730)以及槽部件(40、40’、240、240’、340、440)，该分配部件设置在壳体(10)内部以分配制冷剂。管束(30、230、330、430、530、630、730)包括多个热传递管(31)，这些热传递管设置在位于分配部件(20)下方的壳体(10)内部。管束(30、230、330、430、530、630、730)包括降膜区域(FF)、积聚区域(A)以及满液区域(FL)，该降膜区域设置在分配部件(20)下方，该满液区域设置在降膜区域(FF)下方，而该满液区域(FL)在壳体(10)的底部设置在积聚区域(A)下方。槽部件(40、40’、240、240’、340、440)在积聚区域(A)中的至少一个热传递管(31)下方延伸以将制冷剂积聚在其中。当沿着垂直于壳体(10)的纵向中心轴线(C)的水平方向观察时，槽部件(40、40’、240、240’、340、440)至少部分地在积聚区域中与至少一个热传递管(31)交迭。

技术领域

本发明总地涉及一种适合于用在蒸汽压缩系统中的热交换器。更具体地，本发明涉及一种具有管束的热交换器，其中上述管束具有降膜区域、积聚区域以及满液区域。

背景技术

蒸汽压缩制冷已经是用于进行大型建筑等的空气调节的最常用的方法。传统的蒸汽压缩制冷系统典型地设有蒸发器，该蒸发器是在从穿过该蒸发器的待冷却的液体中吸收热量的同时允许制冷剂从液体蒸发为蒸汽的热交换器。一种类型的蒸发器包括管束，该管束具有多个水平延伸的热传递管，待冷却的液体穿过这些水平延伸的热传递管进行循环，并且上述管束容纳在圆柱形壳体内部。存在用于使制冷剂在此种类型的蒸发器中蒸发的若干已知方法。在满液式蒸发器中，壳体充满液体制冷剂并且热传递管浸在液体制冷剂的池中，以使得液体制冷剂沸腾和/或蒸发为蒸汽。在降膜蒸发器中，液体制冷剂从上方沉积到热传递管的外表面上，以使得液体制冷剂的层或薄膜沿着热传递管的外表面形成。来自热传递管的壁的热量经由对流和/或传导通过液体膜传递至蒸汽-液体界面，在上述蒸汽-液体界面处，一部分液体制冷剂蒸发，由此热量被从在热传递管内部流动的水去除。没有蒸发的液体制冷剂在重力下从位于上方位置的热传递管垂直地朝向位于下方位置的热传递管下降。还存在混合降膜蒸发器，其中，液体制冷剂沉积在管束中的一些热传递管的外表面上，而管束中的其它热传递管被浸到已收集在壳体的底部处的液体制冷剂中。

虽然满液式蒸发器具有高的热传递性能，但满液式蒸发器需要相当大量的制冷剂，因为热传递管浸在液体制冷剂的池中。随着具有低得多的全球变暖潜在性的新型且高成本的制冷剂的最新发展(例如R1234ze或R1234yf)，理想的是减少蒸发器中的制冷剂充料。降膜蒸发器的主要优点是能在确保良好的热传递性能的同时减少制冷剂充料。因此，降膜蒸发器具有很大的潜力来替换大型制冷系统中的满液式蒸发器。

美国专利No.5,839,294披露了一种混合降膜蒸发器，该混合降膜蒸发器具有以满液模式操作的部段和以降膜模式操作的部段。更具体地，在该公开中披露的蒸发器包括外壳，管束中的多个水平热传递管穿过该外壳。分配系统设置成与管束中的最上层的热传递管交迭的关系，以使得进入壳体中的制冷剂被分配到管的顶部上。液体制冷剂形成沿着每个热传递管的外壁的膜，在每个热传递管的外壁的膜处，一部分液体制冷剂蒸发成为蒸汽制冷剂。剩余的液体制冷剂收集在壳体的下部中。在稳态操作中，外壳内的液体制冷剂的液位维持在某一液位，以使得在壳体下端附近的至少25％的水平热传递管浸在液体制冷剂中。因此，在该公开中，蒸发器利用壳体的下方部段中以满液热交换模式操作的热传递管进行操作，而没有浸在液体制冷剂中的热传递管则以降膜热传递模式进行操作。