本發(fā)明涉及熱交換器，更具體地，涉及蒸發(fā)器。這種蒸發(fā)器可以是所謂的“滿液”型或所謂的“降膜”(混合的，即還是滿液的，和純的)型。

本發(fā)明的交換器特別適合于在空調(diào)工業(yè)工廠中使用。

背景技術(shù)：

第一種非常普遍用于工業(yè)用途類型的熱交換器是所謂的“滿液”蒸發(fā)器。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知地，這種類型的交換器設(shè)置了充當(dāng)外殼的裙部，在該裙部內(nèi)側(cè)容置有一個或多個管束，其中第一工作流體(特別地是所謂的“熱”流體)流動。然后，在裙部內(nèi)側(cè)，在自由表面上，供給所謂的“冷”第二工作流體，即制冷流體。后者拍打管束，為的是與第一流體熱交換，它減少第一流體的熱量并且通過朝向位于頂部上的蒸氣抽吸孔口流動而蒸發(fā)。

第二流體在與第一流體熱交換的最后階段并因此在交換器的裙部的頂部處應(yīng)產(chǎn)生完全蒸發(fā)。然而，通常遇到的缺點(diǎn)是在第二工作流體中殘存液體顆粒，其可以損壞交換器以下的部件或不是在其標(biāo)定工況下確定操作。

為了避免或限制所述缺點(diǎn)，使得裙部內(nèi)側(cè)的制冷劑的自由表面的延伸很寬。這通過賦予裙部極力加寬的(特別是水平細(xì)長的)形狀而得到。裙部的延伸在水平方向是極廣布的，水平方向正交于裙部本身內(nèi)側(cè)的第二流體的流動方向并且平行于管道(第一“熱”工作流體在其內(nèi)側(cè)流動)的延伸方向。特別地，裙部在水平平面上的截面面積相對于包封由第一工作流體所涉及的管束的豎直截面中的一個是非常廣的，兩個面積之間的關(guān)系高于2.5。

仍然為了消除所述缺點(diǎn)，自由表面相對于裙部的頂部保持相當(dāng)“低”，其中蒸氣抽吸孔口位于裙部的頂部。以此方式，從自由表面朝向抽吸孔口的蒸汽的“上升”速度非常低，因此限制了液滴在上升期間的拖拽。

然而，交換器的所述加寬的形狀通常使得它非常龐大。此外，自由表面的巨大的橫向延伸涉及致冷劑流體的巨大的消耗，如所公知地，制冷劑流體具有非常高的成本以及重大的環(huán)境影響。

此外，仍然為了避免上述缺點(diǎn)，用于過熱第二工作流體的輔助單元，或用于過濾所拖拽的液滴的系統(tǒng)，甚至是使得相對于第二工作流體的流動，制冷劑液滴難以向下通過主管束的系統(tǒng)。盡管這些權(quán)宜之舉涉及整體尺寸增加，當(dāng)然，涉及成本增加。

另一種非常普遍用于工業(yè)用途類型的熱交換器是所謂的“降膜”蒸發(fā)器。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知地，“降膜”型蒸發(fā)器也提供了充當(dāng)外殼的裙部，在該裙部內(nèi)側(cè)容置有一個或多個管束，第一工作流體(特別地是所謂的“熱”流體)在其中流動。在“純”型的降膜配置中，第二所謂的“冷”工作流體-也就是制冷流體-僅通過具有噴嘴的分配系統(tǒng)供給到裙部內(nèi)側(cè)，噴嘴優(yōu)選地位于上述管束之上。以此方式，通過與主流體交換熱量并且通過局部蒸發(fā)，一到分配系統(tǒng)的下方，這種第二流體的液相沉積在成排的管的外表面上。剩余的液體部分由于重力“掉落”到成排的下管的上，通過有效地均勻地分配在其上，通過形成液體“膜”并由此通過觸發(fā)具有高的熱交換效率的蒸發(fā)過程。

在以混合降膜型的蒸發(fā)器類型中，通過實(shí)際上像“滿液”蒸發(fā)器類型一樣操作，布置在裙部的下部的管束的管道部分完全浸泡在液體制冷劑中，而管束的上部分像剛才描述的純型的“降膜”蒸發(fā)器一樣操作。

即使在此第二類型的蒸發(fā)器中，第二流體在與第一流體熱交換的最后階段，并因此在交換器的裙部的頂部處應(yīng)產(chǎn)生完全蒸發(fā)。然而，即使在這種情況下，在第二工作流體中液體顆粒殘存，其可以損壞交換器以下的部件或不是在其標(biāo)定工況下確定操作。在本文所考慮的蒸發(fā)器類型中，這個缺點(diǎn)尤其難以避免，因?yàn)閺姆峙湎到y(tǒng)出來的制冷劑相對于由管道上的制冷劑的蒸發(fā)產(chǎn)生的并且指向交換器的抽吸孔口的上升的蒸汽的質(zhì)量是逆流。這些相對的流的質(zhì)量流大致相等，并且典型地等于蒸發(fā)器所從屬的制冷機(jī)的標(biāo)定速率。

為了消除這種缺點(diǎn)，在使用中，第一解決方案由位于制冷劑回路上的液體/蒸汽分離器、向下的節(jié)流閥、向上的供給蒸發(fā)器的分配系統(tǒng)中的制冷劑入口/再循環(huán)組成。分離的蒸汽在壓縮機(jī)的抽吸管線上輸送或它不與蒸發(fā)器的管束接觸，而累積的液體被帶去由分配系統(tǒng)的裝置供給蒸發(fā)器。以此方式，得到流入蒸發(fā)器的制冷劑的較小的質(zhì)量流，因此較少的拖拽問題以及在下排的管束上液體隨之更好地均勻分配，因?yàn)槠渫ㄟ^重力的分配較少受到上升的蒸汽流的干擾。

第二種采用的解決方案是使用管束的所謂的“成直線”配置，其中，管道被水平成排并且豎直對準(zhǔn)地布置。以此方式，由于重力掉落的過量的液體在其下發(fā)現(xiàn)對準(zhǔn)的完整的管柱，同時，上升的蒸汽發(fā)現(xiàn)等于兩個相鄰的管柱之間的距離的“優(yōu)選的路線”的延伸通道。以這種方式，減小了液體拖拽效應(yīng)以及后者在管道上的分配效應(yīng)。然而，在較上排的管道(即分配器附近，其中，相對的質(zhì)量流高)處，液體拖拽問題沒有以令人滿意的方式解決。

另一個采用的解決方案是使用包裹在管束的頂部和側(cè)部上的罩，并防止所產(chǎn)生的蒸汽相對于由于重力掉落在成排的管道上的液體制冷劑逆向流動。特別地，在這種解決方案中，分配器通常位于罩內(nèi)側(cè)-在管束的頂部上-并且配置為使得所分配的液體和所產(chǎn)生的蒸汽都沿相同的方向上跟隨，從頂部至底部，只要蒸汽通過適當(dāng)?shù)膫?cè)開口從罩出來，并且它可以通過適當(dāng)?shù)某虺槲卓谏仙耐ǖ佬羞M(jìn)。在這種配置中，通常留下管束的下部分，以操作為完全浸泡在液體制冷劑中，以便接收在上部管道上沒有蒸發(fā)的液體并使得上部管道上沒有蒸發(fā)的液體蒸發(fā)。然而，此方案還涉及有關(guān)體積的增加。

簡而言之，目前所考慮的已知的蒸發(fā)器在制冷劑側(cè)上要求龐大的體積，由于裙部在水平面上的延展，具有龐大的整體平面尺寸，并且通常它們需要附加部件來解決液體拖拽到蒸發(fā)的制冷劑的抽吸孔口的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

于是本發(fā)明擺出和解決的技術(shù)問題是提供允許消除參考現(xiàn)有技術(shù)提及的缺點(diǎn)的熱交換器。

這種問題通過根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器解決。

本發(fā)明的優(yōu)選特征是從屬權(quán)利要求的主題。

本發(fā)明的熱交換器整體尺寸減小，特別是在制冷劑側(cè)上。此外，其大幅度地降低了將液體拖拽至蒸發(fā)的制冷劑的抽吸孔口的問題，而不需要附加部件。

特別地，在實(shí)施方式中，其中交換器像滿液蒸發(fā)器一樣工作，面向蒸汽抽吸孔口的自由表面非常小，因此，裙部內(nèi)側(cè)的氣體/蒸汽朝向抽吸孔口(出口)的流動速度非常快。以此方式，由于如此高的上升速度，第二工作流體以推擠的方式向上拖拽液體制冷劑，使得后者潤濕沿著路徑橫臥的主管束的管道，然后充當(dāng)剩余管束的供給器。從這個意義上來說，本發(fā)明的交換器以相對于已知的交換器相反的方式作用，其中如上所述地，采用特定的權(quán)益之舉來防止或限制這種拖拽。

以此方式，液體制冷劑的消耗急劇減少，制冷功率相等，于是相關(guān)的成本和潛在的環(huán)境影響減少。甚至在主管束以下插入輔助過熱單元或適合于解決制冷劑液滴抽吸問題的其他附加部件也變得不重要。

在優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)“降膜”配置，第二工作流體的噴灑或噴射遞送裝置設(shè)置在裙部內(nèi)側(cè)。這允許所要求的制冷劑的量進(jìn)一步降低，功率相等。

這種遞送裝置可以設(shè)置為分成兩組或多組操作，每組將制冷劑分配在管束的中間水平處。

這種組可以全部由相同的制冷劑供給管線供給，或進(jìn)一步分組成副組，每個副組由特定的制冷劑供給管線單獨(dú)供給。這種管線的質(zhì)量流可以基于特定的參數(shù)調(diào)節(jié)，特定的參數(shù)諸如例如裙部中的制冷劑液體的自由表面的水平、從蒸發(fā)器出來的蒸汽的過熱值、壓力值或其他。

根據(jù)實(shí)施方式的變型，遞送裝置可以與形成基本自由表面的制冷劑的特定供給結(jié)合地設(shè)置，即在“傳統(tǒng)”類型的滿液交換器的情況下-或沒有后者的情況下。在純的“降膜”方案的情況下，即在非滿液交換器中，通常獲得液體制冷劑的上述向上的推擠拖拽效應(yīng)。

于是，功率相等的本發(fā)明的交換器結(jié)果具有傳統(tǒng)類型的滿液蒸發(fā)器和“降膜”蒸發(fā)器二者的減小的整體尺寸，“降膜”蒸發(fā)器為混合型或純型。

本發(fā)明的另一個重要的優(yōu)點(diǎn)是通過使用極少量的制冷劑流體獲得非常高的熱交換效率。

本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)、特征以及使用模式從一些實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述顯而易見，實(shí)施方式通過實(shí)施例示出并且不用于限制目的。

附圖說明

將參考附圖中的圖，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器的主視、局部剖視圖；

圖2示出圖1的交換器的根據(jù)上圖的軸線A-A所截的縱向截面視圖；

圖3示出圖1的交換器的立體視圖；

圖3A示出圖1的交換器的側(cè)面表示的示意圖，對應(yīng)于圖2的縱向截面以及圖3的平面xz，示出交換器的主管束的縱向包封面積；

圖3B示出圖1的交換器的以水平截面表示的示意圖，對應(yīng)于圖3的平面xy并且示出接收主管束的交換器的內(nèi)腔的整體橫跨面積；

圖3C示出圖3B的相同的示意圖，通過突出主管束的管道沒有涉及的剩余面積。

具體實(shí)施方式

首先通過參考圖1和3，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器整體用100指代。在本實(shí)施例中，熱交換器100是蒸發(fā)器，特別是所謂的滿液型。

熱交換器100包括充當(dāng)外殼的裙部1。裙部1具有在圖1中用l指代的廣布的延展尺寸，該廣布的延展尺寸被稱為縱向。特別地，這種廣布的延展尺寸對應(yīng)于方向L，在使用中，方向L結(jié)果是豎直或基本豎直的。在本實(shí)施例中，這也是裙部1本身的縱向軸線A的方向。還是在本實(shí)施例中，裙部1具有平行六面體狀或大致平行六面體狀的幾何形狀。

至少主管束10容納在裙部1的內(nèi)側(cè)，在主管束中，第一工作流體流動，特別地是所謂的待冷卻的“熱”流體。這種第一工作流體借助于入口3供給到主管束10內(nèi)側(cè)，并且它通過相對于入口3布置在裙部1的相同部分中的出口2從其出來(或反之亦然)。入口3和出口2可以以本身已知類型的連接器或噴嘴的形式。在本實(shí)施方式中，第一工作流體是水。申請的變型可以用抗凍劑或其他流體/添加劑(包括在單相和雙相狀態(tài)下的制冷流體)提供水的用途。

主管束10的管道按照蜿蜒狀的路徑橫跨裙部1內(nèi)側(cè)的空間，具有至少一條去路和至少一條回路。特別地，在本實(shí)施例中設(shè)置了多條去路和多條回路。

管道由雙側(cè)地布置在裙部1上(特別是在裙部本身的相對的側(cè)壁處)的兩個管板5支撐。這種管板5可以例如借助于焊接或借助于緊固到裙部本身的螺釘永久地束縛到裙部1，或者與裙部熔融于一起而實(shí)現(xiàn)。

主管束10的管道可具有在他們之間不同的交錯的尺寸，特別是直徑。

在裙部1的相對于與入口3和出口2相關(guān)聯(lián)的一個的相對的壁處，即使設(shè)置了收集器或封閉的底部6，也將各自的管板5布置在外側(cè)并且束縛至其。收集器6收集來自主管束10的蜿蜒狀路徑的上部分的水或其它主流體并且將其供給給主管束10的蜿蜒狀路徑的下部分。

類似的封閉底部或頭部7設(shè)置在接收入口3和出口2的裙部1的壁處，即使在這種情況下，也將各自的管板5布置在外側(cè)并束縛至其。

然后，裙部1的內(nèi)側(cè)，通過無關(guān)緊要地布置在四個壁的任一個上(特別是出口2以下)的附加側(cè)入口8供給第二“冷”工作流體，即制冷流體。這種第二流體可以以液體、蒸汽或混合的形式引入。典型地，這種流體是氟利昂。本身已知類型的頭部或封閉底部80可以關(guān)聯(lián)至制冷流體的入口8。

第二工作流體借助于本身已知類型的分配器9分配在裙部內(nèi)側(cè)，并且它部分地淹沒裙部1。為了在使用中與第一工作流體熱交換的目的，第二流體僅淹沒主管束10的一部分。然而，主管束的剩余部分通過由上升的蒸汽拖拽的液體供給，(上升的蒸汽確實(shí)是無形形狀下的第二工作流體)。然后，這種蒸汽在合適的出口/抽吸孔口11中被抽取。在本實(shí)施例中，出口/抽吸孔口11被關(guān)聯(lián)到氣體輸送器或向上漸縮(優(yōu)選地以截頭圓錐形狀)的“帽件”12。

于是，這里所考慮的交換器100是所謂的“單回路”(裙部側(cè))型或“多級”(管內(nèi)側(cè))型。在實(shí)施方式的變型中，提供一個單“級”，第一流體的入口和出口在相對側(cè)上。一般來說，在“奇數(shù)”級的情況下，入口和出口在裙部的相對側(cè)上，而在“偶數(shù)”級的情況下，入口和出口在同一側(cè)上。

在裙部側(cè)上幾個回路的情況下，有必要保持幾個交換器“串聯(lián)”(其中水側(cè)，通常第一工作流體側(cè)共用)。

在上述的變型中，還提供通過本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解的部件的布置的其他修改。

***

此時，可以更好地了解的是，交換器100的整個配置使得裙部1的廣布的延展尺寸(即指代為縱向并且對應(yīng)于裙部本身的軸線A的方向L)還是裙部1內(nèi)側(cè)的第二工作流體根據(jù)其流動的方向。這種方向(在目前所描述的布置中，對應(yīng)于豎直方向)大致正交于主管束10的管道的延展方向。這種配置允許獲得朝向抽吸孔口11的自由表面以及與已知技術(shù)相比的減小的尺寸，并且因此獲得朝向抽吸孔口本身的高的流動速度。如以上已經(jīng)圖示地，以此方式，第二工作流體以推擠的方式向上拖拽液體制冷劑，通過使得后者浸泡沿著路徑躺臥的主管束10的管道，并且由此充當(dāng)剩余管束本身的“供給器”。如下文將更詳細(xì)地圖示地，通過配置裙部可以獲得類比結(jié)果，使得可以比較它的三個尺寸，即本文指代為縱向/豎直的一個尺寸以及在正交于其的橫向/水平平面上的兩個尺寸。進(jìn)一步地獲得令人滿意的結(jié)果以及裙部的縱向截面和橫向截面的面積之間的關(guān)系，如下文解釋地。

如已經(jīng)所提到地，在熱交換期間產(chǎn)生的第二工作流體的蒸汽的速度是確定的參數(shù)，使得獲得液體從自由表面至上管道的表面的有效拖拽。這種蒸汽上升速度主要取決于所使用的管道的類型和尺寸，取決于沿縱向L和橫向方向二者的相鄰的管道之間的相對距離，取決于主流體和第二流體的類型，以及取決于其工作狀況。通過主要考慮涉及管道技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)以及在空調(diào)工業(yè)工廠中蒸發(fā)器的使用的其他上述量的設(shè)定，下文提供一些優(yōu)選的幾何參數(shù)，以獲得最佳的拖拽速度，以提高依據(jù)本發(fā)明的熱交換的效率。

通過參考圖3-3C，參考圖3中表示的軸線xyz以及參考圖3A、3B和3C中分別示出的面積A、B和C，限定：

軸線z-沿裙部1的縱向方向L、A的軸線，其是蒸汽上升的方向，正交于管束10的管道的延伸平面(xy)的方向，以及在目前所考慮的交換器100中，裙部1的廣布的延伸方向；

軸線x-沿裙部1的橫向方向的軸線(正交于裙部1的縱向方向L、A)，并且正交于管束10的管道的廣布的延伸方向；

軸線y-沿裙部1的橫跨方向的軸線(正交于裙部1的縱向方向L、A)，并且平行于管束10的管道的廣布的延伸方向；

面積A-在平面xz上，交換器的主管束的縱向包圍面積，如圖3A所示；

面積B-在平面xy上，接收主管束的交換器的內(nèi)腔的整體橫跨面積，如圖3B所示；在這種腔室的按照軸線x的延伸不是恒定的情況下，面積取裙部沿著軸線x的最大尺寸；

面積C-包括在面積B中并且不包括管束的管道的累贅面積的剩余面積，即用于第二工作流體的蒸汽通過的實(shí)際自由面積，如圖3C中所示。

根據(jù)本發(fā)明：

A/B>0.4-0.45，優(yōu)選地A/B>0.6，

并且C/B<0.3。

在以上所描述的實(shí)施方式中，A/B>0.8并且C/B<0.3。

***

在本實(shí)施方式中，還設(shè)置了整個用101指代的第二工作流體的輔助過熱單元，并且第二工作流體的輔助過熱單元插在主管束10和輸送器12之間。

輔助單元101包括輔助管束102，在使用中，輔助管束102被輔助工作流體穿過，在本文所描述的申請中輔助工作流體為所謂的“熱”流體，例如來自冷凝工廠的液體制冷劑。輔助管束102也具有蜿蜒狀路徑，具有至少一條去路和至少一條回路，其長度由布置在裙部1的相對的側(cè)壁處的各自的入口管板103和各自的底部管板104之間的距離限定。

于是，輔助單元101設(shè)置了入口106和出口105，入口106和出口105并排位于裙部1的相同的側(cè)壁處，依次以本身已知的連接器或噴嘴的形狀，并且關(guān)聯(lián)至收集器或頭部107。在相對于頭部的相對的一側(cè)上，設(shè)置了通過墊片密封的收集器或封閉的底部108，這對于使得輔助流體在回路之后返回輔助管束102的管道的內(nèi)側(cè)是必須的。

在另一種可能的配置中，這種輔助單元可以用定位在相對側(cè)上的入口和出口實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)側(cè)的輔助流體的奇數(shù)數(shù)量的通道。

以此方式，第二工作流體(在本申請中，第二工作流體在已經(jīng)拍打主管束10之后以濕潤的制冷劑氣體的形式上升)在其朝向出口11的路徑中拍打輔助管束102，后者內(nèi)側(cè)的熱的液體冷卻(過冷)，濕潤的第二氣體相對于與主管束10的熱交換進(jìn)一步加熱。這通過保證氣體本身中完全或幾乎完全沒有液滴而允許布置在交換器100下方的壓縮機(jī)抽吸“干燥”并且過熱的氣體。

同時，輔助工作流體(典型地在液體狀態(tài)下)導(dǎo)致過冷并且其從出口105出來。

這種排出輔助流體可以通過入口8重新插入熱交換中，通過以“冷”的第二工作流體的形式進(jìn)入主管束10下方。一般來說，在回路中，流體的這種重新插入發(fā)生，其中膨脹/調(diào)節(jié)閥的介入保持裙部1內(nèi)側(cè)的液體期望的水平。

上述輔助單元甚至還可以借助于帶凸緣的電池(或更一般地說，借助于任何熱交換裝置)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)WO2012/077143中包含的教導(dǎo)，上述輔助單元甚至可以作為可抽出的單元實(shí)現(xiàn)，即在使用中根據(jù)特定的操作需要可以插入主交換器中的單元。

如圖2中更好地可見，在本實(shí)施方式中，交換器100包括在裙部1內(nèi)側(cè)的第二工作流體的偶數(shù)個噴灑或噴射遞送裝置，優(yōu)選地適合于以大致霧狀的形式遞送工作流體。

遞送裝置包括多個管道111，多個管道111以相對于裙部本身的縱向方向A多個水平地橫跨裙部1。在管道111上，獲得噴嘴或注射器113。

遞送裝置的管道可以設(shè)置為分成兩組或更多組操作，每組在管束的中間水平處分配制冷劑。組可以全部由相同的制冷劑供給管線供給，或進(jìn)一步分成子組，每個子組由特定的管線供給。在本實(shí)施例中，遞送管道111的每個管道或組由各自的入口115供給。

每個供給管線的質(zhì)量流由特定的參數(shù)調(diào)節(jié)，諸如例如裙部中的制冷劑液體的自由表面的水平、逸出蒸發(fā)器的蒸汽的過熱值、壓力值和/或其他。

遞送管道111可以平行于主管束10的管道的延伸方向地延伸，或如圖2中所示，正交于后者地延伸。

如已經(jīng)圖示地，遞送裝置的存在允許減少更多的交換器100所需要的制冷劑量。此外，通過與裙部1的廣布的延伸方向相比(或與第二流體的上升的方向相比)的不同的注射水平并且通過將高壓制冷劑穿過具有減少的尺寸的槽/孔(或通常來講噴嘴)遞送，逸出的制冷劑為霧，其可以更容易地從以高速度上升的蒸汽流輸送，因此以更有效率的方式輸送。

以上描述的遞送裝置可以設(shè)置為唯一供給元件，即不與單獨(dú)的供給(8)結(jié)合，這在“純降膜”和混合配置(即管道的一部分被制冷劑所淹沒)中都可以實(shí)現(xiàn)。

目前，已經(jīng)通過參考優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明。這意味著可以存在屬于相同的發(fā)明核心的其他實(shí)施方式，如由下文所記載的權(quán)利要求的保護(hù)范圍所限定的。