一種強(qiáng)制再循環(huán)式蒸發(fā)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涉及制冷領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)制再循環(huán)式蒸發(fā)器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在工業(yè)制冷領(lǐng)域，由于工藝等原因經(jīng)常采用載冷劑間接冷卻的供冷方式，一般采用殼管式蒸發(fā)器作為制冷劑與載冷劑之間的換熱裝置，所以蒸發(fā)器的換熱效率直接決定整個(gè)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
[0003]常用的載冷劑為水、無(wú)機(jī)鹽水溶液、有機(jī)液或有機(jī)物的水溶液，工業(yè)制冷系統(tǒng)中載冷劑通常要求溫度在0°C以下，所以工業(yè)載冷劑常用氯化鈣、乙二醇、氯化鈉、堿水等水溶液。越是低溫，載冷劑的質(zhì)量濃度和運(yùn)動(dòng)粘度就越大，使得載冷劑流體雷諾數(shù)Re大幅下降，流動(dòng)阻力增加，并且流動(dòng)邊界層和熱邊界層增厚，使載冷劑單相流的換熱系數(shù)大幅度下降，從而使整個(gè)換熱器的傳熱效率大幅下降。
[0004]為了提高載冷劑的換熱效果，一般采取兩種辦法:一種是提高載冷劑流體的流速，即加大流量的辦法以增強(qiáng)換熱；另一種則是增大換熱器的換熱面積；前者必將加大流體的流動(dòng)阻力，增加了流體的驅(qū)動(dòng)設(shè)備即栗的功率消耗，后者是以增加設(shè)備制造的成本為代價(jià)用以彌補(bǔ)傳熱效率的下降，顯然這兩種方法都是非常不經(jīng)濟(jì)的。常見的殼管式蒸發(fā)器主要有干式蒸發(fā)器和滿液式蒸發(fā)器兩種。干式蒸發(fā)器制冷劑在換熱管內(nèi)蒸發(fā)并吸收熱量，載冷劑在換熱管外流動(dòng)并釋放熱量；滿液式蒸發(fā)器則相反，制冷劑在換熱管外蒸發(fā)并吸收熱量，載冷劑在換熱管內(nèi)流動(dòng)并釋放熱量。在低溫制冷系統(tǒng)里，從載冷劑側(cè)流動(dòng)及傳熱狀態(tài)分析，采用載冷劑在換熱管外換熱的干式蒸發(fā)器較合理，且蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑側(cè)回油也較滿液式的安全可靠。
[0005]但常規(guī)干式蒸發(fā)器在低溫工況使用時(shí)也存在一些問題，如干式蒸發(fā)器普遍采用弓形折流板，載冷劑在折流板間的不同位置其流動(dòng)狀態(tài)極為不均勻，并存在流動(dòng)死區(qū)，且折流板與殼體內(nèi)壁之間存在間隙，致使載冷劑流體旁通量較大，特別是高濃度、高粘度流體則尤為明顯，致使換熱器換熱效率大打折扣；還有常規(guī)制冷系統(tǒng)干式蒸發(fā)器入口處不完全是液態(tài)制冷劑，而是具有一定干度的氣液兩相流體，蒸發(fā)器內(nèi)存在分液不均的問題，隨著蒸發(fā)的不斷進(jìn)行，換熱管內(nèi)壁能夠浸潤(rùn)到液體制冷劑的面積占總換熱面積的比例會(huì)不斷縮小，換熱面積無(wú)法得到充分利用。滿液式蒸發(fā)器換熱管是完全浸在制冷劑液體里的，加之滿液式高效蒸發(fā)器管的應(yīng)用，使換熱管表面更容易產(chǎn)生氣化核心，管外制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)要高于干式蒸發(fā)器管內(nèi)制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)，所以常溫工況下制冷機(jī)組采用滿液式的蒸發(fā)器其傳熱溫差會(huì)比干式蒸發(fā)器明顯縮小，節(jié)能效果明顯；但在低溫工況下載冷劑在換熱管內(nèi)流動(dòng)，由于低溫流體的質(zhì)量濃度和運(yùn)動(dòng)粘度都較大，流動(dòng)邊界層和熱邊界層較厚，會(huì)嚴(yán)重影響載冷劑側(cè)的換熱系數(shù)，從而大大降低滿液式蒸發(fā)器的傳熱效果。
[0006]現(xiàn)在還有一種依靠重力循環(huán)的熱虹吸式蒸發(fā)器，其由換熱器和氣液分離循環(huán)桶組成，氣液分離循環(huán)桶位于換熱器的上部，循環(huán)動(dòng)力決定于他們之間的高度差，在某些場(chǎng)合換熱器和氣液分離循環(huán)桶的高度差很小，從而導(dǎo)致其循環(huán)動(dòng)力不足，大大降低了蒸發(fā)器的換熱效率。
[0007]綜上所述，不管是干式蒸發(fā)器、滿液式蒸發(fā)器還是重力循環(huán)的熱虹吸式蒸發(fā)器，如果通過提高流體流速或增加換熱面積來(lái)彌補(bǔ)載冷劑側(cè)或制冷劑側(cè)的傳熱衰減都是不經(jīng)濟(jì)的，所以如何提高低溫工況下蒸發(fā)器的傳熱效率，從而提升整個(gè)制冷系統(tǒng)能效并能實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源與資源的目的已經(jīng)成為一個(gè)技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明目的:本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種傳熱效率高的強(qiáng)制再循環(huán)式蒸發(fā)器。
[0009]技術(shù)方案:本發(fā)明所述強(qiáng)制再循環(huán)式蒸發(fā)器，包括換熱器，和設(shè)置在所述換熱器上方的氣液分離循環(huán)桶，所述換熱器與所述氣液分離循環(huán)桶的內(nèi)部空間通過上升循環(huán)管、下降循環(huán)管連通，所述上升循環(huán)管的下端與所述換熱器的制冷劑出口連接，上端與所述氣液分離循環(huán)桶上部的氣相空間連通；所述下降循環(huán)管的上端與所述氣液分離循環(huán)桶下部的液相空間連通，下端與設(shè)置在所述換熱器底部的循環(huán)栗進(jìn)口連通，所述循環(huán)栗的出口與所述換熱器的制冷劑進(jìn)口連通；所述下降循環(huán)管的下端還通過旁通閥與所述換熱器的制冷劑進(jìn)口直接連通。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選地技術(shù)方案為，所述氣液分離循環(huán)桶包括桶體，以及設(shè)置在所述桶體上部的制冷劑進(jìn)液口接管和制冷劑回氣口接管，所述桶體內(nèi)還設(shè)置有3個(gè)擋液板，其中第一擋液板和第二擋液板分別設(shè)置在所述制冷劑進(jìn)液口接管的兩側(cè)，將所述制冷劑進(jìn)液口接管與其兩側(cè)的空間隔開，第三擋液板設(shè)置所述制冷劑回氣口的下方，將所述制冷劑回氣口接管與位于所述第三擋液板下方的制冷劑液體隔開。設(shè)置第一擋液板和第二擋液板是為了擋住流體中攜帶的液體，避免向上部的氣相空間飛濺，以實(shí)現(xiàn)氣液分離的作用；設(shè)置第三擋液板的作用是為了防止回氣時(shí)將的液體制冷劑帶走。
[0011]優(yōu)選地，所述第一擋液板、第二擋液板的上部靠近所述桶體內(nèi)壁頂部的位置設(shè)置有通氣孔；所述第三擋液板的縱向長(zhǎng)度為所述制冷劑回氣口接管直徑的2~4倍，表面至桶體內(nèi)壁頂部的距離至少為所述制冷劑回氣口接管直徑的I倍。
[0012]優(yōu)選地，所述氣液分離循環(huán)桶的外部還設(shè)置有液位控制裝置，用于監(jiān)控所述氣液分離循環(huán)桶內(nèi)的液位高度。
[0013]進(jìn)一步地限定，所述氣液分離循環(huán)桶的上部設(shè)置有與其內(nèi)部氣相空間連通的氣相連接管，下部設(shè)置有與其內(nèi)部液相空間連通的液相連接管，所述氣相連接管和液相連接管分別與所述液位控制裝置連接。
[0014]優(yōu)選地，所述氣液分離循環(huán)桶上設(shè)置有至少兩個(gè)回油管。
[0015]進(jìn)一步地限定，所述氣液分離循環(huán)桶的中間偏下位置設(shè)置有三個(gè)不同高度的回油管。由于液體制冷劑里溶有一定量的冷凍油，通過回油管引出一部分制冷劑與冷凍油的混合液體回到壓縮機(jī)的吸氣端，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)的回油，使蒸發(fā)器內(nèi)的存油量保持在較低濃度，減小因冷凍油濃度較高對(duì)換熱的不利影響。
[0016]優(yōu)選地，所述換熱器包括殼體，設(shè)置在所述殼體兩端的第一管板、第二管板，以及密封在所述第一管板、第二管板側(cè)面的第一端蓋和第二端蓋，其中第一端蓋的內(nèi)部空間為換熱器的制冷劑進(jìn)口，第二端蓋的內(nèi)部空間為換熱器的制冷劑出口 ；所述第一管板與所述第二管板之間連接有若干根換熱管，所述換熱管連通所述第一端蓋和第二端蓋的內(nèi)部空間。
[0017]優(yōu)選地，所述換熱器的殼體內(nèi)還設(shè)置有折流板，所述折流板為連續(xù)螺旋狀導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，且外圍圓周上設(shè)置有裙邊，所述折流板上開有與所述換熱管相對(duì)應(yīng)管孔，所述換熱管穿過所述管孔，將所述折流板定位在其周邊，對(duì)流經(jīng)其外部的載冷劑液體導(dǎo)流；所述折流板上還開設(shè)有拉桿孔，所述第一管板上開設(shè)有與所述拉桿孔相對(duì)應(yīng)的盲孔，拉桿穿過所述拉桿孔將所述折流板連接成一整體組件，并固定在所述第一管板上。
[0018]優(yōu)選地，所述換熱器殼體內(nèi)的換熱管整體排布呈四象限均布狀，任意一根換熱管與相鄰的非同層兩根換熱管之間呈正三角形排布。
[0019]本發(fā)明的具體工作過程為:在制冷系統(tǒng)中經(jīng)過節(jié)流的制冷劑液體并伴有一定氣體從氣液分離循環(huán)桶上部的制冷劑進(jìn)液口接管進(jìn)入到氣液分離循環(huán)桶中，在氣液分離循環(huán)桶內(nèi)部空間的分離作用下，氣體存在于氣液分離循環(huán)桶上部的氣相空間內(nèi)，制冷劑液體存于氣液分離循環(huán)桶下部的液相空間內(nèi)，并維持一定液位，制冷劑液體經(jīng)過下降循環(huán)管進(jìn)入到換熱器的制冷劑進(jìn)口(即第一端蓋)內(nèi)，再進(jìn)入到換熱管內(nèi)，并與換熱管外流動(dòng)的載冷劑進(jìn)行熱交換，管內(nèi)的制冷劑液體不斷蒸發(fā)為氣體并吸熱，管外的載冷劑放熱被冷卻降溫，制冷劑經(jīng)過換熱管后變?yōu)闅庖夯旌蠣顟B(tài)的制冷劑，并進(jìn)入到制冷劑出口(即第二端蓋)內(nèi)，再通過上升循環(huán)管回到氣液分離循環(huán)桶內(nèi)，已經(jīng)蒸發(fā)成氣態(tài)的制冷劑從制冷劑回氣口接管流出，未蒸發(fā)的制冷劑液體與不斷從制冷劑進(jìn)液口接管進(jìn)入的液體制冷劑繼續(xù)向換熱器內(nèi)供給，不斷循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的制冷循環(huán)。
[0020]當(dāng)制冷負(fù)荷較低時(shí)可以關(guān)閉循環(huán)栗并打開旁通閥，讓蒸發(fā)器處于重力循環(huán)狀態(tài)；當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)或因安裝空間有限導(dǎo)致氣液分離循環(huán)桶與換熱器之間高度差較小時(shí)可以開啟循環(huán)栗并關(guān)閉旁通閥，從而讓蒸發(fā)器處于強(qiáng)制循環(huán)狀態(tài)。
[0021]重力循環(huán)狀態(tài)的作用原理為熱虹吸原理:節(jié)流后的制冷劑進(jìn)入氣液分離循環(huán)桶內(nèi)，在其內(nèi)保持一定的靜液柱壓力，憑借重力向換熱器供液，液態(tài)制冷劑在換熱器中吸熱，部分氣化使換熱器兩端進(jìn)出口液體產(chǎn)生密度差(位能差)，此壓差產(chǎn)生的動(dòng)力使制冷劑在氣液分離循環(huán)桶和換熱器之間實(shí)現(xiàn)迀移，從而實(shí)現(xiàn)由相變引起密度改變的自循環(huán)過程。
[0022]當(dāng)重力循環(huán)動(dòng)力不足時(shí)，通過循環(huán)栗的驅(qū)動(dòng)使換熱管內(nèi)制冷劑的質(zhì)量流率和循環(huán)倍率提高，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)狀態(tài)，大大提高了蒸發(fā)器的換熱效率。
[0023]有益效果:(1)本發(fā)明兼具了重力循環(huán)式蒸發(fā)器的特點(diǎn)，又解決了在某些場(chǎng)合重力循環(huán)動(dòng)力不足的問題，較傳統(tǒng)形式的蒸發(fā)器，縮小了傳熱溫差，其換熱效率明顯提升，在沒有增加換熱管數(shù)量的前提下實(shí)現(xiàn)了換熱效率的提高，從而使制冷機(jī)組運(yùn)行的能效比得到提高，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的；亦可實(shí)現(xiàn)保持原有能效水平不變的條件下減少換熱管的使用量，從而實(shí)現(xiàn)降成本的目的，特別適用于低溫制冷場(chǎng)合；
(2)本發(fā)明的換熱器中折流板為螺旋狀導(dǎo)流裝置，在螺旋折流板的導(dǎo)引下?lián)Q熱管外的載冷劑流體呈螺旋狀流動(dòng)，各處流速與流動(dòng)狀態(tài)均勻；并且在折流板的外圍圓周設(shè)有裙邊，可防止載冷劑在殼程的旁通，使載冷劑的流動(dòng)阻力和旁通量大大減小，有利于載冷劑流速的提高，從而提高載冷劑側(cè)的換熱系數(shù)，特別適用于質(zhì)量濃度和運(yùn)動(dòng)粘度較大的低溫液體；
(3)采用本發(fā)明蒸發(fā)器，其內(nèi)制冷劑液體在管程與換熱管壁面的接觸面積比率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干式蒸發(fā)器，與滿液式相當(dāng)，換熱管內(nèi)制冷劑的質(zhì)量流率和循環(huán)倍率高于其他形式的蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)明顯提高。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明所述強(qiáng)制再循環(huán)式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的A向側(cè)視圖；
圖3為圖1的B向側(cè)視圖；
圖4為本發(fā)明所述換熱器的管板布孔圖；
其中1-第一端蓋、2-第一螺栓、3-第一端蓋法蘭、4-第一密封墊、5-第一管板、6-載冷劑進(jìn)口法蘭、7-載冷劑進(jìn)口接管、8-殼體