CN107490215A - 用于满液式蒸发器的喷射结构及满液式蒸发器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于满液式蒸发器的喷射结构及满液式蒸发器，所述满液式蒸发器包括壳体，在所述壳体内设置有换热管，还包括冷媒入口和冷媒出口，所述冷媒出口设置在所述壳体上，所述喷射结构包括冷媒流通管，所述冷媒入口设置在所述冷媒流通管上，用于向所述冷媒流通管内输入液态冷媒，所述冷媒流通管包括喷射部，所述喷射部用于将液态冷媒喷射到所述壳体内部。从而能够破坏在换热管表面蒸发时形成的液膜及气泡，减少了传热热阻，从而强化了冷媒在换热管侧的换热，且也使得分离后分层的冷冻油与冷媒混合，利于冷冻油吸回压缩机。

Description

用于满液式蒸发器的喷射结构及满液式蒸发器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种用于满液式蒸发器的喷射结构及满液式蒸发器。

背景技术

当前在空调冷水机组制造行业内用满液式蒸发器替代干式蒸发器似乎正成为一种趋势,相对于干式蒸发器，满液式蒸发器因蒸发管表面为液体润湿，故表面传热系数高。然而满液式蒸发器存在静液柱及随着蒸发温度低的情况下冷媒与冷冻油存在分离的现象，且对于满液式蒸发器回油难，虽然目前有很多回油措施及技术，但是并不能完全彻底使得蒸发器分离的冷冻油回至压缩机，当机组使用运行一段时间后，满液式蒸发器中的含油量会达到一个动态平衡状态,并且满液式蒸发器中的含油储存量相对较高(由于满液式蒸发器存在一定的体积)，从而影响蒸发器的性能。根据国内外发表的试验结果，当满液式蒸发器中合成冷冻机油含量达到1％时，制冷量会降低18％。其主要原因是由于油的存在使得管的表面及附近区域弥漫着冷冻油，一方面使得冷媒与换热管表面的直接接触的面积减少影响蒸发吸热，另一方面也使得在管壁附近区域的冷媒蒸发后的流动剧烈性降低，从而降低了冷媒与水的换热，使得管外冷媒的蒸发换热过程增加了传热热阻，从而降低了换热性能。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种能够提高满液式蒸发器内的流体流动剧烈性的用于满液式蒸发器的喷射结构及设置有该喷射结构的满液式蒸发器，该喷射结构能够提高满液式换热器的换热性能，并有利于蒸发器内的冷冻油的回收。

根据本申请的第一方面，提供一种用于满液式蒸发器的喷射结构，所述满液式蒸发器包括壳体，在所述壳体内设置有换热管，还包括冷媒入口和冷媒出口，所述冷媒出口设置在所述壳体上，所述喷射结构包括冷媒流通管，所述冷媒入口设置在所述冷媒流通管上，用于向所述冷媒流通管内输入液态冷媒，所述冷媒流通管包括喷射部，所述喷射部用于将液态冷媒喷射到所述壳体内部。

优选地，所述冷媒流通管包括引流部和所述喷射部，所述引流部与所述喷射部相连接，所述冷媒入口与所述引流部相连通。

优选地，所述喷射部与所述换热管垂直地设置。

优选地，所述喷射部在所述换热管延伸的方向上设置有一个或者多个，每个喷射部均与所述引流部相连接。

优选地，所述喷射部设置有多个，多个喷射部的流体入口端在所述换热管延伸的方向上到冷媒入口的距离相等。

优选地，在所述喷射部上设置有喷嘴。

优选地，所述喷嘴包括第一喷嘴和/或第二喷嘴，其中，

第一喷嘴的喷射方向与所述换热管平行设置，用于在所述壳体内形成诱导流；

第二喷嘴的喷射方向与换热管垂直设置，用于形成二次环流。

优选地，在同一个喷射部上，所述第二喷嘴设置在第一喷嘴的两侧，且两侧的第二喷嘴对称设置。

优选地，所述喷嘴的内部流道为圆锥形，所述圆锥形的小端位于流体喷出侧。

优选地，所述喷嘴在冷媒流向上的长度L1为所述圆锥形的小端直径D1的1-1.5倍，和/或，所述圆锥形的锥角A为50-30度。

优选地，所述壳体的内腔横截面为圆形，所述喷射部在壳体的半径方向上插入所述壳体内部。

优选地，所述引流部包括多个分支，每个分支的一端连接到一起，其连接到一起的端部与所述冷媒入口相连通，每个分支的另外一端与所述喷射部的一端相连接。

优选地，所述引流部包括两个分支，

两个分支设置在一条直线上，或者，两个分支之间形成一定的夹角；和/或，

两个分支以所述冷媒入口为中心呈对称布置。

优选地，两个分支和与两个分支相连接的两个喷射部设置在同一个平面上。

根据本申请的第二方面，提供一种满液式蒸发器，包括壳体、冷媒入口和冷媒出口，还设置有上述喷射结构，所述喷射结构用于将液态冷媒引入到所述壳体内。

优选地，所述冷媒出口设置在壳体的上端并朝向上方设置，所述冷媒入口设置在所述喷射结构上，所述冷媒入口位于所述壳体的下侧。

本申请中的满液式蒸发器以及喷射结构中，通过在冷媒流通管上设置喷射部，将液态冷媒以喷射的方式输入到壳体内，使得液态冷媒在所述换热管的表面形成复杂剧烈的流动，破坏在换热管表面蒸发时形成的液膜及气泡，也对分离出来的在换热管的表面及附近区域弥漫着冷冻油进行扰动，减少了传热热阻，从而强化了冷媒在换热管侧的换热，且也使得分离后分层的冷冻油与冷媒混合，利于冷冻油吸回压缩机。进一步地，通过在壳体内生成纵向的诱导流动及横向的二次流动，从而使得换热管表面形成复杂剧烈的流动。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本申请中的满液式蒸发器整体结构示意图；

图2为图1中的横截面图；

图3为本申请中的满液式蒸发器内冷媒纵向流动示意图；

图4为本申请中的满液式蒸发器内冷媒横向流动的二次环流示意图；

图5为本申请中的喷嘴结构示意图。

图中的附图标记如下：

满液式蒸发器100，壳体1，冷媒入口11，冷媒出口12，壳体本体10，端盖101，换热管13，冷水入口102，冷水出口103，喷射结构2，冷媒流通管21，喷嘴22，引流部211，喷射部212，第一喷嘴221，第二喷嘴222，分支2111，穿插部2121，插入端2122。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。

现有的满液式蒸发器随着系统的运行达到平衡，蒸发器的温度一般都比较低，使得蒸发器内的冷媒与冷冻油出现分离，而由于冷冻油的存在导致了冷媒侧的蒸发效果变差。因此本发明提供一种满液式蒸发器，该满液式蒸发器具有喷射结构，从而在换热管横向垂直面形成二次环流，通过这种强化流动、扰动、二次环流，破坏换热管表面蒸发时形成的薄膜、气泡，以及破坏冷冻油沉淀分离覆盖在换热管表面的油膜，从而强化了换热。

具体地，如图1-2所示，本申请中的满液式蒸发器100包括壳体1，还包括冷媒入口11和冷媒出口12，分别用于输入和输出冷媒。其中，所述壳体1包括壳体本体10和位于所述壳体本体10两端的端盖101，从而在所述壳体1内形成液态冷媒容纳腔，所述冷媒出口12设置在所述壳体1上，优选设置在壳体1的上端并朝向上方设置，方便气态冷媒的输出；在所述壳体1内设置有换热管13，所述换热管13内充有换热介质，例如冷水，用于与壳体1内的冷媒进行热交换。在所述端盖101上设置有冷水入口102和冷水出口103，分别用于向换热管13输入和输出换热介质。液态冷媒蒸发后从所述冷媒出口12排出所述满液式蒸发器 100。优选地，本申请中的满液式蒸发器100设置有喷射结构2，所述喷射结构2设置在壳体1的下部，所述喷射结构2用于增加壳体1内的冷媒的流动，使得在换热管13的表面形成复杂剧烈的流动，破坏在换热管 13表面蒸发时形成的液膜及气泡，也对分离出来的在换热管13的表面及附近区域弥漫着的冷冻油进行扰动，减少了传热热阻，从而强化了冷媒在换热管13侧的换热，且也使得分离后分层的冷冻油与冷媒混合，利于冷冻油吸回压缩机。同时，所述喷射结构2还用于将液态冷媒引入到所述壳体1内。

如图1-2所示，所述喷射结构2包括冷媒流通管21和设置在冷媒流通管21上的喷嘴22，优选地，所述冷媒入口11设置在所述冷媒流通管 21上，用于向所述冷媒流通管21内输入液态冷媒。优选地所述冷媒入口11位于壳体1的下侧。优选地，所述冷媒流通管21包括引流部211 和喷射部212，所述喷嘴22设置在喷射部212上，用于将冷媒流通管21 内的液态冷媒喷射到壳体1内，所述引流部211与所述喷射部212相连接，用于将液态冷媒输入到所述喷射部212内。其中，所述喷射部212 与所述换热管13垂直地设置，所述喷嘴22为多个，包括其喷射方向与换热管13平行的第一喷嘴221，第一喷嘴221喷射出的液态冷媒沿与换热管13平行的方向流动，促使壳体1内的液态冷媒在与换热管13平行的方向上流动起来，形成诱导流(后面有详细描述)；所述喷嘴22还包括喷射方向与换热管13垂直的第二喷嘴222，第二喷嘴222喷射出的液态冷媒在与换热管13垂直的平面内流动，形成二次环流(后面有详细描述)，这些液态冷媒在流动方向也不断卷吸周围液体，加速液态冷媒在壳体1内的流动。

如图1-2所示，在一个优选的实施例中，所述壳体1的内腔横截面为圆形。根据满液式蒸发器100的大小，所述喷射部212在换热管13 延伸的方向上可以设置有一个或者多个，在喷射部212仅设置一个的情况下，所述引流部211的结构没有特殊的限定，其一端为冷媒入口11，另外一端与所述喷射部212相连接，只要能够把液态冷媒引入喷射部212 即可。在喷射部212在换热管13的延伸方向上设置有多个的情况下，例如图1所示的两个，此时所述引流部211包括两个分支2111，每个分支 2111的一端连接到一起，其连接到一起的端部与所述冷媒入口11相连通，可以将冷媒入口11直接设置在该连接到一起的端部，也可以在该连接到一起的端部设置冷媒引入管，冷媒入口11设置在冷媒引入管上。每个分支2111的另外一端与所述喷射部212的一端相连接。优选地，两个分支2111设置在一条直线上，并以冷媒入口11为中心呈对称布置，也就是说，两个喷射部212的流体入口端在换热管13延伸的方向上到冷媒入口11的距离是相等的，例如均为L2。这样，经冷媒入口11流入引流部212的冷媒可均匀地分流到多个喷射部212内，然后经多个喷嘴22 喷出。优选地，所有第一喷嘴221的喷射方向相同，这样可在一个方向上形成诱导流，加快冷媒的流动速度；优选地，在一个喷射部212上所述第一喷嘴221的数量与所述换热管13的层数相对应，例如在每两层的换热管13之间设置一个第一喷嘴221，第一喷嘴221在每个喷射部212 上至少设置有两个，这样能够有效地产生诱导流。第二喷嘴222设置在喷射部212的喷射管的两侧上，更加优选为设置在两侧上的第二喷嘴222 对称设置，这样可使得冷媒形成的二次环流的流速比较大，增加了液态冷媒对换热管13的表面的冲击。优选地，所述第二喷嘴222设置有两个，在喷射部212的两侧上各设置一个。

在一个优选实施例中，所述引流部211的两个分支2111设置在一条直线上，并与所述换热管13平行，在其它的实施例中，引流部211的两个分支2111也可以不设置成一条直线，例如两个分支2111之间形成一定的夹角(图中未示出)，此种结构更加利于流体的流动。无论两个分支 2111如何布置，优选两个分支2111和两个喷射部212设置在同一个平面上，这样可利于液态冷媒的流动，避免能量损失。

如图2所示，所述喷射部212在壳体1的半径方向上插入所述壳体 1内部，所述喷射部212插入壳体1内的距离可根据满液式蒸发器的具体情况具体确定。具体地，所述喷射部212包括位于下侧的与所述壳体 1相接触的穿插部2121和位于自由端部的插入端2122。在一个优选实施例中，所述喷射部212的插入端2122离所述壳体1的内壁一定距离设置，在另外的实施例中，所述喷射部212横穿所述壳体1的横截面，也就是说，喷射部212为位于壳体1的横截面直径上的一根管。所述喷射部212 的固定方式可以为将所述穿插部2121固定在所述壳体1上，例如通过焊接；也可以通过将所述插入端2122固定在壳体1的内壁上；或者两个地方都进行固定，只要能够将喷射部212牢固地固定到外壳1上即可。

如图3所示，在与换热管13平行的方向上，液态冷媒通过每一个喷射部212上的喷嘴22以一定的流速喷射出来后，在喷嘴22的出口处由于流速高造成压力低，从而卷吸喷嘴22周围及喷嘴22后侧(图3的左侧)的液体，使得喷嘴22周围的液体出现强烈的扰动；随着从喷嘴22 的喷口以高流速喷出的冷媒的向前(图3的右侧)流动，也不断卷吸流动方向上的冷媒使得冷媒换热管13表面的扰动性增强，同时在流动方向上的轴心处的速度逐渐降低，为了防止轴心速度降低至为零，可以通过调整多个喷射部212之间的距离(在喷射部212在换热管13延伸的方向上设置有多个的情况下，该距离为L2的两倍)，使得喷射部212上的喷嘴22喷出的冷媒速度在降至为零之前能够进入下一个喷射部212上的喷嘴22造成的负压区(即下一个喷射部212上的喷嘴22后侧的周围区域)，从而使得从喷射部212喷嘴22喷出的冷媒在动能消耗完之前重新获得动力源，与喷射部212喷嘴22周围的液体一起卷吸并随着喷射部212喷嘴 22喷出的冷媒向前流动；当喷嘴22喷出的冷媒到达端盖时，由于喷射流动造成流动方向喷射出来的轴心流动周围出现负压，使得到达端盖的冷媒又重新流回喷嘴22周围区域；由此，通过此种前后喷嘴喷射流动造成喷嘴附近区域成为负压造成的流动就形成了纵向的诱导流动，如图3 冷媒纵向流动示意图所示。

如图5所示，所述喷嘴22的内部流道优选为圆锥形，其内部尺寸关系如图5所示，其中，喷嘴22内部流道的小端，即流体喷出端的直径 D1可根据实际冷媒流量计算，例如以喷出的流体的流速为1m/s—3m/s 进行确定，喷嘴22在冷媒流向上的长度L1优选为D1的1—1.5倍，优选为1倍，圆锥形的锥角A优选为50-30度。对于液态冷媒，这样的喷嘴结构及尺寸能够使得在液态冷媒内形成高效的流体流动形态。

对于本申请中的满液式蒸发器100的加工安装，所述壳体1、端盖 101、换热管13的加工安装工艺与常规的壳管式换热器相同，而对于喷射结构2的加工安装顺序是，先在每根喷射部212的喷射管上开孔连接喷嘴22，例如通过焊接进行连接，然后将喷射部212的喷射管从换热器壳体1的底部伸进壳体1内，此处必须从壳体1的底部进入，并位于壳体1横截面的中心位置，以满足强化换热的效果；将喷射部212进行固定；然后将喷射部212和引流部211进行连接，例如通过焊接进行连接。所述引流部211根据实际的管径及长度确定是否需要与壳体1进行支撑固定。

本发明中的满液式蒸发器的强化换热原理如图4所示：在横向方向 (与换热管13垂直的方向)上，通过第二喷嘴222的喷射造成负压的原理使得周围的液体进行流动，与纵向(与换热管13平行的方向)流动不同的是在横向方向，由于每个方向只有一个第二喷嘴222，且壳体1为圆形形状，流体的流动射程短，冷媒碰到壳体1的内壁时由于惯性的存在，使得流体的流动方向沿着壳体1的表面一分为二(向上和向下)，从而形成了横向的二次环流，如图4所示。

本申请的满液式蒸发器中，通过生成纵向的诱导流动及横向的二次流动，使得换热管表面形成复杂剧烈的流动，破坏在换热管表面蒸发时形成的液膜及气泡，也对分离出来的在换热管的表面及附近区域弥漫着冷冻油进行扰动，减少了传热热阻，从而强化了冷媒在换热管侧的换热，且也使得分离后分层的冷冻油与冷媒混合，利于冷冻油吸回压缩机。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本申请中的“多个”包括两个及以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种用于满液式蒸发器的喷射结构，所述满液式蒸发器包括壳体，在所述壳体内设置有换热管，还包括冷媒入口和冷媒出口，所述冷媒出口设置在所述壳体上，其特征在于，所述喷射结构包括冷媒流通管，所述冷媒入口设置在所述冷媒流通管上，用于向所述冷媒流通管内输入液态冷媒，所述冷媒流通管包括喷射部，所述喷射部用于将液态冷媒喷射到所述壳体内部。

2.根据权利要求1所述的喷射结构，其特征在于，所述冷媒流通管包括引流部和所述喷射部，所述引流部与所述喷射部相连接，所述冷媒入口与所述引流部相连通。

3.根据权利要求2所述的喷射结构，其特征在于，所述喷射部与所述换热管垂直地设置。

4.根据权利要求2所述的喷射结构，其特征在于，所述喷射部在所述换热管延伸的方向上设置有一个或者多个，每个喷射部均与所述引流部相连接。

5.根据权利要求4所述的喷射结构，其特征在于，所述喷射部设置有多个，多个喷射部的流体入口端在所述换热管延伸的方向上到冷媒入口的距离相等。

6.根据权利要求1-5之一所述的喷射结构，其特征在于，在所述喷射部上设置有喷嘴。

7.根据权利要求6所述的喷射结构，其特征在于，所述喷嘴包括第一喷嘴和/或第二喷嘴，其中，

第一喷嘴的喷射方向与所述换热管平行设置，用于在所述壳体内形成诱导流；

第二喷嘴的喷射方向与换热管垂直设置，用于形成二次环流。

8.根据权利要求7所述的喷射结构，其特征在于，在同一个喷射部上，所述第二喷嘴设置在第一喷嘴的两侧，且两侧的第二喷嘴对称设置。

9.根据权利要求6所述的喷射结构，其特征在于，所述喷嘴的内部流道为圆锥形，所述圆锥形的小端位于流体喷出侧。

10.根据权利要求9所述的喷射结构，其特征在于，所述喷嘴在冷媒流向上的长度L1为所述圆锥形的小端直径D1的1-1.5倍，和/或，所述圆锥形的锥角A为50-30度。

11.根据权利要求1-5之一所述的喷射结构，其特征在于，所述壳体的内腔横截面为圆形，所述喷射部在壳体的半径方向上插入所述壳体内部。

12.根据权利要求2所述的喷射结构，其特征在于，所述引流部包括多个分支，每个分支的一端连接到一起，其连接到一起的端部与所述冷媒入口相连通，每个分支的另外一端与所述喷射部的一端相连接。

13.根据权利要求12所述的喷射结构，其特征在于，所述引流部包括两个分支，

两个分支设置在一条直线上，或者，两个分支之间形成一定的夹角；和/或，

两个分支以所述冷媒入口为中心呈对称布置。

14.根据权利要求13所述的喷射结构，其特征在于，两个分支和与两个分支相连接的两个喷射部设置在同一个平面上。

15.一种满液式蒸发器，包括壳体、冷媒入口和冷媒出口，其特征在于，还设置有权利要求1-14之一所述的喷射结构，所述喷射结构用于将液态冷媒引入到所述壳体内。

16.根据权利要求15所述的蒸发器，其特征在于，所述冷媒出口设置在壳体的上端并朝向上方设置，所述冷媒入口设置在所述喷射结构上，所述冷媒入口位于所述壳体的下侧。