一种气液分离装置及带有气液分离功能的冷凝蒸发器的制作方法

文档序号:11909397阅读:255来源:国知局
一种气液分离装置及带有气液分离功能的冷凝蒸发器的制作方法

本发明涉及换热设备领域,尤其涉及一种气液分离装置及带有气液分离功能的冷凝蒸发器。



背景技术:

复叠式制冷循环系统一般由两个单独的制冷系统组成,分别称为高温级和低温级。冷凝蒸发器将两部分联系起来,它既是高温级的蒸发器,又是低温级的冷凝器,把低温级工质冷凝放出热量传递给高温级工质,让高温级工质蒸发,从而得到更低的蒸发温度。

复叠式热泵循环系统一般由两个单独的热泵系统组成,同样靠冷凝蒸发器将两部分联系起来,把低温级工质冷凝放出热量传递给高温级工质,让高温级工质蒸发,从而得到更高的冷凝温度。

冷凝蒸发器的效率将影响整个系统的效率。在传统的冷凝器中,蒸气在冷凝过程中在管壁上面凝结形成液膜,随着冷凝进行壁面凝结液体越来越多,蒸气冷凝的热量只能以导热和对流的方式穿过较厚液膜到达管壁上。但是,液膜具有较差的导热性,成为凝结传热的主要热阻,降低了冷凝器效率。

传统的蒸发器一般采用管壳式换热器,位于壳体内的工质吸收换热管内工质热量,发生沸腾蒸发,蒸汽从换热器顶部出去。为了提高蒸汽的干度,一般严格控制壳体内工质液面高度,从而换热器效率不高,也难以保证蒸发器出去的蒸汽为干蒸汽。在制冷系统中,如果带有液体的蒸汽进入压缩机,会造成压缩机损坏。

普通的采用气液分离孔的气液分离装置,一般是通过在气液分离隔板上面固定数量和大小的气液分离孔完成气液分离。如果气液分离隔板有较多气液分离孔且冷凝液很少时候,只有少部分气液分离孔有液体,起着阻气通液的作用。大部分气液分离孔没有液体,就被气体击穿,气液分离失效,冷凝器的冷凝效果变差。如果气液分离隔板有较少气液分离孔且冷凝液很多时候,气液分开孔排液不及时,积液太高就会通过管程流走,气液分离效果变差。



技术实现要素:

本发明实施例提供了一种气液分离装置及分液式冷凝蒸发器,解决了现有技术中传统的冷凝器蒸气在冷凝过程中在管壁上面凝结形成越来越厚的液膜后,液膜会成为凝结传热的主要热阻,降低了冷凝器效率以及传统的管壳式换热器蒸发效率不高,也难以保证蒸发器出去的蒸汽为干蒸汽的技术问题。

本发明实施例提供的一种气液分离装置,包括:

气液分离隔板和浮动器,气液分离隔板设置有气液分离孔和安装孔,浮动器设置有导向柱;浮动器通过导向柱穿过安装孔与气液分离隔板相连接;

气液分离隔板和浮动器设置于联箱中;浮动器的材料密度小于联箱内的液相工质的密度,浮动器能够在联箱内上下移动。

可选地,气液分离孔的形状为圆柱形或圆台形。

可选地,圆环内部固定连接有至少两根肋板。

可选地,肋板下端设置有堵柱,堵柱用于内嵌于气液分离孔。

可选地,气液分离隔板设置有至少两个安装孔;

肋板上设置有与安装孔数量相同的导向柱,用于与安装孔嵌入配合。

本发明实施例提供的一种分液式冷凝蒸发器,包括:

如本发明实施例提及的任意一种气液分离装置、第一空心圆管、第二空心圆管、联箱;

第一空心圆管的外侧设置有与第一空心圆管同一圆心的直径大于第一空心圆管的第二空心圆管;

第一空心圆管和第二空心圆管的左右两侧均连接有联箱;

联箱内设置有至少一个气液分离装置。

可选地,第一空心圆管为强化传热管,包括螺旋槽管、螺旋内肋管、横纹槽肋管;

第二空心圆管为强化传热管,包括螺旋槽管、螺旋内肋管、横纹槽肋管。

可选地,联箱包括第一联箱和第二联箱;

第二空心圆管的左侧与第一联箱连通,第二空心圆管的右侧与第二联箱连通。

可选地,联箱还包括第三联箱和第四联箱;

第一空心圆管的左侧穿过第一联箱与第三联箱连通,第一空心圆管的右侧穿过第二联箱与第四联箱连通。

可选地,第一联箱、第二联箱、第三联箱和第四联箱均设置有气液分离装置;

气液分离装置根据工质流程将第一联箱和第二联箱分成至少两个气液分离空间;

气液分离装置根据工质流程将第三联箱和第四联箱分成至少两个气液分离空间。

从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:

本发明实施例提供了一种气液分离装置及分液式冷凝蒸发器,包括:气液分离隔板和浮动器,气液分离隔板设置有气液分离孔和安装孔,浮动器设置有导向柱;浮动器通过导向柱穿过安装孔与气液分离隔板相连接;气液分离隔板和浮动器设置于联箱中;浮动器的材料密度小于联箱内的液相工质的密度,浮动器能够在联箱内上下移动,本发明实施例中通过在冷凝蒸发的联箱内部设置气液分离装置,在冷凝侧的联箱内,气液分离装置及时把冷凝液分离出来,减薄整个冷凝过程中的液膜,减少传热热阻,提高冷凝侧的冷凝效果;在蒸发侧的联箱内,气液分离装置能够及时把气液分离装置上面空间的蒸发残余液体分离到气液分离装置下面空间,实现了残余液体的再次循环蒸发,同时下一个流程的干度相应提高,换热器的传热系数就会提高,提高了换热能力,同时提高了蒸气的干度,解决了现有技术中传统的冷凝器蒸气在冷凝过程中在管壁上面凝结形成越来越厚的液膜后,液膜会成为凝结传热的主要热阻,降低了冷凝器效率以及传统的管壳式换热器蒸发效率不高,也难以保证蒸发器出去的蒸汽为干蒸汽的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的没有积液时气液分离装置的纵剖示意图;

图2为本发明实施例提供的积液较多时气液分离装置的纵剖示意图;

图3为本发明实施例提供的堵柱为圆台形的气液分离装置的纵剖示意图;

图4为本发明实施例提供的浮动器的结构图;

图5为本发明实施例提供的分液装置俯视图;

图6为本发明实施例提供的分液式冷凝蒸发器的示意图;

图7为本发明实施例提供的分液式冷凝蒸发器的纵剖示意图;

图8为本发明实施例提供的气液空间分布示意图。

图示说明,1为蒸发侧蒸气出口、2为冷凝侧蒸气入口、3为第一联箱、4为第三联箱、5为第一空心圆管、6为第二空心圆管、7为冷凝侧液体出口、8为蒸发侧液体入口、9为第四联箱、10为第二联箱、11为盲板、12为气液分离装置、13为气液分离孔、14为浮动器、15为堵柱、16为导向柱、17为安装孔、18为积液、19为第一气液分离空间、20为第二气液分离空间、21为第三气液分离空间。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种气液分离装置及分液式冷凝蒸发器,用于解决现有技术中传统的冷凝器蒸气在冷凝过程中在管壁上面凝结形成越来越厚的液膜后,液膜会成为凝结传热的主要热阻,降低了冷凝器效率以及传统的管壳式换热器蒸发效率不高,也难以保证蒸发器出去的蒸汽为干蒸汽的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图5,本发明实施例提供的一种气液分离装置,包括:

气液分离隔板和浮动器14,气液分离隔板设置有气液分离孔13和安装孔17,浮动器14设置有导向柱16;浮动器14通过导向柱16穿过安装孔17与气液分离隔板相连接;

气液分离隔板和浮动器14设置于联箱中;浮动器14的材料密度小于联箱内的液相工质的密度,浮动器14能够在联箱内上下移动。

可以理解的是,气液分离装置12上面有多个气液分离孔13,由于毛细作用,液体会停留在气液分离孔13里面,阻止气体通过气液分离装置12。当气液分离装置12上面有液体时候,液体就会从气液分离孔13里面流过,到达气液分离装置12下面的空间,从而起到阻气分液作用。需要说明的是,气液分离装置12上面的气液分离孔13的孔径大小、数量和分布位置由具体运行工况决定。

进一步地,气液分离孔13的形状为圆柱形或圆台形。

进一步地,浮动器14为一圆环,圆环内部固定连接有至少两根肋板。

进一步地,肋板下端设置有堵柱15,堵柱15用于内嵌于气液分离孔。

需要说明的是,设置于肋板下端的堵柱15可以为高低不同的堵柱15,也可以为圆台形的堵柱15。堵柱15的设计作用主要为使得浮动器14在浮起不同高度的时候,液相工质有不同的排放量。

进一步地,气液分离隔板设置有至少两个安装孔;

肋板上设置有与安装孔数量相同的导向柱16,用于与安装孔嵌入配合。

请参阅图5和图6,本发明实施例提供的一种分液式冷凝蒸发器,包括:

如本发明实施例提及的任意一种气液分离装置12、第一空心圆管5、第二空心圆管6、联箱;

第一空心圆管5的外侧设置有与第一空心圆管5同一圆心的直径大于第一空心圆管5的第二空心圆管6;

第一空心圆管5和第二空心圆管6的左右两侧均连接有联箱;

第一空心圆管5内为冷凝通道,第一空心圆管5和第二空心圆管6之间的环形通道为蒸发通道;

联箱内设置有至少一个气液分离装置12。

进一步地,第一空心圆管5为强化传热管,包括螺旋槽管、螺旋内肋管、横纹槽肋管;

第二空心圆管6为强化传热管,包括螺旋槽管、螺旋内肋管、横纹槽肋管。

可以理解的是,第一空心圆管5为直径较小的内管,内管外侧包裹着直径较大的外管,外管即为第二空心圆管6,内管位于外管中心处。内管通道是一种工质的通道,内管与外管之间的环形通道是另外一种工质的通道。

进一步地,联箱包括第一联箱3和第二联箱10;

第二空心圆管6的左侧与第一联箱3连通,第二空心圆管6的右侧与第二联箱10连通。

进一步地,联箱还包括第三联箱4和第四联箱9;

其中,第一空心圆管5的长度比第二空心圆管6大,第一空心圆管5的左侧穿过第一联箱3与第三联箱4连通,第一空心圆管5的右侧穿过第二联箱10与第四联箱9连通。

第一空心圆管5的左侧穿过第一联箱3与第三联箱4连通,第一空心圆管5的右侧穿过第二联箱10与第四联箱9连通。

进一步地,第三联箱4和第四联箱9均设置有气液分离装置12;

气液分离装置12根据冷凝流程将第三联箱4和第四联箱9分成至少两个气液分离空间;

第一联箱3和第二联箱10均设置有气液分离装置12;

气液分离装置12根据蒸发流程将第三联箱4和第四联箱9分成至少两个气液分离空间。

进一步地,分液式冷凝蒸发器可以做成多排结构,以便满足更多热负荷的需求。

请参阅图1和图2,从上述技术方案可以看出,在冷凝侧,气液分离装置12可以随着气液分离隔板上端的积液高度变化上下浮动,开启或关闭一些气液分离孔13,根据积液量自动调节排液量,达到及时排液目的。在蒸发侧,气液分离装置12可以及时把积液排入上一流程中。气液分离装置12结构简单,可靠性好,可以适应不同工况下阻气排液的目的。

本发明实施例中同时在冷凝侧的联箱和蒸发侧的联箱装有气液分离装置12。在冷凝侧,气液分离装置12及时把冷凝液分离出来,减薄下一个冷凝流程中的液膜,减少传热热阻,提高冷凝侧的冷凝效果。在蒸发侧,气液分离装置12能够及时把气液分离装置12上面空间的蒸发残余液体分离到气液分离装置12下面空间,实现了残余液体的再次循环蒸发,提高了换热能力,同时提高了蒸气的干度。在内管(第一空心圆管5)冷凝发出的热量会被在内管和外管(第二空心圆管6)之间的工质吸收完成沸腾蒸发,提高能量的利用率。

需要说明的是,气液分离装置的气液分离效果并不是随着气液分离孔的数量增加而增大。气液分离装置的气液分离效果越好,各出口支管的气相分布越均匀,整体的换热器换热效果越好。

在一定的情况下,气液分离孔的孔径越大,气液分离的效果越好,当孔径为4mm时候,气液分离孔里面的液膜就会被击穿,就不会起着气液分离效果。当气液分离孔和堵柱都为圆台形的时候,可以做到气液分离孔的孔径随着积液高度增高而增大,确保气液分离效果。

若气液分离隔板的气液分离孔的数量和孔径是固定的时候,当来流的干度较小时,气液分离装置上面容易形成液膜,由于来流液相流量较大,气液分离板上面有较多积液存在,气液分离效果不是最佳。本发明实施例提供的气液分离装置,如果积液较多的话,就可以打开更多的气液分离孔,及时把积液排走,确保气液分离效果处于较佳状态。

在来流的流量较小情况下,来流的液相流量会小于气液分离装置的漏液量。液相都从气液分离隔板流走,但是由于多余气液分离孔无法形成液膜,气相也从部分气液分离孔流走,气液分离失效。本发明实施例提供的气液分离装置在这种情况下,只有较少的气液分离孔开放,所以确保没有气相可以通过气液分离孔,保证了气液分离效果。

为便于理解,以下将以实际应用场景对本发明实施例中提供的一种可气液分离的冷凝蒸发器进行描述。

实施例一:

在冷凝侧,当一个流程结束后,冷凝出来的液体的量较少,浮动器14没有浮起来。当冷凝出来的液体量较多时候,浮动器14就会浮起来,从而可以打开一些气液分离孔13,及时将液体排出去。当冷凝出来的液体更多时候,浮动器14就会浮得更高,从而打开更多的气液分离孔13,加速液体排放。

在蒸发侧,当气液分离隔板上端的积液较少的时候,浮动器14由于自身重量,将会与气液分离隔板直接接触,气液分离装置12呈关闭状态。气液分离装置12下端的蒸汽也不能通过气液分离孔13直接到气液分离装置12上端。当气液分离隔板上端积液较多时候,浮动器14将浮起来,打开气液分离孔13,积液将通过气液分离孔13回到上一个流程中,进行再一次蒸发。

当气液分离孔13和堵柱15都为圆台形时,浮动器14会随着积液增多而上升,气液分离孔13与堵柱15之间的环形通道就会逐步变大,从而可以加大排液量,达到及时排液目的。

实施例二:

在冷凝侧,在第一空心圆管5的左右两端分别连通第三联箱4和第四联箱9。第三联箱4和第四联箱9分别间隔设置有多个气液分离装置12。气液分离装置12设置位置使两侧联箱形成按流程顺序连通的多个气液分离空间。请参阅图8,蒸气从冷凝侧蒸气进入冷凝蒸发器,由于第三联箱4在第一流程开始端有盲板11,蒸气不能进入第二气液分离空间20,而进入到第一气液空间19。蒸汽在第一个流程结束后,液体会通过第一个气液分离装置12上面的气液分离孔13进入第三气液分离空间21,实现气液分离。由于第一个气液分离装置12的气液分离孔13带有液体,蒸气只能通过第二个流程的第一空心圆管5到达第二气液分离空间20。每段管程冷凝出的冷凝液都会通过联箱气液分离孔13到达冷凝侧液体出口,蒸气在第一空心圆管5中冷凝,从而达到了减薄冷凝过程中的液膜,提高管程传热系数,提高换热效率。

在蒸发侧,在第二空心圆管6的两端分别连接第一联箱3和第二联箱10。其中,第二空心圆管6直径比第一空心圆管5直径大,第二空心圆管6与第一空心圆管5同一轴线。第一空心圆管5长度比第二空心圆管6大,第一空心圆管5穿透第一联箱3和第二联箱10。在第二空心圆管6和第一空心圆管5之间的通道为蒸发侧通道。第一联箱3和第二联箱10分别间隔设置有多个气液分离装置12。液相工质从蒸发侧液体入口进入蒸发侧流程,在第一空心圆管5和第二空心圆管6之间通道中,吸收来自第一空心圆管5放出的热量和第二空心圆管6外侧热量完成蒸发。当两侧的联箱上面气液分离装置12的上端有积液时候,积液就会通过气液分离孔13往下流到上一个流程,从而实现了蒸发段内积液自动循环,提高了蒸汽干度和换热性能。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。

以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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