一种强制再循环式蒸发器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涉及制冷领域，具体涉及一种强制再循环式蒸发器。
【背景技术】
[0002]目前，在工业制冷领域，由于工艺等原因经常采用载冷剂间接冷却的供冷方式，一般采用壳管式蒸发器作为制冷剂与载冷剂之间的换热装置，所以蒸发器的换热效率直接决定整个制冷系统的运行效率。
[0003]常用的载冷剂为水、无机盐水溶液、有机液或有机物的水溶液，工业制冷系统中载冷剂通常要求温度在0°C以下，所以工业载冷剂常用氯化钙、乙二醇、氯化钠、碱水等水溶液。越是低温，载冷剂的质量浓度和运动粘度就越大，使得载冷剂流体雷诺数Re大幅下降，流动阻力增加，并且流动边界层和热边界层增厚，使载冷剂单相流的换热系数大幅度下降，从而使整个换热器的传热效率大幅下降。
[0004]为了提高载冷剂的换热效果，一般采取两种办法:一种是提高载冷剂流体的流速，即加大流量的办法以增强换热；另一种则是增大换热器的换热面积；前者必将加大流体的流动阻力，增加了流体的驱动设备即栗的功率消耗，后者是以增加设备制造的成本为代价用以弥补传热效率的下降，显然这两种方法都是非常不经济的。常见的壳管式蒸发器主要有干式蒸发器和满液式蒸发器两种。干式蒸发器制冷剂在换热管内蒸发并吸收热量，载冷剂在换热管外流动并释放热量；满液式蒸发器则相反，制冷剂在换热管外蒸发并吸收热量，载冷剂在换热管内流动并释放热量。在低温制冷系统里，从载冷剂侧流动及传热状态分析，采用载冷剂在换热管外换热的干式蒸发器较合理，且蒸发器内制冷剂侧回油也较满液式的安全可靠。
[0005]但常规干式蒸发器在低温工况使用时也存在一些问题，如干式蒸发器普遍采用弓形折流板，载冷剂在折流板间的不同位置其流动状态极为不均匀，并存在流动死区，且折流板与壳体内壁之间存在间隙，致使载冷剂流体旁通量较大，特别是高浓度、高粘度流体则尤为明显，致使换热器换热效率大打折扣；还有常规制冷系统干式蒸发器入口处不完全是液态制冷剂，而是具有一定干度的气液两相流体，蒸发器内存在分液不均的问题，随着蒸发的不断进行，换热管内壁能够浸润到液体制冷剂的面积占总换热面积的比例会不断缩小，换热面积无法得到充分利用。满液式蒸发器换热管是完全浸在制冷剂液体里的，加之满液式高效蒸发器管的应用，使换热管表面更容易产生气化核心，管外制冷剂侧的换热系数要高于干式蒸发器管内制冷剂侧的换热系数，所以常温工况下制冷机组采用满液式的蒸发器其传热温差会比干式蒸发器明显缩小，节能效果明显；但在低温工况下载冷剂在换热管内流动，由于低温流体的质量浓度和运动粘度都较大，流动边界层和热边界层较厚，会严重影响载冷剂侧的换热系数，从而大大降低满液式蒸发器的传热效果。
[0006]现在还有一种依靠重力循环的热虹吸式蒸发器，其由换热器和气液分离循环桶组成，气液分离循环桶位于换热器的上部，循环动力决定于他们之间的高度差，在某些场合换热器和气液分离循环桶的高度差很小，从而导致其循环动力不足，大大降低了蒸发器的换热效率。
[0007]综上所述，不管是干式蒸发器、满液式蒸发器还是重力循环的热虹吸式蒸发器，如果通过提高流体流速或增加换热面积来弥补载冷剂侧或制冷剂侧的传热衰减都是不经济的，所以如何提高低温工况下蒸发器的传热效率，从而提升整个制冷系统能效并能实现节约能源与资源的目的已经成为一个技术难题。
【发明内容】
[0008]发明目的:本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种传热效率高的强制再循环式蒸发器。
[0009]技术方案:本发明所述强制再循环式蒸发器，包括换热器，和设置在所述换热器上方的气液分离循环桶，所述换热器与所述气液分离循环桶的内部空间通过上升循环管、下降循环管连通，所述上升循环管的下端与所述换热器的制冷剂出口连接，上端与所述气液分离循环桶上部的气相空间连通；所述下降循环管的上端与所述气液分离循环桶下部的液相空间连通，下端与设置在所述换热器底部的循环栗进口连通，所述循环栗的出口与所述换热器的制冷剂进口连通；所述下降循环管的下端还通过旁通阀与所述换热器的制冷剂进口直接连通。
[0010]本发明进一步优选地技术方案为，所述气液分离循环桶包括桶体，以及设置在所述桶体上部的制冷剂进液口接管和制冷剂回气口接管，所述桶体内还设置有3个挡液板，其中第一挡液板和第二挡液板分别设置在所述制冷剂进液口接管的两侧，将所述制冷剂进液口接管与其两侧的空间隔开，第三挡液板设置所述制冷剂回气口的下方，将所述制冷剂回气口接管与位于所述第三挡液板下方的制冷剂液体隔开。设置第一挡液板和第二挡液板是为了挡住流体中携带的液体，避免向上部的气相空间飞溅，以实现气液分离的作用；设置第三挡液板的作用是为了防止回气时将的液体制冷剂带走。
[0011]优选地，所述第一挡液板、第二挡液板的上部靠近所述桶体内壁顶部的位置设置有通气孔；所述第三挡液板的纵向长度为所述制冷剂回气口接管直径的2~4倍，表面至桶体内壁顶部的距离至少为所述制冷剂回气口接管直径的I倍。
[0012]优选地，所述气液分离循环桶的外部还设置有液位控制装置，用于监控所述气液分离循环桶内的液位高度。
[0013]进一步地限定，所述气液分离循环桶的上部设置有与其内部气相空间连通的气相连接管，下部设置有与其内部液相空间连通的液相连接管，所述气相连接管和液相连接管分别与所述液位控制装置连接。
[0014]优选地，所述气液分离循环桶上设置有至少两个回油管。
[0015]进一步地限定，所述气液分离循环桶的中间偏下位置设置有三个不同高度的回油管。由于液体制冷剂里溶有一定量的冷冻油，通过回油管引出一部分制冷剂与冷冻油的混合液体回到压缩机的吸气端，从而实现蒸发器内的回油，使蒸发器内的存油量保持在较低浓度，减小因冷冻油浓度较高对换热的不利影响。
[0016]优选地，所述换热器包括壳体，设置在所述壳体两端的第一管板、第二管板，以及密封在所述第一管板、第二管板侧面的第一端盖和第二端盖，其中第一端盖的内部空间为换热器的制冷剂进口，第二端盖的内部空间为换热器的制冷剂出口 ；所述第一管板与所述第二管板之间连接有若干根换热管，所述换热管连通所述第一端盖和第二端盖的内部空间。
[0017]优选地，所述换热器的壳体内还设置有折流板，所述折流板为连续螺旋状导流结构，且外围圆周上设置有裙边，所述折流板上开有与所述换热管相对应管孔，所述换热管穿过所述管孔，将所述折流板定位在其周边，对流经其外部的载冷剂液体导流；所述折流板上还开设有拉杆孔，所述第一管板上开设有与所述拉杆孔相对应的盲孔，拉杆穿过所述拉杆孔将所述折流板连接成一整体组件，并固定在所述第一管板上。
[0018]优选地，所述换热器壳体内的换热管整体排布呈四象限均布状，任意一根换热管与相邻的非同层两根换热管之间呈正三角形排布。
[0019]本发明的具体工作过程为:在制冷系统中经过节流的制冷剂液体并伴有一定气体从气液分离循环桶上部的制冷剂进液口接管进入到气液分离循环桶中，在气液分离循环桶内部空间的分离作用下，气体存在于气液分离循环桶上部的气相空间内，制冷剂液体存于气液分离循环桶下部的液相空间内，并维持一定液位，制冷剂液体经过下降循环管进入到换热器的制冷剂进口(即第一端盖)内，再进入到换热管内，并与换热管外流动的载冷剂进行热交换，管内的制冷剂液体不断蒸发为气体并吸热，管外的载冷剂放热被冷却降温，制冷剂经过换热管后变为气液混合状态的制冷剂，并进入到制冷剂出口(即第二端盖)内，再通过上升循环管回到气液分离循环桶内，已经蒸发成气态的制冷剂从制冷剂回气口接管流出，未蒸发的制冷剂液体与不断从制冷剂进液口接管进入的液体制冷剂继续向换热器内供给，不断循环往复，从而实现连续的制冷循环。
[0020]当制冷负荷较低时可以关闭循环栗并打开旁通阀，让蒸发器处于重力循环状态；当负荷较大时或因安装空间有限导致气液分离循环桶与换热器之间高度差较小时可以开启循环栗并关闭旁通阀，从而让蒸发器处于强制循环状态。
[0021]重力循环状态的作用原理为热虹吸原理:节流后的制冷剂进入气液分离循环桶内，在其内保持一定的静液柱压力，凭借重力向换热器供液，液态制冷剂在换热器中吸热，部分气化使换热器两端进出口液体产生密度差(位能差)，此压差产生的动力使制冷剂在气液分离循环桶和换热器之间实现迀移，从而实现由相变引起密度改变的自循环过程。
[0022]当重力循环动力不足时，通过循环栗的驱动使换热管内制冷剂的质量流率和循环倍率提高，从而实现强制循环状态，大大提高了蒸发器的换热效率。
[0023]有益效果:(1)本发明兼具了重力循环式蒸发器的特点，又解决了在某些场合重力循环动力不足的问题，较传统形式的蒸发器，缩小了传热温差，其换热效率明显提升，在没有增加换热管数量的前提下实现了换热效率的提高，从而使制冷机组运行的能效比得到提高，实现节能的目的；亦可实现保持原有能效水平不变的条件下减少换热管的使用量，从而实现降成本的目的，特别适用于低温制冷场合；
[0024](2)本发明的换热器中折流板为螺旋状导流装置，在螺旋折流板的导引下换热管外的载冷剂流体呈螺旋状流动，各处流速与流动状态均匀；并且在折流板的外围圆周设有裙边，可防止载冷剂在壳程的旁通，使载冷剂的流动阻力和旁通量大大减小，有利于载冷剂流速的提高，从而提高载冷剂侧的换热系数，特别适用于质量浓度和运动粘度较大的低温液体；
[0025](3)采用本发明蒸发器，其内制冷剂液体在管程与换热管壁面的接触面积比率远远大于干式蒸发器，与满液式相当，换热管内制冷剂的质量流率和循环倍率高于其他形式的蒸发器，使蒸发器制冷剂侧的换热系数明显提高。
【附图说明】
[0026]图1为本发明所述强制再循环式蒸发器的结构示意图；
[0027]图2为图1的A向侧视图；
[0028]图3为图1的B向侧视图；
[0029]图4为本发明所述换热器的管板布孔图；
[0030]其中1-第一端盖、2-第一螺栓、3-第一端盖法兰、4-第一密封垫、5-第一管板、6-载冷剂进口法兰、7-载冷剂