一种管壳式降膜蒸发器和冷水机组的制作方法

本发明涉及降膜蒸发器技术领域，具体涉及一种管壳式降膜蒸发器和冷水机组。

背景技术：

现有的冷水机组产品中的降膜式蒸发器主要有以下几种形式：

一、全降膜式蒸发器，如图1所示，该蒸发器中的布管区域包括上流程降膜布管区14和下流程降膜布管区15，上流程降膜布管区14的换热管和下流程降膜布管区15的换热管的外径相等；例如，上流程降膜布管区14的换热管外径和下流程降膜布管区15的换热管外径均为25.4mm或均为19.05mm或均为其它规格尺寸。

该全降膜式蒸发器具有以下缺点：①降膜布管区最底层换热管容易干管，换热面积无法充分利用；②冷水机组吸气过热度不好控制，有带液风险；③冷水机组蒸发器上、下两流程换热不均衡，整体综合换热系数较差；④冷水机组蒸发器液位及冷媒供液量不好控制，制冷量调节性较差；⑤冷水机组蒸发器液位及冷媒供液量不好控制，回油引射取液口位置无法精确设计和确定位置，回油效果不好；⑥冷水机组全工况运行适应性差，各种工况条件下适应性不好。

二、混合降膜式蒸发器，该蒸发器中的布管区域包括上流程布管区16和下流程满液布管区17，上流程布管区16的换热管和下流程满液布管区17的换热管的外径相等；例如，上流程布管区16的换热管外径和下流程满液布管区17的换热管外径均为25.4mm或均为19.05mm或均为其它规格尺寸。

该混合降膜式蒸发器具有以下缺点：①冷水机组蒸发器上流程布管区16最底层换热管容易干管，换热面积无法充分利用；②冷水机组蒸发器上流程布管区16换热效果和制冷剂是否均匀分配关系很大，同时也和换热管的规格选择、布管排布方式以及管内水速控制也有一定关系；③冷水机组蒸发器下流程满液布管区17换热效果和制冷剂液位控制高度是否合理以及蒸发供液量控制是否合理关系很大，同时也和换热管的规格选择、布管排布方式以及管内水速控制也有一定关系；④冷水机组蒸发器上流程布管区16、下流程满液布管区17换热不均衡，整体综合换热系数较差；⑤冷水机组蒸发器液位及冷媒供液量不好控制，制冷量调节性较差；⑥制冷机组蒸发器液位及冷媒供液量不好控制，回油引射取液口位置无法精确的设计和确定位置，回油效果不好；⑦制冷机组全工况运行适应性差，各种工况条件下适应性不好。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种管壳式降膜蒸发器和冷水机组。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种管壳式降膜蒸发器，包括壳体，所述壳体内填充有制冷剂，所述壳体内部上侧设置有制冷剂分配器，制冷剂分配器的下方区域为换热管布管区；所述换热管布管区包括第一布管区和第二布管区，所述第二布管区位于所述第一布管区下方,且第一布管区和第二布管区之间留有间隙；所述第一布管区内设有水平布置的多根第一换热管，所述第二布管区内设有水平布置的多根第二换热管，所述第一换热管的外径小于所述第二换热管的外径。

本发明的有益效果是：本发明通过将第一换热管的外径设置成小于第二换热管的外径，使得第一换热管的周向长度更短，布管间隙更小，更有利于周向液膜在换热管外表面的附着和成型，同时成膜厚度更加均匀连续，可以完全充分有效的利用第一布管区的有效传热面积，减少换热管局部干斑形成的几率，同时第一布管区最底层的换热管不容易干管，综合传热系数更大更高；第二布管区中，第二换热管的有效换热面积更大，在有限控制的制冷剂液位淹没区，相同数量的换热管，可以提供更多有效的换热面积，同时布管间隙更大，更有利于蒸发器产生的制冷剂气体的逸出，且逸出速度更小；本发明的第一布管区和第二布管区换热比较均衡，整体综合换热系数较好。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述第一换热管的外径为9.52mm～25.4mm，所述第二换热管的外径为12.7mm～28.6mm。

进一步，还包括用于调节壳体内制冷剂液位的液位控制器，所述液位控制器固定连接在所述壳体的外壁上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置液位控制器，可有效合理控制制冷剂在蒸发器壳体内的液位和蒸发供液量，保证第二布管区上部的第二换热管不会干管，使得降膜蒸发器的有效传热面积能够更加有效的充分利用，综合传热系数就会更大更高，传热效果更好；同时也可对蒸发器壳体内液位和冷媒供液蒸发量进行有效控制，从而依据冷媒和润滑油的溶解特性，回油引射取液口位置可以精确的设计和确定位置，回油效果好，在提高换热效率的同时，也提高了机组回油性能。

进一步，所述壳体与所述第一布管区相对应的位置设有至少一根进液管和至少一根排气管。

进一步，所述制冷剂将所述第二换热管覆盖住，所述第一换热管位于所述制冷剂液面以上。

进一步，所述第一布管区和第二布管区之间的间隙大于10mm。

进一步，所述进液管的一端固定连接在所述制冷剂分配器的上侧面上，其另一端从所述壳体内伸出；所述排气管与所述壳体内部位于所述制冷剂分配器上侧的区域相连通。

进一步，所述制冷剂分配器的两端与所述壳体的内壁固定连接，所述制冷剂分配器与所述壳体之间连接一挡气板，所述挡气板上开设有出气孔。

一种制冷机组，包括如上所述的管壳式降膜蒸发器。

本发明的有益效果是：本发明的制冷机组的综合传热系数更大更高，传热效果更好。

附图说明

图1为现有技术中全降膜式蒸发器的剖面结构示意图；

图2为现有技术中混合降膜式蒸发器的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例混合降膜式蒸发器的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例混合降膜式蒸发器另一种实施方式的剖面结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、壳体；11、第一布管区；12、第二布管区；14、上流程降膜布管区；15、下流程降膜布管区；16、上流程布管区；17、下流程满液布管区；2、第一换热管；3、第二换热管；4、液位控制器；41、安装筒；42、控制器；5、进液管；6、排气管；7、制冷剂分配器；71、挡气板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图3和图4所示，本实施例的一种管壳式降膜蒸发器，包括壳体1，所述壳体1内填充有制冷剂，该蒸发器壳程走制冷剂，壳程数为1；管程走水，管程数为2，管程进水侧的水室内设置有管程分程隔板。壳体1内部上侧设置有制冷剂分配器7，制冷剂分配器7下方区域为换热管布管区，所述换热管布管区布置有管内走水的换热管，换热管布管区包括位于制冷剂分配器的下方的第一布管区11和位于第一布管区域11下方的第二布管区12，所述第一布管区11和第二布管区12之间留有间隙，所述间隙大于10mm；所述第一布管区11内设有水平布置的多根第一换热管2，所述第二布管区12内设有水平布置的多根第二换热管3，所述第一换热管2的外径小于所述第二换热管3的外径。本实施例的所述第一布管区和第二布管区之间的间隙实际为第一布管区最下端的第一换热管和第二布管区最上端的第二换热管之间的距离。本实施例通过将第一换热管的外径设置成小于第二换热管的外径，使得第一换热管的周向长度更短，布管间隙更小，更有利于周向液膜在换热管管外表面的附着和成型，同时成膜厚度更加均匀连续，可以完全充分有效的利用第一布管区的有效传热面积，减少换热管局部干斑形成的几率，同时第一布管区最底层的换热管不容易干管，综合传热系数更大更高；第二布管区中，第二换热管的有效换热面积更大，在有限控制的制冷剂液位淹没区，相同数量的换热管，可以提供更多有效的换热面积，同时布管间隙更大，更有利于蒸发器产生的制冷剂气体的逸出，且逸出速度更小；本发明的第一布管区和第二布管区换热比较均衡，整体综合换热系数较好。

本实施例的所述第一换热管2的外径为9.52mm～25.4mm，所述第二换热管3的外径为12.7mm～28.6mm。例如，第一换热管2的外径为19.05mm，第二换热管3的外径为25.4mm；或者第一换热管2的外径为16mm，所述第二换热管3的外径为19.05mm。

本实施例的管壳式降膜蒸发器的另一实施方式，还包括用于调节壳体1内制冷剂液位的液位控制器4，所述液位控制器4固定连接在所述壳体1的外壁上。液位控制器4包括安装筒41和控制器42，所述控制器42安装在所述安装筒41的上方；所述安装筒41竖直布置，所述安装筒41的下端与所述第二布管区12相连通，所述安装筒41的上端与所述第一布管区11相连通。通过设置液位控制器，可有效合理控制制冷剂在蒸发器壳体内的液位和蒸发供液量，保证第二布管区上部的第二换热管不会干管，使得降膜蒸发器的有效传热面积能够更加有效的充分利用，综合传热系数就会更大更高，传热效果更好；同时也可对蒸发器壳体内液位和冷媒供液蒸发量进行有效控制，从而依据冷媒和润滑油的溶解特性，回油引射取液口位置可以精确的设计和确定位置，回油效果好，在提高换热效率的同时，也提高了机组回油性能。

如图3和图4所示，本实施例的蒸发器的壳体1呈圆筒状且水平放置，所述第一换热管2位于所述壳体1轴线所在水平面以上的区域，所述第二换热管3位于所述壳体1轴线所在水平面以下的区域；或者所述第一换热管2的一部分也位于所述壳体1轴线所在水平面以下的区域。第一布管区11最下部的第一换热管2和第二布管区12最上部的第二换热管3之间留有间隙，可使第二布管区内的制冷剂蒸汽快速排出，进而通过排气管排出。

如图3和图4所示，本实施例的所述壳体1与所述第一布管区11相对应的位置设有至少一根进液管5和至少一根排气管6。

本实施例的降膜蒸发器为混合降膜蒸发器，所述第二布管区12填充有制冷剂，所述制冷剂将所述第二换热管覆盖住，所述第一换热管2位于所述制冷剂液面以上，即第二布管区12为满液布管区。

如图3和图4所示，本实施例的所述壳体1内部上侧设有水平布置的制冷剂分配器7，所述第一布管区11和第二布管区12均位于所述制冷剂分配器7的下方；所述进液管5的一端固定连接在所述制冷剂分配器7的上侧面上，其另一端从所述壳体1内伸出；所述排气管6与所述壳体1内位于所述制冷剂分配器7上侧的区域相连通。

如图3和图4所示，本实施例的所述制冷剂分配器7的两端与所述壳体1的内壁固定连接，所述制冷剂分配器7与所述壳体1之间连接一挡气板71，所述挡气板71上开设有出气孔。挡气板的形状不受限制，可以是矩形、圆形或椭圆形。

本实施例的管壳式降膜蒸发器主要用于冷水机组，壳程走制冷剂，管程走水。本实施例采用第一换热管的外径小于第二换热管的外径，使得第一布管区内的布管间隙和第二布管区的布管间隙不相同，小管径的换热管必然使得布管间隙较小，第一布管区的布管间隙更小，更有利于第一布管区在换热过程中，第一换热管的周向液膜在换热管管外表面的附着和成型，同时成膜厚度更加均匀连续，可以完全充分有效的利用第一布管区的有效传热面积，减少换热管局部干斑形成的几率，同时第一布管区最底层换热管不容易干管，综合传热系数更大更高，提高传热系数和传热效果。第二布管区的第二换热管相比第一换热管，单根第二换热管的有效换热面积更大，在有限控制的制冷剂液位淹没区，相同数量的第二换热管，可以提供更多有效的换热面积，同时布管间隙更大，更有利于蒸发器产生的制冷剂气体的逸出，且逸出速度更小。第一布管区和第二布管区的换热比较均衡，整体综合换热系数较好。

实施例2

本实施例的一种制冷机组，包括如实施例1所述的管壳式降膜蒸发器。本实施例的制冷机组，使得节流后的制冷剂从蒸发器顶部的进液管5进入到蒸发器壳程后，制冷剂吸热变成制冷剂蒸汽，再通过排气管6排出蒸发器进入压缩机吸气口，制冷剂相变过程中和换热管内的水发生热交换，使水的温度降低，从而制取冷水。

在制冷机组工作过程中，制冷剂在第一布管区的最佳状态时每根第一换热管上都有均匀铺设的液膜，无论是周向还是轴向都有连续的液膜存在，且液膜又不至于太厚或者太薄。液膜太厚，其导热热阻会增加，另外也会影响气液界面的制冷剂液体蒸发，从而降低综合传热系数；如果液膜太薄，则会加大局部干斑形成的几率，从而减少有效传热面积，恶化传热效果。本实施例通过合理设计第一换热管和第二换热管的外径大小，使得第一布管区的第一换热管上的液膜铺设均匀，同时也使第二布管区的制冷剂气体顺利快速逸出，不会滞留在第二布管区影响换热管传热，且制冷剂的逸出流速不会太大而产生吸气带液。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。