本公开总体上涉及制冷剂蒸发器。更具体地，本公开涉及通过在制冷剂蒸发器内使用重定向管和换热管来分离和引导导向过程流体流动的装置、系统和方法。
背景技术：
管壳溢流式蒸发器具有壳体。壳体具有底部并限定空间。一组管件靠近蒸发器壳体的底部设置，并从壳体的一端向另一端水平延伸。该组管件用于运输过程流体，该过程流体从过程流体入口通过壳体到达过程流体出口。作为工作流体的制冷剂从例如靠近壳体底部的制冷剂入口进入蒸发器的壳体，与过程流体交换热量并蒸发。制冷剂蒸汽进入壳体内的空间的上部并经由制冷剂出口离开壳体，制冷剂出口可定位在壳体内的空间的上部。
在管壳溢流式蒸发器中，仔细选择管件的数量、材料、长度和性能特征以提供适当的传热以及降低成本、减少过程流体压降、并减少制冷剂充注量。在双程管壳溢流式蒸发器中，管件的通常构造使过程流体首先沿远离过程流体入口的方向流动，然后朝向过程流体入口的方向返回从而流过出口。这种布置将过程流体入口和过程流体出口放置在蒸发器壳体的相同端。
蒸发器壳体的尺寸通常设定得足够大以容纳管件，使得在壳体顶部离开的制冷剂蒸气不会具有不希望的相互作用，例如液体携带、热交换不平衡和/或一定的局部流速，其中过程流体在靠近壳体底部的管件中流动。蒸发器的尺寸也可以通过冷却器的其他特征来设定，例如压缩机。压缩机的各种负载可能需要不同尺寸的蒸发器壳体。
技术实现要素：
当在蒸发器内使用更高性能的管件时，蒸发器的一端的过程流体入口附近产生更多的蒸气，其中过程流体与制冷剂之间的温差可能最大。过程流体入口所在的蒸发器的这一端的蒸气速度通常高于蒸发器另一端的蒸气速度，并且液体制冷剂可能易于携带至管束顶部并进入压缩机。液体制冷剂在压缩机内部蒸发会干扰蒸汽流动并造成不必要的损失。例如，进入压缩机的液体制冷剂可能在压缩机中沿着流动路径的某个位置闪蒸成蒸气，例如，当液体制冷剂的焓充分增加时，或者当某些局部压降足够低以致液体制冷剂闪蒸时。蒸发的制冷剂可能与压缩机的壁和/或叶轮的壁分离，并引起压缩机内的流动不稳定。此外，热交换的不平衡还可能导致由于过程流体与制冷剂温差的显著降低以及产生的蒸气极少，在管壳溢流式蒸发器的另一端的管件润湿不良。因此，液体制冷剂不会被升高到管束中的更高的管件中进行换热。
公开了一种通过在蒸发器内使用低压降重定向管和高性能管道来分离和引导过程流体流动的装置、系统和方法。过程流体的一部分通过换热管从过程流体入口运送到蒸发器壳体的一个位置以进行热交换，然后经由重定向管从该位置重新引导到过程流体出口。过程流体的另一部分通过重定向管从过程流体入口被重定向到蒸发器壳体的另一个位置，然后从该位置经由换热管运送到过程流体出口用于热交换。
在一个实施例中，过程流体的一部分从蒸发器壳体的过程流体进入端通过换热管流至另一端。在进入端附近，过程流体和制冷剂之间的温差可能是最高的。因此，传热率(蒸气产生)可能是最高的，并且可能产生高热通量的区域。管件被液体制冷剂润湿，液体制冷剂和过程流体之间发生热交换，液体制冷剂被蒸发，一些液体制冷剂可被蒸气升高到管束中较高的管件中。这部分过程流体然后通过低压降重定向管重新引导回到壳体的过程流体进入端。过程流体的第二部分通过低压降重定向管从蒸发器壳体的过程流体进入端重新引导至另一端，而不显著改变过程流体的第二部分的温度。另一方面，过程流体的第二部分流入第二组换热管并返回到进入端，并且可产生另一高热通量区域。这种配置可以平衡蒸发器两端的传热率(蒸气产生)，促进制冷剂润湿整个管束，同时减少液体制冷剂被携带(carry over)入压缩机的发生率。
在一个实施例中，具有重定向过程流体流动的蒸发器包括壳体；壳体具有第一端和第二端；壳体包括过程流体入口和过程流体出口；并且过程流体入口和过程流体出口位于壳体的第一端。蒸发器还包括设置在壳体内并运送过程流体的多个管件。多个管件包括多个第一管件和多个第二管件。所述蒸发器还包括设置在所述壳体内并运送所述过程流体的多个重定向管；多个重定向管包括第一重定向管和第二重定向管。在一个实施例中，过程流体进入过程流体入口。过程流体的第一部分从过程流体入口进入多个第一管件；并且过程流体的第二部分从过程流体入口进入第一重定向管。来自多个第二管件的过程流体和来自第二重定向管的过程流体在流出壳体之前在过程流体出口混合。多个第一管件在第二端与第二重定向管流体连通，使得多个第一管件将过程流体从过程流体入口重新导向至第二重定向管，然后从第二重定向管重新导向至过程流体出口。多个第二管件在第二端与第一重定向管流体连通，使得第一重定向管将过程流体从过程流体入口重新引导到多个第二管件，然后过程流体从多个第二管件引导至过程流体出口。在一个实施例中，具有重定向过程流体流动的蒸发器通过使用管件和管道将过程流体(例如水)分离并引导流入多个部分中而起作用。在一个实施例中，过程流体被分成两部分。在一个实施例中，管件可以是高性能管件，其通常具有比低压降管更高的热交换系数。更具体地说，在这样的实施例中，进入蒸发器的第一端的第一部分水(例如大约一半)直接进入第一组多个换热管，并且在水流到蒸发器的第二端时由制冷剂冷却。在一个实施例中，水的第一部分然后经由第二重定向管返回到蒸发器的第一端。在一个实施例中，水的第二部分首先通过第一重定向管，其将水的第二部分运送到蒸发器的第二端，而基本上不改变水的第二部分的温度。在一个实施例中，水的第二部分然后进入多个第二管件并且在水流回到蒸发器的第一端时被制冷剂冷却。在一个实施例中，冷却水的两个部分在离开蒸发器之前在蒸发器的第一端重新混合。
附图简要说明
参考形成本公开的一部分的附图，其示出了可以实施本说明书中描述的系统和方法的实施例。
图1A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳体内的管件、重定向管和水箱的构造的顶部透视图。
图1B是根据一些实施例的管板和管道的构造的透视图。
图2A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳体内的管件、重定向管和水箱的另一种构造的顶部透视图。
图2B是根据一些实施例的管板和管道的构造的端部透视图。
图3A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳体内的管件、重定向管和水箱的另一构造的顶部透视图。
图3B是根据一些实施例的管板和管道的构造的端部透视图。
图4A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳内的管件、重定向管和水箱的又一种构造的顶部透视图。
图4B是根据一些实施例的管板和管道的构造的端部透视图。
图5示出了根据一些实施例的制冷剂蒸发器内的管件和管道的低流速构造。
图6是根据一些实施例的沿换热管的距离过程流体和制冷剂温差的特性图。
图7是根据一些实施例的沿换热管的距离换热管的内部性能的特性图。
图8是根据一些实施例的沿换热管的距离换热管的整体性能的特性图。
图9示出根据一些实施例的在HVAC系统中具有重定向过程流动的制冷剂蒸发器。
全文中相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
本公开总体上涉及制冷剂蒸发器。更具体地，本公开涉及通过在制冷剂蒸发器的壳体内使用重定向管和换热管来分离和引导过程流体流动的装置、系统和方法。在一个实施例中，重定向管可以放置在蒸发器壳体的外侧。
在一个实施例中，一部分过程流体从蒸发器壳体的过程流体进入端流过换热管到达另一端。在进入端附近，过程流体和制冷剂之间的温差可能是最高的。因此，传热率(蒸气产生)可能是最高的，并且可以产生高热通量的区域。管件被液体制冷剂润湿、液体制冷剂和过程流体之间发生热交换、液体制冷剂蒸发、以及一些液体制冷剂可以被蒸气升高到管束中较高的管件。这部分过程流体然后通过低压降重定向管重新引导回壳体的过程流体进入端。过程流体的第二部分通过低压降重定向管道从蒸发器壳体的过程流体进入端重新引导至另一端，而不显著改变过程流体的第二部分的温度。另一方面，过程流体的第二部分流入第二组换热管并返回到进入端，并且可产生另一高热通量区域。这种配置可以平衡蒸发器两端的传热率(蒸气产生)、促进制冷剂润湿整个管束、同时减少液体制冷剂进入压缩机的发生率。
通常，制冷剂蒸发器内的管件用于运送诸如水的过程流体。对于双程管壳溢流式蒸发器，管件从蒸发器的第一端水平延伸到第二端，以及进水口和出水口均位于蒸发器的第一端。这些管件配置成使水首先在一个方向上例如远离蒸发器的第一端流动，然后在第二方向上例如回流到第一端。这种布置可以使水通过蒸发器两次。
蒸发器管件技术的进步已经产生了性能非常高的管件，其能够以最少的铜使用量产生大量的热传递。使用高性能管件可以通过多种机制降低蒸发器成本。可能需要更少的管件来产生相同的传热率，因为壳体需要更少的管子因此蒸发器的尺寸可以更小，并且由于需要润湿的管子表面积更少而可能需要的制冷剂更少。
利用高强度的管件，大部分传热可能在第一次通过时发生，而第二次通过可能对传热的影响较小或最小。第二次通过可能会略微降低进入温度，但也可能增加水压降。例如，对于低压制冷剂，传热率随着热通量的降低而迅速下降，在某些情况下，高性能管件的优点可能不会被最佳化。此外，高性能管件可能产生携带(carry over)问题：高性能管件可能将总容量的较大部分转移到蒸发器的过程流体进入部分，这可导致携带(carry over)，例如由于使用较小尺寸的蒸发器壳体或较少数量的管件。
蒸发器管件的数量和性能的选择可能会影响蒸发器的性能和成本相关指标。可以采用一些选择来将改进的管件技术(例如高性能管件)用于降低成本的蒸发器中。一种选择可以使用具有比传统的双程管壳溢流式蒸发器更短的蒸发器。对于某些配置，这种选择可能是可能的，但是可能需要大量的重新设计工作，特别是当蒸发器与冷却器的其他部件组装时，并且这种选择有时可能不适用于较高容量的蒸发器。
虽然高性能管件的选择可能对蒸发器壳体尺寸、制冷剂体积和铜使用量的考虑产生积极影响，但是当使用这种高性能管件时，还需要考虑水压降、传热率平衡和管件润湿。
公开了一种具有重定向过程流体流动的蒸发器。除了换热管之外，还可以使用两个或更多个重定向管并将其穿过蒸发器内部。换热管可以是高性能管，而重定向管可以是低压降管。换热管可以具有比重定向管更高的热交换系数。换热管可具有2000或约2000至5000或约5000Btu/hr/ft 2/F的内部传热率，重定向管可具有或约为换热管的内部传热率的20％。可以理解，重定向管的内部传热率可以大于或小于换热管的20％。可以理解的是，在一些情况下，重定向管的内部传热率可以比换热管小一些百分比。与重定向管相比，换热管所运送的水的表面积与体积的比率可以大得多。与换热管相比，沿重定向管长度的热通量相对较小。换热管可以由铜制成并具有表面增强，重定向管可以由钢制成。重定向管可以具有比换热管更大的直径。换热管的直径可以从0.75英寸或约0.75英寸到1英寸或约1英寸，重定向管可以例如为4英寸或约4英寸。可以理解，重定向管的直径可以大于4英寸。
在一个实施例中，入口水流从过程流体入口被分离成多个部分并且被引导到蒸发器的每一端。在一个实施例中，过程流体被分成两部分。在一个实施例中，水的第一部分(例如大致一半)进入多个第一管件，并在流过第二重定向管之后返回到过程流体出口。水的第二部分首先流过第一重定向管，然后流过多个第二管件返回过程流体出口。这种配置可以产生两个高热通量区域、允许蒸发器两端的高温差、减少水压损失、采用高性能蒸发器管、并减少蒸发器内部产生的制冷剂蒸气的潜在分布不均。
通过使用具有重定向过程流体流动的蒸发器，可以解决蒸发器两端的不平衡热交换，同时增强管道的润湿性。具有重定向过程流体流动的蒸发器可以从直径比常规的双程管壳溢流式蒸发器小的蒸发器壳体(例如，蒸发器壳体直径减小10％或约10％至20％或约20％)中利用更多的容量并且由于更好的湿润从蒸发器的管件中利用更好的性能。因此，增加相对便宜的低压降管，可以减少昂贵的铜管的使用，同时允许蒸发器壳体面积利用率和管件性能的多面改进。
具有重定向过程流体流动的蒸发器可平衡蒸发器两端的传热率(蒸气产生)，从而降低液体制冷剂携带进入压缩机的发生率，并促进良好的制冷剂润湿整个管束。具有重定向过程流体流动的蒸发器可以向用户提供成本更低、结构更紧凑的蒸发器(例如蒸发器壳体的直径降低10％或约10％到或20％或约20％)。
图1A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳体内的管件、重定向管和水箱的配置的顶部透视图。当向蒸发器壳体内部看时，图1A示出两个水箱、两个重定向管和两组多个换热管。一个水箱位于壳体的一端，另一个水箱位于壳体的另一端。两个重定向管交叉。重定向管的一端和多个换热管的一端与一个水箱流体连通，重定向管的另一端和多个换热管的另一端与另一个水箱流体连通。
在一个实施例中，制冷剂蒸发器通常包括壳体100。壳体100具有长度L1、宽度W1和高度。壳体100包括过程流体入口110和过程流体出口120。多个管件设置在壳体100内并运送过程流体。多个管件包括多个第一管件130和多个第二管件140。多个重定向管布置在壳体100内并且运送过程流体。在一个实施例中，多个重定向管包括第一重定向管150和第二重定向管160。壳体100具有第一端170和第二端180。过程流体入口110和过程流体出口120位于第一端170。多个第一管件130和第一重定向管150在过程流体入口110连接到第一水箱101的第一部分190。多个第二管件140和第二重定向管160在过程流体出口120连接到第一水箱101的第二部分191。多个第一管件130和第二重定向管160在壳体100的第二端180连接到第二水箱102的第一部分192。多个第二管件140和第一重定向管150在壳体100的第二端180连接到第二水箱102的第二部分193。在一个实施例中，第一水箱101通过第一分离器194流体分隔成第一部分190和第二部分191。第二水箱102通过第二分离器195流体分隔成第一部分192和第二部分193。
图1B是根据一些实施例的管板和管道的构造的端部透视图。图1B示出第一水箱101的管板196。
运行时，过程流体流(例如，水)在过程流体入口110被分离并且引导成两部分。进入第一水箱101的第一部分190的过程流体的第一部分(例如大约一半)直接进入多个第一换热管130。多个第一管件130与第二重定向管160在第二端180经由第二水箱102的第一部分192流体连通，使得多个第一管件130将过程流体从过程流体入口110重新引导至第二重定向管160，过程流体然后从第二重定向管160流到过程流体出口120。换句话说，当水的第一部分流入多个第一管件130从第一端170流到第二端180时，其被制冷剂冷却，然后经由第二重定向管160返回到壳体100的第一端170。
在一个实施例中，水的第二部分首先通过第一重定向管150，第一重定向管150将水的第二部分运送到壳体100的第二端180，而基本上不改变水的第二部分的温度。多个第二管件140在第二端180经由第二水箱102的第二部分193与第一重定向管150流体连通，使得第一重定向管150将过程流体从过程流体入口110重新引导至多个第二管件140，然后过程流体从多个第二管件140流至过程流体出口120。换言之，水的第二部分然后进入多个第二管件140并且流回到壳体100的第一端170。
在这样的实施例中，在壳体100的第一端170，水的第一部分和第二部分在第一水箱101的第二部分191重新汇合，然后从壳体100出来。
在一个实施例中，多个管件具有比多个重定向管更高的热交换系数。在一个实施例中，第一重定向管150和第二重定向管160交叉。在一个实施例中，第一重定向管150的一部分位于第二重定向管160的一部分上方，以允许第一重定向管150跨过第二重定向管160。
在一个实施例中，多个重定向管可以布置成为更多的管件留出空间，例如在小的蒸发器壳体中达到更高的容量。
在一个实施例中，第一重定向管150的直径和多个第一管件130的直径配置成使得来自过程流体入口110的过程流体的第一部分，例如大约一半，进入第一重定向管150和来自过程流体入口110的过程流体的第二部分进入多个第一管件130。
在一个实施例中，过程流体的第一部分，例如大约一半，从过程流体入口110流入多个第一管件130。过程流体的第一部分在第二端180从多个第一管件130流至第二重定向管160。然后过程流体的第一部分从第二重定向管160流至过程流体出口120。在一个实施例中，过程流体的第二部分从过程流体入口110流入第一重定向管150。过程流体的第二部分在第二端180从第一重定向管150流至多个第二管件140。然后，过程流体的第二部分从多个第二管件140流向过程流体出口120。过程流体的两部分在壳体的第一端170处混合并离开壳体。
图2A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳体内的管件、重定向管和水箱的另一构造的顶部透视图。制冷剂蒸发器通常包括壳体200。壳体200具有长度L2、宽度W2和高度。壳体200包括过程流体入口210和过程流体出口220。多个管件设置设置在壳体200内并运送过程流体。多个管件包括多个第一管件230和多个第二管件240。多个重定向管设置在壳体200内并运送过程流体。在一个实施例中，多个重定向管包括第一重定向管250和第二重定向管260。壳体200具有第一端270和第二端280。过程流体入口210和过程流体出口220位于第一端270。多个第一管件230和第一重定向管250在过程流体入口210连接到第一水箱201的第一部分290。多个第二管件240和第二重定向管260在过程流体出口220连接到第一水箱201的第二部分291。多个第一管件230和第二重定向管260在壳体200的第二端280连接到第二水箱202的第一部分292。多个第二管件240和第一重定向管250在壳体200的第二端280连接到第二水箱202的第二部分293。在一个实施例中，第一水箱201通过第一分离器294流体分隔成第一部分290和第二部分291。第二水箱202通过第二分离器295流体分隔成第一部分292和第二部分293。
图2B是根据一些实施例的管板和管道的构造的端部透视图。图2B示出了第一水箱201处的管板296。
在一个实施例中，第一重定向管250和第二重定向管260沿壳体200的长度L2的方向从壳体的第一端270向第二端280延伸。第一重定向管250和第二重定向管260配置成从第一端270向壳体200的中部先相互平行延伸。在一个实施例中，第一重定向管250和第二重定向管260在蒸发器壳体的中间交叉，然后从蒸发器壳体的中部相互平行地返回第二端280。在一个实施例中，在壳体的两端，第一重定向管250和第二重定向管260配置成在宽度W2的方向上并排位于壳体200的中部。
图3A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳体内的管件、重定向管和水箱的另一种构造的顶部透视图。
在一个实施例中，可以包装更多的管件以获得更高的容量。在这样的实施例中，可以使用基于水箱的交叉布置。例如，重定向管不交叉，但水箱可以配置为实现相同的交叉效果。可以在蒸发器的端部在水箱的结构和流动路径中形成交叉。在这样的实施例中，管道可以不那么复杂，并且这种布置可以简化蒸发器壳体结构。在这样的实施例中，可以去除常规蒸发器中40％或约40％的管件，可以使用直径为4英寸或约4英寸的管道，并且管束可以变得更深。
制冷剂蒸发器通常包括壳体300。壳体300具有长度L3、宽度W3和高度。壳体300包括过程流体入口310和过程流体出口320。在壳体300内设置多个管件来运送过程流体。多个管件包括多个第一管件330和多个第二管件340。在壳300内布置多个重定向管来运送过程流体。在一个实施例中，多个重定向管包括第一重定向管350和第二重定向管360。壳体300具有第一端370和第二端380。过程流体入口310和过程流体出口320位于第一端370。多个第一管件330和第一重定向350在过程流体入口310连接到第一水箱301的第一部分390。多个第二管件340和第二重定向管360在过程流体出口320连接到第一水箱301的第二部分391。多个第一管件330和第二重定向管360在壳体300的第二端380连接到第二水箱302的第一部分392。多个第二管件340和第一重定向管350在壳体300的第二端380连接到第二水箱302的第二部分393。在一个实施例中，第一水箱301通过第一分离器394流体分隔成第一部分390和第二部分391。第二水箱302被第二分离器395流体分隔成第一部分392和第二部分393。
图3B是根据一些实施例的管板和管道构造的端部透视图。图3B示出了第一水箱301处的管板396。
在一个实施例中，第一重定向管350和第二重定向管360在壳体300的长度L3的方向上从壳体300的第一端370到第二端380相互平行延伸。在一个实施例中，第一重定向管350和第二重定向管360配置成使得一个重定向管基本上和/或完全位于另一个重定向管下方。在一个实施例中，在壳体的两端，第一重定向管350和第二重定向管360配置成在壳体300的中部沿宽度W3的方向一个位于另一个之上。
图4A是根据一些实施例的制冷剂蒸发器壳体内的管件、重定向管和水箱的另一构造的顶部透视图。制冷剂蒸发器通常包括壳体400。壳体400具有长度L4、宽度W4和高度。壳体400包括过程流体入口410和过程流体出口420。在壳体400内设置多个管件来运送过程流体。多个管件包括多个第一管件430和多个第二管件440。在壳体400内设置多个重定向管来运送过程流体。在一个实施例中，多个重定向管包括第一重定向管450、第二重定向管460、第三重定向管455和第四重定向管465。壳体400具有第一端470和第二端480。过程流体入口410和过程流体出口420位于第一端470。多个第一管件430、第一重定向管450和第三重定向管455在过程流体入口410连接到第一水箱401的第一部分490。多个第二管件440、第二重定向管460和第四重定向管465在过程流体出口420连接到第一水箱401的第二部分491。多个第一管件430、第二重定向管460和第四重定向管465在壳体400的第二端480连接到第二水箱402的第一部分492。多个第二管件440、第一重定向管450和第三重定向管道455连接在壳体400的第二端480连接到第二水箱402的第二部分493。在一个实施例中，第一水箱401被第一分离器494流体分隔成第一部分490和第二部分491。第二水箱402被第二分离器495流体分隔成第一部分492和第二部分493。
图4B是根据一些实施例的管板和管道的构造的端部透视图。图4B示出了第一水箱401处的管板496。
在一个实施例中，多个第一管件430在第二端480经由第二水箱402的第一部分492与第二重定向管460和第四重定向管465流体连通，使得多个第一管件430将过程流体从过程流体入口410重新导向到第二重定向管460和第四重定向管465，然后过程流体从第二重定向管460和第四重定向管465流到过程流体出口420。
在一个实施例中，多个第二管件440在第二端480通过第二水箱402的第二部分493与第一重定向管450和第三重定向管455流体连通，使得第一重定向管450和第三重定向管455将过程流体从过程流体入口410重新导向至多个第二管件440，然后过程流体从多个第二管件440流向过程流体出口420。
在一个实施例中，第二重定向管460和第四重定向管465相互平行。在一个实施例中，第一重定向管450和第三重定向管455相互平行。
在一个实施例中，第一重定向管450和第二重定向管460交叉。第一重定向管450的一部分位于第二重定向管460的一部分的上方，以允许第一重定向管450跨过第二重定向管460。第三重定向管455和第二重定向管460交叉。第三重定向管455的一部分位于第二重定向管460的一部分的上方，以允许第三重定向管455跨过第二重定向管460。
在一个实施例中，第一重定向管450和第四重定向管465交叉。第一重定向管450的一部分位于第四重定向管465的一部分的上方，以使第一重定向管450跨过第四重定向管465。第三重定向管455与第四重定向管465交叉。第三重定向管455的一部分位于第四重定向管465的一部分的上方，以允许第三重定向管455跨过第四重定向管465。
图5示出根据一些实施例的制冷剂蒸发器内的管件和管道的低流速构造。这样的配置可以有利地将高热通量的区域分布在蒸发器的两端。在这样的实施例中，制冷剂蒸发器通常包括壳体500。壳体500包括过程流体入口510和过程流体出口520。多个管件布置在壳体500内并运送过程流体。多个管件包括多个第一管件530、多个第二管件540、多个第三管件535和多个第四管件545。在壳体500内设置多个重定向管来运送过程流体。多个重定向管包括第一重定向管550和第二重定向管560。壳体具有第一端570和第二端580。过程流体入口510和过程流体出口520位于第一端570。
多个第一管件530和第一重定向管550在过程流体入口510连接到第一水箱501的第一部分590。多个第二管件540和第二重定向管560在过程流体出口520连接到第一水箱501的第二部分591。多个第一管件530和多个第二管件540在壳体500的第二端580连接到第二水箱502的第一部分592。第一重定向管550和多个第三管件535在壳体500的第二端580连接到第二水箱502的第二部分593。多个第三管件535和多个第四管件545在壳体500的第一端570连接到第一水箱501的第三部分594。多个第四管件545和第二重定向管560在壳体500的第二端580连接到第二水箱502的第三部分595。一个实施例中，第一水箱501被第一分离器596和第二分离器597流体分隔成第一部分590、第二部分591和第三部分594。第二水箱502被第三分离器598和第四分离器599流体分隔成第一部分592、第二部分593和第三部分595。
多个第一管件530在第二端580经由第二水箱502的第一部分592与多个第二管件540流体连通，使得多个第一管件530将过程流体从过程流体入口510重新导向到多个第二管件540，然后过程流体从多个第二管件540流到过程流体出口520。
多个第三管件535在第二端580经由第二水箱502的第二部分593与第一重定向管550流体连通，使得第一重定向管550将过程流体从过程流体入口510重新导向至多个第三管件535。
多个第三管件535在第一端570经由第一水箱501的第三部分594与多个第四管件545流体连通，使得多个第三管件535将过程流体从多个第三管件535重新导向至多个第四管件545。多个第四管件545在第二端580经由第二水箱502的第三部分595与第二重定向管560流体连通，使得第二重定向管560将过程流体从多个第四管件545重新导向至过程流体出口520。
在一个实施例中，在壳体500的第一端570，过程流体在第一水箱501的第一部分590进入过程流体入口510。过程流体的第一部分(例如大于一半)流过多个第一管件530，到达位于壳体500的第二端580的第二水箱502的第一部分592，返回多个第二管件540并且到达位于壳体500的第一端570的第一水箱501的第二部分591。
过程流体的剩余部分从第一水箱501的第一部分590进入第一重定向管550，流向位于壳体500的第二端580的第二水箱502的第二部分593并进入多个第三管件535，到达位于壳体500第一端570的第一水箱501的第三部分594，然后流入多个第四管件545并到达位于壳体500的第二端580的第二水箱502的第三端595，最后在壳体的第一端570进入第二重定向管560从而流回第一水箱501的第二部分591。
过程流体的两个部分在位于壳体500的第一端570的第一水箱501的第二部分591中混合，并且以冷却水离开壳体500。在这样的实施例中，过程流体的第二部分穿过第一重定向管550和第二重定向管560，而过程流体的第一部分不经过任何重定向管。重定向管可能导致额外的水压下降，这可能导致流量不平衡并需要管理。
图6是根据一些实施例的沿换热管的距离过程流体与制冷剂的温差特性图。图6示出在没有重定向过程流体流动的蒸发器中，高性能换热管的产品3(标记为“产品3”)的过程流体与制冷剂的温差曲线。图6还示出了在没有重定向过程流体流动的蒸发器中，标准性能换热管产品2(标记为“产品2”)的过程流体与制冷剂的温差曲线。图6进一步示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中，产品3(标记为“60％产品3”)的过程流体与制冷剂的温差曲线。与没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的40％或约40％的换热管可以从主管束移除。如图6所示，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，具有60％或约60％的管件数目的产品1可以以约为总计换热流动距离的一半达到与产品2相同的接近温度。
作为比较，图6示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中的产品3(标记为“70％产品3”)的另一个过程流体与制冷剂的温差曲线。相比于在没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的30％或大约30％的换热管可以从主管束移除。图6进一步示出在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，产品3(标记为“80％产品3”)的另一种过程流体与制冷剂的温差曲线。与没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中的例如产品3的20％或者约20％的换热管可以从主管束移除。另外，图6示出在另一种没有重定向过程流体流动的蒸发器中，高性能换热管产品1(标记为“产品1”)的过程流体与制冷剂的温差曲线。产品1具有与产品3类似的温度分布。
图7是根据一些实施例的沿换热管的距离换热管的内部换热性能(换热管的水流速度和内部增强的函数)的特性图。图7示出没有重定向过程流体流动的蒸发器中的高性能换热管产品3(标记为“产品3”)的内部性能曲线。图7还示出在没有重定向过程流体流动的蒸发器中的标准性能换热管产品2(标记为“产品2”)的内部性能曲线。图7进一步示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中的产品3(标记为“60％产品3”)的内部性能曲线。与没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的约40％的换热管可以从主管束移除。如图7所示，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，管件的数目为60％或约60％的产品3的内部性能比产品2高得多。
作为比较，图7示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中的产品3(标记为“70％产品3”)的另一个内部性能曲线。与没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的约30％的换热管可以从主管束移除。图7进一步示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中的产品3(标记为“80％产品3”)的又一内部性能曲线。与没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的20％或者约20％的换热管可以从主管束移除。另外，图7示出在没有重定向过程流体流动的蒸发器中，高性能换热管产品1(标记为“产品1”)的内部性能曲线。产品1具有与产品3类似的温度分布。
图8是根据一些实施例的沿换热管的距离换热管的总体传热性能(内部性能和外部性能)的特性图。图8示出在没有重定向过程流体流动的蒸发器中，高性能换热管产品3(标记为“产品3”)的总体性能曲线。图8还示出在没有重定向过程流体流动的蒸发器中的标准性能换热管产品2(标记为“产品2”)的总体性能曲线。图8还示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中的产品3(标记为“60％产品3”)的整体性能曲线。与不具有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的约40％的换热管可以从主管束移除。如图8所示，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，具有60％或约60％的管件数量的产品3将具有比产品2更高的平均总传热性能。
作为比较，图8示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中的产品3(标记为“70％产品3”)的另一个总体性能曲线。与没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重定向过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的30％或约30％的换热管可以从主管束移除。图8进一步示出具有重定向过程流体流动的蒸发器中的产品3(标记为“80％产品3”)的又一整体性能曲线。与没有重定向过程流体流动的蒸发器中使用的产品3相比，在具有重新定向的过程流体流动的蒸发器中，例如产品3的20％或约20％的换热管可以从主管束移除。另外，图8示出在没有重定向过程流体流动的蒸发器中，高性能换热管产品1(标记为“产品1”)的总体性能曲线。产品1具有与产品3相似的温度分布。一些分析和试验结果显示，使用相同类型的管件的具有过程流体重定向的蒸发器可以达到与传统的双程管壳溢流式蒸发器相同的接近温度，但是具有重定向过程流体流动的蒸发器仅需要传统蒸发器中的60％或约60％的管件数量，并且具有重定向过程流体流动的蒸发器在整个管束中保持高整体传热率。该结果可能是因为高内部传热率即使在单程配置中也保持良好的热传递；因为通过减小管束的面积，可以保持高的热通量以保持制冷剂侧高的传热率，和/或因为当预计管束高度较低时，管束效应也可能减小。例如，当管束高度较低时，液体制冷剂可能不太容易被携带到管束的顶部上并输送到压缩机。因此，例如如前所述，可以减少管束效应，例如由压缩机内液体制冷剂蒸发导致的不希望的损失和蒸气流的破坏。
在一个实施例中，可以在具有重定向过程流体流动的蒸发器中使用两个直径为4英寸或约4英寸的低压降管。在这种实施方式中，常规蒸发器中40％或约40％的管件可以从主管束中移除，并且如果管道被更好布置，则可获得更多的管件空间(例如，在小的蒸发器壳体中达到更高的容量)。在这样的实施例中，可以在两端使用隔离水箱。
在一个实施例中，可以在具有重定向过程流体流动的蒸发器中使用直径为8英寸或约8英寸的低压降管。在这样的实施例中，在常规蒸发器中约40％或约40％的管件可以从主管束移除。在这种实施例中，可以在两端使用分离的水箱和标准的并排水箱。在一个实施例中，直径为6英寸或约6英寸的管道也可以工作并且更加紧凑。
图9示出根据一些实施例的在HVAC系统中具有重定向过程流动的制冷剂蒸发器。用于HVAC系统的加热、通风、空调(HVAC)单元900通常包括压缩机910、流体连接到压缩机910的冷凝器920、单元控制器930和流体连接到冷凝器920的制冷剂蒸发器940。控制系统930可以控制HVAC单元900的运行。应理解，制冷剂蒸发器940可以是上述蒸发器实施例中的任何一个。
在一个实施例中，可以使用水箱配置来实现上述任何一个蒸发器实施例中描述的逆向流动。
方面
应理解的是，方面1-6中的任何一个或多个可以与方面7-14中的任何一个或多个相结合。还应理解的是，方面7可以与方面8-14中的任何一个或多个相结合。还应当理解的是，方面8可以与方面9-14中的任何一个或多个相结合。
方面1.一种制冷剂蒸发器，包括：
壳体，所述壳体包括过程流体入口和过程流体出口；
多个管件，所述多个管件布置在所述壳体内并运送过程流体，所述多个管件包括多个第一管件和多个第二管件；以及
多个重定向管，所述多个重定向管设置在所述壳体内并运送所述过程流体，所述多个重定向管包括第一重定向管和第二重定向管；
其中所述壳体具有第一端和第二端，
所述过程流体入口和所述过程流体出口位于所述第一端，
所述多个第一管件在所述第二端与所述第二重定向管流体连通，使得所述多个第一管件将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述第二重定向管，然后从所述第二重定向管重新导向至所述过程流体出口，以及
所述多个第二管件在所述第二端与所述第一重定向管流体连通，使得所述第一重定向管将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述多个第二管件，然后从所述多个第二管件重新导向至所述过程流体出口。
方面2.根据方面1所述的制冷剂蒸发器，其中所述多个管件具有比所述多个重定向管更高的热交换系数。
方面3.根据方面1或2所述的制冷剂蒸发器，其中所述第一重定向管和第二重定向管交叉。
方面4.根据方面1-3中任一项所述的制冷剂蒸发器，其中所述第一重定向管的直径和所述多个第一管件的直径被配置成使得来自所述过程流体入口的过程流体的大约一半进入所述第一重定向管，并且来自所述过程流体入口的大约一半的过程流体进入所述多个第一管件。
方面5.根据方面1-4中任一方面所述的制冷剂蒸发器，其中所述多个重定向管具有第三重定向管和第四重定向管，
所述多个第一管件在所述第二端与所述第二重定向管和第四重定向管流体连通，使得所述多个第一管件将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述第二重定向管和第四重定向管，然后从所述第二重定向管和第四重定向管流至所述过程流体出口，以及
多个第二管件在所述第二端与所述第一重定向管和第三重定向管流体连通，使得所述第一重定向管和所述第三重定向管将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向到所述多个第二管件，然后从所述多个第二管件流至所述过程流体出口。
方面6.根据方面5所述的制冷剂蒸发器，其中所述第一重定向管和所述第三重定向管平行，所述第二重定向管和所述第四重定向管平行，以及所述第一重定向管和所述第二重定向管交叉。
方面7.一种制冷剂蒸发器，包括：
壳体，所述壳体包括过程流体入口和过程流体出口；
多个管件，所述多个管件布置在所述壳体内并运送过程流体，所述多个管件包括多个第一管件、多个第二管件、多个第三管件和多个第四管件；以及
多个重定向管，所述多个重定向管设置在所述壳体内并运送所述过程流体，所述多个重定向管包括第一重定向管和第二重定向管；
其中所述壳体具有第一端和第二端，
所述过程流体入口和所述过程流体出口位于所述第一端，
所述多个第一管件在所述第二端与所述多个第二管件流体连通，使得所述多个第一管件将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述多个第二管件，然后从所述多个第二管件重新导向至所述过程流体出口，
所述多个第三管件在所述第二端与所述第一重定向管流体连通，使得所述第一重定向管将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述多个第三管件，
所述多个第三管件在所述第一端与所述多个第四管件流体连通，使得所述多个第三管件将所述过程流体从所述多个第三管件重新导向到所述多个第四管件，
所述多个第四管件在所述第二端与所述第二重定向管流体连通，使得所述第二重定向管将所述过程流体从所述多个第四管件重新导向至所述过程流体出口。
方面8.一种引导制冷剂蒸发器中的过程流体的方法，所述制冷剂蒸发器包括：
壳体，所述壳体具有过程流体入口和过程流体出口；
多个管件，所述多个管件布置在所述壳体内并运送过程流体，所述多个管件包括多个第一管件和多个第二管件；以及
多个重定向管，所述多个重定向管设置在所述壳体内并运送所述过程流体，所述过程流体包括第一重定向管和第二重定向管；
其中所述壳体具有第一端和第二端，
所述过程流体入口和所述过程流体出口位于第一端，
所述多个第一管件在所述第二端与所述第二重定向管流体连通，使得所述多个第一管件将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述第二重定向管，然后从所述第二重定向管重新导向至所述过程流体出口，以及
所述多个第二管件在所述第二端与所述第一重定向管流体连通，使得所述第一重定向管将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述多个第二管件，然后从所述多个第二管件重新导向至所述过程流体出口，
所述方法包括：
将所述过程流体的第一部分从所述过程流体入口导向到所述多个第一管件从而到达第二端；
将所述第二端的过程流体的第一部分从所述多个第一管件导向到所述第二重定向管；
将所述过程流体的所述第一部分从所述第二重定向管导向至所述过程流体出口；
将所述过程流体的第二部分从所述过程流体入口导向至所述第一重定向管从而到达第二端；
将所述第二端的过程流体的第二部分从第一重定向管导向至所述多个第二管件；以及
将所述过程流体的所述第二部分从所述多个第二管件导向至所述过程流体出口。
方面9.一种用于HVAC系统的加热、通风、空调(HVAC)单元，包括：
具有电动机和驱动器的压缩机；
流体连接到所述压缩机的冷凝器；
单元控制器；以及
流体连接到所述冷凝器的制冷剂蒸发器，
其中所述制冷剂蒸发器包括：
壳体，所述壳体包括过程流体入口和过程流体出口；
多个管件，所述多个管件布置在所述壳体内并运送过程流体，所述多个管件包括多个第一管件和多个第二管件；以及
多个重定向管，所述多个重定向管设置在所述壳体内并运送所述过程流体，所述多个重定向管包括第一重定向管和第二重定向管；
其中所述壳体具有第一端和第二端，
所述过程流体入口和所述过程流体出口位于所述第一端，
所述多个第一管件在所述第二端与所述第二重定向管流体连通，使得所述多个第一管件将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述第二重定向管，然后从所述第二重定向管重新导向至所述过程流体出口，
所述多个第二管件在所述第二端与所述第一重定向管流体连通，使得所述第一重定向管将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述多个第二管件，然后从所述多个第二管件重新引导至所述过程流体出口。
方面10.根据方面9所述的HVAC单元，其中所述多个管件具有比所述多个重定向管更高的热交换系数。
方面11.根据方面9或10所述的HVAC系统，其中所述第一重定向管和第二重定向管交叉。
方面12.根据方面9-11中任一方面所述的HVAC系统，其中所述第一重定向管的直径和所述多个第一管件的直径被配置成使得来自所述过程流体入口的过程流体的大约一半进入所述第一重定向管，并且来自所述过程流体入口的大约一半的过程流体进入所述多个第一管件。
方面13.根据方面9-12中任一方面所述的HVAC系统，其中所述多个重定向管具有第三重定向管和第四重定向管，
所述多个第一管件在所述第二端与所述第二重定向管和第四重定向管流体连通，使得所述多个第一管件将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向至所述第二重定向管和第四重定向管，然后从所述第二重定向管和第四重定向管流至所述过程流体出口，以及
多个第二管件在所述第二端与所述第一重定向管和第三重定向管流体连通，使得所述第一重定向管和所述第三重定向管将所述过程流体从所述过程流体入口重新导向到所述多个第二管件，然后从所述多个第二管件流至所述过程流体出口。
方面14.根据方面13所述的制冷剂蒸发器，其中所述第一重定向管和所述第三重定向管平行，所述第二重定向管和所述第四重定向管平行，以及所述第一重定向管和所述第二重定向管交叉。
本说明书中使用的术语旨在描述特定的实施例，而不是旨在限制。除非另有明确说明，否则术语“一”、“一个”和“该”也包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括”表示所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或更多其他特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件。
关于前面的描述，应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，尤其在所使用的构造材料以及部件的形状、尺寸和布置方面可以进行细节上的改变。在本说明书中使用的词语“实施例”可以但不一定指相同的实施例。本说明书和所描述的实施例仅仅是示例性的。在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以构思其他和进一步的实施例，本公开的真实范围和精神由所附的权利要求指出。