1.本发明总体上涉及浸没式蒸发器，其用制冷剂浸没蒸发器壳，以便冷却布置在壳内的热交换器管，并从而冷却穿过管的流体。
背景技术：
2.用于冷却流体的最常见蒸发器是降膜蒸发器或浸没式蒸发器。 这些蒸发器包括壳，该壳在其中限定出中空室，热交换器管延伸穿过该中空室。希望进行冷却的相对较热的流体通过热交换器管，同时制冷剂供应到管的外部。来自热交换器管的热量使制冷剂汽化，制冷剂从管中带走热量，并因此冷却穿过其的流体。
3.在降膜式蒸发器中，制冷剂供应到壳的上部区域，在热交换器管上方，使得汽相制冷剂向上经过并离开壳(到达压缩机)，而液体制冷剂均匀地向下喷洒在热交换器管上。
4.相比之下，在浸没式蒸发器中，通常将制冷剂供应到壳底部，在热交换器管下方。由于供应的制冷剂既处于液相又处于汽相，这提出了各种挑战，如如何将液体制冷剂均匀地分配到热交换器管。而且，供应给壳的制冷剂中的制冷剂蒸气趋于阻止液体制冷剂接触热交换器管，从而降低了蒸发器的效率。
技术实现要素：
5.本公开提供了一种蒸发器系统，其包括：蒸发器壳，其在其中具有将壳划分成蒸发器室以及用于接收两相制冷剂的制冷剂接收室的分隔壁，其中该蒸发器室具有穿过其的一个或多个热交换器管，以用于传送待冷却的流体通过蒸发器室；以及制冷剂分离器，其包括所述制冷剂接收室，并且构造成将两相制冷剂分成制冷剂蒸气和液体制冷剂，制冷剂分离器具有用于分离的蒸气制冷剂的第一出口和用于分离的液体制冷剂的第二出口；其中第一出口布置成在热交换器管中的至少一些热交换器管的上方的位置处将蒸气制冷剂供应到蒸发器室中，并且其中第二出口布置成在热交换器管中的至少一些热交换器管的下方的位置处将液体制冷剂供应到蒸发器室中。
6.具有一个或多个热交换器管的蒸发器室是浸没式蒸发器。
7.制冷剂分离器包括制冷剂接收室和用于接收两相制冷剂的入口；其中用于液体制冷剂的第二出口可布置在入口下方并且/或者其中用于制冷剂蒸气的第一出口可布置在入口上方。
8.所述第二出口可包括一个或多个第一孔口，孔口布置成穿过分隔壁的下部部分或底部部分，或布置在分隔壁的底部与壳之间，以允许液体制冷剂从制冷剂接收室在热交换器管中的至少一些热交换器管下方的位置处传递到蒸发器室。
9.壳内的分隔壁可为基本上竖直的。然而，可设想，分隔壁无需是竖直的。
10.一个或多个第一孔口可为开槽孔口。
11.一个或多个第一孔口可为在与一个或多个热交换器管的纵向轴线相同的方向上伸长的开槽孔口。
12.一个或多个开槽孔口中的每一个可在其伸长方向上具有长度，该长度对应于一个或多个热交换器管的长度的至少x％，其中x选自：20;25;30;35;40;45;50;55;60;65;70;75;80;85或90。
13.这样的相对较大的孔口在制冷剂接收室和蒸发器室之间提供低的压降或没有压降。这样的相对长的孔口还使得液体制冷剂能够容易地在(一个或多个)热交换器管的长度上流动。
14.制冷剂分离器可包括进入制冷剂接收室的入口，用于接收两相制冷剂，其中用于分离的液体制冷剂的第二出口布置在入口下方。
15.蒸发器系统可包括布置在入口和第二出口之间的挡板，用于防止液体制冷剂的湍流从入口到一个或多个第一孔口。
16.挡板可从分隔壁延伸。
17.制冷剂分离器可包括进入到用于接收两相制冷剂的制冷剂接收室中的入口，其中用于分离的蒸气制冷剂的第一出口布置在入口上方。
18.用于分离的蒸气制冷剂的所述第一出口可包括一个或多个第二孔口，第二孔口布置成穿过分隔壁的上部部分，或布置在壁的顶部与壳之间，以允许制冷剂蒸气在热交换器管中的至少一些热交换器管上方的位置处从制冷剂接收室传递到蒸发器室。
19.蒸发器壳可为在纵向方向上伸长的管状壳，其中分隔壁基本上是平坦的，并且布置在由管状壳的纵向方向和与该纵向方向正交的轴线限定的平面中。
20.壳的纵向方向可为热交换器管伸长的方向。
21.管状壳可为基本柱形的壳。
22.尽管已经将蒸发器壳描述为其中具有将壳分成所述蒸发器室和所述制冷剂接收室的分隔壁，但是可设想，制冷剂接收室(和制冷剂分离器)可在壳的外部。例如，蒸发器壳的壁可为蒸发器室与制冷剂接收室之间的用于接收两相制冷剂的分隔壁(其中制冷剂接收室形成制冷剂分离器的一部分)。
23.因此，本公开还提供了一种蒸发器系统，其包括：蒸发器壳，其包括蒸发器室，该蒸发器室具有穿过其的用于将待冷却的流体传送通过蒸发器室的一个或多个热交换器管；以及制冷剂分离器，其包括制冷剂接收室，该制冷剂接收室构造成将两相制冷剂分成制冷剂蒸气和液体制冷剂，并且具有用于分离的蒸气制冷剂的第一出口和用于分离的液体制冷剂的第二出口；其中第一出口布置成在热交换器管中的至少一些热交换器管上方的位置处将蒸气制冷剂供应到蒸发器室中，并且其中第二出口布置成在热交换器管中的至少一些热交换器管的下方位置处将液体制冷剂供应到蒸发器室中；以及其中蒸发器壳的壁是在所述蒸发器室与所述制冷剂接收室之间的分隔壁。
24.所述第二出口可包括一个或多个第一孔口，第一孔口布置成穿过分隔壁的下部，以允许液体制冷剂在热交换器管中的至少一些热交换器管下方的位置处从制冷剂接收室传递到蒸发器室；并且/或者用于分离的蒸气制冷剂的所述第一出口可包括一个或多个第二孔口，第二孔口布置成穿过分隔壁的上部部分，以允许制冷剂蒸气在热交换器管中的至少一些热交换器管上方的位置处从制冷剂接收室传递到蒸发器室。
25.本公开还提供了一种冷却流体的方法，包括：提供如本文所述的蒸发器系统；供应待冷却的流体通过一个或多个热交换器管；将制冷剂的液相和汽相两者供应到制冷剂分离
器；在制冷剂分离器内将汽相与液相分离；使分离的汽相传递到第一出口，以便在热交换器管中的至少一些热交换器管上方的位置处将汽相制冷剂供应到蒸发器室中；以及使分离的液相传递到第二出口，以便在热交换器管中的至少一些热交换器管下方的位置处将液相制冷剂供应到蒸发器室中。
26.液相制冷剂接触蒸发器室内的一个或多个热交换器管，并由来自管的热量汽化，从而从一个或多个热交换器管中移走热量并冷却穿过其的流体。
附图说明
27.现在将仅通过示例，并且参照附图来描述各种实施例，在附图中：图1a
‑
1b示出了常规的浸没式蒸发器的视图；图2示出了除了浸没式蒸发器具有位于壳外部的制冷剂分离器之外与图1相同的浸没式蒸发器；以及图3a
‑
3d示出了根据本公开的浸没式蒸发器的三个不同实施例的视图。
具体实施方式
28.图1a
‑
1b示出了常规的浸没式蒸发器的视图；更确切地说，图1a示出了在由蒸发器的纵向轴线和径向轴线限定的平面中的横截面视图，而图1b示出了在与纵向轴线正交的平面中的横截面视图。蒸发器包括壳2(即，壳体)，该壳在其中限定中空室。中空的热交换器管4从壳的第一纵向端穿过壳2延伸到相对的第二纵向端。第一流体接收室5和第二流体接收室6位于壳2的第一纵向端处，并且布置成与布置在第一纵向端处的热交换器管4的端部流体连通。第三流体接收室8位于壳2的第二纵向端处，并且布置成与在壳的第二纵向端处的热交换器管4的端部流体连通。第一室5具有用于接收待冷却的流体的入口，并且构造为将所述流体传送到热交换器管4的朝着壳2的底部布置的第一子集中。在使用中，流体穿过壳2、到热交换器管4的第一子集内、并进入到第三流体室8中。第三流体室8构造成将流体传送到热交换器管4的布置在壳2的上部部分中的第二子集中。然后，流体穿过壳2、到热交换器管4的第二子集内、并进入到第二流体室6中。第二流体室具有出口。
29.壳2包括布置在壳2的底部处的制冷剂入口10和布置在壳的顶部处的制冷剂出口12。在使用中，制冷剂经由制冷剂入口10供应到壳2中。制冷剂入口10与沿壳2的长度延伸的制冷剂分配器14流体连通。制冷剂分配器14具有沿壳2的长度布置的多个孔，使得制冷剂穿过这些孔并且沿壳2的长度分配。然后，制冷剂与热交换器管4的外表面接触，在该外表面处制冷剂由于相对热的流体穿过热交换器管4而被加热。这导致制冷剂汽化，并因此从热交换器管4移走热量并冷却穿过其的流体。汽化的制冷剂上升并由压缩机系统通过制冷剂出口12从壳2中抽吸出。然后处理制冷剂(例如，通过压缩机、冷凝器和膨胀阀)，并然后通过制冷剂入口10将制冷剂供应回壳2的底部。
30.实际上，供应给制冷剂入口10的制冷剂是两相制冷剂，即包括呈液相和汽相两者的制冷剂。制冷剂蒸气的存在抑制了液体制冷剂与热交换器管4的外表面的接触，并因此降低了蒸发器的效率。而且，两相制冷剂致使分配器14难以在所有操作条件下提供均匀的制冷剂流，因为蒸气制冷剂与液体制冷剂的比率(以及还有总制冷剂流率)将在不同的操作条件下改变。通过给分配器14提供减小的孔尺寸可使蒸发器更有效率，但是这将导致在分配
器14上的大压降。因而，难以将制冷剂分配器14设计成对于所有操作条件而言最优化，并且该设计通常是竞争因素的折衷。
31.图2示出了除了浸没式蒸发器具有位于壳2外部的制冷剂分离器16用于分离制冷剂的液相和汽相并将它们分别供应到壳2中之外与图1相同的浸没式蒸发器。更确切地说，两相制冷剂通过入口18供应到制冷剂分离器中，在那里液相制冷剂在重力下下落到分离器16的底部，而汽相制冷剂上升到分离器16的上部区域。然后，液相制冷剂从分离器16中排出、通过第一导管20到蒸发器壳2的制冷剂入口10，并进入到制冷剂分配器14中。可提供循环泵以将液体泵送通过导管20并且到壳2中。液体制冷剂以与关于图1所描述的相同的方式穿过制冷剂分配器14中的孔以便冷却热交换器管4。气相制冷剂从分离器16的上部区域离开，并通过第二导管22到达位于壳2顶部的气相制冷剂入口(或直接到达出口12)。然后，该气相制冷剂穿过制冷剂出口12，而不与热交换器管4接触。由于仅液体制冷剂传递到制冷剂分配器14，所以液体制冷剂均匀地流过分配器14的孔。然而，由于需要外部分离器16和附加的导管20,22等，所以这种布置相对昂贵并且较大。
32.图3a
‑
3d示出了根据本公开的浸没式蒸发器的三个不同实施例的视图。更确切地说，图3a
‑
3c示出了三个不同实施例在由每个蒸发器的纵向和径向轴线限定的平面中的截面视图，而图3d示出了每个实施例在与纵向轴线正交的平面中的横截面视图。
33.参看图3a，蒸发器包括壳2(即，壳体)，该壳在其中限定了中空室。中空的热交换器管4从壳的第一纵向端穿过壳2延伸到另一第二纵向端。为了便于示出其它构件，在图3a
‑
3c的视图中省略了这些管，但是可在图3d的视图中看到它们。第一流体接收室5和第二流体接收室6位于壳的第一纵向端处，并且布置成与位于壳2的第一纵向端处的热交换器管4的端部流体连通。第三流体接收室8位于壳2的第二纵向端处，并且布置成与位于壳2的第二纵向端的热交换器管4的端部流体连通。第一室5具有用于接收待冷却的流体的入口，并且构造成将所述流体传送到热交换器管的可布置在壳2的下部中的第一子集中。在使用中，相对热的流体穿过壳2、到热交换器管的第一子集内、并进入到第三流体室8中。第三流体室8构造成将流体传送到热交换器管的可布置在壳2的上部中的第二子集(除第一子集中的那些管之外的其余的管)中。然后，流体穿过壳2、到热交换器管的第二子集内、并进入到第二流体室6中。第二流体室6具有流体穿过的出口。流体可为水或任何其它流体。流体可从出口传递到另一个系统(该系统加热流体)，然后该系统将流体再循环回到第一室5的入口。
34.尽管已经将流体描述为沿蒸发器的纵向轴线来回被传送通过热交换管的第一子集和第二子集两次，但是可设想其它构造。流体可沿蒸发器的纵向轴线来回传送(通过热交换管的子集)更少或更多次。例如，流体入口可与位于蒸发器的第一纵向端处的热交换器管2中的全部热交换器管的端部连通，并且流体出口可与位于蒸发器的第二纵向端处的热交换器管中的全部热交换器管的端部连通。
35.如图3d中最佳所示，壳2包括制冷剂入口10，该制冷剂入口布置成穿过壳2的壁，而期望地并非穿过壳2的底部。制冷剂入口10可在壳2的侧壁中，如穿过除了壳2的纵向端部处的侧壁之外的部分。壳2可为管状的并且期望是柱形的。
36.分隔壁24设在壳2内，以将壳划分成布置在壁24的相对的侧面上的制冷剂接收室26和蒸发室28。壁24可例如通过焊接或任何其它合适的方式固定到壳2的内表面。制冷剂入口10定位成将制冷剂供应到制冷剂接收室26中，并且热交换器管4位于蒸发室28中。槽30设
成穿过壁24的底部或设在壁24的底部与壳2的内表面之间，以便允许制冷剂接收室26和蒸发室28之间的流体连通。壁24和槽30可沿蒸发器在纵向方向上延伸，并且槽30期望地沿纵向方向在壁24的大部分长度上延伸。备选地，代替单个槽30，一个或多个(开槽或非开槽的)孔口可布置在壁24的底部中。在提供多个这种孔口的情况下，这些孔口可沿壁24的纵向方向间隔开。
37.一个或多个孔口32设成穿过壁24的上部(例如顶部)部分，或设在壁24的顶部与壳2的内表面之间，以便允许制冷剂接收室26与蒸发室28之间的流体连通。这些一个或多个孔口32中的每一个可为在沿纵向轴线的方向上伸长的槽，或每个孔口可具有另一几何形状。挡板部件34可设在制冷剂接收室26中、位于制冷剂入口10的竖直下方，以避免液体制冷剂的湍流到壁24的底部中的槽30。该挡板34可从分隔壁24或从壳2的内表面例如在水平方向上延伸。挡板34也在部分地沿纵向轴线的方向上延伸。制冷剂出口12可布置在壳2的顶部处。
38.在使用中，相对热的流体(如液态水)被供应到第一室5的入口。该流体穿过热交换器管4的第一子集并进入到第三流体室8中。这些管4以及因此其中的流体在流体穿过管时被制冷剂冷却，这将在下文中描述。流体然后进入第三流体室8，并且被传送到热交换器管4的布置在壳2的上部部分中的第二子集中。然后，流体返回穿过壳2、到热交换器管的第二子集内、并且进入到第二流体室6中。流体在返回穿过壳2时由制冷剂进一步冷却，如将在下文中描述的那样。然后，流体通过流体出口离开第二流体室6和蒸发器。如上所述，可设想换热器管4的其它构造，其中流体穿过壳2仅仅一次或多于两次。
39.在流体穿过热交换器管4的同时，制冷剂供应到这些管的外部以便对这些管进行冷却，并因此冷却穿过管4的流体。为此，将两相液体制冷剂(包括液态和气态制冷剂两者)经由制冷剂入口10供应到壳2中。从图3d中最佳地看到，两相制冷剂传递到制冷剂接收室26中，在制冷剂接收室中，制冷剂的蒸气部分向上穿过壁24的上部部分中的一个或多个孔口32并进入到蒸发室28中。如下文将描述，制冷剂的该蒸气部分然后与由室28中的蒸发过程所产生的蒸气制冷剂混合。然后，全部制冷剂蒸气例如通过由压缩机系统从壳2中抽吸出而穿过制冷剂出口12。然后，制冷剂蒸气经历共同的循环并且供应回入口10，其中一部分制冷剂处于液相，而另一部分处于汽相。例如，制冷剂蒸气通过压缩机系统被抽吸通过制冷剂出口12，然后在返回到入口10之前穿过压缩机、冷凝器和膨胀阀。本文中公开的实施例确保了进入制冷剂入口10的制冷剂蒸气不接触热交换器管4，并且因此不抑制液体制冷剂接触和冷却管4。
40.从制冷剂入口10传递到制冷剂接收室26中的制冷剂的液体部分在重力作用下下落到制冷剂接收室26的底部。挡板34防止液体制冷剂的湍流通过壁24的底部处的槽30。液体制冷剂然后穿过槽30并且有效地分配到蒸发室28中。然后，液体制冷剂与热交换器管4的外表面接触，在该外表面处制冷剂由于相对热的流体穿过热交换器管4而被加热。这引起制冷剂汽化，并因此从热交换器管4移走热量并冷却穿过其的流体。通过该过程汽化的制冷剂与已经穿过壁24的上部部分中的孔口32的制冷剂蒸气一起上升并穿过制冷剂出口12。如上所述，制冷剂蒸气然后经历共同的循环，并且将所产生的制冷剂供应回入口10，其中一部分制冷剂处于液相，而另一部分处于汽相。
41.尽管蒸发器室28中的制冷剂液位相对较高(在使用中)以便与热交换器管4接触，
但是即使当制冷剂接收室26中的液体制冷剂的液位相对较低时，液体制冷剂仍能够仅在重力的作用下从制冷剂接收室26(通过槽30)传递到蒸发器室28。这是因为蒸发器室28中的制冷剂通过来自热交换器管4的热量而沸腾，并因此尽管蒸发器室28中的制冷剂液位可能相对较高，但是这由于制冷剂蒸气而很大程度上由气泡形成。
42.在图3a所示的实施例中，制冷剂入口10、挡板34和制冷剂出口12位于蒸发器壳2的纵向中间位置。两个开槽孔口32设在分隔壁24的顶部处，用于允许制冷剂蒸气从制冷剂接收室26传递到蒸发器室28中。开槽的孔口32布置在壁24的相对的纵向端处。
43.除了制冷剂入口10和挡板34位于蒸发器壳2的一个纵向端处，并且仅提供了位于蒸发器壳2的相对纵向端处的单个开槽孔口32之外，图3b中所示的实施例与图3a的实施例相同。而且，制冷剂出口12可位于蒸发器壳2的所述相对的纵向端处。
44.除了制冷剂接收室26仅延伸蒸发器壳2的长度的一部分之外，图3c中所示的实施例与图3b的实施例相同。这可通过提供在制冷剂接收室26的纵向端处的端壁36来实现。
45.可设想各种其它实施例。例如，蒸发器可具有多个制冷剂入口，并且可选地具有多个制冷剂接收室。例如，可提供两个制冷剂接收室，例如当如图3d所示观察时，制冷剂接收室26可设在蒸发器室28的任一侧上。备选地，一个或多个制冷剂接收室26可位于蒸发器壳中的一个或每个纵向端处。
46.附加或备选于多个制冷剂入口和/或制冷剂接收室，可设想其中设置有多个制冷剂出口的实施例。例如，制冷剂出口可设在蒸发器壳的每个纵向端处。
47.将认识到，本文描述的实施例允许液体制冷剂最优化地流入和流过蒸发器壳2。例如，当从液体流中移走蒸气制冷剂时，液体制冷剂的流动能够是均匀的。实施例还使得能够使用相对较低的制冷剂总质量流量，因为通过基本上仅使制冷剂的液相传递至热交换器管(而不使来自制冷剂入口10的蒸气制冷剂)而更有效率地利用制冷剂。由于来自制冷剂入口10的制冷剂蒸气不会阻碍液体制冷剂接触管4，因此这改善了管4与制冷剂之间的热交换效率。还将认识到，由于实施例将制冷剂分离器室26容纳在蒸发器壳2内部，在壳外部提供水箱和管道的复杂性和成本最小化。此外，由于可设置相对较大的槽30以允许液体制冷剂从制冷剂接收室26传递至蒸发器室28(而不是使用具有小孔的复杂的两相制冷剂分配器)，因此越过槽30存在很低的(或没有)压降。这在选择可在制冷剂入口10的上游使用的制冷剂膨胀阀方面提供了更大的自由度。本文所述的实施例对于更广泛范围的制冷剂(如低压制冷剂(例如，r1234ze))而言也被最优化。
48.尽管已经参考各种实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，可在形式和细节上进行各种改变而不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的范围。
49.例如，可构想，制冷剂接收室26可分开地制造，并然后在组装蒸发器期间引入到壳2中。制冷剂接收室26可例如通过软焊而固定到壳2。
50.尽管分隔壁24已经被描述为位于壳2内并且将壳划分成制冷剂接收室26和蒸发室28，但是可设想分隔壁24可代替为壳的外壁，使得制冷剂接收室26在壳的外部，而蒸发室28在壳的内部。