適用於降膜蒸發器的迷宮式擋液結構的製作方法

2023-10-05 12:57:24 3

本發明涉及製冷技術領域，特別涉及一種適用於降膜蒸發器的迷宮式擋液結構。

背景技術：

在製冷設備中，節流後的製冷劑氣液混合物通過臥式降膜蒸發器的進液管組進入其中的布液器，經布液器均勻分配，被分離出來的製冷劑液體落在布液器下方的換熱管外表面，部分製冷劑液體在換熱管外表面蒸發，剩餘未蒸發的製冷劑液體沿換熱管外表面呈均勻膜狀流下。經布液器分離出來、夾雜著一定量液滴的氣態製冷劑，與換熱管外表面蒸發產生、裹挾著少量製冷劑液滴的氣態製冷劑一起經過氣液分離後，經出氣管組流出降膜蒸發器，進入壓縮機。如果降膜蒸發器內製冷劑氣液分離效果不好，一定數量未被分離的製冷劑液滴將隨製冷劑氣體一起被吸入壓縮機，導致壓縮機吸氣帶液，這對於壓縮機的安全使用和穩定運行是非常不利的。據了解，工程現場出現制冷機組壓縮機損壞的案例中，故障主要原因為壓縮機長期帶液運行的案例佔比超過60%。所以為了避免蒸發器出氣帶液量過多導致壓縮機損壞，須在降膜蒸發器內設置可靠的氣液分離裝置，以儘量降低蒸發器出氣帶液量。

現有的降膜蒸發器通常採用兩種方式減少蒸發器出氣帶液量：一種方式是在降膜蒸發器內裝設具有多層不鏽鋼絲網結構的除霧器，這種方法雖然氣液分離效果較好，但結構複雜、造價高，且因增加壓降較大而影響降膜制冷機組的冷量和能效；另一種方式是在蒸發器內設置不同形式的擋液結構，但氣液分離效果大多不太理想。如專利CN201520313780「製冷空調用降膜蒸發器」所述的降膜蒸發內部擋液結構簡單、氣流通道比較順暢，製冷劑氣體流向未見明顯變化且流動距離較短。如果蒸發器製冷劑液位過高或有較多冷凍油進入蒸發器，因為回油口靠近蒸發器底部而回油效率較低，此時由於蒸發器內製冷劑劇烈沸騰而導致向上流動的製冷劑氣體中裹挾的大量製冷劑液滴很難被前述簡單的擋液結構充分分離，這會導致壓縮機吸氣帶液較多。專利CN201620264473「一種臥式降膜蒸發器的布液器」中提到的擋液結構，擋液板在布液器底部沿豎直方向設置且開有小孔，這會導致裹挾著製冷劑液滴的部分製冷劑氣體從開孔區域直接旁通過去，這種結構即使蒸發器液位較低並且沒有過多的冷凍油存在，也會因為從擋液板處旁通氣流裹挾的液滴而導致壓縮機帶液運行。因此，設計一款適用於降膜蒸發器、分離效果更好、製冷劑氣體壓降更小且結構簡單且易於加工的氣液分離結構至關重要。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種結構簡單、易於加工和安裝、成本低、製冷設備運行過程中製冷劑氣體不產生明顯壓降的適用於降膜蒸發器的迷宮式擋液結構，克服現有技術的不足。

本發明的適用於降膜蒸發器的迷宮式擋液結構，包括筒體、擋板、擋板、擋板、進液管組、出氣管組、布液器、換熱管；進液管組和出氣管組分別設置在筒體頂部；所述進液管組下端連接布液器，並與布液器相通；筒體內壁兩側分別設有折彎形的擋板，布液器底部兩側分別設有折彎形的擋板 ，所述布液器上方兩側分別通過折彎形多孔的擋板與筒體內壁連接；擋板、擋板和擋板均沿筒體截面中心線對稱布置；所述換熱管設置在布液器正下方。

所述的擋板的水平段與筒體內壁連接，且水平段長度至少為40mm，豎直段長度至少為20mm，擋板水平段和豎直段最長長度以保證製冷劑氣體流經擋板豎直段端部與擋板傾斜段所形成的流通截面的流速低於或等於0.8m/s。

所述的擋板水平段在靠近筒體內壁的位置開孔，開孔尺寸以保證製冷劑氣體流經開孔截面的流速在0.5~1.5m/s之間，且擋板的水平段在吸氣口中心2倍吸氣管內徑的範圍內不開孔，並保證此區域與筒體內壁緊密連接；擋板豎直段長度控制在10~50mm之間，且擋板的豎直段在吸氣口中心2倍吸氣管內徑的區域內與布液器外壁緊密連接；擋板的傾斜段應向筒體內壁方向傾斜，與豎直方向的夾角控制在5~30°，長度至少為50mm，該長度應隨筒體（1）直徑和換熱管數量的增加而增加，擋板傾斜段的最長長度以保證製冷劑氣體流經該傾斜段端部與筒體內壁形成的流通截面的流速低於或等於0.8m/s。

擋板的水平段與筒體內壁連接，豎直段與布液器頂部連接，且在豎直段開孔，開孔尺寸以保證製冷劑氣體流經開孔截面的流速低於或等於3m/s；多孔擋板的豎直段在吸氣口中心2倍吸氣管內徑的範圍內不開孔，並保證擋板水平段在此區域與筒體內壁緊密連接。

所述的開孔為圓形孔或方形孔或三角孔。

節流後的製冷劑氣液混合物通過臥式降膜蒸發器的進液管組進入其中的布液器，經布液器均勻分配後，分離出來的製冷劑液體落在位於布液器下方的換熱管外表面，部分製冷劑液體在換熱管外表面蒸發，剩餘未蒸發的製冷劑液體沿換熱管外表面呈均勻膜狀流下。經布液器分離出來、夾雜著一定量液滴的氣態製冷劑，與換熱管外表面蒸發產生、裹挾著少量製冷劑液滴的製冷劑氣體匯合後，依次通過擋板、擋板和擋板與筒體內壁所形成的曲折通道流動。由於上述結構的作用，製冷劑氣體流動方向不斷發生偏轉，導致氣流中裹挾的不同粒徑、密度較大的製冷劑液滴由於慣性作用被甩在擋板或筒體上，並最終落在筒體底部實現分離，分離掉絕大部分液滴的製冷劑氣體經出氣管組，最後進入壓縮機。

本發明中通過氣液分離結構，採用擋板、擋板、液板與筒體內壁共同組成的迷宮式擋液結構，使製冷劑氣體在向上流動過程中流向不斷發生偏轉，通過慣性的作用把其中裹挾的密度較大的製冷劑液滴分離下來，使得氣液分離效果較現有結構大大增強，還因結構簡單、易於加工和安裝而降低了降膜蒸發器的製造成本，並因製冷劑流速的合理控制而有效降低製冷劑氣體壓降。既可以保證壓縮機長時間穩定可靠運行，並可有效提高降膜機組的整機性價比。

附圖說明

圖1是適用於降膜蒸發器的迷宮式擋液結構的結構示意圖；

圖2為擋板、擋板開孔側結構示意圖；

圖3為擋板開豁口側結構示意圖。

具體實施方式

如圖1、2、3所示：本發明的適用於降膜蒸發器的迷宮式擋液結構，包括筒體1、擋板2、擋板3、擋板4、進液管組5、出氣管組6、布液器7、換熱管8。

進液管組5和出氣管組6分別設置在筒體1頂部。進液管組5下端連接布液器7，並與布液器相通。筒體內壁兩側分別設有L形（折彎形）擋板2，布液器7底部兩側分別設有折彎形擋板3 ，布液器7上方兩側分別通過L形（折彎形）多孔擋板4與筒體1內壁連接。擋板、擋板和擋板均沿筒體1截面中心線對稱布置。換熱管8設置在布液器7正下方。

L形（折彎形）擋板2的水平段與筒體1內壁連接，且水平段長度取50mm，豎直段長度取20mm。該L形擋板結構可以通過強制氣流折向而將其中裹挾的部分大粒徑製冷劑液滴初步分離下來，以降低上升氣流中的液滴含量，為提高後續氣液分離效果起到一定作用。製冷劑氣體流經L形擋板2豎直段端部與擋板3傾斜段所形成的流通截面時，最高流速不高於0.8m/s，如果該流速過高，較高流速的氣流將裹挾更多的製冷劑液滴向上流動，同樣也會增加後續的氣液分離難度，使氣液分離效果變差。

擋板3水平段的氣流通道結構，可採用兩個方式：

一種方式如圖2所示，在擋板3水平段靠近筒體1內壁的位置開孔，開孔尺寸保證製冷劑氣體流速為1.25m/s，這是因為如果氣流速度過高，容易導致氣流中裹挾的大粒徑製冷劑液滴被帶上去；如果氣流速度過低，則該擋板3的氣液分離作用就會減小。同時，在吸氣口中心2倍吸氣管內徑的範圍內不開孔，並保證擋板3水平段在此區域與筒體內壁緊密連接。這樣處理的原因是出氣管組附近的製冷劑氣體流速較高，如果擋板3在此附近開孔，很容易造成製冷劑氣體中裹挾的大粒徑製冷劑液滴無法被有效分離，這樣會增加後續的氣液分離難度，使氣液分離效果變差。

另一種方式如圖3所示，擋板3水平段在吸氣口中心2倍吸氣管內徑的範圍內與筒體1內壁緊密連接，其餘部分與筒體1內壁形成長方形豁口，豁口面積以保證製冷劑氣體流經該截面的流速控制在1.25m/s。

擋板3豎直段長度取30mm，為減小布液器焊接變形並節約成本。擋板3與布液器之間通常採取點焊的方式固定，如果該豎直段的長度過短，則可能因擋板3平整度不高而導致擋板與布液器之間出現較大縫隙，如果該縫隙出現在吸氣口中心2倍吸氣管內徑的區域內，同樣可能因出氣管組附近的製冷劑氣體流速較高而造成製冷劑氣體中裹挾的大粒徑製冷劑液滴無法被有效分離，這樣會增加後續的氣液分離難度，使氣液分離效果變差。

擋板3傾斜段應向筒體1內壁方向傾斜，且與豎直方向的夾角控制在15°，如果該夾角過小甚至傾斜段變為豎直方向，則會因從布液器出來的製冷劑氣液混合物在擋板3傾斜段與布液器7底部平面所形成的區域內產生渦流，進而造成靠近擋板3傾斜段區域的部分換熱管表面出現幹蒸區而使蒸發器換熱效果變差。

擋板3傾斜段的長度為100mm，該長度應保證製冷劑氣體流經該傾斜段端部與筒體1內壁形成的流通截面的流速不高於0.8m/s。如果該傾斜段的長度過長，則可能因製冷劑氣體流經該傾斜段端部與筒體內壁形成的流通截面的速度過高而導致氣流中裹挾的大粒徑製冷劑液滴無法被有效分離，這樣會增加後續的氣液分離難度，使氣液分離效果變差。

L形多孔擋板4的水平段與筒體1內壁連接，豎直段與布液器頂部連接，且在豎直段開孔，選擇在豎直段開孔是為了使通過該孔板的氣流方向與出氣管組內的氣流方向的夾角儘量大，使得氣流流向在進入出氣管組前再經過一次較大角度的折向，通過慣性力的作用使得氣流中裹挾的密度較大的製冷劑液滴儘量多的分離下來。L形多孔擋板4的開孔尺寸以保證製冷劑氣體流經此截面的流速不超過3m/s。如果氣流速度過高，容易導致製冷劑氣體壓降增加；如果氣流速度過低，則該L形多孔擋板4的氣液分離作用就會減小。L形多孔擋板4的豎直段在吸氣口中心2倍吸氣管內徑的範圍內不開孔，並保證L形多孔擋板4水平段在此區域與筒體內壁緊密連接，這樣處理的原因是出氣管組附近的製冷劑氣體流速較高，如果L形多孔擋板在此附近開孔，很容易造成製冷劑氣體中裹挾的液滴被直接帶入出氣管組而導致出氣帶液過多。

擋板3、擋板4的開孔形狀採用圓形，以便於加工、降低生產成本。

以上已對本發明創造的較佳實施方法進行了具體說明，但本發明創造並不限於所述實施方法，熟悉本領域的技術人員在不違背發明創造精神的前提下還可作出種種等同的變形或替換，這些等同的變形和替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。