一体式分离器和分配器
技术领域
示例性实施例涉及加热、通风、空气调节和制冷(HVAC&R)系统的领域。更特别地，本公开内容涉及用于HVAC&R系统的降膜汽化器。
背景技术
HVAC&R系统，诸如冷却器，使用汽化器以便于汽化器中的制冷剂与在定位于汽化器中的多个汽化器管中流动的介质之间的热能交换。在溢流式汽化器中，管浸没在制冷剂的池中。这导致为了有效的系统操作必需特别大量的制冷剂，其取决于汽化器管的量和尺寸。在冷却器系统中使用的另一类型的汽化器是降膜汽化器。在降膜汽化器中，汽化器管典型地定位在分配歧管下方，制冷剂从该分配歧管推动，以在汽化器管上形成“降膜”。
在典型的降膜汽化器中，制冷剂液体和蒸气的膨胀混合物通过管道或管网输送到汽化器和分配装置中，其计量汽化器管上的液体制冷剂的流量。分离体积和液体填充的分配歧管可为束提供液体制冷剂的可靠计量，但通常可导致显著的制冷剂填充停顿。这可具有由所计算的温室气体排放对成本和调控的影响。
发明内容
在一个实施例中，一种容纳在汽化器壳内的用于降膜汽化器的分离器和分配器组件包括：壳体，该壳体限定分离体积；制冷剂入口，该制冷剂入口构造成允许液体和蒸气制冷剂流入分离体积中；以及一个或多个制冷剂沟槽，该一个或多个制冷剂沟槽沿壳体的纵向轴线延伸。制冷剂沟槽在分离体积的底部处具有沟槽入口，且一个或多个制冷剂沟槽构造成从分离体积接收分离的液体制冷剂。一个或多个喷射通道与制冷剂沟槽流体连通。喷射通道在沟槽入口竖直下方的喷射通道的顶部处包括一个或多个喷射开口。一个或多个喷射开口构造成使液体制冷剂从其流动。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，一个或多个制冷剂沟槽从分离体积的第一纵向端部延伸到第二纵向端部。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，一个或多个制冷剂沟槽是两个制冷剂沟槽。两个制冷剂沟槽位于分离体积的相反横向侧处。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，组件包括两个喷射通道，每个喷射通道连接到两个制冷剂沟槽中的制冷剂沟槽。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，一个或多个喷射通道沿纵向轴线在喷射通道深度或喷射通道宽度中的一个或多个上变化。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，挡板位于分离体积中，至少部分地横跨制冷剂入口延伸。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，分配歧管位于喷射通道下方且与其流体连通。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，排放开口位于分离体积处。排放开口构造成从分离体积排放蒸气制冷剂。
在另一实施例中，一种降膜汽化器包括：汽化器壳体；多个汽化器管，一定量的热能传递介质流过该多个汽化器管；以及用于降膜汽化器的分离器和分配器组件。该组件包括：分离器壳体，该分离器壳体限定分离体积；制冷剂入口，该制冷剂入口构造成允许液体和蒸气制冷剂流入分离体积中；以及一个或多个制冷剂沟槽，该一个或多个制冷剂沟槽沿壳体的纵向轴线延伸。制冷剂沟槽在分离体积的底部处具有沟槽入口。一个或多个制冷剂沟槽构造成从分离体积接收分离的液体制冷剂。一个或多个喷射通道与制冷剂沟槽流体连通。喷射通道在沟槽入口竖直下方的喷射通道的顶部处包括一个或多个喷射开口。一个或多个喷射开口构造成使液体制冷剂从其流动。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，一个或多个制冷剂沟槽从分离体积的第一纵向端部延伸到第二纵向端部。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，一个或多个制冷剂沟槽是两个制冷剂沟槽。两个制冷剂沟槽位于分离体积的相反横向侧处。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，组件包括两个喷射通道，每个喷射通道连接到两个制冷剂沟槽中的制冷剂沟槽。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，挡板位于分离体积中，横跨制冷剂入口延伸。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，分配歧管位于喷射通道下方且与其流体连通。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，排放开口位于分离体积处。排放开口构造成从分离体积排放蒸气制冷剂。
在又一实施例中，一种操作降膜汽化器的方法包括：使液体和蒸气制冷剂流入分离器和分配器组件的分离体积中；使液体制冷剂在分离体积处从液体和蒸气制冷剂分离；以及使液体制冷剂在分离体积的底部处通过制冷剂沟槽流入喷射通道中。制冷剂沟槽延伸到设置在分离体积外部的喷射通道中。经由分离体积中的制冷剂压力将液体制冷剂在喷射通道的顶部处从一个或多个喷射开口中推出。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，液体制冷剂从一个或多个喷射开口流到设置在喷射通道下方的分配歧管，且液体制冷剂从分配歧管流经多个汽化器管。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，液体和蒸气制冷剂的至少一部分冲击到至少部分地横跨制冷剂入口设置的挡板上。
另外或备选地，在该实施例或其它实施例中，蒸气制冷剂经由分离体积中的排放开口从分离体积排放。
附图说明
以下描述不应被认为是以任何方式进行限制。参照附图，相似的元件相似地编号：
图1是加热、通风、空气调节和制冷系统的实施例的示意图；
图2是降膜汽化器的实施例的示意性正视图；
图3是降膜汽化器的一体式分离器和分配器的实施例的截面图；
图4是降膜汽化器的一体式分离器和分配器的另一实施例的截面图；
图5是降膜汽化器的一体式分离器和分配器的又一实施例的截面图；
图6是降膜汽化器的一体式分离器和分配器的再一实施例的截面图；
图7是降膜汽化器的一体式分离器和分配器的实施例的透视图；以及
图8是降膜汽化器的一体式分离器和分配器的实施例的另一截面图。
具体实施方式
本文中参照图通过示例且非限制来给出所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
图1中示出加热、通风和空气调节(HVAC)单元(例如，使用降膜汽化器12的冷却器10)的实施例的示意图。蒸气制冷剂流14引导到压缩机16中，且然后引导到冷凝器18，该冷凝器18将液体制冷剂流20输出到膨胀阀22。膨胀阀22将蒸气和液体制冷剂混合物24朝汽化器12输出。
现在参照图2，如上文陈述的，汽化器12是降膜汽化器。汽化器12包括汽化器壳体26，该汽化器壳体26带有至少部分地设置于其中的汽化器12构件，包括多个汽化器管28。一体式分离器和分配器30位于壳体26中汽化器管28上方，以在汽化器管28上分配液体制冷剂32。在液体制冷剂32与流过汽化器管28进入和离开汽化器12的(图1中示出的)热传递介质34流之间发生热能交换。
现在参照图3，一体式分离器和分配器30包括壳体80，该壳体80限定分离体积34，该分离体积使分离的液体制冷剂32流入沿一体式分离器和分配器30的纵向轴线38延伸的一个或多个制冷剂沟槽36中。如图2中最佳示出的，纵向轴线38平行于汽化器管28的长度延伸，而横向轴线40垂直于纵向轴线38水平地延伸。
制冷剂沟槽36具有沟槽入口42，该沟槽入口42将分离体积34在分离体积34的底部处连接到喷射通道44，且沿纵向轴线38延伸。喷射通道44包括一个或多个喷射出口46，其位于喷射通道44的上表面48中、在分离体积34竖直下方和在沟槽入口42竖直下方。此外，喷射通道44包括喷射通道深度62和喷射通道宽度64，且制冷剂沟槽36具有沟槽宽度82。喷射通道44尺寸设置成和构造成提供期望的压降，其基于期望的冷却能力，或液体制冷剂32的流率。在一些实施例中，喷射出口46尺寸和数量设置成用于25mm的液体制冷剂头。此外，喷射通道深度62是喷射出口液压直径的至少2.5倍。在一些实施例中，喷射通道深度62在3至4.5厘米的范围内，而喷射通道宽度64在4.5至7厘米的范围内。
此外，制冷剂沟槽36尺寸设置成向喷射通道44提供自排放液体流，其是系统冷却能力和沟槽12长度的函数。在一些实施例中，制冷剂沟槽36具有在约0.5-1.5厘米范围内的沟槽宽度82，以及在喷射通道44与分离体积34的底部之间的在约4.5与5.5厘米之间的沟槽高度。
在一些实施例中，诸如图3中示出的，制冷剂沟槽36位于分离体积34的横向侧48处，其中喷射出口46在分离体积34的横向侧48的横向外侧。在其它实施例中，诸如图4-6中示出的，沟槽36和喷射出口46可沿分离器体积34的底部放置在其它位置处。例如，在图4的实施例中，喷射出口46位于分离体积34的横向侧48的横向内侧。在图5的实施例中，制冷剂沟槽36基本位于分离体积34的横向中心处，其中喷射通道44包括多个喷射出口46。图6中示出另一实施例，其中两个制冷剂沟槽36位于分离体积34的横向侧48处，且第三制冷剂沟槽36基本位于分离体积36的横向中心处。要了解的是，本文中公开的实施例是示例性的，且在本公开内容的范围内设想制冷剂沟槽36和喷射通道44的其它位置。
再参照图3，蒸气和液体制冷剂24经由制冷剂入口50进入分离体积34。在一些实施例中，挡板52设置在分离体积34中，与制冷剂入口50间隔且横跨制冷剂入口50。如图7中最佳示出的，挡板52部分地沿分离体积34的纵向长度54延伸。
再参照图3，在蒸气和液体制冷剂24经由制冷剂入口50进入分离体积34时，蒸气和液体制冷剂24冲击在挡板52上。冲击使蒸气和液体制冷剂24分配在分离体积34各处。从蒸气和液体制冷剂24分离的液体制冷剂32沉降到分离体积34的底部56，且经由制冷剂沟槽36流入喷射通道44中。经由分离体积34和喷射通道44中的液体制冷剂32的压力推动液体制冷剂32通过喷射出口46。
在一些实施例中，诸如图7中示出的，制冷剂沟槽36和喷射通道44沿分离器30从分离器30的第一端58纵向延伸到第二端60。使制冷剂沟槽36和喷射通道44沿分离器30的长度延伸提供液体制冷剂32沿分配器纵向长度54的一定程度的预分配。取决于期望的液体制冷剂32的此类纵向预分配的程度，在其它实施例中，喷射通道44和制冷剂沟槽36可不完全从第一端58延伸到第二端60，而是可部分地沿纵向长度54(例如，沿纵向长度54的5%至99%)延伸。此外，虽然在图7的实施例中，单个制冷剂沟槽36和喷射通道44从第一端58连续地延伸到第二端60，在其它实施例中，多个制冷剂沟槽36和/或喷射通道44可沿纵向长度54定位。
在一些实施例中，诸如图7中，喷射出口46是多个圆形开口，而在其它实施例中，可使用其它构造。例如，在一些实施例中，喷射出口46可为多个纵向延伸的槽或一个连续槽。此外，在一些实施例中，喷射出口46的尺寸、形状和/或间隔可沿纵向长度变化。另外，喷射通道深度62和/或喷射通道宽度64可沿纵向长度变化，例如随着离制冷剂入口50的距离来变化，以便使流率沿该长度相等。
再参照图3，分配歧管66位于喷射通道44下方，在喷射通道44与汽化器管28之间。分配歧管66包括多个分配开口68，以允许液体制冷剂32流过其且流到汽化器管28上。
参照图8，蒸气制冷剂70在一个或多个排放开口72处从分离体积34排放。排放通路74从排放开口72朝汽化器底部76向下延伸，且在排放出口78处离开排放通路74，以结合在汽化器管28处汽化掉的蒸气制冷剂。该蒸气制冷剂70经由吸入端口(未示出)返回到压缩机16。
与目前使用的其它分离器-歧管架构相比，本文中公开的一体式分离器和分配器30提供有效的液体制冷剂32分配，其中制冷剂填充减小(最高达系统填充的15%)，同时保持近乎理想的汽化器管28束润湿和汽化器12性能。通过使液体制冷剂32经由喷射通道44全沿其长度供应到分配歧管66，而不是在离散的位置处供给分配歧管，可减小对于有效分配所需要的分配歧管66尺寸。与基于喷射的分配系统相比，本文中公开的构造可横跨较宽范围的操作条件为汽化器管28束提供优异的液体分配。
用语“约”意在包括基于提交申请时可用的设备的与特定量的测量相关联的误差程度。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，且不意在限制本公开内容。如本文中使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式。还将理解的是，用语“包括”和/或“包括了”在用于该说明书中时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件构件和/或其组合的存在或添加。
虽然已参照一个或多个示例性实施例来描述本公开内容，将由本领域技术人员所理解的是，可进行各种改变且等同物可替代其元件，而不脱离本公开内容的范围。另外，可进行许多修改以使特定的情形或材料适于本公开内容的教导，而不脱离其基本范围。因此，意图的是，本公开内容不限于公开为设想用于执行该本公开内容的最佳模式的特定实施例，而是本公开内容将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。
