專利名稱：流動(dòng)液池的外殼和管子蒸發(fā)器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于致冷冷凍機(jī)的蒸發(fā)器。特別是，本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)器，在其外殼中的液池里建成一種流動(dòng)方式，并且該流動(dòng)形式被控制得使實(shí)現(xiàn)和加強(qiáng)了潤(rùn)滑油從液池返回到冷凍系統(tǒng)的壓縮機(jī)中。
冷凍機(jī)是能產(chǎn)生冷凍水的機(jī)器，經(jīng)常使用于建筑物的空調(diào)或工業(yè)過程中。這種冷凍機(jī)通常使用壓縮機(jī)將致冷氣體從低壓壓縮成高壓。從壓縮機(jī)排出的高壓氣體輸送到冷凍機(jī)的冷凝器中被冷卻凝結(jié)成液體。
然后，致冷劑從冷凝器被輸送到并通過一膨脹裝置，該膨脹裝置降低了致冷劑的壓力，并進(jìn)一步通過膨脹過程得以冷卻。接著，致冷劑從該膨脹裝置被輸送到系統(tǒng)蒸發(fā)器，在那里致冷劑將熱載荷帶進(jìn)蒸發(fā)器的熱量吸收掉，其中熱載荷是冷凍機(jī)要冷卻的目標(biāo)。在蒸發(fā)器中發(fā)生的熱交換過程導(dǎo)致致冷劑揮發(fā)，并被抽回到壓縮機(jī)，從此重新開始整個(gè)過程。
由于冷凍機(jī)中壓縮機(jī)的特性，壓縮機(jī)中使用的潤(rùn)滑劑的一部分(通常是潤(rùn)滑油)摻入到從壓縮機(jī)排出的致冷氣流中。至少有些潤(rùn)滑油夾帶在壓縮機(jī)排出的致冷氣流中被帶進(jìn)系統(tǒng)冷凝器中。即使應(yīng)用了各種不同的油分離器和油分離方案來從壓縮機(jī)排出的氣流中除掉大部分潤(rùn)滑油，至少仍有相對(duì)少量的潤(rùn)滑油混入系統(tǒng)冷凝器中。
當(dāng)熱致冷氣體被輸入冷凍機(jī)內(nèi)冷凝器被冷凝時(shí)，它和帶入冷凝器的潤(rùn)滑油一起滴到底部，或者，在用空氣冷卻冷凝器情況下氣體被吹出冷凝器，結(jié)果形成致冷劑流。如上所述，冷凝的致冷劑和潤(rùn)滑油然后從冷凝器流經(jīng)膨脹裝置，并流入冷凍機(jī)的蒸發(fā)器。如果帶入冷凍機(jī)內(nèi)蒸發(fā)器的潤(rùn)滑油連續(xù)不能返回到壓縮機(jī)，則潤(rùn)滑油將累積于蒸發(fā)器中，而壓縮機(jī)將最終缺油而磨損。而且，當(dāng)在蒸發(fā)器中造成潤(rùn)滑油聚集時(shí)，蒸發(fā)器的熱力特性將越來越受到不利影響。
近來，蒸發(fā)器和冷凍機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)業(yè)已經(jīng)歷顯著變化，主要在于努力提高冷凍機(jī)的綜合效率，并且要減少用于給定容量的冷凍機(jī)所需的致冷劑量。這種變化可發(fā)現(xiàn)在冷凍機(jī)設(shè)計(jì)的多個(gè)方面。兩個(gè)較顯著的這種變化涉及用于冷凍機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)和蒸發(fā)器的種類和特性，尤其在冷凍機(jī)中通常為70-500致冷噸容量(refrigeration ton capacity)的范圍中。
這方面，所謂滿溢式蒸發(fā)器，歷史上用于70-500致冷噸容量范圍內(nèi)，已用于大容量往復(fù)式冷凍機(jī)或小容量離心式冷凍機(jī)。在廿世紀(jì)八十年代后期和九十年代早期螺桿式壓縮機(jī)被開發(fā)并應(yīng)用于上述容量范圍內(nèi)的冷凍機(jī)。在好多方面，螺桿式壓縮機(jī)，論其特性要優(yōu)于應(yīng)用于相同容量范圍內(nèi)的冷凍機(jī)的大型往復(fù)式壓縮機(jī)和小型離心式壓縮機(jī)，但它造成較多的潤(rùn)滑油被夾帶到從壓縮機(jī)排出的氣流中。其結(jié)果是，應(yīng)用螺桿式壓縮機(jī)的冷凍機(jī)系統(tǒng)中潤(rùn)滑油的分離、控制和返回成為更復(fù)雜和關(guān)鍵性的任務(wù)。
在九十年代中期蒸發(fā)器技術(shù)有所發(fā)展，并導(dǎo)致容量范圍一般在70-500噸內(nèi)的某些冷凍機(jī)中的蒸發(fā)器應(yīng)用所謂的下落薄膜技術(shù)(falling film technology)。走向下落薄膜式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的趨勢(shì)部分是由于冷凍機(jī)的致冷劑消費(fèi)增長(zhǎng)所驅(qū)動(dòng)。下落薄膜式蒸發(fā)器依賴其特性，其冷凍機(jī)中需用致冷劑的量比用滿溢式蒸發(fā)器但容量相同的冷凍機(jī)要少。
在這方面，滿溢式蒸發(fā)器要求致冷劑一次注入量較大，因?yàn)檎舭l(fā)器外殼必須容納足夠多的液體致冷劑來浸沒大多數(shù)或全部蒸發(fā)器管束的管子。相反，在下落薄膜式蒸發(fā)器中液體致冷劑是以較少的量從上面分布和沉積到管束上，并且通常覆蓋其長(zhǎng)度和寬度。這種液體致冷劑的細(xì)流以薄膜的形式向下通過管束，并且管束中僅有較小比例的管子被浸沒于蒸發(fā)器外殼底部的液體致冷劑池中。其結(jié)果是再次顯著減少了冷凍機(jī)內(nèi)致冷劑的一次注入量。在滿溢式和下落薄膜式兩種蒸發(fā)器的情況中，無論如何，潤(rùn)滑油都混入蒸發(fā)器外殼內(nèi)部及在其中存在的液池中。
即使下落薄膜式蒸發(fā)器被證明是高效的，并減少了用于冷凍機(jī)系統(tǒng)的致冷劑的注入量，但它們的使用確實(shí)帶來相關(guān)的費(fèi)用和復(fù)雜性，這將抵銷由于減少冷凍機(jī)的致冷劑注入量所獲得的節(jié)約。這種情況在70-500噸容量范圍內(nèi)的低端部份尤為確切。這種復(fù)雜性和其它情況一道涉及到將潤(rùn)滑油從下落薄膜式蒸發(fā)器返回到系統(tǒng)壓縮機(jī)的過程和設(shè)備，以及涉及到由于效率的原因，要求液體致冷劑在蒸發(fā)器中能均勻分布在管束的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度上。
由于某些復(fù)雜性以及關(guān)聯(lián)到在冷凍機(jī)系統(tǒng)中使用下落薄膜式蒸發(fā)器的相關(guān)費(fèi)用，尤其對(duì)那些在70-500噸容量范圍低端的冷凍機(jī)，盡管使用這種設(shè)備在綜合系統(tǒng)效率和減少致冷劑的注入量方面具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在進(jìn)一步改進(jìn)和/或細(xì)分蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的需要，這種設(shè)計(jì)要有可比較的或增長(zhǎng)的效益和效率，而且相對(duì)而言不太復(fù)雜，應(yīng)用時(shí)不太化費(fèi)。
發(fā)明概要本發(fā)明的一目的在于要提供一種用于冷凍機(jī)系統(tǒng)的蒸發(fā)器，它制造較經(jīng)濟(jì)，熱力特性效率高，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行能加強(qiáng)潤(rùn)滑油返回系統(tǒng)壓縮機(jī)的過程。
本發(fā)明又一個(gè)目的在于將存在于冷凍機(jī)蒸發(fā)器中的液體致冷劑和潤(rùn)滑油在液池中預(yù)先主動(dòng)地建立起一個(gè)流動(dòng)方式(flow pattern)，并預(yù)先主動(dòng)地控制該液流，使之將池中潤(rùn)滑油聚集到預(yù)定的位置。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種冷凍機(jī)蒸發(fā)器，它能通過其運(yùn)行將潤(rùn)滑油輸送到蒸發(fā)器預(yù)定的位置，在這里熱效率被提高，這是利用在蒸發(fā)器外殼內(nèi)圍繞大部份被致冷劑浸沒的管子表面保持潤(rùn)滑油相對(duì)非常低的濃度來獲得的。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是要在冷凍機(jī)的蒸發(fā)器中達(dá)到高熱力特性和優(yōu)良的潤(rùn)滑油控制，這是利用在蒸發(fā)器外殼中控制液體致冷劑的流動(dòng)，從而在外殼底部的液池中形成油移動(dòng)的流動(dòng)方式，并將油輸送到一個(gè)位置，從此油被輕易排出。
本發(fā)明再一個(gè)目的是向中小型容量的冷凍機(jī)系統(tǒng)提供一種蒸發(fā)器，其中，將有關(guān)下落薄膜式蒸發(fā)器的某些特性和概念應(yīng)用于那些否則將被歸類于滿溢式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)中，它被制成比下落薄膜式蒸發(fā)器總體上成本更有效，在熱力特性方面基本相等，而且可預(yù)先控制其中油的濃度，以促使這些油料返回冷凍機(jī)的壓縮機(jī)。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是為中等到較大容量的冷凍機(jī)系統(tǒng)提供一種蒸發(fā)器。由于在蒸發(fā)器外殼中液池的底部利用了可控液流，以及應(yīng)用了主要和下落薄膜式蒸發(fā)器有關(guān)的特性，連同用于將液體致冷劑在進(jìn)入液池之前先移動(dòng)到蒸發(fā)器外殼一端的某些設(shè)備，從而完成有效的潤(rùn)滑油控制和返回，同時(shí)保持和/或超過現(xiàn)在的下落薄膜式蒸發(fā)器的熱效率。
本發(fā)明的這些和其他目的將隨下述較佳實(shí)施例的說明和附圖而顯得清楚，為達(dá)到上述目的，在致冷系統(tǒng)中致冷劑被輸入蒸發(fā)器外殼中管束和液池的上部，這些致冷劑和夾帶的潤(rùn)滑油沉積到液池的一端，自這里起液流是被控制的，從而潤(rùn)滑油聚集在池中一預(yù)定的位置。有關(guān)這方面，液池中液體致冷劑的蒸發(fā)使液池處于移動(dòng)狀態(tài)，其移動(dòng)方向是遠(yuǎn)離液體致冷劑及其夾帶的潤(rùn)滑油被沉積到液池表面的那個(gè)位置。因?yàn)檎舭l(fā)器外殼中的液池處于恒定的受控的移動(dòng)，其移動(dòng)方向是從外殼的一端移到另一端，故促使池中的潤(rùn)滑油不斷流向池中一預(yù)定的位置，其狀態(tài)是保持液池中大部分的油濃度相對(duì)很低。利用將液池內(nèi)大部分長(zhǎng)度中的潤(rùn)滑油濃度保持在相對(duì)很低的水平并使?jié)櫥途奂谝活A(yù)定的液池位置，從那里潤(rùn)滑油可輕易排出，這樣，可使蒸發(fā)器的熱力特性保持在較高水平，這樣既可簡(jiǎn)化又可加強(qiáng)油從蒸發(fā)器返回到系統(tǒng)壓縮機(jī)中。


圖1是致冷冷凍機(jī)基本部件的示意圖。
圖2和3是本發(fā)明蒸發(fā)器的俯視和側(cè)視剖面圖。
圖4和5是沿圖3的切線″4-4″和″5-5″顯示本發(fā)明水箱的剖視圖。
圖6是本發(fā)明在至少一個(gè)較佳實(shí)施例中使用的潤(rùn)滑油堵截隔板的正視圖。
圖7和8是本發(fā)明蒸發(fā)器的第二實(shí)施例的側(cè)視和端視圖。
較佳實(shí)施例的描述先參閱圖1，冷凍機(jī)10包括冷凝器12、膨脹裝置14、蒸發(fā)器16和電動(dòng)壓縮機(jī)18。在本較佳實(shí)施例中，電動(dòng)壓縮機(jī)18包括螺桿式壓縮機(jī)18a和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件18b，其中配置有電動(dòng)機(jī)18c(以虛線表示)。壓縮機(jī)18a將從蒸發(fā)器16抽取的致冷氣體加壓成高溫高壓氣體，并排入冷凝器12。
輸入冷凝器12的氣體致冷劑被冷卻并凝固，流入并經(jīng)過膨脹裝置14。致冷劑流經(jīng)膨脹裝置14后使其壓力下降。這種壓力下降使部分致冷劑急驟蒸發(fā)成氣體，這又反過來進(jìn)一步冷卻致冷劑。然后致冷劑以較冷的兩相混合物流入蒸發(fā)器16。其結(jié)果是蒸發(fā)器中發(fā)生熱交換，使致冷劑被加熱而揮發(fā)，并被抽回到電動(dòng)壓縮機(jī)18的壓縮機(jī)18a中，在進(jìn)入壓縮機(jī)之前致冷氣體先流經(jīng)電機(jī)部分18b，以將電機(jī)18c冷卻。
實(shí)際上，在應(yīng)用蒸氣壓縮循環(huán)的所有冷凍機(jī)系統(tǒng)中系統(tǒng)壓縮機(jī)中都使用潤(rùn)滑油。在使用離心式或蝸桿式壓縮機(jī)的冷凍機(jī)情況下使用潤(rùn)滑劑的目的最主要是潤(rùn)滑。在齒輪傳動(dòng)的離心式冷凍機(jī)中，潤(rùn)滑劑也是用于對(duì)組成冷凍機(jī)傳動(dòng)鏈的齒輪加以潤(rùn)滑的目的。在使用螺桿式壓縮機(jī)型式的冷凍機(jī)中，潤(rùn)滑油還用于其它目的。這些外加的目的包括用于冷卻在壓縮機(jī)中承受壓縮的致冷氣體和用于密封螺桿轉(zhuǎn)子及其端面與轉(zhuǎn)子所處的工作腔之間的間隙。
另外，實(shí)際上在應(yīng)用壓縮機(jī)的所有冷凍機(jī)系統(tǒng)中，有一些潤(rùn)滑油將混入在壓縮機(jī)中承受壓縮的致冷氣體中。在以螺桿壓縮機(jī)為基礎(chǔ)的冷凍機(jī)中，有比較大量的潤(rùn)滑油進(jìn)入壓縮機(jī)中的致冷劑氣流并隨之從壓縮機(jī)流出。因而在使用螺桿壓縮機(jī)的系統(tǒng)中，在螺桿壓縮機(jī)的下游而在冷凝器的上游通常配備有油分離器，從而將從壓縮機(jī)排出的氣流中夾帶的大部分潤(rùn)滑油去除掉。然而，在大部分冷凍機(jī)系統(tǒng)的情況中，即使在系統(tǒng)壓縮機(jī)的下游使用了高效的油分離器，至少仍有些潤(rùn)滑油被帶出壓縮機(jī)，并混入系統(tǒng)冷凝器中。
凡是壓縮機(jī)18是用螺桿式的，其下游必將配備油分離器20。被分離的潤(rùn)滑油從分離器20經(jīng)由管路20a返回壓縮機(jī)18的壓縮機(jī)部件18a。未被分離器20分離的潤(rùn)滑油混入系統(tǒng)冷凝器并沉降到它的底部，在那里潤(rùn)滑油和在里面冷凝的致冷劑混合。致冷液和油流出冷凝器12，經(jīng)過膨脹裝置14進(jìn)入系統(tǒng)蒸發(fā)器中?，F(xiàn)在再參閱圖2和3。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，其冷凍機(jī)/蒸發(fā)器通常為較小或中等容量，特別實(shí)用和經(jīng)濟(jì)有效，蒸發(fā)器16有一外殼22，在該外殼中設(shè)置有水平流動(dòng)的管束24。該管束24包括多個(gè)管子26，冷卻介質(zhì)在其中流動(dòng)。這種冷卻介質(zhì)一般是水，通過入口28流入蒸發(fā)器16，并通過出口流出?？梢宰⒁獾接捎谌肟?8和出口30處于外殼22的相對(duì)兩端，所以蒸發(fā)器16將為流過一次、三次或其它奇數(shù)次的蒸發(fā)器，意思是冷卻介質(zhì)流經(jīng)管束整個(gè)外殼長(zhǎng)度的情況發(fā)生一次、三次或其它奇數(shù)次。然而，出口30也可設(shè)置在外殼22和入口28的同一端，在這種情況下冷卻介質(zhì)將第一次流過蒸發(fā)器的整個(gè)長(zhǎng)度，然后在反轉(zhuǎn)方向第二次通過蒸發(fā)器管束的另一部分管子而流回來。這樣的流動(dòng)將使蒸發(fā)器16成為兩次流過的蒸發(fā)器。同樣有可能成為被流過其它偶數(shù)倍數(shù)次的蒸發(fā)器。
一般說來，冷卻介質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)器16內(nèi)管束24的管子26，將排出的熱量帶給流入蒸發(fā)器外殼22內(nèi)在管子外部的致冷劑，因而將被冷卻。冷卻介質(zhì)然后在冷卻狀態(tài)下從蒸發(fā)器16返回到熱載荷即冷凍機(jī)10要冷卻的目的物。
在圖2的實(shí)施例中，兩相致冷劑經(jīng)進(jìn)口管32輸入蒸發(fā)器16的外殼22中。隨之，進(jìn)口管32將兩相致冷劑輸入液-氣分離器34中。在本較佳實(shí)施例中，該液-氣分離器34設(shè)置在外殼22的內(nèi)部，一般在其中的一端。然而，它也可位于外殼22的外部。
液氣分離器34被構(gòu)成并一般作為將兩相致冷劑混合物中的氣態(tài)部份從混合物中的液態(tài)部份分離出來。對(duì)液-氣分離器考慮過好多設(shè)計(jì)，就本發(fā)明的蒸發(fā)器而論，其特殊的設(shè)計(jì)并無特殊意義。使用分離器34的目的是要降低該混合物中液態(tài)部份的速度，并使該液態(tài)致冷劑和其任何隨帶的潤(rùn)滑油一起以低速的液滴形式從上部沉積下來，通常被滴到外殼22中液池38的液面36的一端。分離器34還有一個(gè)目的是防止液態(tài)致冷劑以氣霧形式被夾帶出蒸發(fā)器，這是由于兩相混合物中的氣態(tài)部份的移動(dòng)，并趨向外殼22的上部區(qū)域而遠(yuǎn)離了混合物的液態(tài)部份沉積到液池38的位置的緣故造成的。
為完成將液體沉積到液池38的表面，除了液-氣分離器之外，其它設(shè)備也在本發(fā)明考慮的范圍之內(nèi)。然而，總的說來，還是用液-氣分離器比較好，其理由是它使液體致冷劑和其夾帶的任何油劑從上面輸出到達(dá)液池38的表面，趨于不會(huì)釋放氣霧進(jìn)入外殼內(nèi)部液池平面的上部。
分離器34和/或兩相混合物的液態(tài)部份輸入分離器的液池38的位置通常在液池的一端，如圖2的實(shí)施例所示。同樣，和系統(tǒng)致冷劑一起帶入蒸發(fā)器的潤(rùn)滑油也將如此。由液氣分離器分離并輸入外殼22的上部區(qū)域的蒸氣，連同液池38中發(fā)生的熱交換產(chǎn)生的蒸氣一起被抽到外殼22的相對(duì)一端，并進(jìn)入壓縮機(jī)吸入管路40的進(jìn)口44，這樣的蒸氣中一般含有少量的液體。有一隔板或屏蔽板42設(shè)置在液池38的表面36和進(jìn)入吸入管路40的進(jìn)口44之間以阻止霧狀和/或滴狀液體進(jìn)入吸入管路。
在圖2所示的本發(fā)明較佳實(shí)施例中，液池38的表面36名義上保持在正好高于管束24的上層管子的頂部，這樣，在通常運(yùn)行條件下所有或至少管束的大部分管子浸沒在液池38中。在圖2的實(shí)施例中，一塊堵截潤(rùn)滑油的隔板46設(shè)置在液池內(nèi)在外殼22的一端，并與沉積液體致冷劑及其夾帶的油的一端相對(duì)，隔板從液面以上進(jìn)入液池。在本實(shí)施例中隔板46的高度為其上側(cè)邊48一般高出液池38的表面36的名義水平面2至6英寸。
管子板50和52分別設(shè)置在外殼22的相對(duì)兩端。管束24的各管子26的兩端頭分別穿過各管子板。還有，水箱54和56設(shè)置在外殼22的兩端。進(jìn)入蒸發(fā)器16的進(jìn)口28與水箱54相連接，而出口30與水箱56相連接。
在圖2的所示的實(shí)施例中，所示的蒸發(fā)器屬于被三次流過的蒸發(fā)器。關(guān)于這方面，現(xiàn)再參閱圖4和5，將會(huì)看到水箱54有一分隔板58，該板限制了流經(jīng)進(jìn)口28進(jìn)入水箱的冷卻介質(zhì)只能流入管束的端口，這些構(gòu)成管束24的第一部份60。冷卻介質(zhì)流經(jīng)管束24的第一部份60的管子，然后被在外殼22另一端的水箱56內(nèi)的分隔板62強(qiáng)制流入管束24的第二部份64的管子內(nèi)。部份64的管束包括那些端口開向水箱56在分隔板62以下但在構(gòu)成部份60的管束以上的管子(見圖5中的虛線58a以下為部份60的管束)。這使冷卻介質(zhì)反向第二次流經(jīng)外殼22而進(jìn)入水箱54。
隨后，水箱54中的分隔板58依次強(qiáng)制返回水箱54的冷卻介質(zhì)再次調(diào)轉(zhuǎn)流動(dòng)方向進(jìn)入管束24的第三部份66。部份66的管子端口開向水箱54如在圖4中的分隔板58和虛線62a以上的部份。然后，冷卻介質(zhì)第三次流經(jīng)外殼22的長(zhǎng)度，進(jìn)入水箱56并經(jīng)出口30向外流出。圖2中描述的蒸發(fā)器屬于被三次流過的蒸發(fā)器，但該次數(shù)不是極限的，不能限制本發(fā)明的范圍。
現(xiàn)在參閱圖6。潤(rùn)滑油堵截隔板46界定了多個(gè)小孔72和一切口74，以及/或者，如在一特定應(yīng)用中有利的話，還有多個(gè)周邊切口76a和/或輔助小孔76b，如圖中以虛線表示。小孔72被管束24的各管子26穿過，每孔一根，同時(shí)，如果需要的話可多個(gè)管子穿過切口74。如果使用周邊切口76a和/或輔助小孔75b，將不穿過管子。隔板46可以支承或不支承管束的管子。如不支承，小孔72的直徑將略大于各管子26的外徑，使管子在孔中通過。
仔細(xì)參閱圖3和6，并關(guān)注本較佳實(shí)施例的隔板46中的切口74，切口74構(gòu)成了給帶油的致冷劑進(jìn)入液池38的部份90的一主要入口，部份90處于隔板46和管板50之間，并從這里將富含油的流體抽出池外。如果隔板46使用了輔助切口76a，這些切口也將讓油流入液池38的部份90。同樣，如果使用了輔助切口76b，它們也會(huì)讓潤(rùn)滑油流入液池38的部份90，并且，如果這些切口有足夠的數(shù)目且合適地布位，也可能免去切口74。如果隔板46上的小孔72的尺寸稍加放大以使油能流過的話，有些油也可流經(jīng)這些小孔與穿透這些小孔的管子之間的環(huán)形間隙進(jìn)入部份90。如果小孔72的目的僅為支承管束的管子，則這些小孔的尺寸只為這個(gè)目的，一般潤(rùn)滑油不能流過。
可以理解的是，油和液態(tài)致冷劑流入液池38的部份90是經(jīng)過隔板46的，而且完全未加限制以確保液池38的表面36的水平面在隔板的兩側(cè)通常是一樣的。這種通過隔板46在液池38的表面36之下通常未加限制的流動(dòng)導(dǎo)致潤(rùn)滑油流入液池38的部份90，并防止?jié)櫥途奂诟舭迳嫌?，并防止發(fā)生在流經(jīng)管束內(nèi)管子的比較溫暖的介質(zhì)與在液池38中隔板上游的液態(tài)致冷劑部份之間的熱交換和潤(rùn)滑油的關(guān)連干擾?？梢宰⒁獾揭蕾囉谔厥獾睦鋬鰴C(jī)系統(tǒng)和各種因素，包括要求的油料返回速率和/或當(dāng)時(shí)存在的系統(tǒng)運(yùn)行條件，在液池38的部份90中隔板46的下游，油的濃度相對(duì)較高，一般在6-15％的等級(jí)上，相對(duì)于隔板的上游僅為2％或更少。還可注意到在本較佳實(shí)施例中，隔板46是由工程材料如聚丙稀制成。
回過來參閱圖1、2和3。在本較佳實(shí)施例中，有一出口78設(shè)于外殼22介于堵截隔板46與管板50之間，并經(jīng)優(yōu)選地設(shè)置后使在那個(gè)位置與液池38這一部份的較低的區(qū)域連通。管路80從出口78流向設(shè)備82，該設(shè)備例如為示意圖中的泵，但也可能是噴水器之類。當(dāng)冷凍機(jī)10運(yùn)行時(shí)，該設(shè)備推動(dòng)將會(huì)是富含油的混合物通過出口78流出液池38。該混合物由設(shè)備82經(jīng)管路84輸送到電動(dòng)壓縮機(jī)18的壓縮機(jī)18a中，或者另一種方式，經(jīng)管路86進(jìn)入吸管40或經(jīng)管路88進(jìn)入管路20a。管路86和88在圖1中以虛線表示。
由于在液池38中流經(jīng)管子26的比較溫暖的冷卻介質(zhì)與液池38中的液態(tài)致冷劑之間發(fā)生熱交換，液態(tài)致冷劑將不斷沿著管束24的長(zhǎng)度蒸發(fā)。該蒸氣沸騰涌向液池38的表面36，連同從液-氣分離器34中分離出來的蒸氣一起被抽吸向上，朝向并進(jìn)入吸氣管路40的進(jìn)口44。由于液池38中的液態(tài)致冷劑不斷蒸發(fā)，由于流體被不斷地和有規(guī)則地通過出口78吸出液池38，以及由于液態(tài)致冷劑通常只在外殼22的一端加入液池而出口78位于這一端的相對(duì)端，因而一個(gè)有控制和預(yù)期的流動(dòng)方式在液池中被建成，該流動(dòng)方式通常呈軸向離開外殼22的一端流動(dòng)，在那里液態(tài)致冷劑和流動(dòng)的油隨即沉積到液池中。
就混入液池38的潤(rùn)滑油而論，在池中潤(rùn)滑油的存在對(duì)浸沒在池中的管子的熱交換有不利的影響。其下降程度一般和池中給定位置的潤(rùn)滑油集中程度成比例。在池38中建成流動(dòng)方式以及液體致冷劑不斷地從池中蒸發(fā)，其結(jié)果是潤(rùn)滑油從其沉積入液池38的一端流向外殼的另一端。潤(rùn)滑油在池38中的濃度隨其逐漸遠(yuǎn)離液體致冷劑和潤(rùn)滑油起始沉積在池38的一端而增加，一般從低于1％增加到在隔板46的上游側(cè)約為2％。然而，總的說來，在隔板46的上游油的濃度相對(duì)很低，通常在所有這些位置上平均在2％或更低的等級(jí)上，更通常在1％等級(jí)上。然而，在隔板下游側(cè)，油的濃度在大多狀況下將至少高二倍，或常常高三倍或更多。
由于隔板46通常被設(shè)置在離管板50不大于25％(較佳地只有10-15％)的外殼22的長(zhǎng)度，在本較佳實(shí)施例中管束24的管子的表面積約有85％-90％暴露在液態(tài)致冷劑中，其中油的濃度在1％級(jí)別上，對(duì)此是可以理解的。由于在圖2實(shí)施例的蒸發(fā)器中，管束24的管子26的大部份表面積暴露于濃度相對(duì)很低的油中，蒸發(fā)器16的綜合熱力特性非常好，而且，事實(shí)上，要比那種結(jié)構(gòu)上不能預(yù)先主動(dòng)控制油流的滿溢式蒸發(fā)器的熱力特性優(yōu)越得多。在廣義上說，圖2實(shí)施例中的蒸發(fā)器可稱為一種非典型的滿溢式蒸發(fā)器，在這種蒸發(fā)器中液態(tài)致冷劑和它含有的任何油料一般是在蒸發(fā)器外殼的一端輸入外殼，并輸在其中液池的表面和管束的上面。
再參閱圖1-6的實(shí)施例，由于流入蒸發(fā)器16的冷卻介質(zhì)首先流入管束24的第一部份60的管子，并且由于這些冷卻介質(zhì)開始進(jìn)入蒸發(fā)器外殼時(shí)處于最高的溫度，環(huán)繞管束24的部份60的致冷劑和流經(jīng)這部份的冷卻介質(zhì)之間的溫差相對(duì)較大。這樣大的溫差導(dǎo)致環(huán)繞的致冷劑產(chǎn)生激烈的沸騰，從而在環(huán)繞管束部份60的管子的池38中產(chǎn)生擾動(dòng)。
冷卻介質(zhì)首先通過構(gòu)成管束24的部份60中的管子，然后返回來經(jīng)過構(gòu)成管束24的部份64中的管子，流過外殼22的全長(zhǎng)。因?yàn)槔鋮s介質(zhì)起先流經(jīng)管束24的部份60時(shí)已被一定程度地冷卻，所以環(huán)繞構(gòu)成管束的部份64中管子的液體致冷劑將經(jīng)受一些沸騰和擾動(dòng)，但不及環(huán)繞構(gòu)成管束的部份60中管子的液體致冷劑沸騰和擾動(dòng)的程度。
在冷卻介質(zhì)第三次流過外殼22的長(zhǎng)度時(shí)，通過管束24的其余部份66中的管子介質(zhì)將被大大冷卻，在液池38中環(huán)繞這部份管子的冷卻介質(zhì)和液體致冷劑之間的溫差將被縮小。其結(jié)果是，在管束的第三部份66中的管子附近的液池38中的液體將保持相對(duì)平靜。因?yàn)檫@部份的管束鄰近液池38的表面36，液池的表面也將一樣顯示較為平靜。
因?yàn)檫@種狀況將在液池38中存在于其整個(gè)長(zhǎng)度，當(dāng)使用被多次通過的蒸發(fā)器設(shè)計(jì)時(shí)，在液池38中產(chǎn)生的擾動(dòng)一般發(fā)生在垂直/橫截方向中。這種定位和受控的擾動(dòng)一般在液池表面的下面，它有利于產(chǎn)生垂直的渦流，渦流能防止在液池38中沿其長(zhǎng)度的特定位置產(chǎn)生滯流或油的聚集。這種渦流以及擾動(dòng)的產(chǎn)生，對(duì)本發(fā)明蒸發(fā)器的運(yùn)行是有利的，但不是其功能上的必需，它有利于在隔板46的上游保持均勻的低油濃度，因而有利于蒸發(fā)器16的綜合效率。
仍參閱圖1-6的實(shí)施例，可以注意到，外加的導(dǎo)流隔板92和94可被采用，并以虛線示于圖2和3中。這些隔板的使用可以提高蒸發(fā)器的性能，但并非必需，它們導(dǎo)致液池38中不但能開展軸向的流動(dòng)方式從外殼22的一端到另一端，還使流動(dòng)方式事實(shí)上呈正弦曲線形。在這方面，隔板92在液池38中橫跨外殼22的寬度的一部分，而隔板94也一樣但從外殼的相對(duì)側(cè)伸展過來。由于使用了這些隔板，在液池38中液流一般從外殼22的一端向另一端前進(jìn)，但同時(shí)圍繞隔板92向外殼22的第一側(cè)前進(jìn)(參閱箭頭96)，然后圍繞隔板94回到外殼的第二側(cè)。最后，液流將到達(dá)外殼的相對(duì)一端，堵截隔板46就設(shè)在那里。由于在池38中引入了正弦曲線流動(dòng)方式替代了直接軸向流動(dòng)方式，能在一定程度上提高蒸發(fā)器18的熱效率，因?yàn)槌?8中的液流循著非線性路徑，這樣延長(zhǎng)了液體致冷劑和管束的管子在池內(nèi)熱交換的時(shí)間。
仍參閱圖1-6的實(shí)施例，還可注意到在液池38中隔板46和管板50之間的表面上可通常發(fā)現(xiàn)一層富含油的泡沫98，這里油的濃度較高。因?yàn)楦舭迳斐龀孛鎺子⒋?，這種泡沫的存在一般被定位并限制在液池38的部份90的表面上。
作為一種從液池38中通過出口78利用管路80和設(shè)備82抽出富含致冷劑的液體的代替方法，本發(fā)明也考慮從液池38的部份90中的液表面吸出富含油的泡沫以達(dá)到潤(rùn)滑油返回的可能性。在這方面，本較佳實(shí)施例中，如圖1、2和3的虛線所示，管路100連接到壓縮機(jī)18a的吸取區(qū)，在電機(jī)18c的下游。換一種方法，管路100也可連接到吸取管路40，如圖1、2和3中標(biāo)號(hào)″″所示。
管路100的開口端102位于液池38的表面36以上一預(yù)定的高度并處于隔板46和管板50之間，而管路100的排出端104較佳地連接于壓縮機(jī)18a，如圖1所示。其中壓縮機(jī)18a是一螺桿式壓縮機(jī)，管路100連接到壓縮機(jī)內(nèi)部，通過這些管路吸入氣體流入螺桿轉(zhuǎn)子。
液池38表面36上泡沫層的高度隨液池38部份90中致冷劑含油的濃度而變化。液池38的部份90中油濃度越高，在液池中該部份發(fā)生的致冷劑沸騰的結(jié)果造成泡沫效果越大。
利用將管路100的開口端定位在一預(yù)定的高度，液池38部份90中的油濃度一般可保持在一預(yù)定的水平。如果油濃度降低，則泡沫層98將降落到管路100的開口端以下，結(jié)果從液池38中抽出的油將減少或停止，將只有致冷劑氣體從蒸發(fā)器中通過管路100被抽出。其結(jié)果是，液池38的部份90中的油濃度會(huì)升高。因?yàn)橛蜐舛忍岣撸谝撼?8的部份90中的泡沫層厚度增加，直到管路100的開口端102進(jìn)入泡沫層中。那時(shí)，富油的泡沫再次被壓縮機(jī)抽出蒸發(fā)器，并被輸入壓縮機(jī)的吸入?yún)^(qū)。
總之，利用上述油返回裝置，在液池38的部份90中的油濃度可自我調(diào)節(jié)，通常保持油濃度衡定，以及返回壓縮機(jī)的油量將隨綜合系統(tǒng)油的循環(huán)速率而變化。再有，利用這種油返回系統(tǒng)，用油泵將油返回系統(tǒng)壓縮機(jī)的方法已被淘汰，取而代之的是在其返回壓縮機(jī)的正常過程中利用吸入氣體。還有，在油料返回過程中的預(yù)先主動(dòng)控制和/或控制的應(yīng)用也不需要了。另外，有時(shí)，當(dāng)過量的油可能被引入蒸發(fā)器，諸如冷凍機(jī)起動(dòng)、發(fā)泡時(shí)，因此提高了油返回壓縮機(jī)的速率，將減低壓縮機(jī)在某種起動(dòng)環(huán)境下發(fā)生缺油的風(fēng)險(xiǎn)。
可以注意到，在管路100處設(shè)有一光學(xué)傳感器106以檢測(cè)泡沫的存在。傳感器106可以是一自身加熱的熱敏電阻或某種其它裝置。在這種情況下可以監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的返回以保護(hù)冷凍機(jī)，也能便于檢測(cè)致冷劑注入是否太少。
其次，如已注意到，從九十年代早期開始已推廣減少冷凍機(jī)系統(tǒng)總的致冷劑注入量。如此，蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)趨向遠(yuǎn)離滿溢式概念而趨向下落薄膜式設(shè)計(jì)。然而，下落薄膜式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，如已注意到，隨它們自己帶來了某些復(fù)雜性和耗費(fèi)，而這些在使用滿溢式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的冷凍機(jī)系統(tǒng)中是沒有的。隨著本發(fā)明的到來，油控制的問題以及油對(duì)蒸發(fā)器熱力特性的不利影響，這些事實(shí)上和滿溢式蒸發(fā)器非常相似，已顯著減少。再有，本發(fā)明的流動(dòng)液池蒸發(fā)器的制造費(fèi)用，即使面臨需要增加致冷劑注入量的成本，也是低于大部分下落薄膜式設(shè)計(jì)的費(fèi)用，尤其當(dāng)應(yīng)用于小到中等規(guī)格的冷凍機(jī)時(shí)，其中致冷劑的注入量不會(huì)太大。以致抵銷本發(fā)明達(dá)到的利用油控制取得的節(jié)約。
如前所述，圖2-6的實(shí)施例中的蒸發(fā)器，就其應(yīng)用而論，特別有利于小到中等容量的蒸發(fā)器和冷凍機(jī)，其中冷凍機(jī)致冷劑的注入量和成本相對(duì)而論不是很大。圖7和8揭示了本發(fā)明的流動(dòng)液池蒸發(fā)器的第二實(shí)施例，它可能更適合應(yīng)用于中到大容量的冷凍機(jī)。在討論該實(shí)施例之前，就本發(fā)明的流動(dòng)液池概念的特殊實(shí)施例所采用的蒸發(fā)器/冷凍機(jī)的特定容量而論，在整理本專利申請(qǐng)的文檔時(shí)，有跡象顯示，使用圖2-6的實(shí)施例對(duì)至少冷凍容量小于125噸的冷凍機(jī)特別有利。
在容量大于125噸的冷凍機(jī)中，當(dāng)前的想法是應(yīng)用圖7所示型式的流動(dòng)液池蒸發(fā)器可能更有利些，這將在下面描述。然而，有跡象顯示，應(yīng)用圖2-6中實(shí)施例的蒸發(fā)器可能證明在容量直到500噸也可能更大的冷凍機(jī)是成本上合算的。繼續(xù)工作會(huì)弄清楚，當(dāng)使用圖1-6實(shí)施例的蒸發(fā)器設(shè)計(jì)，就其需用的致冷劑量而言，該蒸發(fā)器近似于滿溢式蒸發(fā)器，其優(yōu)點(diǎn)將被由于更大容量的冷凍機(jī)需要更多更貴的致冷劑注入而增加的費(fèi)用所勝過。將會(huì)明白，致冷劑定價(jià)的變化將影響以上決定。總之，沒有任何東西可被認(rèn)為足以在一特定容量的致冷系統(tǒng)中限制使用哪一種實(shí)施例。
現(xiàn)在參閱圖7和8的流動(dòng)液池蒸發(fā)器，可以理解到本實(shí)施例和圖1-6的實(shí)施例有明顯的變更。無論如何，流動(dòng)液池的概念如同圖1-6中的情況，用此概念實(shí)現(xiàn)了對(duì)油的控制，本概念被應(yīng)用并同樣被融入圖7-8實(shí)施例的蒸發(fā)器的運(yùn)行和效率中成為一整體。
在圖7實(shí)施例中，管束24的管子的一半或一大半處于液池38的表面36之上，而且最好是管束24中75％至85％的管子處在液池表面之上。因?yàn)樯儆谝话氲墓苁?4的管子浸沒于液池38中，因?yàn)橐后w致冷劑和任何它攜帶的油一般是從上面均勻分布到整個(gè)管束的長(zhǎng)度和寬度，以及因?yàn)橐后w致冷劑和它攜帶的任何潤(rùn)滑油以低能量液滴的形式沉積到管束的頂上，圖7實(shí)施例的蒸發(fā)器16，從液體分布和熱力特性的立場(chǎng)來看，起到和下落薄膜式蒸發(fā)器相同的功能。
在這方面，致冷劑分配器200將液體致冷劑及其夾帶的潤(rùn)滑油以一般均勻的方式分配到管束整個(gè)長(zhǎng)度和寬度上。連接到分配器200的管路202和從外殼22的內(nèi)部引出到冷凍機(jī)壓縮機(jī)的抽吸管路204因此能被布置在沿蒸發(fā)器外殼軸向長(zhǎng)度的任意位置上。
在圖7實(shí)施例的蒸發(fā)器中的獨(dú)特點(diǎn)在于將一接受盤(catch pan)206設(shè)置一般在液池38的表面36以上但在管束24的管子以下，這部份構(gòu)成管束的下落薄膜部份。在早期的下落薄膜式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)中，尤其在用螺桿式壓縮機(jī)的冷凍機(jī)系統(tǒng)中，蒸發(fā)器中液體分布和/或向下流經(jīng)下落薄膜部份的液流不均勻的缺陷會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致在液池38中管束部份的下面和/或在局部高濃度的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生不能預(yù)料的熱流。再有，一層富含油的泡沫經(jīng)常存在于液池38的大部份或全部表面36上。這層泡沫，有時(shí)及在某種冷凍機(jī)運(yùn)行狀況下，趨向上升到管束的下落薄膜部份，以及/或者當(dāng)致冷劑沸騰出液池38時(shí)被向上沖入下落薄膜部份中。
泡沫進(jìn)入管束的下落薄膜部份對(duì)這些管子的熱交換性能產(chǎn)生不利影響。再有，泡沫存在于管束這一部份要破壞液體致冷劑通過這里均勻的向下液流。這些泡沫的存在，使以薄膜向下流經(jīng)管束的液體致冷劑沿著它遇到的泡沫移動(dòng)，并被轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離至少部分管子的某些表面區(qū)域。任何管子表面部份在任何時(shí)候未能覆蓋上或浸沒于液體致冷劑將有害于蒸發(fā)器的熱交換效率。
還有，發(fā)現(xiàn)在前述和現(xiàn)在的下落薄膜式蒸發(fā)器中將存在與油沉積到蒸發(fā)器外殼底部的液池中有關(guān)的所有不利影響，因?yàn)檩斎胂侣浔∧な秸舭l(fā)器內(nèi)部的潤(rùn)滑油會(huì)同液體致冷劑被均勻分布在整個(gè)管束的長(zhǎng)度和寬度上。其結(jié)果是，即使不是有目的地，油料由于設(shè)計(jì)原因沉積在液池的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度上，這將使液池中油料控制和返回造成更困難和難以預(yù)料的過程。
而且還有，由于致冷劑及其夾帶的油僅是理論上以準(zhǔn)確的均勻度沉積到下落薄膜式蒸發(fā)器內(nèi)管束的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度上，當(dāng)液體致冷劑和油向下流經(jīng)管束時(shí)，進(jìn)入管束的下落薄膜部分以下的液池中就產(chǎn)生不勻的油聚集。最后，這種不勻的聚集及其定位在幾乎不斷的基礎(chǔ)上發(fā)生變化。
因?yàn)橐后w致冷劑及其含有的任何油分布到管束的下落薄膜部分上不會(huì)完全均勻，以及因?yàn)樵诂F(xiàn)在的下落薄膜式蒸發(fā)器液池中產(chǎn)生的復(fù)雜未控液流和滯流區(qū)，因而可能發(fā)生以下情況，即在液池中的液體在回油的位置處在一給定時(shí)間是相對(duì)地?zé)o油的。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，和富含油的液體相反，相對(duì)無油液體被油返回設(shè)備/過程抽出蒸發(fā)器。這將隨之在液池的其余部分導(dǎo)致更高的油聚集，并進(jìn)而降低蒸發(fā)器的綜合熱力特性。
在本發(fā)明的圖7和8實(shí)施例中，示出一混合的流動(dòng)液池-下落薄膜式蒸發(fā)器，它緩和了液池38表面油泡沫的問題以及液池中存在油濃度變化的問題，這樣就簡(jiǎn)化和加強(qiáng)了從蒸發(fā)器油的返回。在這方面，致冷劑分配器200(可能為單階段或兩階段型式)將液體致冷劑以通常均勻的方式分配到管束24的上表面上，通?？缭秸麄€(gè)長(zhǎng)度和寬度。在管束內(nèi)形成一液膜，并因重力的作用以傳統(tǒng)的下落薄膜狀態(tài)向下流過管束。然而，在該液體沉積到液池38的表面36之前它被接受盤206所截取，該盤既作為蒸發(fā)器16的下落薄膜部分與處于底部的液池38之間的實(shí)體障礙物，又作為將液體致冷劑和潤(rùn)滑油沉積到液池38中預(yù)定位置用的一個(gè)設(shè)備。
接受盤206處在管束24的下落薄膜部分的下面，終止于靠近管板50或52之一的內(nèi)表面處。因?yàn)榻邮鼙P206向下傾斜并/或在一端開口，落入接受盤的液體流向其開口和/或低端，并從上沉積到在蒸發(fā)器外殼一端的液池38的表面上。所以重力被應(yīng)用于促使液體在接受盤內(nèi)流向蒸發(fā)器外殼的一端。
由于該液體從接受盤從上輸出到蒸發(fā)器外殼22一端的液池38表面，在本實(shí)施例中，液池38以一種在圖2-6實(shí)施例中已描述過的關(guān)于液體沉積到液池38及在液池中流動(dòng)的方式運(yùn)行。關(guān)于這方面，含油的液體從接受盤206流出，從上沉積到液池38的第一端，而油的出口78則處在液池的另一端。
一旦液體致冷劑及其夾帶的油被沉積到液池36在外殼22一端的表面上，由于重力、由于液體通過出口78被抽出液池、以及由于致冷劑的沸騰而沿其長(zhǎng)度逸出液池38，該液體流向蒸發(fā)器外殼的另一端。這將再一次導(dǎo)致在潤(rùn)滑油出口78的位置處油的聚集，該出口通向油返回管路80?？梢宰⒁獾剑邮鼙P206并不伸展到外殼22的整個(gè)寬度上，在其兩側(cè)有一流動(dòng)路徑可供從液池38冒出的致冷劑蒸汽可無阻礙地流到外殼的上部，也不必通過管束24再反回到外殼的上部。
在本實(shí)施例中油的控制不依賴于是否在液池38表面上發(fā)生泡沫、是否從致冷劑分配器206出來的液體致冷劑和油存在分布不均、或是否這些液體流經(jīng)接受盤206上面的管束時(shí)在一特定位置受到破壞。再有，由于接受盤206的存在以及在本實(shí)施例中和圖2-6的實(shí)施例相比較，因只有相對(duì)低得多數(shù)目的管子浸入液池38而降低了它們的熱交換性能，因而可以省掉油堵截隔板46，雖然它仍可使用，如圖7以虛線顯示，如同以前圖2-6實(shí)施例的上下文中所述的一個(gè)包括管路100的油泡沫返回裝置?？傊?，因?yàn)槭褂昧私邮鼙P206，蒸發(fā)器的熱力性能在各種條件下被最大化了，其方式簡(jiǎn)單，可靠并相對(duì)價(jià)廉，而且該方式能減少冷凍機(jī)需用的致冷劑注入量。
上面已注意到，一般說來，圖7和8的實(shí)施例比起滿溢式蒸發(fā)器更近似于下落薄膜式蒸發(fā)器，它可能較貴，主要涉及制造和應(yīng)用致冷劑分配器206的費(fèi)用。再有，無論如何，在大容量的冷凍機(jī)中，因需用大量致冷劑所發(fā)生的費(fèi)用可能使應(yīng)用圖7的實(shí)施例更為可取。然而，在上述兩種實(shí)施例中，液體從上面沉積到蒸發(fā)器外殼內(nèi)液池中的一端，液池內(nèi)被控的液流這兩種方式都被應(yīng)用，在熱效率和油控制方面對(duì)蒸發(fā)器是有利的。
當(dāng)本發(fā)明的蒸發(fā)器已以第一和第二實(shí)施例的名義加以描述，可以理解到，對(duì)熟悉本技術(shù)的人員而言，在本作品公布之后將發(fā)現(xiàn)有好多變型和加強(qiáng)型可以被使用。再有，在較佳實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)想液體致冷劑和潤(rùn)滑油通常沉積到液池的蒸發(fā)器的一端，而在另一端去除潤(rùn)滑油。本發(fā)明還更廣泛地考慮，液體致冷劑和潤(rùn)滑油沉積到液池的第一個(gè)位置上，并不一定在蒸發(fā)器的一端，而潤(rùn)滑油的回收在另一個(gè)位置上，同樣，不必一定在蒸發(fā)器的一端。無論如何，在每種情況下，池內(nèi)的液流是受控的以加強(qiáng)油的返回和加強(qiáng)熱力性能和蒸發(fā)器的效率。再者，當(dāng)在較佳實(shí)施例中通?？紤]液體致冷劑和潤(rùn)滑油從上面沉積到管束上時(shí)，本發(fā)明確實(shí)也考慮蒸發(fā)器具有的管束至少部分浸入液池中，并且在蒸發(fā)器中液體致冷劑和潤(rùn)滑油直接輸入液池中。所以，本發(fā)明并不限止于所述的實(shí)施例，還包括對(duì)他們的變型和加強(qiáng)型，這些對(duì)熟悉本技術(shù)的人員是顯而易見的，并也屬于下述權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種外殼和管子蒸發(fā)器包括一外殼；一在所述外殼內(nèi)的液池，在所述液池內(nèi)的液體包括制冷劑和潤(rùn)滑油；一在所述外殼內(nèi)沿水平走向的管束，所述管束的至少部分管子浸沒在所述液池中，以供熱交換之用；將液體包含液體制冷劑和潤(rùn)滑油的液體沉積到處在第一液池位置處的液池中的設(shè)備，所述供沉積液體的設(shè)備布置在所述液池表面的上方，并將液體制冷劑和潤(rùn)滑油從上部沉積到液池中；以及一潤(rùn)滑油出口，所述潤(rùn)滑油出口布置在第二液池位置處，所述第二液池位置遠(yuǎn)離所述第一液池位置，由于制冷劑蒸發(fā)逸出所述液池，液池中的潤(rùn)滑油流向第二液池位置處。
2.如權(quán)利要求1所述的外殼和管子蒸發(fā)器，其特征在于所述管束的至少大部分管子浸沒在所述液池中。
3.如權(quán)利要求2所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述第一液池位置通常在所述液池的一端，而所述第二液池位置通常在所述液池的第一位置的相反一端。
4.如權(quán)利要求3所述的蒸發(fā)器，其特征在于還包括一設(shè)備，用于使?jié)櫥途奂娇拷龅诙撼氐奈恢?，該設(shè)備在所述液池中所述第一和第二液池位置的中間。
5.如權(quán)利要求4所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述潤(rùn)滑油的出口和所述液池在其表面下互通，其中使?jié)櫥蜐饪s的設(shè)備包括一隔板，該隔板被浸沒在所述液池中的至少部分管子穿過。
6.如權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述供沉積液體的設(shè)備是一液體-蒸氣分離器，該液體-蒸氣分離器將蒸發(fā)的制冷劑擠入所述外殼內(nèi)部所述液池表面的上部。
7.如權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述隔板伸出所述液池的表面，并被所述管束的全部管子所穿過。
8.如權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述隔板布置在距離所述液池一端至少四分之三液池的長(zhǎng)度，該處就是所述第一液池位置。
9.如權(quán)利要求8所述的蒸發(fā)器，其特征在于在所述至少四分之三液池的長(zhǎng)度處的潤(rùn)滑油濃度比在其余四分之一長(zhǎng)度的潤(rùn)滑油濃度的一半還低。
10.如權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述隔板布置在距離所述第一液池位置所在的所述液池的一端至少85％的所述液池的長(zhǎng)度處，在85％的所述液池的長(zhǎng)度中潤(rùn)滑油平均濃度比在所述液池其余部分的平均潤(rùn)滑油濃度至少低三倍。
11.如權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述隔板限定一切口，所述管束中有不止一根管子穿過該切口，所述切口是潤(rùn)滑油進(jìn)入所述第二液池位置所在的所述液池的這部分的主要通道。
12.如權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述隔板限定了一個(gè)或更多的小孔，但沒有一根所述管束的管子穿過它們。
13.如權(quán)利要求5所述的蒸發(fā)器，其特征在于在所述隔板的上游還包括至少一個(gè)液流導(dǎo)向隔板，它能使?jié)櫥途奂?，所述至少一個(gè)液流導(dǎo)向隔板使所述液池內(nèi)的液流在所述潤(rùn)滑油聚集隔板上游處遵循非線性路徑向所述潤(rùn)滑油聚集隔板方向流動(dòng)，從而延長(zhǎng)所述液池內(nèi)的液體制冷劑和所述管束的管子相互接觸的時(shí)間。
14.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述潤(rùn)滑油出口在所述液池的表面之上方。
15.如權(quán)利要求14所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述第一液池位置通常在所述液池的一端，而所述第二液池位置通常在所述液池的另一端，所述潤(rùn)滑油出口布置在所述液池上方一預(yù)定高度，并通常在所述第二液池位置的上方。
16.如權(quán)利要求15所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述管束的管子浸沒在所述液池中。
17.如權(quán)利要求16所述的蒸發(fā)器，其特征在于還包括一隔板，布置在液池中介于所述第一和第二液池位置之間，所述隔板布置得離所述第二液池位置比離所述第一液池位置更近些，并被所述管束的管子穿過。
18.如權(quán)利要求17所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述隔板限定了多個(gè)小孔，所述管束的管子不穿過它們。
19.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述管束的至少一半管子布置在所述液池表面的上方，還包括一分配器，用于將液體制冷劑和潤(rùn)滑油沉積到所述管束的在液池表面上方的那部分管子的頂面上。
20.如權(quán)利要求19所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述潤(rùn)滑油出口和所述液池在其表面以下相通，其中所述第一液池位置通常在所述液池的一端，而所述第二液池位置通常在所述液池的另一端。
21.如權(quán)利要求20所述的蒸發(fā)器，其特征在于用于存儲(chǔ)液體的所述設(shè)備位于所述液池表面的上方，但在所述管束部分之下。
22.如權(quán)利要求21所述的蒸發(fā)器，其特征在于用于存儲(chǔ)液體的所述設(shè)備沿其長(zhǎng)度設(shè)有邊緣，所述邊緣離所述外殼的內(nèi)側(cè)面有空位，從而讓制冷劑氣體流過，該氣體是從所述液池中蒸發(fā)出來向上流過這里，并沿處在所述液池表面的上方的所述管束部分的外側(cè)向上流出。
23.如權(quán)利要求21所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述分配器能將兩相的制冷劑和潤(rùn)滑油的混合物分配到所述外殼的內(nèi)部。
24.如權(quán)利要求21所述的蒸發(fā)器，其特征在于還包括用于使?jié)櫥途奂谒龅诙撼匚恢玫脑O(shè)備。
25.如權(quán)利要求24所述的蒸發(fā)器，其特征在于使?jié)櫥途奂脑O(shè)備包括一隔板，所述隔板位于所述液池中并插在所述第一和第二液池位置之間。
26.如權(quán)利要求25所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述隔板通常布置在所述液池一端的所述第二液池位置處，浸沒在液池中的所述管束的管子穿過該隔板。
27.如權(quán)利要求19所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述潤(rùn)滑油的出口位于所述液池表面的上方。
28.一種外殼和管子蒸發(fā)器包括一外殼；一在所述外殼內(nèi)的液池，在所述液池內(nèi)的液體包括液體制冷劑和潤(rùn)滑油；一潤(rùn)滑油出口，所述潤(rùn)滑油出口布置在所述液池表面上方的一預(yù)定高度處。
29.如權(quán)利要求28所述的蒸發(fā)器，其特征在于還包括管束和用于從上面將包括制冷劑和潤(rùn)滑油的液體沉積到所述液池表面上用的設(shè)備，所述管束的管子在所述外殼內(nèi)呈水平走向，并且至少部分這些管子浸沒于所述液池中，用于沉積液體的設(shè)備布置在所述外殼內(nèi)，從而使液體沉積到所述液池內(nèi)遠(yuǎn)離潤(rùn)滑油出口的位置。
30.如權(quán)利要求29所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述潤(rùn)滑油出口處在一位置，在該位置富含油的泡沫趨向存在于所述液池的表面上。
31.如權(quán)利要求30所述的蒸發(fā)器，其特征在于液體被沉積到所述液池的位置和所述潤(rùn)滑油出口的位置通常在所述外殼的相對(duì)兩端。
32.如權(quán)利要求30所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述管束的至少大部分管子是浸沒在所述液池中。
33.如權(quán)利要求31所述的蒸發(fā)器，其特征在于還包括使?jié)櫥途奂谒鰸?rùn)滑油出口所在的外殼的這一端的所述液池部分中用的裝置。
34.如權(quán)利要求33所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述從液池表面的上方將液體沉積到液池里用的裝置包括一處于所述外殼內(nèi)部的液-氣分離器。
35.如權(quán)利要求33所述的蒸發(fā)器，其特征在于用于使?jié)櫥途奂乃鲈O(shè)備有一隔板，所述隔板布置在所述液池中并被浸沒于所述液池的管束的至少部分管子所穿過。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其特征在于所述隔板布置在所述液池中的一個(gè)位置上，該位置離潤(rùn)滑油出口的距離比離用于沉積所述液體到所述液池中的設(shè)備更近。
37.如權(quán)利要求31所述的蒸發(fā)器，其特征在于所述管束的一半或一半以上的管子布置在所述液池的表面之上；還包括一分配器，處在所述管束的在所述液池表面的上方的管子部分之上；所述用于存儲(chǔ)液體的設(shè)備布置在所述液池表面之上方，但在液池表面之上方的管束的管子部分以下。
38.如權(quán)利要求37所述的蒸發(fā)器，其特征在于用于存儲(chǔ)液體的設(shè)備是一接受盤，所述接受盤被布置成能讓從所述液池中蒸發(fā)出來的制冷劑氣體向上沿所述管束部分的外側(cè)流過，所述管束部分是指布置在液池表面之上的部分。
39.如權(quán)利要求38所述的蒸發(fā)器，其特征在于還包括一隔板，用于使?jié)櫥途奂谒鲆撼乜拷鰸?rùn)滑油出口處。
40.一種制冷冷凍機(jī)包括一壓縮機(jī)；一冷凝機(jī)；一膨脹裝置；一蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器包括一外殼、一液池、一設(shè)備用于沉積液體制冷劑和潤(rùn)滑油到所述液池中的第一液池位置處、一水平走向的管束和一潤(rùn)滑油出口；所述液池布置在所述外殼中，而所述液池中的液體包括液體制冷劑和潤(rùn)滑油；用于沉積液體的所述設(shè)備布置在所述外殼中所述液池表面的上方，并將液體制冷劑和潤(rùn)滑油從上方沉積到所述液池中；所述管束布置在所述外殼中，以及所述潤(rùn)滑油出口布置在第二液池位置處，所述第二液池位置遠(yuǎn)離所述第一液池位置，并為所述液池中的潤(rùn)滑油流入的位置，這是由于制冷劑蒸發(fā)逸出所述液池所致的結(jié)果；以及，用于從所述蒸發(fā)器去除潤(rùn)滑油的設(shè)備，該設(shè)備與所述蒸發(fā)器的所述潤(rùn)滑油出口和所述壓縮機(jī)相通。
41.如權(quán)利要求40所述的冷凍機(jī)，其特征在于所述管束的至少大部分管子浸沒于所述液池中，其中所述第一液池位置通常在所述液池的一端，而所述第二液池位置通常在所述液池的另一端。
42.如權(quán)利要求41所述的冷凍機(jī)，其特征在于還包括一隔板，用于使?jié)櫥途奂诳拷龅诙撼匚恢锰帲龈舭灞唤]在所述液池的所述管束的那部分管子所穿過。
43.如權(quán)利要求42所述的冷凍機(jī)，其特征在于所述用于沉積液體的設(shè)備位于所述管束的上方，所述潤(rùn)滑油出口和所述液池在其液面下面相通。
44.如權(quán)利要求42所述的冷凍機(jī)，其特征在于所述潤(rùn)滑油出口和所述蒸發(fā)器外殼的內(nèi)部在所述液池表面的上方相通。
45.如權(quán)利要求40所述的冷凍機(jī)，其特征在于所述管束至少一半的管子布置在所述液池表面的上面；還包括一分配器，通常覆蓋在所述管束的在所述液池表面之上方的那部分管子的長(zhǎng)度和寬度的上面；用于沉積液體到所述液池里的所述設(shè)備布置在所述管束在液池表面以上的那部分管子的長(zhǎng)度和寬度的下面。
46.如權(quán)利要求45所述的冷凍機(jī)，其特征在于所述第一液池位置通常在所述液池的一端，而所述第二液池位置通常在所述液池的另一端，所述潤(rùn)滑油出口則布置在所述液池表面的下面靠近所述第二液池位置處。
47.如權(quán)利要求45所述的冷凍機(jī)，其特征在于所述第一液池位置通常在所述液池的一端，而所述第二液池位置通常在所述液池的另一端，所述潤(rùn)滑油出口則布置在所述液池表面的上方靠近所述第二液池位置處。
48.如權(quán)利要求45所述的冷凍機(jī)，其特征在于用于沉積液體的所述設(shè)備為一接受盤，所述接受盤向下傾斜，從而將液體沉積到所述液池中在第一液池位置處。
49.如權(quán)利要求45所述的設(shè)備，其特征在于還包括一隔板，布置在所述液池中介于所述第一和第二液池位置之間，所述隔板使?jié)櫥途奂诳拷龅诙撼匚恢锰?，并被布置在所述液池表面以下的所述管束的管子部分所穿過。
50.用于將潤(rùn)滑油從制冷冷凍機(jī)的外殼和管子型蒸發(fā)器中返回的方法包括以下步驟在所述蒸發(fā)器中保持一液池，所述蒸發(fā)器的管束的至少一部分管子浸入其中；液體制冷劑和潤(rùn)滑油的混合體從所述冷凍機(jī)的膨脹裝置流入所述蒸發(fā)器的內(nèi)部；將進(jìn)入所述蒸發(fā)器內(nèi)部的液體制冷劑和潤(rùn)滑油以所述流動(dòng)步驟從上方沉積到所述液池的表面上，通常在第一液池位置處；蒸發(fā)的制冷劑冒出所述液池，從而引導(dǎo)潤(rùn)滑油從第一液池位置流到遠(yuǎn)離第一液池位置的所述液池的第二液池位置，以及將潤(rùn)滑油從所述液池靠近所述第二液池位置處抽出。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于還包括使?jié)櫥驮诳拷龅诙撼匚恢锰幘奂牟襟E。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于所述蒸發(fā)器中管束的至少大部分管子浸沒在所述液池中，所述聚集步驟包括布置隔板的步驟，所述隔板處于第一和第二液池位置之間，并被所述管束的浸沒于液池中的管子部分所穿過。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于所述回抽步驟包括將潤(rùn)滑油從所述液池表面之下回抽的步驟，以及將回抽的潤(rùn)滑油輸送到所述冷凍機(jī)的壓縮機(jī)的步驟。
54.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于所述回抽步驟包括將潤(rùn)滑油從所述液池表面的上方回抽的步驟，以及將回抽的潤(rùn)滑油輸送到所述冷凍機(jī)的壓縮機(jī)的步驟。
55.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于所述蒸發(fā)器的管束的大部分管子布置在所述液池表面的上方；還包括分配包括制冷劑和潤(rùn)滑油的液體的步驟，通常覆蓋所述液池表面之上方的所述管束部分的頂部的長(zhǎng)度和寬度；并且在所述沉積步驟之前，將已經(jīng)下落經(jīng)過所述液池表面之上方的所述管束部分的液體制冷劑和潤(rùn)滑油收集起來的步驟。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述回抽步驟包括將潤(rùn)滑油從所述液池表面之下回抽的步驟，以及將回抽的潤(rùn)滑油輸送到所述冷凍機(jī)的壓縮機(jī)的步驟。
57.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述回抽步驟包括將潤(rùn)滑油從所述液池表面的上方回抽的步驟，以及將回抽的潤(rùn)滑油輸送到所述冷凍機(jī)的壓縮機(jī)的步驟。
58.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于所述回抽步驟包括將富含潤(rùn)滑油的泡沫從所述液池表面的上方一個(gè)位置抽離所述液池的表面，并將所述泡沫的至少潤(rùn)滑油部分輸送到所述壓縮機(jī)的步驟。
全文摘要
一種用于冷凍機(jī)的蒸發(fā)器包括一管束，其中至少一部分管子浸沒于液池中，液池內(nèi)含有液體制冷劑和潤(rùn)滑油。液體制冷劑和潤(rùn)滑油被沉積到液池中第一液池位置處。由于液池中發(fā)生的制冷劑蒸發(fā)，一種流動(dòng)方式被建成并受到控制，從而使液池中的潤(rùn)滑油從其沉積入液池的位置移動(dòng)到第二液池位置。在第二液池位置處設(shè)有一出口，潤(rùn)滑油從此被抽出蒸發(fā)器。
文檔編號(hào)F25B1/00GK1500193SQ02807233
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月4日
發(fā)明者H·K·林, J·P·哈特菲爾德, S·A·施密斯, W·J·佩克, H K 林, 佩克, 哈特菲爾德, 施密斯 申請(qǐng)人:美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公司