УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ВПУСК ДЛЯ ИСПАРИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК F25B39/02 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящее изобретение касается испарителей для хладагентов, а именно усовершенствованного впуска для такого испарителя, позволяющего повысить эффективность операции испарения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В находящихся в совместной собственности патентных грамотах Соединенных Штатов № 5341870 и 5533259, выданных 30 августа 1994 г. и 9 июля 1996 г. соответственно на имя Хьюджеса и др., все содержание которых включается сюда данной ссылкой, описаны уникальные испарители для хладагентов, идеально подходящие для использования в системах кондиционирования жилых помещений.

Несмотря на то что устройства, описанные в патентах Хьюджеса и др., хорошо выполняют предназначенные им функции и действительно являются значительным усовершенствованием стандартных испарителей, используемых в системах кондиционирования воздуха, им свойственны те же самые, связанные с эффективностью, проблемы, в том случае, если хладагент неправильно распределяется внутри испарителя.

Когда происходит неправильное распределение, какая-то секция испарителя может быть затоплена жидким хладагентом, в то время как в другой секции хладагента практически нет. Пример картины неправильного распределения, полученной на основе инфракрасного теплового отображения реального испарителя, приведен на фиг.1. Этот распределитель имеет обычную конфигурацию, иллюстрируемую в вышеуказанных патентах Хьюджеса и др., при которой один коллектор 10 имеет входной переходник 12, а противоположный коллектор 14 имеет выходной переходник 16. То есть показанный испаритель является, как это называют в производстве, V-образным испарителем с параллельным током типа "в конец вошел, из конца вышел".

Позицией 18 обозначено схематическое изображение труб, вставленных в коллекторы 10 и 14, и, конечно, между смежными трубами 18 проходят изогнутые ребра (не показаны).

В трубах такого испарителя, в которые попадает малое количество хладагента, быстро истощается запас жидкого или находящегося в смешанной фазе хладагента. Следовательно, значительный процент длины каждой такой трубы содержит только одну фазу - перегретый газообразный хладагент. Передача теплоты недостаточна.

Кроме того, температура на поверхностях, расположенных со стороны прохождения воздуха, в тех местах, где находится перегретый поток газа, обычно выше точки росы, и, следовательно, на них не будет конденсироваться влага из воздуха, проходящего сквозь испаритель мимо этих областей с перегретым потоком. Таким образом, в этих местах воздух не осушается.

Там, где происходит осушение, на внешних сторонах труб будет присутствовать влага, что увеличит сопротивление воздушному потоку, проходящему сквозь испаритель в этих местах. Таким образом, сопротивление воздушному потоку будет меньше в тех областях, где проходит перегретый поток, и, следовательно, перегреваемые области получат несоразмерную часть общего количества проходящего сквозь испаритель воздуха, что еще более уменьшит эффективность.

В трубах с избыточным количеством хладагента теплообмен происходит очень хорошо и полностью, однако часто не весь жидкий хладагент испаряется. Следовательно, неиспаренный хладагент не задействуется, и работа, потраченная при конденсации пара в жидкость, по существу была потрачена впустую. Более того, из-за присутствия на линии всасывания неиспаренной жидкости приходится использовать в системе клапаны для отслеживания и обеспечения свободного теплового расширения. В результате технологический процесс становится нестабильным.

На фиг.1 области, в которых находится перегретый поток газа, оттенены. Напротив, неоттененные области соответствуют правильно функционирующим частям или частям, где имеет место переизбыток хладагента в трубах.

Представленное изобретение нацелено на достижение более равномерного распределения хладагента в испарителях вообще и в V-образных испарителях с параллельным током за счет ликвидации или минимизации областей в испарителе, в которых может образоваться недостаток хладагента и возникнуть чрезмерный перегрев хладагента.

СУЩЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Главным объектом изобретения является новый и улучшенный испаритель для хладагента. А именно, объектом изобретения является новая и улучшенная система впуска в испарителе для хладагента, позволяющая достигать более равномерного распределения хладагента внутри испарителя.

Примерный вариант реализации представленного изобретения, позволяющий достигнуть вышеуказанной цели, представляет собой испаритель, включающий пару разнесенных коллекторов. Между коллекторами проходит по крайней мере одна труба, вставленная в каждый из них с определенной стороны и объединяющая их в единую систему, причем эта труба содержит некоторое количество отдельных каналов для хладагента, проходящих между коллекторами. На одном из коллекторов размещается по крайней мере один впуск для хладагента. Впуск имеет первый проход, соединенный с источником испаряемого хладагента, и второй проход, соединенный с первым проходом, размещенный внутри данного коллектора и направленный от данной стороны данного коллектора. В результате испаряемый хладагент распыляется на ту внутреннюю поверхность данного коллектора, которая расположена напротив концов каналов для хладагента, и сам данный коллектор служит распыляющим распределителем.

В предпочтительном варианте изобретения впуск имеет третий проход, который также соединен с первым проходом. Третий проход направлен в противоположную второму проходу сторону, то есть на ту сторону данного коллектора, в которой расположены каналы для хладагента. Третий проход, таким образом, обеспечивает распыление и распределение хладагента в трубы, расположенные рядом со впуском, в то время как второй проход обеспечивает распыление и распределение хладагента в каналы, более удаленные от впуска.

В предпочтительном варианте изобретения третий проход меньше второго прохода.

Предпочтительно, чтобы совокупность каналов была образована совокупностью труб, причем эти трубы располагались на некотором расстоянии друг от друга.

В предпочтительном варианте изобретения трубы имеют соответствующие трубные концы, вставленные с определенной стороны в каждый из коллекторов.

Предпочтительно, чтобы каждая труба была дополнительно разделена на некоторое количество отдельных каналов для хладагента.

В наилучшем варианте изобретения данный коллектор удлинен и имеет некоторое количество впусков для хладагента, расположенных на некотором расстоянии друг от друга вдоль этого коллектора.

Кроме того, в предпочтительном варианте изобретения по крайней мере данный коллектор вообще является трубчатым.

Предпочтительный вариант изобретения подразумевает испаритель с удлиненным коллектором. Предусмотрено некоторое количество расположенных на равном расстоянии друг от друга гладких труб, вставленных своими концами в данный коллектор с определенной стороны. Предусмотрен впуск в коллектор, состоящий из некоторого количества разнесенных впрыскивателей, выполненных таким образом, чтобы все они могли быть подсоединены к общему источнику испаряемого хладагента. Каждый из впрыскивателей имеет выпускное отверстие, направленное от той стороны коллектора, в которую вставлены концы гладких труб.

В предпочтительном варианте концы труб выдаются во внутреннюю часть коллектора, а впрыскиватели размещаются между концами пар смежных труб.

Предпочтительно, чтобы наряду с указанными выпускными отверстиями, которые являются основными выпускными отверстиями, каждый впрыскиватель имел бы еще и дополнительное выпускное отверстие, имеющее меньший размер по сравнению с основным выпускным отверстием и направленное к той стороне коллектора, которая находится между концами пар смежных труб.

Другие объекты и усовершенствования станут понятными из следующего описания, сопровождаемого чертежами.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - это общий вид испарителя, выполненного в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг.2 - это общий вид испарителя, выполненного в соответствии с изобретением.

Фиг.3 - это увеличенный местный вид впускного впрыскивателя такого испарителя.

Фиг.4 - это увеличенное местное сечение впускного впрыскивателя.

Фиг.5 - это вид, аналогичный представленному на фиг.1, но иллюстрирующий испаритель, выполненный согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ НАИЛУЧШЕГО ВАРИАНТА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Примерный вариант изобретения иллюстрируется на фиг.2-5 включительно и будет описан здесь в контексте так называемых V-образных испарителей с параллельным током. Однако, конечно, применение представленного изобретения не ограничивается только такими испарителями. Оно может быть эффективно и при использовании в любом испарителе, имеющем коллектор, сообщающийся с некоторым количеством разнесенных каналов для хладагента.

Испаритель имеет входной коллектор 20 в форме удлиненной трубы. Он также включает в себя выходной коллектор 22. Ряд гладких многоканальных труб 24 связывает коллекторы 20 и 22. Между смежными гладкими трубами 24 располагаются изогнутые ребра 26.

Выходной коллектор 22 имеет одиночный выходной переходник 28, который может иметь стандартную конструкцию. В предпочтительном варианте изобретения входной коллектор 20 снабжен четырьмя расположенными вдоль него на одинаковом расстоянии друг от друга впрыскивателями для хладагента 30, 32, 34 и 36. Впрыскиватели 30, 32, 34 и 36 могут представлять собой обычные трубы, соединенные со стандартным распределителем 38, который, в свою очередь, может быть соединен с обычным источником жидкого хладагента, то есть, в конечном счете, с конденсатором системы охлаждения, которая может использоваться только в целях охлаждения, или в качестве теплового насоса, или в целях кондиционирования воздуха, или во всех трех.

Как показано на фиг.3, каждая из труб 24 своим концом 40 вдается на существенное расстояние во внутреннюю часть входного коллектора 20. По трубным концам 40 видно, что каждая труба сама состоит из некоторого количества отдельных каналов 42, которые предпочтительно должны иметь гидравлический диаметр не больше 0,07". Гидравлический диаметр определяется как обычно, а именно как четырехкратная площадь поперечного сечения каждого канала 42, деленная на смоченный периметр этого канала.

Концы 40 располагаются на некотором расстоянии друг от друга и, как видно то фиг.3, один из впрыскивателей, а именно впрыскиватель 34, размещен между концами пары смежных труб 24. Можно также обратить внимание на то, что впрыскиватель 34, как и впрыскиватели 30, 32 и 36, сделан из круглой трубы меньшего диаметра, по сравнению с трубой, из которой сделан входной коллектор 20. Впрыскиватель 34 вставлен в коллектор 20 практически под прямым углом к нему, а также к плоскости, задаваемой совокупностью труб 24 вблизи коллектора 20.

Как показано на фиг.4, трубы 24 вставлены со стороны 44 коллектора 20, причем трубные концы 40 доходят почти до середины сечения коллектора 20. Конец 48 впрыскивателя 34, находящийся внутри коллектора 20, заделан. Напротив него расположен проход 49, через который, после подсоединения, может подаваться хладагент. Впрыскиватель 34 также имеет первое или основное выпускное отверстие 50, которое направлено на внутреннюю сторону 52 коллектора 20, расположенную напротив стороны 44, через которую трубы 24 вставлены в коллектор 20. На опрыскивателе 34 внутри коллектора 20 также размещено дополнительное выпускное отверстие 54, центр которого расположен на общей линии центров с основным выпускным отверстием 50. Дополнительное выпускное отверстие 54 имеет меньший размер по сравнению с основным выпускным отверстием и направляет жидкий хладагент по направлению к стороне 44. Точка впрыскивания может быть расположена между смежными трубными концами 40 или на одном уровне с каким-либо из них.

Распыляемая жидкость, выходящая из основного выпускного отверстия, распространяется вдоль внутренней стороны 52 коллектора 20, что позволяет хладагенту распространятся вдоль существенного отрезка внутри коллектора, в результате чего вся совокупность труб 24 между местами расположения впрыскивателей 30, 32, 34 и 36 получает хладагент. Во многих случаях требуются только основные выпускные отверстия 50. Однако иногда, особенно когда трубные концы 40 вдаются на существенное расстояние во внутреннюю часть коллектора 20, находящиеся в непосредственной близости от впрыскивателей 30, 32, 34 или 36 трубы не могут получить достаточного количества хладагента, поскольку он буквально проносится мимо их трубных концов 40 в результате распыления на поверхности внутренней стороны 52. Таким образом, в каждом из впрыскивателей 30, 32, 34 и 36 могут быть предусмотрены дополнительные выпускные отверстия 54 для того, чтобы гарантировать, что находящиеся рядом с местом расположения каждого впрыскивателя трубы 24 получают адекватное количество жидкого хладагента.

На фиг.5 представлено инфракрасное тепловое изображение реального испарителя, выполненного в соответствии с изобретением. Затененные области на нем соответствуют областям, в которых присутствует перегретый газообразный поток. Видно, что у выполненного с использованием изобретения испарителя на фиг.5 таких областей существенно меньше, что позволяет значительно улучшить эффективность работы данного испарителя по сравнению с изображенным на фиг.1.

В подобном иллюстрируемому испарителе, который разработан как испаритель на 30000 Вт/ч, имеется четыре точки впрыскивания. Каждый впрыскиватель выполнен из трубы наружного диаметра 0,25" с толщиной стенки, равной 0,035". Основные выпускные отверстия 50 имеют диаметр 0,125", а дополнительные выпускные отверстия 54 - диаметр 0,052". В одном из вариантов остов испарителя состоит из 45 гладких труб 24.

Принимая во внимание вышесказанное, легко понять, что в испарителе, выполненном в соответствии с изобретением, достигается превосходное распределение входящего жидкого хладагента, что позволяет увеличить эффективность его работы. Используемая схема сравнительно проста за счет того, что впрыскиватели могут быть выполнены из труб с высверленными в них под надлежащий размер выпускными отверстиями. Таким образом, достигается реальное повышение эффективности при минимальных расходах или усложнениях.

Изобретение относится к холодильной технике. Улучшается распределение жидкого хладагента в испарителе, имеющем пару коллекторов и совокупность проходящих между коллекторами труб, содержащих совокупность отдельных каналов для хладагента за счет использования по крайней мере одного впуска для хладагента внутри одного из коллекторов. Впуск имеет первый проход, приспособленный для соединения с источником испаряемого хладагента, и противоположно направленные второй и третий проходы, соединенные с первым проходом. Второй проход направлен от одной стороны коллектора, в то время как третий проход направлен к данной стороне коллектора. Использование изобретения позволит повысить эффективность испарения. 3 с. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Испаритель, включающий пару разнесенных коллекторов, по крайней мере, одну проходящую между упомянутыми коллекторами трубу, вставленную в каждый из них с определенной стороны и объединяющую их в единую систему, причем эта труба содержит совокупность отдельных каналов для хладагента, проходящих между упомянутыми коллекторами, и, по крайней мере, один впуск для хладагента в одном из упомянутых коллекторов, причем этот впуск имеет первый проход, приспособленный для подсоединения к источнику испаряемого хладагента, и противоположно направленные второй и третий проходы, соединенные с указанным первым проходом, причем указанный второй проход направлен от упомянутой стороны, а указанный третий проход направлен к упомянутой стороне.2. Испаритель по п.1, в котором указанный третий проход меньше указанного второго прохода.3. Испаритель по п.1, в котором указанная совокупность каналов образована совокупностью указанных труб, причем эти трубы разнесены друг от друга.4. Испаритель по п.3, в котором соответствующие трубные концы труб в указанной совокупности вставлены в упомянутую сторону каждого из указанных коллекторов.5. Испаритель по п.3, в котором каждая из указанных труб дополнительно содержит совокупность отдельных каналов для хладагента.6. Испаритель по п.1, в котором указанный коллектор удлинен и имеет некоторое количество указанных впусков для хладагента, расположенных вдоль этого коллектора.7. Испаритель по п.1, в котором, по крайней мере, указанный коллектор вообще является трубчатым.8. Испаритель, включающий пару разнесенных коллекторов, по крайней мере, одну проходящую между упомянутыми коллекторами трубу, вставленную в каждый из них с определенной стороны и объединяющую их в единую систему, причем эта труба содержит совокупность отдельных каналов для хладагента, проходящих между упомянутыми коллекторами, и по крайней мере, один впуск для хладагента в одном из упомянутых коллекторов, причем этот впуск имеет первый проход, приспособленный для подсоединения к источнику испаряемого хладагента, и соединенный с указанным первым проходом второй проход, находящийся внутри указанного коллектора и направленный от упомянутой стороны указанного коллектора.9. Испаритель по п.8, в котором указанный впуск имеет третий проход, находящийся внутри указанного коллектора и соединенный с указанным первым проходом, причем этот третий проход направлен к упомянутой стороне указанного коллектора.10. Испаритель по п.9, в котором указанная совокупность каналов образована совокупностью разнесенных труб, причем указанные второй и третьи проходы размещены между двумя смежными трубами.11. Испаритель, включающий удлиненный коллектор, совокупность разнесенных гладких труб, концы которых вставлены с одной стороны в указанный коллектор, практически, на равном расстоянии друг от друга, и впуск в указанный коллектор, включающий некоторое количество разнесенных впрыскивателей, каждый из которых приспособлен для соединения с общим источником испаряемого хладагента, причем каждый впрыскиватель имеет выпускное отверстие, направленное от указанной стороны указанного коллектора.12. Испаритель по п.11, в котором указанные концы вдаются во внутреннюю часть указанного коллектора, а указанные впрыскиватели размещены между концами пар смежных труб.13. Испаритель по п.11, в котором указанные выпускные отверстия являются основными выпускными отверстиями, а каждый указанный впрыскиватель, кроме того, имеет дополнительное выпускное отверстие, меньшее указанного основного выпускного отверстия и направленное к указанной стороне между указанными концами пар смежных труб.