[发明专利]具有重定向过程流体流动的蒸发器

说明书

公开了一种通过在制冷剂蒸发器内使用低压降管道和高性能管件来分离和导向过程流体流动的装置、系统和方法。蒸发器包括壳体。壳体包括过程流体入口和过程流体出口。蒸发器还包括设置在壳体内并运送过程流体的多个管件。多个管件包括多个第一管件和多个第二管件。所述蒸发器还包括设置在所述壳体内并运送所述过程流体的多个重定向管。多个重定向管包括第一重定向管和第二重定向管。蒸发器的作用是通过使用两根管件和重定向管将过程流体流动分离并导向成两部分。

技术领域

本公开总体上涉及制冷剂蒸发器。更具体地，本公开涉及通过在制冷剂蒸发器内使用重定向管和换热管来分离和引导导向过程流体流动的装置、系统和方法。

背景技术

管壳溢流式蒸发器具有壳体。壳体具有底部并限定空间。一组管件靠近蒸发器壳体的底部设置，并从壳体的一端向另一端水平延伸。该组管件用于运输过程流体，该过程流体从过程流体入口通过壳体到达过程流体出口。作为工作流体的制冷剂从例如靠近壳体底部的制冷剂入口进入蒸发器的壳体，与过程流体交换热量并蒸发。制冷剂蒸汽进入壳体内的空间的上部并经由制冷剂出口离开壳体，制冷剂出口可定位在壳体内的空间的上部。

在管壳溢流式蒸发器中，仔细选择管件的数量、材料、长度和性能特征以提供适当的传热以及降低成本、减少过程流体压降、并减少制冷剂充注量。在双程管壳溢流式蒸发器中，管件的通常构造使过程流体首先沿远离过程流体入口的方向流动，然后朝向过程流体入口的方向返回从而流过出口。这种布置将过程流体入口和过程流体出口放置在蒸发器壳体的相同端。

蒸发器壳体的尺寸通常设定得足够大以容纳管件，使得在壳体顶部离开的制冷剂蒸气不会具有不希望的相互作用，例如液体携带、热交换不平衡和/或一定的局部流速，其中过程流体在靠近壳体底部的管件中流动。蒸发器的尺寸也可以通过冷却器的其他特征来设定，例如压缩机。压缩机的各种负载可能需要不同尺寸的蒸发器壳体。

发明内容

当在蒸发器内使用更高性能的管件时，蒸发器的一端的过程流体入口附近产生更多的蒸气，其中过程流体与制冷剂之间的温差可能最大。过程流体入口所在的蒸发器的这一端的蒸气速度通常高于蒸发器另一端的蒸气速度，并且液体制冷剂可能易于携带至管束顶部并进入压缩机。液体制冷剂在压缩机内部蒸发会干扰蒸汽流动并造成不必要的损失。例如，进入压缩机的液体制冷剂可能在压缩机中沿着流动路径的某个位置闪蒸成蒸气，例如，当液体制冷剂的焓充分增加时，或者当某些局部压降足够低以致液体制冷剂闪蒸时。蒸发的制冷剂可能与压缩机的壁和/或叶轮的壁分离，并引起压缩机内的流动不稳定。此外，热交换的不平衡还可能导致由于过程流体与制冷剂温差的显著降低以及产生的蒸气极少，在管壳溢流式蒸发器的另一端的管件润湿不良。因此，液体制冷剂不会被升高到管束中的更高的管件中进行换热。

公开了一种通过在蒸发器内使用低压降重定向管和高性能管道来分离和引导过程流体流动的装置、系统和方法。过程流体的一部分通过换热管从过程流体入口运送到蒸发器壳体的一个位置以进行热交换，然后经由重定向管从该位置重新引导到过程流体出口。过程流体的另一部分通过重定向管从过程流体入口被重定向到蒸发器壳体的另一个位置，然后从该位置经由换热管运送到过程流体出口用于热交换。

在一个实施例中，过程流体的一部分从蒸发器壳体的过程流体进入端通过换热管流至另一端。在进入端附近，过程流体和制冷剂之间的温差可能是最高的。因此，传热率(蒸气产生)可能是最高的，并且可能产生高热通量的区域。管件被液体制冷剂润湿，液体制冷剂和过程流体之间发生热交换，液体制冷剂被蒸发，一些液体制冷剂可被蒸气升高到管束中较高的管件中。这部分过程流体然后通过低压降重定向管重新引导回到壳体的过程流体进入端。过程流体的第二部分通过低压降重定向管从蒸发器壳体的过程流体进入端重新引导至另一端，而不显著改变过程流体的第二部分的温度。另一方面，过程流体的第二部分流入第二组换热管并返回到进入端，并且可产生另一高热通量区域。这种配置可以平衡蒸发器两端的传热率(蒸气产生)，促进制冷剂润湿整个管束，同时减少液体制冷剂被携带(carry over)入压缩机的发生率。