蒸发器技术领域
本发明涉及一种蒸发器，尤其是一种升膜蒸发器。
背景技术
蒸发器是制冷四大件中的一个重要部件，低温的冷凝液体通过
蒸发器与外界的空气进行热交换，气化吸热达到制冷的效果。
传统的壳管式蒸发器主要分为干式蒸发器和满液式蒸发器。
干式蒸发器即非满液式蒸发器，制冷剂在管内流动，水在管簇
外流动。制冷剂流动通常有几个流程，由于制冷剂液体的逐渐气化，
通常越向上，其流程管数越多。为了增加水侧换热，在筒体传热管
的外侧设有若干个折流板，使水多次横掠管簇流动。其缺点为：蒸
发管表面为部分液体润湿，表面传热系数较低，换热效果较差。
满液式蒸发器在管内走水，制冷剂在管簇外面蒸发，所以传热
面基本上都是与液体制冷剂接触。一般壳体内充注的制冷剂量约为
筒体的有效容积的55％～65％，制冷剂液体吸热气化后经筒体顶部的
液体分离器，回入压缩机。其优点是结构紧凑，操作管理方便，传
热系数较高。水垢在铜管内壁，打开端盖容易清洗及水处理。其缺
点为：满液式蒸发器的制冷剂侧阻力较大；在润滑油与制冷剂互溶
情况下，满液式蒸发器的回油较难且不稳定，而回油状况直接影响
机组的工作工况和工况油移；此外，由于满液式蒸发器的壳体内充
满制冷剂，所以充液量大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种蒸发器，特别是升膜蒸发
器，适用于制冷空调冷水机组等的壳管式蒸发器，其换热效率高、
制冷剂侧阻力小、使用寿命长。
为解决上述技术问题，本发明的蒸发器，包括：
一个两端开口分别为第一端和第二端的筒体，
设置于所述筒体内的换热管束，
用于与所述筒体的所述第一端连接的第一筒盖和用于与所述筒
体的所述第二端连接的第二筒盖，
分别用于与所述换热管束的进口和出口相连的设置在所述第一
筒盖和第二筒盖之一上的载冷剂进口和载冷剂出口，
其特征在于，还包括：
设置于所述筒体底部的制冷剂进口和设置于所述筒体顶部的制
冷剂出口，
与所述制冷剂进口相连接的位于所述筒体内的所述换热管束下
方的带喷射孔的制冷剂集液器，其中，所述制冷剂集液器由制冷剂
导液管与所述制冷剂进口相连。
上述技术方案具有如下有益效果：本发明的蒸发器采用升膜蒸
发器，载冷剂在蒸发器筒体内的蛇形的换热管束主要作水平来回流
动，制冷剂以液态方式从蒸发器底部进入向上运动并最终以气态方
式从蒸发器顶部流出，由于载冷剂和制冷剂的运动方向相互垂直，
而且制冷剂在从下往上运动过程中形成升膜蒸发，因此取得了很好
的换热效果，其详细原理和实施过程在本发明的具体实施方式中有
详细描述。进一步地，本蒸发器用途广泛，适用于制冷空调冷水机
组等的壳管式蒸发器，具有低温差高效传热，优良的防冰保护，能
够显著提高制冷空调冷水机组的能源效率，体积小巧，制冷剂充注
量低，无吸气带液，维护清洗方便、使用寿命长的优点。
较优选地，所述制冷剂集液器的所述喷射孔开孔方向朝向所述
筒体下部内壁。此时从所述喷射孔中喷出的液态制冷剂以较高速度
朝向筒体下部的筒体内壁冲击，由筒体内壁产生的反弹撞击力将液
态制冷剂击碎为细小的飞溅起来的众多制冷剂液滴，制冷剂液滴碰
到换热管束后附着在换热管束的管壁上，由此产生的众多制冷剂液
滴拥有较大的有效换热面积，因此可以与换热管束内的载冷剂实现
高效换热。更优选地，所述喷射孔开孔方向下方与所述筒体下部内
壁之间设置有换热管束。此时可以带来两个附加的有益效果。其一，
由于部分制冷剂直接喷射到换热管束的外壁上并且发生飞溅，而且
由于换热管束中的载冷剂对此部分制冷剂的加热作用，使得此部分
制冷剂的蒸发效果更好，也能带走更多热量。其二，也是更为重要
的，由于换热管束靠近筒体下部内壁，因此，当制冷剂向筒体下部
内壁喷射时，一部分制冷剂喷射到换热管束外壁上，另一部分制冷
剂喷射到筒体下部内壁上，因此，从整体碰撞效果来看，由于换热
管束外壁和筒体下部内壁相距很近，换热管束外壁和筒体下部内壁
共同组成了一个不规则的表面区域，当制冷剂喷射到此不规则的表
面区域时，制冷剂会发生非常紊乱和复杂的飞溅和反射，此过程非
常有利于制冷剂的不规则飞溅，从而产生更多的被击碎的细小飞溅
的制冷剂液滴，从而获得更大的有效换热面积，实现更高效的换热
过程。
较优选地，在所述换热管束的下方和所述带喷射孔的制冷剂集
液器的上方之间设置有多孔板。上述飞溅起来的众多制冷剂液滴中
体积较大的制冷剂液滴被多孔板打碎成更小的制冷剂液滴，以保证
制冷剂液滴的体积不会过大。
较优选地，所述筒体内部的水平设置有破沫器。破沫器用于去
除气体中夹带的气泡和多余液滴，使得最终气态制冷剂经过破沫器
上方过热区过热，然后从筒体顶部的制冷剂出口流出，并回到压缩
机。
较优选地，所述第一筒盖上设有环形第一封头，所述筒体第一
端上设有环形第一筒板，所述环形第一封头与所述环形第一筒板连
接，连接处设置有环形第一密封垫片。较优选地，所述第二筒盖上
设有环形第二封头，所述筒体第二端上设有环形第二筒板，所述环
形第二封头与所述环形第二筒板连接，连接处设置有环形第二密封
垫片。所述的环形第一密封垫片和环形第二密封垫片可以采用螺栓
形式进行密封，由此可以更好地保证筒体的密封性。
较优选地，所述换热管束为蛇形回绕式管束。更优选地，所述
换热管束为阵列式平行布置的蛇形回绕式管束阵列。蛇形回绕式布
置使得在换热管束内流动的载冷剂能够有机会反复流动经过各组制
冷剂进口和制冷剂出口中间的冷却位置，从而得到多次冷却机会，
提高冷却效率，整个蒸发器的结构也显得更为紧凑。
较优选地，所述筒体的底部设置有筒体支撑座，以更好地起到
支撑作用。
较优选地，所述筒体的底部设置有排污口和/或放油口，以使得
润滑油能够更好地流动和排污。
较优选地，还包括设置于所述筒体内的用于支撑所述换热管束
的支撑板。考虑到换热管束在长度方向上可能较长，因此可以在换
热管束的长度方向上的某些位置适当地布置若干个支撑板，支撑板
具体形状可以根据所支撑位置的不同进行对应地设计和布置。
较优选地，所述载冷剂为水或盐水，水或盐水都容易获得，且
成本低廉。
较优选地，所述制冷剂为氨，此为常用的制冷剂，也可选用各
种制冷行业常用的制冷剂替代氨，比如氟利昂等。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的蒸发器的侧视图；
图2A为本发明的蒸发器的Z-Z截面的剖视图；
图2B为图2A的一种给改进形式；
图3A为本发明的蒸发器的第一筒盖的侧视图；
图3B为本发明的蒸发器的第一筒盖的正视图；
图4A为本发明的蒸发器的第二筒盖的侧视图；
图4B为本发明的蒸发器的第二筒盖的正视图；
图5A为本发明的蒸发器的环形第一密封垫片；
图5B为本发明的蒸发器的环形第二密封垫片；
图6为本发明的蒸发器的换热管束；
图7A为本发明的蒸发器的筒体内用于支撑换热管束的支撑板；
图7B为本发明的蒸发器的筒体内用于支撑换热管束的支撑板；
图8A为本发明的蒸发器的筒体的环形第一/二筒板的正视图；
图8B为本发明的蒸发器的筒体的环形第一/二筒板的侧视图。
具体实施方式
为了更好地阐述本发明的蒸发器的具体实施方式，以下将针对
优选的蒸发器实施例进行详细描述。
为了更好地显示筒体002与筒体002内部的换热管束004的关
系，在图1的本发明的蒸发器的侧视图中，对筒体002进行了局部
透视，用于显示出其内部换热管束004的位置。
如图1和图2A所示，蒸发器的筒体002两端开口，分别为筒体
002的第一端和第二端。较优选地，如图2A、图8A和图8B所示，
其中第一端设置为环形第一筒板015A，第二端设置为环形第二筒板
015B。
如图1所示，换热管束004设置于筒体002内。较优选地，如图
6中所示，换热管束004为阵列式平行布置的蛇形回绕式管束阵列。
如图1所示，第一筒盖031用于与筒体002的第一端连接，第二
筒盖032用于与筒体002的第二端连接。较优选地，如图3A、图3B、
图5A和图8A、图8B所示，第一筒盖031上设有环形第一封头007，
环形第一封头007与筒体002第一端处的环形第一筒板015A连接，
连接处设置有环形第一密封垫片009。较优选地，如图4A、图4B、
图5B和图8A、图8B所示，第二筒盖032上设有环形第二封头008，
环形第二封头008与筒体002第二端处的环形第二筒板015B连接，
连接处设置有环形第二密封垫片010。的环形第一密封垫片009和环
形第二密封垫片010可以采用螺栓形式进行密封。
如图1所示，载冷剂进口007B和载冷剂出口007A设置在第一
筒盖031上。载冷剂进口007B与筒体002内的换热管束004的入口
对应连接，载冷剂出口007A与筒体002内的换热管束004的出口对
应连接，此种连接方式可以选择焊接。本领域技术人员应当很容易
注意到，本发明的此实施例中选取的如图1和图3A、图3B所示的
设置在第一筒盖031上的载冷剂进口007B和载冷剂出口007A是一
种优选的技术方案，还可以采用其他的技术方案，也能够达到相同
的技术效果，比如将载冷剂进口和载冷剂出口都设置在第二筒盖上，
再比如将载冷剂进口设置在第一筒盖上并且将载冷剂出口设置在第
二筒盖上，又比如将载冷剂进口设置在第二筒盖上并且将载冷剂出
口设置在第一筒盖上，以上诸种技术方案均落入本发明的保护范围。
如图1和图2A所示，制冷剂进口006设置于筒体002底部，制
冷剂出口001设置于筒体002顶部。较优选地，如图1所示，的制
冷剂进口006和制冷剂出口001可以根据筒体002长度的具体情况
设有多组，比如在图1中的M位置设有一组制冷剂进口006和制冷
剂出口001，在N位置又设有一组制冷剂进口006和制冷剂出口001。
如图1和图2A所示，制冷剂集液器005带喷射孔005A，制冷
剂集液器005由制冷剂导液管(未在图中画出)与制冷剂进口006
相连，制冷剂集液器005位于筒体002内的换热管束004下方。较
优选地，如图2A所示，制冷剂集液器005的喷射孔005A开孔方向
朝向筒体002下部内壁。
如图2A所示，筒体002内部的水平设置有破沫器003，在换热
管束004的下方和带喷射孔005A的制冷剂集液器005的上方之间设
置有多孔板051。
如图2B所示，为图2A的一种改进形式，图2B中示出了制冷剂
导液管，图2B中尤其是在喷射孔005A开孔方向下方与筒体002下
部内壁之间设置有换热管束004X。图2A中的各换热管束004的中
心点都用浅色线予以示意性地连接，表示其形成整齐的排列，图2B
中没有用浅色线予以示意性地连接，为其实际截面的排列情形。
如图1所示，筒体002的底部设置有筒体支撑座041，筒体002
的底部设置有排污口014和/或放油口013。
如图1、图7A和图7B所示，还包括设置于筒体002内的用于支
撑换热管束004的支撑板011、012，分别用于在不同位置对换热管
束004进行支撑。其中，如图1所示，支撑板011分别在P、Q、R
处对换热管束004进行支撑，支撑板012在S处对对换热管束004
进行支撑。支撑板011、012的具体形状可以根据所支撑位置的不同
进行对应地设计和布置。
现结合图1和图2A，对本发明蒸发器的具体工作过程作如下详
细描述。
本发明的蒸发器为升膜蒸发器。其中，制冷剂为氨，载冷剂为盐
水。升膜蒸发器的换热管束004的管程走载冷剂，载冷剂在管内流
动，被冷却到设定温度，供给空调末端或工艺末端。在较优选的本
蒸发器中，从位于蒸发器左端的第一筒盖031的入口A处到位于蒸
发器右端的第二筒盖的B处由一根直管A-B连接，然后从位于蒸发
器右端的第二筒盖B处到位于蒸发器左端的第一筒盖C处由一根直
管B-C连接，随后从位于蒸发器左端的第一筒盖C处到位于蒸发器
右端的第二筒盖的D处由一根直管C-D连接，最后从位于蒸发器右
端的第二筒盖D处到位于蒸发器左端的第一筒盖E处的出口由一根
直管D-E连接，由上述4根直管A-B、B-C、C-D、D-E组成的连续
管束A-B-C-D-E形成了一根蛇形换热管束004。更优选地，多根蛇形
换热管束004阵列式平行布置可以形成蛇形回绕式管束阵列，由此
可以获得更大的换热面积，取得更好的换热效果。具体而言，如图1
和图2A所示，载冷剂从载冷剂进口007B进入，经过第一筒盖031
内的E腔进入换热管束004，在换热管束004内部进行蛇形环绕流动，
也就是说，载冷剂依次通过第二筒盖032内的D腔，通过第一筒盖
031内的C腔，通过第二筒盖032内的B腔，最终由第一筒盖031
内的A腔流经载冷剂出口007A，载冷剂完成在换热管束内部蛇形环
绕放热降温的整个流动过程。
与此同时，如图1和图2A所示，液态制冷剂由筒体002底部的
制冷剂进口006进入，流动通过制冷剂导液管到达位于换热管束004
下方的带有喷射孔005A的制冷剂集液器005中。由于制冷剂集液器
005的喷射孔005A开孔方向朝向筒体002下部内壁，因此此时从喷
射孔005A中喷出的液态制冷剂以较高速度朝向筒体002下部的筒体
内壁002A冲击，飞溅起来的制冷剂液滴碰到换热管束004后附着在
换热管束004的管壁上。本领域技术人员可以理解，如果采用图2B
中的改进形式，即在喷射孔005A开孔方向下方与筒体002下部内壁
之间设置有换热管束004X，那么制冷剂液滴能够取得更好的飞溅效
果。其中，体积较大的制冷剂液滴被多孔板051打碎成更小的制冷
剂液滴，以保证制冷剂液滴的体积不会过大。此过程中，换热管束
004对制冷剂加热，液态制冷剂受热而大量蒸发后，转变为气态形式，
气态制冷剂随即以很高的速度把附着在换热管束外表面004A的制
冷剂液滴拉成膜，在筒体002内向着制冷剂出口001的方向上升，
经破沫器003去除气体中夹带的气泡和多余液滴，最终气态制冷剂
经过破沫器003上方过热区过热，然后从筒体002顶部的制冷剂出
口001流出，并回到压缩机。如前所述，与此同时，载冷剂在换热
管束004内流动，被冷却到设定温度，供给空调末端或工艺末端。
较优选地，如图1所示，制冷剂进口006和制冷剂出口001可以
根据筒体002长度的具体情况设有多组，比如在图1中的M位置设
有一组，在N位置又设有一组。当载冷剂在阵列式平行布置的蛇形
回绕式管束阵列的换热管束004内蛇形流动时，每当流动经过M位
置和N位置时，就能受到制冷剂在换热管束004管外带来的冷却作
用。蛇形回绕式布置使得在换热管束004管内流动的载冷剂能够有
机会反复流动经过M位置和N位置，从而得到多次冷却机会，提高
冷却效率，整个蒸发器的结构也显得更为紧凑。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本
发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围
内，还可以在不脱离本发明构思的前提下做出各种变化。