CN107806723B - 壳管式冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种壳管式冷凝器，其包括轴线水平延伸的壳体，其上开设有用于引入制冷剂气体的进气口和用于排出制冷剂液体的出液口；第一管板和第二管板，分别封盖壳体的轴向两端；流通有冷却水的多层换热管，沿壳体的轴向设置于壳体内；以及多个集液板，将壳体内部分隔为竖向排列的多个换热区，多层换热管分布在多个换热区内，每个集液板沿壳体的轴向延伸且其长度方向的第一端连接第一管板，第二端与第二管板间隔设置，以使其上的制冷剂液体从其第二端流出。本发明的壳管式冷凝器可降低液膜对换热管的换热效率的不利影响。

Description

壳管式冷凝器

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别是涉及一种壳管式冷凝器。

背景技术

壳管式冷凝器在空调冷水机组中应用非常广泛。目前的壳管式冷凝器通常在壳体内设置多层换热管，冷却水走管程，制冷剂走壳程，两者通过换热管的管壁进行换热。

在换热过程中，制冷剂气体会在换热管的外壁冷凝形成液膜，液膜的存在会降低换热管的换热效率。而且，因液膜会变成液珠向下滴落至下层的换热管上，换热管从上层至下层液膜逐层变厚，换热效率严重下降。

发明内容

本发明的一个目的是要克服现有技术存在的至少一个缺陷，提供一种壳管式冷凝器，以降低液膜对换热管的换热效率的不利影响。

本发明的另一个目的是要提升从壳管式冷凝器的出液口排出的制冷剂液体的过冷度。

特别地，本发明提供了一种壳管式冷凝器，其包括：

轴线水平延伸的壳体，顶部具有用于引入制冷剂气体的进气口，底部具有用于排出制冷剂液体的出液口；

第一管板和第二管板，分别封盖壳体的轴向两端；

流通有冷却水的多层换热管，沿壳体的轴向设置于壳体内；以及

多个集液板，将壳体内部分隔为竖向排列的多个换热区，多层换热管分布在多个换热区内，每个集液板沿壳体的轴向延伸且其长度方向的第一端连接第一管板，第二端与第二管板间隔设置，以使其上的制冷剂液体从其第二端流出。

可选地，壳管式冷凝器还包括过冷板，设置于壳体内，且处于最下侧的集液板的下方，以与壳体底部共同限定出过冷区，过冷板的长度方向的第一端连接第一管板，第二端与第二管板间隔设置。

可选地，进气口开设于壳体的顶部并靠近第二管板设置；出液口开设于壳体的底部以连通所述过冷区，并靠近第一管板设置。

可选地，过冷板的宽度方向的两端连接壳体的内壁。

可选地，过冷区内设置有多个折流板，以将过冷区分隔为沿壳体的轴向排列的多个过冷空间；且每个折流板在沿过冷板的宽度方向的一端与壳体内壁之间形成开口，相邻折流板的开口在过冷板的宽度方向上相互远离地布置。

可选地，折流板与过冷板为采用一体成型工艺制成的整体件。

可选地，位于过冷区的换热管内的冷却水的流向为从第一管板朝向第二管板的方向。

可选地，集液板的宽度方向的两端与壳体的内壁间隔设置且向上弯折形成用于阻挡制冷剂液体流出的翻边。

可选地，集液板的长度方向的第二端低于第一端，以利于制冷剂液体朝向集液板的第二端流动。

可选地，集液板在靠近其长度方向的第一端的区段上开设有流通孔。

本发明的壳管式冷凝器中，集液板可收集从其上方的换热管滴落的制冷剂液体，并使制冷剂液体从其长度方向的第二端向下流出，直接落入壳体底部。如此可避免上层的换热管表面凝结的制冷剂液体滴落至下层换热管上，使下层换热管的液膜过厚而严重影响换热效率。

进一步地，本发明的壳管式冷凝器中，过冷区内设置的折流板可使制冷剂在过冷区沿类似S形的曲折路线而非直线流动，延长了制冷剂与换热管的换热流程和换热时间，增强了制冷剂的湍流程度，提升了制冷剂与换热管的换热效果，进而提升了从出液口排出的制冷剂液体的过冷度。

进一步地，本发明的壳管式冷凝器中，集液板的宽度方向的两端可与壳体的内壁间隔设置，使制冷剂可从集液板与壳体内壁的间隔处向下流动，避免制冷剂仅能从左侧进入换热区，使换热区右侧的流通性较差。集液板的宽度方向的两端向上弯折形成翻边，可阻挡制冷剂液体溢出，以引导制冷剂液体仅能从集液板的长度方向的第二端流出。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明一个实施例的壳管式冷凝器的结构示意图；

图2是图1所示壳管式冷凝器的A-A剖视图；

图3是图1所示壳管式冷凝器的B-B剖视图。

具体实施方式

下面根据图1至图3对本发明的壳管式冷凝器进行详细说明。图1是本发明一个实施例的壳管式冷凝器的结构示意图，用虚线示意了壳体内部的部分结构；图2是图1所示壳管式冷凝器的A-A剖视图；图3是图1所示壳管式冷凝器的B-B剖视图。图1和图3为清晰起见，并未示意出换热管，仅以空心箭头示意了换热管中的冷却水的流向，另用实心箭头示意制冷剂的流向。各图中，x轴平行于壳体的轴线方向，y轴平行于集液板的宽度方向，z轴正向指向上方。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种壳管式冷凝器10，其用于蒸气压缩制冷循环系统。壳管式冷凝器10一般性地可包括壳体100、第一管板210和第二管板220、多层换热管以及多个集液板410、420。其中，壳体100一般为轴线沿水平延伸的圆筒状。壳体100上开设有用于从压缩机排气口引入制冷剂气体的进气口110和用于向节流元件排出制冷剂液体的出液口120。第一管板210和第二管板220分别封盖壳体100的轴向两端。多层换热管(包括多根换热管)用于流通冷却水，其沿壳体100的轴向设置于壳体100内，换热管通过其管壁使管外的制冷剂与管内的冷却水进行换热，使制冷剂由气态冷凝为液态。

多个集液板将壳体100内部分隔为竖向排列的多个换热区，例如图1和图2所示，集液板410、420与过冷板500将壳体100的内部分隔多个换热区，分别为第一换热区101、第二换热区102、第三换热区103和过冷区104。多层换热管分布在多个换热区内，每个集液板410、420沿壳体100的轴向延伸且其长度方向的第一端(在图1中为右端)连接第一管板210，第二端(在图1中为左端)与第二管板220间隔设置，以使其上的制冷剂液体从其第二端流出。进气口110可开设于壳体100的顶部并靠近第二管板220设置，出液口120可开设于壳体100的底部以连通过冷区104，并靠近第一管板210设置，以使制冷剂更容易从左侧进入各个换热区。

在制冷剂气体冷凝过程中，每个集液板上方的换热管上凝结的制冷剂液膜的一部分会向下滴落，至集液板上，然后从集液板上沿其长度方向的第一端向第二端流动，从第二端向下流出，最终滴落在壳体100底部。如此一来，可避免上层换热管的制冷剂液体向下滴落至下层换热管上，使下层换热管的液膜更厚，而严重影响下层换热管的换热效率。所有的集液板均是第二端与第二管板220之间相隔设置，使得从上方集液板流出的制冷剂液体可直接落到壳体100底部，而不会流到下方集的液板上。

如图2所示，集液板410、420的宽度方向(y轴方向)的两端与壳体100的内壁之间间隔设置，形成允许制冷剂通过的间隔，以连通集液板上下两侧的换热区，避免制冷剂仅能从左侧进入换热区，使换热区右侧的流通性较差。集液板410、420的宽度方向的两端向上弯折形成用于阻挡制冷剂液体流出的翻边。如图2中，集液板410设置有翻边412，可引导制冷剂液体仅能从集液板410、420的长度方向的第二端流出。

另外，集液板410、420的靠近其长度方向的第一端的区段开设有流通孔(未图示)，同样可连通集液板上下两侧的换热区，避免制冷剂仅能从左侧进入换热区，使换热区右侧的流通性较差。

流通孔可开设于靠近集液板的宽度方向两端的端部区域，或最好使流通孔的正上方无换热管，以避免制冷剂液体恰好从流通孔向下滴落。并且，在开设了流通孔的前提下，可无需再在集液板宽度方向的两端与壳体100的内壁之间设置间隔，直接使集液板的宽度方向两端密封连接于壳体100的内壁即可。

在图2所示的实施例中，集液板410、420的平面形底部与两侧的翻边构成梯形结构。在一些替代性实施例中，集液板410、420可整体为中间相比两侧向下凹进的结构，如弧形结构、三角形结构等多种形状，以便使制冷剂液体更加集中，便于排出。

集液板410、420可如图1所示平行于壳体100的轴向(当壳体100正确安置时，壳体100的轴向平行于水平方向)设置，制冷剂液体在集液板410、420表面积聚较多时会自行从集液板410、420的第二端流出。但为了使制冷剂液体能更顺利地向集液板410、420的第二端流动，优选使集液板410、420的长度方向的第二端低于第一端。

在一些实施例中，壳管式冷凝器10还包括过冷板500。过冷板500设置于壳体100内且处于最下侧的集液板420的下方，以与壳体100底部共同限定出过冷区104。

制冷剂经处于过冷板500上方的各换热区(即第一换热区101、第二换热区102、第三换热区103)冷凝后，进入过冷区104，与处于过冷区104内的换热管进行换热，形成过冷液体。过冷板500的长度方向的第一端连接第一管板210，第二端与第二管板220间隔设置。即在过冷板500与第二管板220之间形成过冷区104的进口。优选地，如图1所示，集液板410、420和过冷板500的长度方向的第二端(左端)平齐设置。

前文已述，壳体100的出液口120靠近第一管板210设置，以尽量加大过冷区104的进口与壳体100的出液口120的距离，提升制冷剂的过冷度。

优选地，过冷板500的宽度方向的两端连接壳体100的内壁，如此即可使制冷剂不会通过其它路径进入过冷区104，而仅能从过冷板500与第二管板220间的进口进入过冷区104(换热流程最长)，使过冷度最大。

在一些实施例中，过冷区104内可设置有多个折流板510(如图2和图3)，以将过冷区104分隔为沿壳体100的轴向排列的多个过冷空间。如图3，四个折流板510将过冷区104分隔为5个过冷空间501、502、503、504、505。每个折流板510在沿过冷板500的宽度方向(y轴方向)的一端与壳体100内壁之间形成开口，另一端密封连接于壳体100内壁。相邻折流板510的开口在过冷板500的宽度方向上相互远离地布置。例如图3中左侧的两个折流板510中，过冷空间501与过冷空间502之间的开口与过冷空间502与过冷空间503之间的开口分别设置在相应折流板的y轴方向的两端。如此可使制冷剂在过冷区104内以类似S行的路线曲折流动，延长了制冷剂与换热管的换热流程和换热时间并增强了制冷剂的湍流程度，从而提升了制冷剂与换热管的换热效果，进而提升了从出液口120排出的制冷剂液体的过冷度。

当然，本领域技术人员应该理解的是，折流板510的上端密封连接于过冷板500，下端密封连接于壳体100的内壁。为便于加工制作，可使折流板510与过冷板500为采用一体成型工艺制成的整体件。

优选地，可使位于过冷区104的换热管内的冷却水的流向与制冷剂在过冷区104的整体流向相反，可增强换热效果，提升过冷度。如图1所示，换热管外的制冷剂的整体流向为从过冷区104的进口流向壳体100的出液口120，即从左侧向右侧流动，此时可使位于过冷区104的换热管内的冷却水的流向为从第一管板210朝向第二管板220的方向，即从右向左流动。

本发明实施例并不对换热管在壳体100内的设置形式进行限定，因此，多层换热管在壳体100内可布置为各种现有结构常用的单管程或多管程形式。图1和图2示意出了本发明实施例优选的一种多管程形式。如图1和图2所示，第一管板210的外侧固定有第一管箱310，第二管板220的外侧固定有第二管箱320。第一管箱310的内部空间被两个隔板313分隔为相互隔绝的上中下三个腔室，其中下腔室设置有冷却水进口311，上腔室设置有冷却水出口312。第二管箱320的内部空间被一个隔板323分隔为相互隔绝的上下两个空间。多层换热管被两个集液板410、420和过冷板500隔为四个换热管束，分别为第一换热管束610、第二换热管束620、第三换热管束630和过冷管束640，分别位于第一换热区101、第二换热区102、第三换热区103和过冷区104内。全部换热管的两端连通第一管箱310和第二管箱320，并固定于第一管板210和第二管板220。如图1的空心箭头所示，从冷却水进口311进入的冷却水经依次第一管箱310的下腔室、过冷管束640、第二管箱320的下部空间、第三换热管束630、第一管箱310的中腔室、第二换热管束620、第二管箱320的上部空间、第一换热管束610、第一管箱310的上腔室直至从冷却水出口312流出。在此过程中，冷却水整体流动方向是由从下至上，壳体100内的制冷剂整体流动方向是从上至下，即形成逆流换热形式，如可加大换热温差，增强换热效果。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种壳管式冷凝器，包括：

轴线水平延伸的壳体，其上开设有用于引入制冷剂气体的进气口和用于排出制冷剂液体的出液口；

第一管板和第二管板，分别封盖所述壳体的轴向两端；

流通有冷却水的多层换热管，沿所述壳体的轴向设置于所述壳体内；以及

多个集液板，将所述壳体内部分隔为竖向排列的多个换热区，所述多层换热管分布在所述多个换热区内，每个所述集液板沿所述壳体的轴向延伸且其长度方向的第一端连接所述第一管板，第二端与所述第二管板间隔设置，以使其上的制冷剂液体从其第二端流出，所述集液板的宽度方向的两端与所述壳体的内壁间隔设置且向上弯折形成用于阻挡制冷剂液体流出的翻边；且

所述进气口开设于所述壳体的顶部并靠近所述第二管板设置。

2.根据权利要求1所述的壳管式冷凝器，还包括：

过冷板，设置于所述壳体内，且处于最下侧的所述集液板的下方，以与所述壳体底部共同限定出过冷区，所述过冷板的长度方向的第一端连接所述第一管板，第二端与所述第二管板间隔设置。

3.根据权利要求2所述的壳管式冷凝器，其中

所述出液口开设于所述壳体的底部以连通所述过冷区，并靠近所述第一管板设置。

4.根据权利要求2所述的壳管式冷凝器，其中

所述过冷板的宽度方向的两端连接所述壳体的内壁。

5.根据权利要求2所述的壳管式冷凝器，其中

所述过冷区内设置有多个折流板，以将所述过冷区分隔为沿所述壳体的轴向排列的多个过冷空间；且

每个所述折流板在沿所述过冷板的宽度方向的一端与所述壳体内壁之间形成开口，相邻所述折流板的开口在所述过冷板的宽度方向上相互远离地布置。

6.根据权利要求5所述的壳管式冷凝器，其中

所述折流板与所述过冷板为采用一体成型工艺制成的整体件。

7.根据权利要求2所述的壳管式冷凝器，其中

位于所述过冷区的换热管内的冷却水的流向为从所述第一管板朝向所述第二管板的方向。

8.根据权利要求1所述的壳管式冷凝器，其中

所述集液板的长度方向的第二端低于第一端，以利于制冷剂液体朝向所述集液板的第二端流动。

9.根据权利要求1所述的壳管式冷凝器，其中

所述集液板在靠近其长度方向的第一端的区段上开设有流通孔。

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