CN113513931A

CN113513931A - 热交换器

Info

Publication number: CN113513931A
Application number: CN202010274124.4A
Authority: CN
Inventors: 张薇
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2021-10-19
Also published as: US20210318039A1; US11585577B2

Abstract

本发明涉及热交换器。所述热交换器包括壳体和位于所述壳体内的热交换管束，所述壳体具有入口和出口，制冷剂经所述入口流入,并与所述热交换管束内的流体进行热交换，随后从所述出口流出，所述出口设置有具有延伸进所述壳体内部的延伸区段，并且所述延伸区段具有容纳部，用于容纳经过所述热交换后流向所述出口的制冷剂中的至少一部分液体。本发明易于制造、安装、维护且成本低，通过对热交换器的出口管路进行结构优化设计，从而能够有效控制吸气带液影响，增强系统整体性能、安全性和可靠性。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及到热交换器。

背景技术

现有技术提供了各种类型的热交换装置、设备或系统，它们已经在许多行业领域、场所等获得了广泛使用，能够带来极大的便利。然而，这些现有的热交换装置、设备或系统在诸如结构构造、换热效果、工作性能、制造、安装和维护等方面仍存在着一些弊端和不足之处，可以进一步地改进和优化。

例如，在图1中示出了一种现有溢流式蒸发器（Flooded Evaporator）的侧视结构，此类溢流式蒸发器的壳体大多呈圆筒形且空间体积较大，热交换管束被安装在壳体内的底部，制冷剂从壳体的入口A流入，并且在与热交换管束内的流体进行热交换后从壳体的出口B离开该溢流式蒸发器。由于受到吸气带液（LCO, Liquid Carryover）等方面限制而造成这类热交换器在设计上通常是保守的，以便避免由于LCO问题而导致成本高昂的改进设计、系统性能降低等问题。因此，业界早已习惯于采用挡板方式作为减轻LCO的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了热交换器，从而可以解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题中的一个或多个。

首先，根据本发明的一个方面，它提供了一种热交换器，其包括壳体和位于所述壳体内的热交换管束，所述壳体具有入口和出口，制冷剂经所述入口流入,并与所述热交换管束内的流体进行热交换，随后从所述出口流出，所述出口设置有具有延伸进所述壳体内部的延伸区段，并且所述延伸区段具有容纳部，用于容纳经过所述热交换后流向所述出口的制冷剂中的至少一部分液体。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述延伸区段设置有一个或多个阀部件，其设置成在处于初始状态时或者在所述壳体的内部压力达到预设值时被关闭，以阻止液体从所述容纳部流出，并且在所述容纳部内所容纳的液体达到预设量时被打开，以使得所容纳的液体流出所述容纳部并进入所述壳体内部。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述阀部件设置在所述容纳部的底部。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述容纳部的底部设置有开口，并且所述阀部件被构造成工字型，其包括分别位于所述阀部件两端的第一部分和第二部分，以及将所述第一部分和第二部分连接在一起的中间部分，所述第一部分的截面积和所述第二部分的截面积均大于所述开口的截面积和所述中间部分的截面积，并且所述开口的截面积大于所述中间部分的截面积。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述延伸区段还设置有与所述容纳部相对置的一个或多个通孔。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述延伸区段还设置有用于阻挡液体流入其中的阻液件。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述阻液件被设置成具有至少两层结构的丝网。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述延伸区段的自由端的端面切线方向与水平方向之间的夹角范围为45°-270°。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述延伸区段被构造成J型，并且所述热交换器是溢流式蒸发器。

在根据本发明的热交换器中，可选地，所述延伸区段的底部设置有容纳所述阀部件的突出部分。

从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本发明的各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。例如，本发明易于制造、安装、维护且成本低，通过对热交换器的出口管路进行结构优化设计，能够有效控制LCO，有助于减少热交换器的集管空间或增加换热管数量，实现结构紧凑的热交换器设计。采用本发明能够增强系统整体性能、安全性和可靠性，可以避免对与热交换器相关联的其他部件、装置或设备（如压缩机等）造成不利影响。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是一个现有技术中的溢流式蒸发器的侧视结构示意图。

图2是根据本发明的热交换器第一实施例的侧视结构示意图。

图3是根据本发明的热交换器第二实施例的侧视结构示意图。

图4是根据本发明的热交换器第三实施例的侧视结构示意图。

图5是根据本发明的热交换器第四实施例的侧视结构示意图。

图6是图2所示热交换器第一实施例中的阀部件被关闭时的侧视结构示意图，在该图中同时示出了延伸区段。

图7是图2所示热交换器第一实施例中的阀部件的立体结构示意图。

图8是图2所示热交换器第一实施例中的阀部件被安装后的局部俯视结构示意图，在该图中同时示出了延伸区段。

图9是图2所示热交换器第一实施例中的阀部件被打开时的侧视结构示意图。

图10是根据本发明的热交换器的另外四个不同实施例中的延伸区段的侧视结构示意图。

图11是根据本发明的热交换器的另外一个实施例中的带有阀部件的延伸区段的侧视结构示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的热交换器的结构组成、特点和优点等，然而所有描述仅是用来进行说明而不构成对本发明的任何限制。在本文中，技术术语“第一”、“第二”仅是用于进行区分性表述目的而无意于表示它们的顺序以及相对重要性，技术术语“基本上”旨在包括与特定量的测量相关联的非实质性误差（例如可包括给定值的±8%、±5%或±2%等范围），技术术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“左”、“右”及其派生词等应联系附图中的定向，除非明确指出以外，本发明可采取多种替代定向。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示。

在图2中以示意方式展示出了根据本发明的热交换器第一实施例的大致构成情况，下面将首先通过这个实施例进行示范性说明，以便清楚地理解本发明与如图1中示出的这些现有热交换器相比所具备的明显优势。

如图2所示，该热交换器100具有壳体8和布置在该壳体8内的热交换管束3。对于壳体8来讲，它可以按照应用需要被构造成例如圆筒体、长方体等任何适宜形状，并且形成可用来容纳热交换管束3的内部腔体9。在壳体8上开设有入口1和出口2，诸如氢氟烯烃(HFO)、氢氟烃(HFC)、R-134a等任何适用的制冷剂7将从入口1流入壳体8，然后从出口2流出。在以上流动过程中，制冷剂7将与热交换管束3内的流体进行热交换。

具体来讲，在图2中分别以箭头A和箭头B示意性地表示出了制冷剂7从入口1进入到壳体8的内部腔体9，最后经由出口2离开该热交换器100并进入到例如压缩机（未示出）等其他部件、装置或设备。同时，在图2中还分别以箭头C和箭头D示意性地表示出了另一流体（如水、乙二醇、盐水等）将流动穿过布置在壳体8的这些热交换管束3，在流体的流动期间将会与上述的制冷剂7完成热交换过程。通常，上述制冷剂7在壳体8的内部腔体9中进行沸腾换热，其中的一部分将会被蒸发，然后全部以气态形式或者基本上以气态形式（例如可能会夹杂一部分气液混合形态）从出口2向外流出。

在该热交换器100的出口2处设置有流通管4，经过上述热交换过程后的制冷剂7将流过该流通管4。与例如图1所示的现有设计不相同的是，上述流通管4被构造成具有延伸区段40，即使得在出口2处具有延伸进入到壳体8内部的延伸区段40，并且在延伸区段40上设置有容纳部41，从而可通过容纳部41用来提供容纳空间，以便可以将流经其的制冷剂7当中包含的一部分或者全部的制冷剂液体容纳在该容纳部41中。

例如，在图2实施例中，容纳部41是被具体实施为构成延伸区段40一部分的弧形部分，如此可以使制冷剂7当中包含的至少一部分制冷剂液体被滞留在这样的弧形部分中。也就是说，可以通过以上结构构造来使得这部分制冷剂液体仍被截留在壳体8的内部，因此可以减少甚至避免了制冷剂液体从热交换器100的出口2向外流出，这不仅能够有效控制LCO，防止由于制冷剂液体外流而容易导致例如压缩机等相关联的部件、装置或设备性能受损，而且有助于提高系统的COP(Coefficient Of Performance)。

在可选情形下，可以在延伸区段40中设置一个或多个阀部件5，例如可将其设置在延伸区段40上的任何适宜位置处（如容纳部41的底部、侧部等）。对于阀部件5，可将它可选地设置成在常规情况下处于关闭状态，以便使得容纳部41可以容纳制冷剂液体，并且在需要时可以被打开，以便将容纳部41内所容纳的制冷剂液体向外释放使其流出延伸区段40，即可将这些制冷剂液体全部或者其中一部分向外排放到壳体8的内部腔体9中，以便它们可以继续参与和热交换管束3内流动的流体之间的热交换过程。

根据本发明的教导，本领域技术人员可理解的是，阀部件5的布置位置、设置数量、结构构造、尺寸、材料等方面都可以根据具体应用需求情况来进行灵活设计和调整，例如可结合容纳部41的液体容纳量、LCO的控制要求等来进行考虑。

作为示例性说明，请一并参阅图6、图7和图8，其中示出了被可选地构造成工字型结构的阀部件5，可通过该阀部件5用来与设置在容纳部41的底部的开口43进行配合工作。

具体来讲，如图7所示，该阀部件5可以包括第一部分51、第二部分52和中间部分53，第一部分51和第二部分52位于阀部件5的两端并通过中间部分53将它们连接在一起，以上这些部分可采用例如橡胶等任何合适的材料制成。在该阀部件5中，上述的第一部分51和第二部分52二者截面积可以相同（例如采用完全对称的结构设计），也可以彼此不相同，但是它们各自截面积都大于上述开口43的截面积和中间部分53的截面积，并且开口43的截面积大于中间部分53的截面积。

这样，可以在初始状态下，使得阀部件5处于关闭状态，即第一部分51封堵住开口43，此时可通过容纳部41来容纳制冷剂液体。另外，还可以将阀部件5设置成：在常规情况下，当壳体8的内部压力P（由蒸发后的制冷剂7形成的蒸汽压力）达到预设值时，通过蒸汽压力P的作用而使得第二部分52抵靠并封堵住开口43，从而使得阀部件5被关闭，此时容纳部41可以容纳制冷剂液体。当容纳部41中的制冷剂液体不断聚集而形成逐步增大的液体压力，一旦容纳部41内所容纳的制冷剂液体达到预设量后所形成的液体压力比上述压力P大时，那么就会将第二部分52推离开口43，并且使得中间部分53相对于开口43向下运动。由于中间部分53的截面积小于开口43的截面积，因此将使得集聚在容纳部41中的制冷剂液体可以通过开口43与中间部分53之间的间隙流出容纳部41，即这部分流出的制冷剂液体将被排放到壳体8的内部腔体9中，然后可以继续参与上述的热交换过程。

应当说明的是，以上过程可以是一个动态平衡过程，一旦当前的蒸汽压力P大于容纳部41内的当前制冷剂液体压力时，就会使得阀部件5恢复到原先的关闭状态，如此循环往复。

继续参阅图3、图4和图5，在这些附图中分别示意性地阐释了根据本发明的热交换器另外三个热交换器200、300和400的侧视结构。在本文中，除非特别指出以外，以上三个热交换器实施例与图2所示实施例中的相同或者相类似的内容，由于在前文中已经进行了非常详尽的描述，因此可直接参阅前述相应部分的具体说明，不再赘述。

热交换器200、300和400分别展示出了可以用作容纳部41的不同构造情形。具体来讲，在一些应用场合下，可以将流通管4中的延伸区段40按照如下方式进行构造，即可以使得延伸区段40的自由端42的端面切线方向t与水平方向a之间形成范围为45°-270°的夹角。

例如，对于图3所示的热交换器200和图5所示的热交换器400来讲，它们各自的延伸区段40的自由端42的端面切线方向t与水平方向a（此时该水平方向a与自由端42的端面垂直方向b重合）之间形成的夹角为90°，此时延伸区段40本身具备相对较明显的倾斜结构特点，因此使其具备相对较小的液体容纳能力，当它达到一定的制冷剂液体容纳量后，即可借助于以上结构特点促使这些液体易于从自由端流出，并且可以不断重复以上过程。因此，对于与以上热交换器200和400相同或者相类似的情况，可以考虑不必设置阀部件，或者此时可以考虑采用在延伸区段40的端部塞入丝网的形式来阻挡液滴进入。

又比如，对于图4所示的热交换器300和图2所示的热交换器100来讲，它们各自的延伸区段40的自由端42的端面切线方向t与水平方向a（此时该水平方向a与自由端42的端面垂直方向b保持垂直）之间形成的夹角为180°，此时延伸区段40本身具备相对较明显的弧形下凹结构特点，因此使其具备相对较大的液体容纳能力。因此，对于与以上热交换器300和100相同或者相类似的情况，可以考虑设置阀部件来增强容纳部41对于制冷剂液体进行容纳、排放等方面操控能力。

继续参阅图10，其中以示意方式显示出了可应用于本发明的热交换器中的流通管4的另外几种可选的结构布置。如图10中的(a)-(d)所示，可以在流通管4的延伸区段40上设置一个或多个通孔6，例如可将通孔6布置在与容纳部41相对置的位置上。通过布置以上通孔6，由此能提供更多的制冷剂蒸汽排放通道，这对于在一些应用场合下满足关于蒸汽压降、LCO等方面的控制要求是非常有利的。

另外，作为可选情形，本发明还允许在流通管4的延伸区段40中设置阻液件（未示出），以此用来阻挡制冷剂液体流入到延伸区段40中，从而有助于减少制冷剂液体离开出口2的向外流出量，有效防止其进入到与热交换器相关联的压缩机等部件、装置或设备而可能会带来不利影响。作为举例说明，上述的阻液件可采用具有至少两层结构的丝网来实现，例如使用两层或更多层的金属丝网构成该阻液件来阻挡制冷剂液体，这些被阻挡的制冷剂液体将会随后滴落到壳体8的内部腔体9中被继续加热蒸发。

以上已经结合多个实施例针对本发明的热交换器，特别是其中的流通管进行了示范性说明。然而，应当理解的是，本发明允许根据不同的应用场合针对例如流通管以及其中的延伸区段、容纳部等任何结构构造进行改变、替换或者调整，从而可形成更多的扩展设计，以此来充分满足各种可能的实际需求。例如，虽然在前文示例中，这些流通管4被构造为在总体上呈J型，但是在某些应用场合下，有可能将它构造成具有非规则的形状、使其具备不同的管径尺寸等，并且其中的容纳部可以不必由弧形部分来形成，它可以具有任何可行的结构构造，例如有可能是通过例如在图11中示意性展示出的附加的突出部分44（如焊接在流通管4的外壁上的容纳腔等）、采用线性的直管部分等来进行实施，即只要它们能够实现容纳制冷剂液体的目的即可。

根据本发明的另外一个技术方案，还提供了一种热交换系统，可以在该热交换系统设置例如以上示例性说明的本发明所设计提供的热交换器，例如可以将它实施为用作热交换系统中的溢流式蒸发器等换热装置，从而能够更好地解决例如在前文提及到的现有技术中所存在的问题，获得以上讨论的本发明显著优于现有技术的这些突出技术优势，特别是得益于能够有效控制LCO，这将促使实现在结构布置上更加紧凑的热交换器，非常有利于减少热交换器的集管空间或者增加换热管的数量，提高系统整体性能和安全可靠性。应当理解的是，根据本发明的热交换系统可以包括但不限于例如暖通空调系统（HVAC,Heating, Ventilation and Air Conditioning）、运输制冷系统、冷冻/冷藏系统等。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本发明的热交换器，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims

1.一种热交换器，其包括壳体和位于所述壳体内的热交换管束，所述壳体具有入口和出口，制冷剂经所述入口流入，并与所述热交换管束内的流体进行热交换，随后从所述出口流出，其特征在于，所述出口设置有具有延伸进所述壳体内部的延伸区段，并且所述延伸区段具有容纳部，用于容纳经过所述热交换后流向所述出口的制冷剂中的至少一部分液体。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述延伸区段设置有一个或多个阀部件，其设置成在处于初始状态时或者在所述壳体的内部压力达到预设值时被关闭，以阻止液体从所述容纳部流出，并且在所述容纳部内所容纳的液体达到预设量时被打开，以使得所容纳的液体流出所述容纳部并进入所述壳体内部。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述阀部件设置在所述容纳部的底部。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其中，所述容纳部的底部设置有开口，并且所述阀部件被构造成工字型，其包括分别位于所述阀部件两端的第一部分和第二部分，以及将所述第一部分和第二部分连接在一起的中间部分，所述第一部分的截面积和所述第二部分的截面积均大于所述开口的截面积和所述中间部分的截面积，并且所述开口的截面积大于所述中间部分的截面积。

5.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述延伸区段设置有与所述容纳部相对置的一个或多个通孔。

6.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述延伸区段设置有用于阻挡液体流入其中的阻液件。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，所述阻液件被设置成具有至少两层结构的丝网。

8.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述延伸区段的自由端的端面切线方向与水平方向之间的夹角范围为45°-270°。

9.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述延伸区段被构造成J型，并且所述热交换器是溢流式蒸发器。

10.根据权利要求2或4所述的热交换器，其中，所述延伸区段的底部设置有容纳所述阀部件的突出部分。