CN100390486C - 平面涡旋型传热管束壳管式换热器 - Google Patents

平面涡旋型传热管束壳管式换热器 Download PDF

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Abstract

本发明为平面涡旋型传热管束壳管式换热器，包括筒体，前载冷剂变流速板，后流体法兰盘，传热管，载冷剂变流速板；传热管为平面涡旋型管，集液管贯穿所有平面涡旋型管的中心孔，平面涡旋型管与集液管相通，后流体法兰盘的盘板中部设有均压室，均压室内设有数个制冷剂通过孔，平面涡旋型管的外端口与制冷剂通过孔相连通。本发明可以使制冷剂在管内流动过程中产生离心力，绝对限制了液膜增厚，提高了换热系数，更主要的是，本发明实现了制冷剂流经每个传热管中的流程相同，从而更稳定地提高了换热系数，提高了换热设备的换热性能。本发明产生了本领域技术人员所意想不到的效果。

Description

平面涡旋型传热管束壳管式换热器
技术领域
本发明涉及一种换热设备，特别指壳管式换热器，即壳管式冷凝器或壳管式蒸发器，具体为平面涡旋型传热管束壳管式换热器。
背景技术
目前的换热设备种类很多，有壳管式换热器、套管式换热器等，其中壳管式换热器，即壳管式冷凝器或壳管式蒸发器，又分为卧式、干式等类型，卧式壳管式冷凝器或卧式壳管式蒸发器中的传热管为直列管，壳管式冷凝器或干式壳管式蒸发器中的传热管为U型管。无论是卧式的还是干式的，现有的壳管式换热器(壳管式冷凝器或壳管式蒸发器)的结构一般都包括带有载冷剂进口和载冷剂出口、制冷剂进口和制冷剂出口的筒体，置于筒体内的载冷剂进口处的、其上设有穿孔的前载冷剂变流速板，置于筒体内的载冷剂出口处的、其上设有液孔的后流体法兰盘，数个置于筒体内的、位于前载冷剂变流速板与后流体法兰盘之间的、两个端口分别与制冷剂进口和制冷剂出口相通的传热管，位于前载冷剂变流速板与后流体法兰盘之间的、间隔设于筒体内的、其上开有穿孔的载冷剂变流速板。前载冷剂变流速板上设有液孔，后流体法兰盘上设有液孔，不过该液孔和穿孔只是用来通过载冷剂。载冷剂可为冷却水、冷却盐水等。传热管通过载冷剂变流速板上的穿孔穿过载冷剂变流速板。数个传热管便组成了传热管束。
换热领域内的技术人员一直不断地在提高换热设备的换热系数，以此来提高换热设备的换热性能，然而现有的换热设备由于结构上的缺陷，存在以下弊端：(1)由于组成传热管束的每个传热管的长度不同，所以流经每个传热管中的制冷剂的流程是不相同的，而这种情况对提高换热系数是不利的；(2)制冷剂在壳管式换热器中的传热管内壁，特别是壳管式冷凝器中的传热管内壁上容易形成膜状凝结，也就是液膜，当制冷剂蒸气与液膜反方向流动时，若流速过小，液膜就容易增厚，使热阻增大，从而降低了换热系数；同时，壳管式换热器中的传热管内壁也会有油附着其上，形成油膜，也会使热阻增大，从而降低换热系数；(3)载冷剂变流速板的存在虽然增加了载冷剂的流程，但在载冷剂流速过大时，容易在载冷剂变流速板底部形成涡流，使得位于这个部位的传热管没有得到载冷剂的冷却，从而降低换热系数。
发明内容
本发明为了解决现有的壳管式换热器存在的上述缺陷，更进一步提高现有的壳管式换热器的换热性能，提供了一种平面涡旋型传热管束壳管式换热器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种平面涡旋型传热管束壳管式换热器，包括带有载冷剂进口和载冷剂出口、制冷剂进口和制冷剂出口的筒体，置于筒体内的载冷剂进口处的前载冷剂变流速板，置于筒体内的载冷剂出口处的后流体法兰盘，数个置于筒体内的、位于前载冷剂变流速板与后流体法兰盘之间的、两个端口分别与制冷剂进口和制冷剂出口相通的传热管，位于前载冷剂变流速板与后流体法兰盘之间的、间隔设于筒体内的载冷剂变流速板，前载冷剂变流速板上设有穿孔，后流体法兰盘上设有液孔，载冷剂变流速板上开有穿孔；传热管为平面涡旋型管，数个平面涡旋型管直立于前载冷剂变流速板与后流体法兰盘之间，一端封闭、另一端与制冷剂出口相连通的集液管贯穿所有平面涡旋型管的中心孔及前载冷剂变流速板，平面涡旋型管的内端口与集液管相通，后流体法兰盘的盘板中部设有通过接管与制冷剂进口相连通的均压室，均压室内的后流体法兰盘的盘板上设有数个制冷剂通过孔，液孔环绕均压室的外部设置，平面涡旋型管的外端口通过引管与制冷剂通过孔相连通，每个平面涡旋型管的长度加上从其内端口处的集液管至制冷剂出口处的集液管的长度，再加上与其外端口相连接的引管的长度、均压室的宽度以及从与均压室连接处的接管至制冷剂进口处的接管的长度均相同；载冷剂变流速板间隔设置于平面涡旋型管间，载冷剂变流速板的中部设有中心孔，中心孔周围的载冷剂变流速板上设有穿孔，集液管穿过载冷剂变流速板的中心孔。制冷剂流经所述平面涡旋型传热管束壳管式换热器后，由于每个平面涡旋型管的长度加上从其内端口处的集液管至制冷剂出口处的集液管的长度，再加上与其外端口相连接的引管的长度、均压室的宽度以及从与均压室连接处的接管至制冷剂进口处的接管的长度均相等，所以流经每个传热管中的制冷剂的流程为同程。所谓平面涡旋型管，是指整个管体在一个平面内螺旋而成，整个管体的空间高度相同。
为了调整制冷剂的流速并且进一步确保制冷剂流经各传热管的同程，可在均压室内的后流体法兰盘板上设置锥型导流器，制冷剂通过孔设置于均压室内的锥型导流器的周围的后流体法兰盘板上。即均压室内的后流体法兰盘板上设置有锥型导流器，制冷剂通过孔设置于均压室内的锥型导流器的周围的后流体法兰盘板上。这样，锥型导流器就会对进入均压室内的制冷剂进行速度和路径的分配，调整了流速并确保了制冷剂流经各传热管为同程。
本发明是在多年探索实验的基础上得出的，将传热管制作成平面涡旋型管，可以使制冷剂在管内流动过程中形成多次环流从而产生离心力，该离心力可以破坏传热管内壁的油膜，绝对限制了液膜增厚，提高了换热系数，更主要的是，本发明实现了制冷剂流经每个传热管中的流程相同，提高了换热设备的换热性能。而且，将后流体法兰盘设计成了双流体法兰盘(即同时有两种流体通过法兰)，更加保证了制冷剂流经每个传热管中的流程相同，从而更稳定地提高了换热系数。载冷剂变流速板的设计也彻底杜绝了载冷剂变流速板底部形成的涡流，使得位于这个部位的传热管也得到了冷却水的冷却，从而提高了换热系数。经把使用本发明的空调机组与FQR-010型空气源热泵空调机组在同样的环境下，在输入功率相同的情况下，进行检测，本发明的换热性能比现有技术提高约20％左右，因此，本发明产生了本领域技术人员所意想不到的效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图之一；
图2为本发明结构示意图之一；
图3为平面涡旋型管结构示意图；
图4为载冷剂变流速板结构示意图；
具体实施方式
一种平面涡旋型传热管束壳管式换热器，包括带有载冷剂进口1和载冷剂出口2、制冷剂进口3和制冷剂出口4的筒体5，置于筒体5内的载冷剂进口1处的前载冷剂变流速板7，置于筒体5内的载冷剂出口2处的后流体法兰盘8，数个置于筒体5内的、位于前载冷剂变流速板7与后流体法兰盘8之间的、两个端口分别与制冷剂进口3和制冷剂出口4相通的传热管9，位于前载冷剂变流速板7与后流体法兰盘8之间的、间隔设于筒体5内的载冷剂变流速板19，前载冷剂变流速板7上设有穿孔10，后流体法兰盘8上设有液孔6，载冷剂变流速板19上开有穿孔10；传热管9为平面涡旋型管，数个平面涡旋型管直立于前载冷剂变流速板7与后流体法兰盘8之间，一端封闭、另一端与制冷剂出口4相连通的集液管11贯穿所有平面涡旋型管的中心孔12及前载冷剂变流速板7，平面涡旋型管的内端口13与集液管11相通，后流体法兰盘8的盘板中部设有通过接管14与制冷剂进口3相连通的均压室15，均压室15内的后流体法兰盘8的盘板上设有数个制冷剂通过孔16，液孔6环绕均压室15的外部设置，平面涡旋型管的外端口17通过引管18与制冷剂通过孔16相连通，每个平面涡旋型管的长度加上从其内端口13处的集液管11至制冷剂出口4处的集液管11的长度，再加上与其外端口17相连接的引管18的长度、均压室15的宽度以及从与均压室15连接处的接管14至制冷剂进口3处的接管14的长度均相同；载冷剂变流速板19间隔设置于平面涡旋型管间，载冷剂变流速板19的中部设有中心孔23，中心孔23周围的载冷剂变流速板19上设有穿孔10，集液管11穿过载冷剂变流速板19的中心孔23。
均压室的宽度是指均压室内从后流体法兰盘至连接有接管的一端的距离。
为了强化换热器的换热效率，可在传热管9的外壁间隔设置数个环状壁面绕流器22，如铜环、尼龙环等。
为了调整制冷剂的流速并且进一步确保制冷剂流经各传热管的同程，可在均压室15内的后流体法兰盘8的盘板上设置锥型导流器20，制冷剂通过孔16设置于均压室15内的锥型导流器20的周围的后流体法兰盘8的盘板上。即均压室15内的后流体法兰盘8的盘板上设置有锥型导流器20，制冷剂通过孔16设置于均压室15内的锥型导流器20的周围的后流体法兰盘8的盘板上。
当将上述平面涡旋型传热管束壳管式换热器作为冷凝器使用时，由于冷凝器的作用是将高温高压气态制冷剂冷凝成液态制冷剂，所以为了使液态制冷剂进一步过冷，提高其传热效果，可使集液管11通过一立体螺旋型过冷器21与制冷剂出口4相连通。这样就能确保换热性能。所谓立体螺旋型管，是指管体在螺旋的同时，其空间高度也在升高。

Claims (5)

1.一种平面涡旋型传热管束壳管式换热器，包括带有载冷剂进口(1)和载冷剂出口(2)、制冷剂进口(3)和制冷剂出口(4)的筒体(5)，置于筒体(5)内的载冷剂进口(1)处的前载冷剂变流速板(7)，置于筒体(5)内的载冷剂出口(2)处的后流体法兰盘(8)，数个置于筒体(5)内的、位于前载冷剂变流速板(7)与后流体法兰盘(8)之间的、两个端口分别与制冷剂进口(3)和制冷剂出口(4)相通的传热管(9)，位于前载冷剂变流速板(7)与后流体法兰盘(8)之间的、间隔设于筒体(5)内的载冷剂变流速板(19)，前载冷剂变流速板(7)上设有穿孔(10)，后流体法兰盘(8)上设有液孔(6)，载冷剂变流速板(19)上开有穿孔(10)；其特征在于：传热管(9)为平面涡旋型管，数个平面涡旋型管直立于前载冷剂变流速板(7)与后流体法兰盘(8)之间，一端封闭、另一端与制冷剂出口(4)相连通的集液管(11)贯穿所有平面涡旋型管的中心孔(12)及前载冷剂变流速板(7)，平面涡旋型管的内端口(13)与集液管(11)相通，后流体法兰盘(8)的盘板中部设有通过接管(14)与制冷剂进口(3)相连通的均压室(15)，均压室(15)内的后流体法兰盘(8)的盘板上设有数个制冷剂通过孔(16)，液孔(6)环绕均压室(15)的外部设置，平面涡旋型管的外端口(17)通过引管(18)与制冷剂通过孔(16)相连通，每个平面涡旋型管的长度加上从其内端口(13)处的集液管(11)至制冷剂出口(4)处的集液管(11)的长度，再加上与其外端口(17)相连接的引管(18)的长度、均压室(15)的宽度以及从与均压室(15)连接处的接管(14)至制冷剂进口(3)处的接管(14)的长度均相同；载冷剂变流速板(19)间隔设置于平面涡旋型管间，载冷剂变流速板(19)的中部设有中心孔(23)，中心孔(23)周围的载冷剂变流速板(19)上设有穿孔(10)，集液管(11)穿过载冷剂变流速板(19)的中心孔(23)。
2.如权利要求1所述平面涡旋型传热管束壳管式换热器，其特征在于：传热管(9)的外壁间隔设置数个环状壁面绕流器(22)。
3.如权利要求1或2所述平面涡旋型传热管束壳管式换热器，其特征在于：均压室(15)内的后流体法兰盘(8)的盘板上设置有锥型导流器(20)，制冷剂通过孔(16)设置于均压室(15)内的锥型导流器(20)的周围的后流体法兰盘(8)的盘板上。
4.如权利要求1或2所述平面涡旋型传热管束壳管式换热器，其特征在于：集液管(11)通过一立体螺旋型过冷器(21)与制冷剂出口(4)相连通。
5.如权利要求3所述平面涡旋型传热管束壳管式换热器，其特征在于：
集液管(11)通过一立体螺旋型过冷器(21)与制冷剂出口(4)相连通。
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Henan Baotianman air conditioning equipment Co.

Assignor: Zheng Yinhe

Contract record no.: 2011410000134

Denomination of invention: Shell and tube heat exchanger with plane vortex heat transfer tube bundle

Granted publication date: 20080528

License type: Exclusive License

Open date: 20051130

Record date: 20110906

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080528

Termination date: 20130624