CN102778149A - 一种压缩式制冷设备用水冷式热交换器 - Google Patents
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Abstract
一种压缩式制冷设备用水冷式热交换器，包括壳体和金属盘管。壳体包括:内筒体；外筒体，套装于所述内圆体的外侧，且外筒体的内壁面和内筒体的外壁面相互平行地构成环形空腔，该二壁面相互平行指的是该二壁面中的任一个壁面上的所有点到另一壁面的所有点的最短距离都相等。所述环形空腔二端封闭，其一端开设进水口，另一端开设出水口。所述金属盘管包括一根外径等于所述距离的金属管，该金属管于环形空腔内以螺旋的形式自环形空腔的一端盘绕至环形空腔的另一端，流通制冷剂的输入口和输出口各从所述环形空腔的一端伸出。该热交换器具有较高的对流放热系数，但体积较小和易于制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种水冷式热交换器，尤其涉及压缩式制冷设备用的水冷式冷凝器或/和水冷式蒸发器，在国际专利分类表中，分类可属于F28D7/02或F28D7/16。
背景技术
传统的压缩式制冷设备用的水冷式热交换器——水冷式冷凝器和水冷式蒸发器有多种形式，可见于《制冷工程技术辞典》（上海交通大学出版社1987年12月第1版）和《换热器原理·结构·设计》（上海交通大学出版社1990年7月第1版）等教科书，其面对日益高涨的节能节材的呼声，需要有性价比更优的设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种压缩式制冷设备用水冷式热交换器，其相比传统的设计，可以有较佳的性能，而成本较低。
本发明解决所述技术问题的一个技术方案是，一种压缩式制冷设备用水冷式热交换器，包括：
——封闭壳体，壳体壁开有供冷却水流入的进水口和流出的出水口；
——金属盘管，位于所述壳体内，并从壳体壁伸出供制冷剂流入的进液口和流出的出液口；
其特征在于：
a)所述壳体包括:
——内筒体；
——外筒体，套装于所述内圆体的外侧，且外筒体的内壁面和内筒体的外壁面相互平行地构成环形空腔，该二壁面相互平行指的是该二壁面中的任一个壁面上的所有点到另一壁面的所有点的最短距离都相等；
——所述环形空腔二端封闭，其一端开设进水口，另一端开设出水口；
b)所述金属盘管包括一根外径等于所述距离的金属管；该金属管于所述环形空腔，以螺旋的形式自环形空腔的一端盘绕至环形空腔的另一端，其流通所述制冷剂的输入口和输出口各从所述环形空腔的一端伸出。
该热交换器的巧妙之处在于利用壳体二个相互平行的内、外筒体夹住盘绕的螺旋管，从而仅仅依靠壳体而无需任何附加结构和部件，即形成包围螺旋管且与螺旋管平行和盘旋方向相同的螺旋流道，从而构成一种结构更合理的间壁式热交换器：
——该热交换器的工作特点与套管式换热器相同，但无需使用结构特殊的双层管材制品，加工制作比较简单且易于维护清洗。其利用制品导管可承受较高的压力让制冷剂通过，导管外壁与壳体内壁贴合而成的螺旋流道承受压力较低，则让冷却水从通过，相比套管式换热器使用均可承受较高压力的内外层管，是更物尽其用的结构，因而降低了成本；
——该热交换器具有套管式换热器水流路径长的优点，管路长度即水流路径长度，可达到比其它水冷式热交换器高得多的单位流量的流速，因而具有较高的对流放热系数，并且具有较小的体积；
——该热交换器可以在不影响制冷剂侧工作的情况下，通过调整盘管螺旋的螺距，很方便地调整冷却水的工况——流量和压力，这是相比使用结构固定的双层管材的套管式换热器的一个明显的优点；
——所述环形空腔所环绕的空间适宜布置如冷却塔或制冷压缩机等结构，以减少制冷设备所需占据的空间。
本发明解决所述技术问题的另一个技术方案是，一种压缩式制冷设备用水冷式热交换器，包括：
——封闭壳体，壳体壁开有供冷却水流入的进水口和流出的出水口；
——金属盘管，位于所述壳体内，并从壳体壁伸出供制冷剂流入的进液口和流出的出液口；
其特征在于：
a)所述壳体包括:
——内筒体；
——外筒体，套装于所述内圆体的外侧，且外筒体的内壁面和内筒体的外壁面相互平行地构成环形空腔，该二壁面相互平行指的是该二壁面中的任一个壁面上的所有点到另一壁面的所有点的最短距离都相等；
——所述环形空腔二端封闭，其一端开设进水口，另一端开设出水口；
b)所述金属盘管包括二根外径等于所述距离的金属管；该二根金属管于所述环形空腔，并排地以螺旋的形式自环形空腔的一端盘绕至环形空腔的另一端，该二根金属管并排的同一端从所述环形空腔的一端伸出且各一作为流通所述制冷剂的输入口和输出口，并排的另一端连通。
该技术方案相比前一技术方案的特点是盘管供制冷剂流入的进液口和流出的出液口均从环形空腔的同一端伸出，更适合部分安装的需要。
该技术方案的比较实用的设计为：所述内筒体和外筒体均为圆柱形，所述金属管的外径等于所述外筒体的内圆柱面的半径和所述内筒体的外圆柱面的半径之差。这是一个工艺较为简单的结构。
本发明的技术方案和效果将在具体实施方式中结合附图作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明第1实施例水冷式热交换器的主视示意图；
图2是本发明第1实施例水冷式热交换器的俯视示意图；
图3是图2中A—A剖面的示意图；
图4是图1于进、出水口之间掀开外筒所显示内部结构立体示意图；
图5是本发明第2实施例水冷式热交换器的主视示意图；
图6是本发明第2实施例水冷式热交换器的俯视示意图；
图7是图7中A—A剖面的示意图；
图8是图5于进、出水口之间掀开外筒所显示内部结构立体示意图；
图9是图5于进水口处掀开外筒所显示内部结构立体示意图。
具体实施方式
本发明第1实施例水冷式热交换器的基本结构和工作原理如图1～4所示，包括：
——用金属薄板卷制或注塑加工而成的圆筒形的内筒体1和外筒体2；
——外筒体2同轴且等高地套于内筒体1的外侧，在外筒体2的内圆柱壁面和内筒体3的外圆柱壁面之间形成圆环形空腔；
——圆环形空腔二端分别由形状与圆环形空腔横截面形状相同的圆环形平面上盖8和圆环形平面下盖9封闭；外筒体2靠近下盖9的一端开设进水口6，靠近上盖8的一端开设出水口7；
——螺旋管3是以一金属导管按照柱状螺旋的形式盘旋于圆环形空腔，金属导管的外径等于外筒体2的内圆柱壁面的半径和内筒体3的外圆柱壁面的半径之差。该导管自上而下穿越上盖8，盘旋至圆环形空腔的底端，最后穿过下盖9向下伸出；其上盖8之上和下盖9之下分别为输入口4和输出口5，供制冷压缩机驱动的制冷剂流通。
——进水口6于螺旋管3底部第1圈首端所在之处沿圆周切线方向与外筒体2的内圆柱壁面密封连接。
——出水口7于螺旋管3顶部第1圈首端所在之处沿圆周切线方向与外筒体2的内圆柱壁面密封连接。
——外部动力驱动的水自进水口6沿圆周切线方向进入圆环形空腔，沿着由外筒体2的内圆柱壁面和内筒体3的外圆柱壁面夹住螺旋管3所形成的与螺旋管3平行和盘旋方向相同的螺旋流道上行，最后自出水口7沿圆周切线方向离开圆环形空腔排出。水在该过程的流动中与螺旋管3内流动的制冷剂于螺旋管3的管壁进行间壁式热交换。
在该实施例中，可通过调整外部动力或改变螺旋管3的螺距改变水流速度，例如可将图中螺距由管径的4倍减少为2倍，同等条件下水流速度可提够1倍，换热效率相应提高。
该实施例中的制冷剂输入口4和输出口5以及进水口和水口7均可根据需要互换方向，以便构成顺流或逆流换热以及更适于换热器具体的实际安装位置。此外，视换热器所在整机结构布置的需要，进水口和出水口也可以改为分别开设于上盖和下盖，制冷剂输入口和输出口改为开设于外筒体的壁面和内筒体的壁面。
该实施例的总体外形为圆柱体，其实也可以视换热器所在整机结构布置的需要设计为椭圆柱体或正方体。此时，如内、外筒体等相关部件需设计为相应的椭圆形或矩形，圆环形空腔也改变为椭圆环形空腔或长方环形空腔，圆柱壁面也改变为椭圆柱壁面或长方棱柱壁面；所述柱体、柱壁面也可视换热器所在整机结构布置的需要设计为适当的锥体、锥壁面。上述设计修改，只需外筒体的内壁面和内筒体的外壁面相互平行且距离与其间所盘绕金属导管外径相等即可。
在压缩式制冷设备中，该实例中的螺旋管3可以用作冷凝器的换热管，也可以用作蒸发器的换热管。
在压缩式制冷设备中，该实例中的内筒体1之内的空间可用于布置如冷却塔或制冷压缩机等装置，是该空间最合理的利用。
对该实施例热交换器，可很方便地整体拉出螺旋管或拉出外筒体，使螺旋管完全暴露，以便进行清洗。
本发明第2实施例水冷式热交换器的基本结构和工作原理如图5～9所示（图中的标号与图1～4相同者，其意义也相同），其相比第1实施例的设计修改主要是：
a)原螺旋管3改为由二根螺旋管31和32，并排地自上而下穿越上盖8和盘旋至下盖9之上方，于二者末端由U形弯头33连通，其上盖8之上为输入口14和输出口15，供制冷压缩机驱动的制冷剂流通；
b)由外筒体2的内圆柱壁面和内筒体3的外圆柱壁面夹住二根并排的螺旋管31和32形成的二条与螺旋管平行和盘旋方向相同的螺旋流道34和35；
c)进水口16弯头33之内穿越外筒体2的内圆柱壁面，且覆盖螺旋管31和32之间和之外二处，沿圆周切线方向分成如图8和图9中所示①和②二股水流，分别进入螺旋流道34和35；
d)出水口17类似进水口16的设计，其进入外筒体2的内圆柱壁面之处覆盖螺旋管31和32之间和之外二处，来自螺旋流道34和35如图8和图9中所示①和②二股水流沿圆周切线方向汇总自出水口17流出。
Claims (3)
1.一种压缩式制冷设备用水冷式热交换器，包括：
——封闭壳体，壳体壁开有供冷却水流入的进水口和流出的出水口；
——金属盘管，位于所述壳体内，并从壳体壁伸出供制冷剂流入的进液口和流出的出液口；
其特征在于：
a)所述壳体包括:
——内筒体；
——外筒体，套装于所述内圆体的外侧，且外筒体的内壁面和内筒体的外壁面相互平行地构成环形空腔，该二壁面相互平行指的是该二壁面中的任一个壁面上的所有点到另一壁面的所有点的最短距离都相等；
——所述环形空腔二端封闭，其一端开设进水口，另一端开设出水口；
b)所述金属盘管包括一根外径等于所述距离的金属管；该金属管于所述环形空腔，以螺旋的形式自环形空腔的一端盘绕至环形空腔的另一端，其流通所述制冷剂的输入口和输出口各从所述环形空腔的一端伸出。
2.一种压缩式制冷设备用水冷式热交换器，包括：
——封闭壳体，壳体壁开有供冷却水流入的进水口和流出的出水口；
——金属盘管，位于所述壳体内，并从壳体壁伸出供制冷剂流入的进液口和流出的出液口；
其特征在于：
a)所述壳体包括:
——内筒体；
——外筒体，套装于所述内圆体的外侧，且外筒体的内壁面和内筒体的外壁面相互平行地构成环形空腔，该二壁面相互平行指的是该二壁面中的任一个壁面上的所有点到另一壁面的所有点的最短距离都相等；
——所述环形空腔二端封闭，其一端开设进水口，另一端开设出水口；
b)所述金属盘管包括二根外径等于所述距离的金属管；该二根金属管于所述环形空腔，并排地以螺旋的形式自环形空腔的一端盘绕至环形空腔的另一端，该二根金属管并排的同一端从所述环形空腔的一端伸出且各一作为流通所述制冷剂的输入口和输出口，并排的另一端连通。
3.按照权利要求1或权利要求2所述水冷式热交换器，其特征在于：所述内筒体和外筒体均为圆柱形，所述金属管的外径等于所述外筒体的内圆柱面的半径和所述内筒体的外圆柱面的半径之差。
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