CN104819606A - 一种减少冷凝液膜影响的冷凝器 - Google Patents

一种减少冷凝液膜影响的冷凝器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种减少冷凝液膜影响的冷凝器，包括端板、筒体、冷凝管束、过冷器、散气板和进气管，端板和筒体构成一个封闭空间，进气管焊接在筒体顶部，散气板在进气管下方，冷凝管束在散气板下方，冷凝管束和端板通过涨接或焊接固定，过冷器在筒体底部。还包括第一钣金组和第二钣金，第一钣金组和第二钣金一侧固定在筒体内壁，另一侧与筒体内壁留有空隙，第一钣金组至少包括两块钣金，第一钣金组的钣金为阶梯状，在垂直方位设有开孔。筒体的上半部分、第一钣金组和第二钣金将冷凝管束分隔成至少3个冷凝区域。采用这样的设计后，可以防止上层冷凝管束冷凝液干扰下层冷凝管束，同时保证气体制冷剂通过，降低管束效应带来的影响，换热效果好。

Description

一种减少冷凝液膜影响的冷凝器
技术领域
本发明涉及制冷空调的换热容器装置领域，尤其涉及一种减少冷凝液膜影响的冷凝器。
背景技术
制冷空调系统中的主要部件包括：压缩机、油分离器、储油箱、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等管路和电控设备。其制冷循环过程是将压缩机排出的高压过热的制冷剂和润滑油的气液混合物经过油分离器进行油气分离，油储存于储油箱，然后供给压缩机使用，制冷剂再进入冷凝器内通过常温载冷剂吸热冷凝成饱和液体，然后进入设置于冷凝器内部下方的过冷区域进行过冷，得到高压过冷液体，经过膨胀阀节流后在蒸发器内进行气化，吸收气化潜热，进行一定的过热，成为低压不带液体的蒸汽被压缩机吸入，如此往复循环实现制冷过程。
其中冷凝器的作用是将气体冷凝，并进行一定的过冷，分别在冷凝区域和过冷区域实现，其换热效率对整个空调系统的节能起到关键的作用，目前通用的方法是冷凝管束层叠布置，或顺排布置或叉排布置，形成一个问题：上部冷凝管上冷凝出来的液态制冷剂落入下冷凝管，导致下部冷凝管表面被液膜覆盖，阻碍了气态制冷剂和换热铜管表面的接触，使冷凝换热强化表面失效。过冷区域，一般的做法是在筒体底部，设置2～3排管束形成过冷区域，出液口在中部。液体从上部的冷凝区域落下，有的经过长流程流到出液口，如两边的；有的直接流入出液口；两侧的制冷剂容易形成死区，另外有一个水利坡度在，导致液体充注量大；另外，制冷剂的流动不均匀，导致换热效果非常差。此外，过冷器中的管子，一般都和冷凝管一样，用于强化冷凝效果的，在液体和液体的换热中，就体现不出本身的价值，导致浪费。
在能源供求紧缺、发展环保和节能产品为主流的时代，设计一种提高冷凝区域和过冷区域换热效率的冷凝装置显得尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是设计一种高效冷凝、高效过冷的冷凝装置。
为解决上述技术问题，本发明的减少冷凝液膜影响的冷凝器包括端板、筒体、冷凝管束、过冷器、散气板和进气管，端板和筒体连接构成一个封闭空间，进气管通过焊接置于筒体顶部，散气板在进气管下方，冷凝管束在散气板下方，冷凝管束和端板通过涨接或焊接固定，过冷器在筒体底部，还包括第一钣金组和第二钣金，第一钣金组和第二钣金一侧固定在筒体内壁，另一侧与筒体内壁留有空隙，第一钣金组至少包括两块钣金，筒体的上半部分、第一钣金组和第二钣金将冷凝管束分隔成至少3个冷凝区域。
进一步的，第一钣金组的钣金为阶梯状，在垂直方位设有开孔，让气体通过，起到导液通气效果。此处的开孔是指在阶梯状的钣金与水平面垂直的一面上开孔，方便气体的通过。
进一步的，第二钣金为阶梯状，同时与筒体内壁留有空隙的一侧向下倾斜。
进一步的，第一钣金组包括上部钣金和下部钣金，上部钣金、下部钣金和第二钣金一侧固定在筒体内壁，另一侧与筒体内壁留有空隙，筒体的上半部分、上部钣金、下部钣金和第二钣金将冷凝管束分隔成3个冷凝区域，从上到下依次为第一冷凝区、第二冷凝区和第三冷凝区。
进一步的，上部钣金和下部钣金为阶梯状，并在垂直方位设有开孔，让气体通过，起到导液通气效果。
进一步的，上部钣金可分为第一上部钣金和第二上部钣金，第一上部钣金和第二上部钣金之间留有空隙。
进一步的，第二钣金为阶梯状，同时与筒体内壁留有空隙的一侧向下倾斜。
进一步的，过冷器包括第三钣金、过冷器出口、过冷管束和至少两个折流板，第三钣金固定在筒体内壁，第三钣金一侧设有开孔形成过冷器入口，过冷器入口在筒体内壁与第二钣金留有空隙的一侧。
进一步的，任意相邻的两个折流板位置相反，分别连接在过冷器的上壁和下壁，同时起到支撑作用。
进一步的，过冷器出口在过冷管束进水端一侧。
进一步的，过冷管束的换热管可以与冷凝管束的换热管不同，采用液体换热管，可以降低成本。
本发明的有益效果：通过钣金分隔冷凝管束的设计，可以防止上层冷凝管束冷凝液干扰下层冷凝管束，同时保证气体制冷剂的顺利通过，导液的钣金呈阶梯状，将液体导至筒体壁面，顺壁流下，底部的钣金将制冷剂导向过冷器入口，通过导液，降低了管束效应带来的消极影响，换热系数提高了20%，同时避免存在制冷剂死区，制冷剂充注量降低5%；过冷器在换热器底部，过冷器内采用折流板，让液体制冷剂冲刷换热铜管，减少边界层厚度，换热系数提高2～3倍，同时制冷剂大方向和水流方向相反，和水进行逆流换热，提高了过冷度，换热系数的提高节约了成本，专门的过冷器设计节约了制冷剂充注量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1是本发明的减少冷凝液膜影响的冷凝器的侧视图；
图2是本发明的减少冷凝液膜影响的冷凝器的主视图；
图3是过冷器的俯视图；
图4 是过冷器中折流板的结构示意图；
图5是水箱组件示意图。
1、端板  2、筒体  3、冷凝管束  301、第一冷凝区  302、第二冷凝区  303、第三冷凝区  41、上部钣金  411、第一上部钣金  412、第二上部钣金  42、下部钣金  5、第二钣金  6、过冷器   601、第三钣金  602、过冷器出口  603过冷器入口  604、第一折流板605、第二折流板  606、过冷管束  7、散气板  8、进气管  901、第一水室  902、第二水室  903、出口水室  904、出口水管  905、进口水室  906、进口水管。
具体实施方式
结合图1、图2、图3、图4和图5，本发明的减少冷凝液膜影响的冷凝器包括端板1、筒体2、冷凝管束3、过冷器6、散气板7和进气管8，端板1和筒体2连接构成一个封闭空间，进气管8通过焊接置于筒体2顶部，散气板7在进气管8下方，冷凝管束3在散气板7下方，冷凝管束3和端板1通过涨接或焊接固定，过冷器6在筒体2底部，还包括第一钣金组和第二钣金5，第一钣金组和第二钣金5一侧固定在筒体2内壁，另一侧与筒体2内壁留有空隙，第一钣金组至少包括两块钣金，筒体2的上半部分、第一钣金组和第二钣金5和将冷凝管束3分隔成至少3个冷凝区域。第一钣金组的钣金为阶梯状，在垂直方位设有开孔，让气体通过，起到导液通气效果。第二钣金5为阶梯状，同时与筒体2内壁留有空隙的一侧向下倾斜。
本实施例中，第一钣金组包括上部钣金41和下部钣金42，上部钣金41、下部钣金42和第二钣金5一侧固定在筒体2内壁，另一侧与筒体2内壁留有空隙，筒体2的上半部分、上部钣金41、下部钣金42和第二钣金5将冷凝管束3分隔成3个冷凝区域，从上到下依次为第一冷凝区301、第二冷凝区302和第三冷凝区303。上部钣金41和下部钣金42为阶梯状，并在垂直方位设有开孔，让气体通过，起到导液通气效果。上部钣金41可分为第一上部钣金411和第二上部钣金412，第一上部钣金411和第二上部钣金412之间留有空隙。第二钣金5为阶梯状，同时与筒体2内壁留有空隙的一侧向下倾斜。
过冷器6包括第三钣金601、过冷器出口602、过冷管束606和至少两个折流板，第三钣金601固定在筒体2内壁，第三钣金601一侧设有开孔形成过冷器入口603，过冷器入口603在筒体2内壁与第二钣金5留有空隙的一侧。任意相邻的两个折流板位置相反，分别连接在过冷器6的上壁和下壁，同时起到支撑作用。过冷器出口602在过冷管束606进水端一侧，与过冷器入口603的位置相反，用于保证制冷剂的流动和水流动的逆向，产生逆流换热。第一折流板604与第二折流板605位置相反，同时起到管支承作用。过冷器所用换热管可以与冷凝管束换热管不同，采用液体换热管，可以降低成本。
水室组包括第一水室901和第二水室902，冷却水从第二水室902下部的进口水管906流入，流入的水分成两股，一股流入第三冷凝区303，一股流入过冷管束606，汇入第一水室901，在第一水室901中向上流，然后向左流入第一冷凝区301和第二冷凝区302，汇入第二水室902的出口水室903，通过出口水管904流出。
本实施例的减少冷凝液膜影响的冷凝器的制冷剂管理和冷却水管理是这样实现的：过热气态制冷剂通过进气管8进入，冲在散气板7上，均匀散入冷凝区域，先在第一冷凝区域301表面冷却，一部分气体冷凝，液体落入第一上部钣金411和第二上部钣金412，导向筒体壁面，顺流而下，落入第二钣金5，在第二钣金5的导流下，从过冷器入口603进入过冷器6；未冷凝的气体顺着第一上部钣金411和第二上部钣金412上垂直方向的开口进入第二冷凝区域302，第一上部钣金411和第二上部钣金412之间留有空隙，气体制冷剂也可以自该间隔进入第二冷凝区域302，进入第二冷凝区域302的气体在第二冷凝区域302中部分冷凝，液体落入下部钣金42，导向筒体壁面，顺流而下，落入第二钣金5，在第二钣金5的导流下，从过冷器入口603进入过冷器6；未冷凝的气体顺着下部钣金42上垂直方向的开口进入第三冷凝区域303，之后完全冷凝，液体落入第二钣金5，在第二钣金5的导流下，从过冷器入口603进入过冷器6。冷凝下的液态制冷剂在重力作用下流入过冷器6，在压差的驱动下，液态制冷剂在过冷器6中折流板的作用下，冲刷换热管壁，方向与水流方向相反，逆流换热，流向过冷器出口602，最终得到充足过冷的液态制冷剂。冷却水在水箱组件中的流动是：冷却水从入口进入，分成两股，一股流经冷凝器下部区域，一股流经过冷器6，在另一端汇合后，同时从冷凝器上部管束中流出。
将本实施例应用在制冷量为470kW，排气温度50℃，冷却水进水温度30℃，出水温度35℃，冷凝温度37℃，型号为FJC140制冷空调系统中使用的一种冷凝器，选择外径为426mm的钢制筒体2，进气管8外径为76mm，选择外径为19.05mm的紫铜管为冷凝管，冷凝管正三角形排列。
水室组包括第一水室901和第二水室902，30℃的冷却水从第二水室902下部的进口水管906流入，流入的水分成两股，一股流入第三冷凝区303，一股流入过冷管束606，汇入第一水室901，在第一水室901中向上流，然后向左流入第一冷凝区301和第二冷凝区302，汇入第二水室902的出口水室903，通过出口水管904流出，温度35℃。
冷凝器中制冷剂的流动是：过热气态制冷剂通过进气管8进入，冲在散气板7上，均匀散入冷凝区域，先在第一冷凝区域301表面冷却，20%气体冷凝，液体落入第一上部钣金411和第二上部钣金412，导向筒体壁面，顺流而下，落入第二钣金5，在第二钣金5的导流下，从过冷器入口603进入过冷器6；未冷凝的气体顺着第一上部钣金411和第二上部钣金412上垂直方向的开口进入第二冷凝区域302，进入第二冷凝区域302的气体在第二冷凝区域中25%冷凝，液体落入下部钣金42，导向筒体壁面，顺流而下，落入第二钣金5，在第二钣金5的导流下，从过冷器入口603进入过冷器6；未冷凝的55%气体顺着下部钣金42上垂直方向的开口进入第三冷凝区域303，之后完全冷凝，液体落入第二钣金5，在第二钣金5的导流下，从过冷器入口603进入过冷器6。冷凝下的液态制冷剂在重力作用下流入过冷器，在压差的驱动下，液态制冷剂在过冷器中，在折流板的作用下，冲刷换热管壁，方向与水流方向相反，逆流换热，流向过冷器出口602，最终得到温度31℃、过冷度6度的液态制冷剂。
由此可见，通过上部钣金41、下部钣金42和第二钣金5将冷凝管束3分隔成3个冷凝区域，防止了上层冷凝管束冷凝液干扰下层冷凝管束，同时保证气体制冷剂的顺利通过，上部钣金41和下部钣金42呈阶梯状，将液体导至筒体壁面，顺壁流下，第二钣金5将制冷剂导向过冷器入口，通过导液，降低了管束效应带来的消极影响，提高了换热系数，同时避免存在制冷剂死区，降低了制冷剂充注量；过冷器在换热器底部，过冷器内采用折流板，让液体制冷剂冲刷换热铜管，减少边界层厚度，提高了换热系数，同时制冷剂大方向和水流方向相反，和水进行逆流换热，提高了过冷度，换热系数的提高节约了成本，专门的过冷器设计节约了制冷剂充注量。

Claims (10)

1.一种减少冷凝液膜影响的冷凝器，包括端板（1）、筒体（2）、冷凝管束（3）、过冷器（6）、散气板（7）和进气管（8），所述端板（1）和所述筒体（2）连接构成一个封闭空间，所述进气管（8）通过焊接置于所述筒体（2）顶部，所述散气板（7）在所述进气管（8）下方，所述冷凝管束（3）在所述散气板（7）下方，所述冷凝管束（3）和所述端板（1）通过涨接或焊接固定，所述过冷器（6）在所述筒体（2）底部，其特征在于：还包括第一钣金组和第二钣金（5），所述第一钣金组和第二钣金（5）一侧固定在筒体（2）内壁，另一侧与筒体（2）内壁留有空隙，所述第一钣金组至少包括两块钣金，所述筒体（2）的上半部分、第一钣金组和第二钣金（5）将所述冷凝管束（3）分隔成至少3个冷凝区域。
2.根据权利要求1所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所述第一钣金组的钣金为阶梯状，在垂直方位设有开孔。
3.根据权利要求1所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所述第二钣金（5）为阶梯状，同时与筒体（2）内壁留有空隙的一侧向下倾斜。
4.根据权利要求1所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所述第一钣金组包括上部钣金（41）和下部钣金（42），所述上部钣金（41）、下部钣金（42）和第二钣金（5）一侧固定在筒体（2）内壁，另一侧与筒体（2）内壁留有空隙，所述筒体（2）的上半部分、上部钣金（41）、下部钣金（42）和第二钣金（5）将所述冷凝管束（3）分隔成3个冷凝区域，从上到下依次为第一冷凝区（301）、第二冷凝区（302）和第三冷凝区（303）。
5.根据权利要求4所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所述上部钣金（41）和下部钣金（42）为阶梯状，并在垂直方位设有开孔。
6.根据权利要求5所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所数据上部钣金（41）可分为第一上部钣金（411）和第二上部钣金（412），所述第一上部钣金（411）和所述第二上部钣金（412）之间留有空隙。
7.根据权利要求4所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所述第二钣金（5）为阶梯状，同时与筒体（2）内壁留有空隙的一侧向下倾斜。
8.根据权利要求1所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所述过冷器（6）包括第三钣金（601）、过冷器出口（602）、过冷管束（606）和至少两个折流板，所述第三钣金（601）固定在所述筒体（2）内壁，第三钣金（601）一侧设有开孔形成过冷器入口（603），所述过冷器入口（603）在筒体（2）内壁与第二钣金（5）留有空隙的一侧。
9.根据权利要求8所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：任意相邻的两个折流板位置相反，分别连接在过冷器（6）的上壁和下壁。
10.根据权利要求8所述的减少冷凝液膜影响的冷凝器，其特征在于：所述过冷器出口（602）在所述过冷管束（606）进水端一侧。
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