CN105241127B - 换热器及换热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换热器及换热设备，换热器包括壳体(4)和设在壳体(4)内的多个换热管(14)，壳体(4)的上端设有气态冷媒流通口(5)，壳体(4)的下端设有液态冷媒流通口(10)，还包括挡气板(11)，挡气板(11)位于气态冷媒流通口(5)与最上层的换热管(14)之间，挡气板(11)上与气态冷媒流通口(5)非对准的区域设有多个通气孔(19)。本发明实施例的换热器在用作冷凝器时，能够使气态冷媒更加均匀地进入壳体内与换热管充分地接触换热，以提高换热器的换热效率，而且还能防止气态冷媒直接冲击换热管；当该换热器用作蒸发器时，能够尽量避免产生吸气带液现象。

Description

换热器及换热设备

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种换热器及换热设备。

背景技术

目前，随着能源的日益紧缺，人们越来越重视可再生能源的应用。而热泵机组作为可再生能源的应用设备，也越来越被人们重视。热泵机组由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、四通换向阀以及附属设备等部件组成，热泵机组在运行过程中，制冷与制热同时并存着，按需轮换，因此，蒸发器和冷凝器都需要蒸发冷凝两种作用。

现有技术的热泵机组中一般采用的换热器呈圆筒状，换热管沿着换热器的长度方向布置在圆筒状壳体内，由于换热管较长，冷媒介质从进口通入换热器后，只能与进口正对区域附近的换热管充分地进行接触换热，冷媒介质扩散的范围很难覆盖到整个换热管的长度，因而通入壳体内的冷媒介质难以与换热管中的待换热介质充分接触换热就从出口流出，这会导致换热器以及整个机组的换热效率难以提升到较高的水平，从而使能源的利用率较低。

发明内容

本发明的目的是提出一种换热器及换热设备，能够使冷媒与换热管更充分地接触，从而提高换热器的换热效率。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种换热器，包括：壳体和设在所述壳体内的多个换热管，所述壳体的上端设有气态冷媒流通口，所述壳体的下端设有液态冷媒流通口，还包括挡气板，所述挡气板位于所述气态冷媒流通口与最上层的所述换热管之间，所述挡气板上与所述气态冷媒流通口非对准的区域设有多个通气孔。

进一步地，在所述挡气板两侧与所述壳体的连接部分上还设有与所述壳体形成离散间隙的锯齿结构。

进一步地，还包括挡液板，所述挡液板位于所述液态冷媒流通口与最下层的所述换热管之间，所述挡液板上与所述液态冷媒流通口非对准的区域设有多个通液孔。

进一步地，所述通气孔和/或所述通液孔为孔径沿轴线渐变的孔。

进一步地，所述气态冷媒流通口和所述液态冷媒流通口的轴线相互错开。

进一步地，还包括位于多个所述换热管外侧的第一挡板和第二档板，所述第一挡板和所述第二档板设在所述壳体的两侧。

进一步地，还包括与所述换热管连通的位于所述壳体一端的第一腔室和位于所述壳体另一端的第二腔室，所述第一腔室和所述壳体之间设有第一管板，所述第二腔室和所述壳体之间设有第二管板，所述换热管架设在所述第一管板和所述第二管板之间；

还包括拉杆和支撑板，所述拉杆的一端设在所述第一管板上，所述支撑板设在所述拉杆的另一端，多个所述换热管穿设在所述支撑板内。

进一步地，所述换热管为蒸发冷凝两用管。

为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种换热设备，包括上述实施例所述的换热器。

进一步地，所述换热设备为空调器或热泵热水器。

基于上述技术方案，本发明实施例的换热器，通过在气态冷媒流通口与最外层的换热管之间设置挡气板，当该换热器用作冷凝器时，能够使气态冷媒经过多个通气孔更加均匀地进入壳体内，从而与换热管更加充分地进行接触换热，避免气态冷媒进入壳体后优先与正对区域的换热管进行换热，以提高换热器的换热效率，而且还能防止气态冷媒直接冲击换热管；当该换热器用作蒸发器时，能够尽量避免产生吸气带液现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明换热器的一个实施例的外形结构示意图；

图2为图1所示的换热器的左视图；

图3为图2所示的换热器的A-A截面剖视图；

图4为图3所示的换热器的B-B截面剖视图；

图5为本发明的换热器中挡气板的一个实施例的结构示意图；

图6为本发明的换热器中挡液板的一个实施例的结构示意图。

附图标记说明

1－冷却介质进口；2－第一腔室；3－第一管板；4－壳体；5－气态冷媒流通口；6－安全阀；7－第二管板；8－第二腔室；9－集液包；10－液态冷媒流通口；11－挡气板；12－拉杆；13－支撑板；14－换热管；15－冷却介质出口；16－第一挡板；17－第二档板；18－挡液板；19－通气孔；20－锯齿结构；21－通液孔。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

为了提高现有技术中换热器的换热效率，本发明提供了一种换热器，在一个实施例中，如图1至图5所示，包括：壳体4和设在壳体4内的多个换热管14，优选地，壳体4设计为圆筒形，换热管14沿着壳体4的轴线布置。壳体4的左端(以图1的方位为基准)设有与换热管14连通的第一腔室2，右端设有与换热管14连通的第二腔室8，第一腔室2和壳体4之间设有第一管板3，第二腔室8和壳体4之间设有第二管板7，第一管板3和第二管板7可以采用焊接或其它可拆卸的固定方式与壳体4连接，换热管14架设在第一管板3和第二管板7之间。

进一步地，第一腔室2的左端设有冷却介质进口1和冷却介质出口15，参见图2，且内部设有隔水板，隔水板将第一腔室2隔开为与冷却介质进口1连通的第一独立腔室和与冷却介质出口15连通的第二独立腔室(附图中未示出)，第二腔室8内无需设置隔水板。在壳体4的上端设有气态冷媒流通口5，壳体4的下端设有液态冷媒流通口10，液态冷媒流通口10还可以通过集液包9与壳体4连接。为了能使冷媒介质在进入壳体4后能够与换热管14更充分地进行接触，避免冷媒介质进入壳体4后直接从出口流出，优选地将气态冷媒流通口5和液态冷媒流通口10的轴线相互错开。例如在图1所示的换热器中，将气态冷媒流通口5设在壳体4靠近左端的位置，而将液态冷媒流通口10设在壳体4靠近中部的位置，当然也可根据需要进行调整。

另外，该换热器还包括挡气板11，挡气板11位于气态冷媒流通口5与最上层的换热管14之间，挡气板11上与气态冷媒流通口5非对准的区域设有多个通气孔19，通气孔19用于使气态冷媒从挡气板11的一侧流动到对侧。

从冷却介质进口1通入换热器中的冷却介质可以是水、部分水溶液或者空气，当对水进行换热时，该换热器就适用于热泵热水器。下面的实施例将以该换热器用于热泵热水器为例进行说明。当换热器工作时，冷却水从设置在第一腔室2左端的冷却介质进口1进入到与之相对应的换热管14内，冷却水与换热管14外的冷媒介质进行热交换后，经过第二腔室8的换向作用，冷却水从设置在第一腔室2左端的冷却介质出口15流出，从而使冷却水实现完整的换热过程。

当换热器用作冷凝器时，高温高压的气态冷媒从气态冷媒流通口5进入到换热器内，并从挡气板11上的多个通气孔19均匀地进入到换热管14所在的区域，从而与换热管14更加充分地进行接触，并将热量传递给换热管14内的低温冷却水，同时经冷却水冷却后的气态冷媒也转化为液态冷媒，并从液态冷媒流通口10流出，并进入到整个循环系统中的节流阀内。当换热器用作蒸发器时，低温低压的液态冷媒从液态冷媒流通口10进入到换热器内，与换热管14内的高温冷却水进行换热，同时经冷却水加热后的液态冷媒也转化为气态冷媒，在经过挡气板11上的多个通气孔19后，从气态冷媒进口5进入到整个循环系统中的压缩机内。

本发明实施例的换热器，通过在气态冷媒流通口5与最外层的换热管14之间设置挡气板11，当该换热器用作冷凝器时，能够使气态冷媒经过多个通气孔19更加均匀地进入壳体4内，从而与换热管14更加充分地接触，避免气态冷媒进入壳体4后优先与正对区域的换热管14进行换热，以提高换热器的换热效率；将通气孔19设置在挡气板11上与气态冷媒流通口5非对准区域还能防止气态冷媒直接冲击换热管14，以提高换热管14的使用寿命。当该换热器用作蒸发器时，设置挡气板11能够尽量避免产生吸气带液现象，吸气带液是指液态冷媒在从液态冷媒流通口10进入壳体4后由于局部速度过快，还未来得及与换热管14充分接触换热，就在压缩机吸力的辅助下从气态冷媒流通口5带出，造成能量耗费。

在一个效果更加优化的实施例中，除了在挡气板11上设置通气孔19，结合图5，还可以在挡气板11两侧与壳体4的连接部分上设置与壳体4形成离散间隙的锯齿结构20，同样，锯齿结构20也位于与气态冷媒流通口5非对准的区域，与气态冷媒流通口5非对准的区域为连续结构，但也允许在这段连续结构上开设直径较小的孔。在本实施例中，当换热器用作冷凝器时，气态冷媒从气态冷媒流通口5进入后，可以同时通过通气孔19和锯齿结构20中的离散间隙进入到换热管14所在的区域，能够避免流速较快的气态冷媒直接冲击换热管14，并且能与换热管14更加充分地进行接触，从而提高换热效率。当换热器用作蒸发器时，液态冷媒在与换热管14进行换热后转化为气态冷媒，可以同时通过通气孔19和锯齿结构20中的离散间隙流出，能够尽量避免产生吸气带液现象。

在另一个更优的实施例中，如图3、图4和6所示，该换热器还可包括挡液板18，挡液板18位于液态冷媒流通口10与最下层的换热管14之间，挡液板18上与液态冷媒流通口10非对准的区域设有多个通液孔21。设置挡液板18的优点在于，当换热器用作蒸发器时，液态冷媒由液态冷媒流通口10进入壳体4后，能够经过多个通液孔21更加均匀地进入到换热管14所在的区域，从而与换热管14在整个长度方向上更加充分地进行换热，以提高换热器的换热效率，还能防止冷媒液体由于局部速度大而被带出换热器，即防止吸气带液现象。

在上述实施例中，通气孔19和/或通液孔21为孔径沿轴线渐变的孔。通气孔19采用变径孔可以使换热器用于冷凝器时，气态冷媒更加均匀地进入到换热器内，以便与换热管14更均匀地进行接触，从而进一步提高换热效率。通液孔21采用变径孔可以使换热器用于蒸发器时，液态冷媒更加均匀地进入到换热器内，以便与换热管14更均匀地进行接触，从而进一步提高换热效率。另外，由于挡气板11和挡液板18均为矩形板，通气孔19和通液孔21优选地按照矩形阵列的方式进行布局，并根据冷媒介质的流通需求来控制孔间距，当然也可以对通气孔19和通液孔21按照其它方式来排布。

为了使换热器达到更佳的换热效果，在其它的实施例中，如图4所示，换热器还包括位于多个换热管14外侧的第一挡板16和第二档板17，第一挡板16设在壳体4内的左侧(以图4为基准，对于图1是后侧)，第二档板17设在壳体4内的右侧(以图4为基准，对于图1是前侧)。在该实施例中，第一挡板16和第二档板17具有导流的作用，能够将进入壳体4内的冷媒介质集中在换热管14所在的区域内，使得冷媒介质与换热管14更加充分地进行接触，从而更进一步提高换热器的换热效率。

上面提到换热器中设置了四种能够提高换热效率的板状结构，以图1进行参考，其包括分别位于壳体4内部上、下、后和前四个方位的挡气板11、挡液板18、第一挡板16和第二档板17，挡气板11和挡液板18呈水平状态，第一挡板16和第二档板17呈竖直状态，当然，各个板的安装方位也无需严格按照图4给出的状态。其中，挡液板18为平板结构，挡气板11、第一挡板16和第二档板17均在两侧设有背离换热管14且倾斜的连接部分，以为安装提供便利。这四个板可以单独固定在壳体4上，例如采用焊接或者其它可拆卸的固定方式，这种安装方式较为灵活；也可以先将这四个板固定形成一个大体呈矩形的结构，然后再整体固定在壳体4上。

对于本发明换热器中换热管14的布置形式，从图2中可以看出，由于冷却介质进口1和冷却介质出口15对称地布置在第一腔室2端面的左右两侧，优选地，如图4所示，将换热管14也布置为左右对称的形式，且分别与冷却介质进口1和冷却介质出口15相对应。在该实施例中，冷却介质进出口的选择对整个换热器的换热效率没有影响，因而可以将换热器用作蒸发器或冷凝器时的进出口统一。

另外，考虑到上述实施例中的换热管14为细长形管，在采用第一管板3和第二管板7进行支撑的同时，为了提高支撑刚度，并且减轻换热器在运行过程中产生的震动，在图3所示的实施例中，还可以在换热器内设置拉杆12和支撑板13，拉杆12的一端通过焊接或其它方式固定在第一管板3上，另一端伸至靠近壳体4中部的位置，支撑板13设在拉杆12的另一端，多个换热管14穿设在支撑板13内。

进一步地，在该换热器用作蒸发器或者冷凝器时，均有可能出现壳体4内的气压超过设定值的情况，为了保证换热器工作的安全性，如图1至图3所示，该换热器还可包括安全阀6，安全阀6设在壳体4上端，用于在壳体4内的气压超过设定值时打开以将气态冷媒排出。

对于上述各实施例，为了使换热器在用于蒸发器和冷凝器时均具有较高的换热效率，本发明的换热管14为蒸发冷凝两用管，通过对换热管14进行齿形设计，使得冷媒蒸发时，冷媒液体能够更加充分的接触到换热管，从而提高换热效率；冷媒冷凝时，冷凝成液体的冷媒及时的从换热管滴落，冷媒气体能够更加充分的接触换热管，从而提高换热效率，解决了现有技术中的换热器只适合用作蒸发器或者冷凝器的问题。由于在蒸发器内冷媒是蒸发的，而在冷凝器内冷媒是冷凝的，工作机理的不同导致了蒸发器作为冷凝器时或者冷凝器作为蒸发器时，其换热效率不能很好地得到发挥，从而使换热器以及整个机组的换热效率较低。而本发明通过对换热管14的齿形进行设计，使其在蒸发和冷凝两种工况下均具有较高的换热效率。

其次，本发明还提供了一种换热设备，包括上述各实施例所述的换热器。由于此种换热器的冷却介质可以是水、部分水溶液或者空气，因而当需要对水进行换热时，该换热器就应用于热泵热水器；当需要对空气进行换热时，该换热器就应用于空调器。

在前述内容中已经阐述了本发明换热器的优点，因而安装了该换热器的换热设备也具有相应的优点，例如：

(1)挡气板11的设置能够防止冷媒气体冲击换热管14，提高换热器的寿命，从而延长整个换热设备的使用寿命；

(2)挡气板11、挡液板18、第一挡板16和第二档板17的设置能够提高换热器的换热效率，从而提高整个换热设备的换热效率。

(3)挡液板18的设置能够使换热器用作蒸发器时，尽量避免产生吸气带液现象，这样冷媒液体就能与换热管14进行更加充分的接触，在提高换热效率的同时，还能提高冷媒介质的利用率，这样能够使换热设备的能耗更低，经济性更好。

在一组对比试验中，将采用本发明某种换热器的换热设备与采用现有技术中常用换热器的换热设备相比，机组设备的换热效率能够提高20％左右。

以上对本发明所提供的一种换热器及换热设备进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种换热器，其特征在于，包括：壳体(4)和设在所述壳体(4)内的多个换热管(14)，所述壳体(4)的上端设有气态冷媒流通口(5)，所述壳体(4)的下端设有液态冷媒流通口(10)，还包括挡气板(11)，所述挡气板(11)位于所述气态冷媒流通口(5)与最上层的所述换热管(14)之间，所述挡气板(11)上与所述气态冷媒流通口(5)非对准的区域设有多个通气孔(19)；

在所述挡气板(11)两侧设有背离所述换热管(14)且倾斜的连接部分，用于与所述壳体(4)连接，所述连接部分上还设有与所述壳体(4)形成离散间隙的锯齿结构(20)；

所述换热器还包括位于多个所述换热管(14)外侧的第一挡板(16)和第二档板(17)，所述第一挡板(16)和所述第二档板(17)设在所述壳体(4)内的两侧，以将进入所述壳体(4)内的冷媒介质集中在所述换热管(14)所在的区域内。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，还包括挡液板(18)，所述挡液板(18)位于所述液态冷媒流通口(10)与最下层的所述换热管(14)之间，所述挡液板(18)上与所述液态冷媒流通口(10)非对准的区域设有多个通液孔(21)。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述通气孔(19)和/或所述通液孔(21)为孔径沿轴线渐变的孔。

4.根据权利要求1～3任一所述的换热器，其特征在于，所述气态冷媒流通口(5)和所述液态冷媒流通口(10)的轴线相互错开。

5.根据权利要求1～3任一所述的换热器，其特征在于，还包括与所述换热管(14)连通的位于所述壳体(4)一端的第一腔室(2)和位于所述壳体(4)另一端的第二腔室(8)，所述第一腔室(2)和所述壳体(4)之间设有第一管板(3)，所述第二腔室(8)和所述壳体(4)之间设有第二管板(7)，所述换热管(14)架设在所述第一管板(3)和所述第二管板(7)之间；

还包括拉杆(12)和支撑板(13)，所述拉杆(12)的一端设在所述第一管板(3)上，所述支撑板(13)设在所述拉杆(12)的另一端，多个所述换热管(14)穿设在所述支撑板(13)内。

6.根据权利要求1～3任一所述的换热器，其特征在于，所述换热管(14)为蒸发冷凝两用管。

7.一种换热设备，其特征在于，包括权利要求1～6任一所述的换热器。

8.根据权利要求7所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备为空调器或热泵热水器。