CN105758069A - 一种套管式冷凝器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气源热泵装置用套管式冷凝器，该套管式冷凝器由复数个串联的冷凝器单元构成，该冷凝器单元具有进水口、出水口、冷媒进口和冷媒出口，于每个冷凝器单元内形成有相互隔离的管程通道和壳程通道，管程通道至少由两根并联、并盘绕的水管构成；所述的壳程通道与冷媒进口和冷媒出口连通。本发明的冷凝器是有若干个冷凝器单元构成，这些冷凝器单元通过阵列分布，这样可以在有限的空间内安装足够的冷凝器单元，从而获得足够长的换热路径，从而提高热交换的效率。同时，冷凝器单元采用了并联的套管式结构，以在管形壳体有限的空间内尽量的延长管程通道的长度，获得更长的热交换路程。同时可以提升水的流量。
Description
技术领域：
本发明涉及热泵产品技术领域，特指一种空气源热泵装置用套管式冷凝器。
背景技术：
热泵系统的工作原理与制冷系统的工作原理是一致的。制冷系统(压缩式制冷)一般由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态冷媒(例如氟利昂)，首先在蒸发器(例如空调室内机)里从高温热源(例如常温空气)吸热并气化成低压蒸气。然后冷媒气体在压缩机内压缩成高温高压的蒸气，该高温高压气体在冷凝器内被低温热源(例如冷却水)冷却凝结成高压液体。再经节流元件(毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等)节流成低温低压液态冷媒。如此就完成一个制冷循环。
目前制约热泵系统中一个瓶颈就是如何提高冷凝器的热交换效率。受常规冷媒性能和工作压力的限制，即使降低能效比，也很难获得高于55℃的热水，因为常规热泵系统冷凝器换热原理导致出水温度很难超过系统冷媒冷凝温度，热泵高温应用的尝试大都沿用研究特殊冷媒的技术路线。
常规的制冷器具有管程和壳程两个通道，其中管程通道作为水的通道，而壳程通道作为冷媒的通道，如果要提高热交换效率，通常的做法就是尽可能的延长二者热交换的路径。但是对于一般的冷凝器而言，如果热交换的路径过长，就会导致整个冷凝器的体积庞大。同时，在延长交换路径的同时应当尽量减小管程通道(即水流经的通道)的直径，这样便于水温能够较快升温，但是这样一来就会限制水的流量。针对于此，本发明人提出了以下技术方案。
发明内容：
本发明索要解决的技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种套壳式冷凝器。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：该套管式冷凝器由复数个串联的冷凝器单元构成，该冷凝器单元具有进水口、出水口、冷媒进口和冷媒出口，于每个冷凝器单元内形成有相互隔离的管程通道和壳程通道，所述的管程通道与进水口和出水口连通，并且所述的管程通道至少由两根并联、并盘绕的水管构成；所述的壳程通道与冷媒进口和冷媒出口连通；以水流的顺序为参照，所述的复数个串联的冷凝器单元中，第一个冷凝器单元的出水口与后续冷凝器单元进水口通过管道连通，低温水由第一个冷凝器单元的进水口进入，被逐渐加热直至变成热水后由最后一个冷凝器单元的出水口流出；以水流的顺序为参照，所述的复数个串联的冷凝器单元中，最后一个冷凝器的冷媒出口与前面相邻的冷凝器单元的冷媒进口连通，高温高压的冷媒由最后一个冷凝器单元的冷媒进口进入，逐渐放热后，最后由第一个冷凝器单元的冷媒出口流出。
进一步而言，上述技术方案中，所述的冷凝器单元包括：管形壳体，于管形壳体内至少设置有两根并联、并盘绕的水管；所有水管的进口均与一进水管接头连接，该进水管接头形成有所述的进水口；所有水管的出口均与一出水管接头连接，该进水管接头形成有所述的出水口。
进一步而言，上述技术方案中，所述的水管依照管形壳体的直径形成盘绕的区域，并且至少两根水管的盘绕区域相互交错、叠加。
进一步而言，上述技术方案中，所述的水管中不同的水管盘绕区域形成的交错叠加的而结构包括：沿管形壳体的轴向方向，不同水管的盘绕区域位整体位于不同的位置，则实现在轴向方向的错位；或者，不同水管的盘绕区域位整体位于相同或邻近的位置，则不同水管的盘绕区域在轴向方向上实现相互叠加交错。
进一步而言，上述技术方案中，所述的管形壳体的前后端面固定有前盖体和后盖体，所述的进水口、出水口、冷媒进口和冷媒出口设置于前盖体上。
进一步而言，上述技术方案中，所述的冷媒进口通过一冷媒进管与管形壳体内部腔体连通；所述的冷媒出口通过一冷媒出管与管形壳体内部腔体连通；即，所述的冷媒进口通过管形壳体的内部腔体与冷媒出口连通。
进一步而言，上述技术方案中，所述的冷媒出管延伸进管形壳体的内部腔体，并且该冷媒出管伸入到盘旋区域中；该冷媒出管主体呈扁平状，并且沿冷媒出管主体的下表面上开设多个通孔。
进一步而言，上述技术方案中，至少两个冷凝器单元被设置为一个冷凝器组件，该套管式冷凝器至少包括两个串联的冷凝器组件；所述的冷凝器组件上下叠加，并且两相邻两冷凝器组件中的出水口与进水口之间通过第一连接管道连通、冷媒进口与冷媒出口通过第二连接管道连通。
进一步而言，上述技术方案中，所述的冷凝器组件中至少有一个冷凝器组件中设置有一个引管，该引管与该冷凝器组件中任意一个冷凝器单元的进冷媒进口连通。
进一步而言，上述技术方案中，所述的复数个冷凝器组件叠加后安装在一个柜体中。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
1、本发明的冷凝器是有若干个冷凝器单元构成，这些冷凝器单元通过阵列分布，这样可以在有限的空间内安装足够的冷凝器单元，从而获得足够长的换热路径，从而提高热交换的效率。
2、本发明所述的冷凝器单元采用了套管式结构，构成管程通道的水管设计成盘绕结构，并且采用了至少两根水管，同时这些水管的盘绕区域相互交错、叠加。采用这种结构可以在管形壳体有限的空间内尽量的延长管程通道的长度，从而获得更长的热交换路程。同时管程通道由多根水管并联设计，不仅可以有效提升每根水管内水的升温速度，并且可以提升水的流量。
3、为了防止冷媒放热不足，本发明在在中间位置的冷凝器单元上增加了引管，通过引管可以向本发明的壳程通道补充冷媒，从而防止冷媒降温过快导致对水的加热不足。
4、本发明采用单元化的模块方式，解决了单根管道过长难以加工的问题。
55常规热泵冷凝器的换热原理使冷凝器出水温度低于冷凝温度，即一般不超过55℃。本发明可以使冷媒在冷凝器内缓慢降温且缓慢相变，也就是说，其可使其冷凝时间变长，水的预热加热时间变长，充分利用冷媒高压端过热蒸汽对水温进行提升，使出水温度远远高于冷凝温度，出水温度可高达80℃至100℃。
附图说明：
图1是本发明的立图；
图2是本发明的内部结构立体图；
图3是本发明中冷凝器组件的立体图；
图4是本发明中冷凝器单元中管形壳体内部的立体结构图；
图5是图4的立体分解图；
图6是本发明中冷媒出管另一视角的立体图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
见图1-6所示，本发明为一种套管式冷凝器，该套管式冷凝器由复数个串联的冷凝器单元1构成，并且这些冷凝器单元1通过阵列的方式整齐的安装在柜体100内。
参见图2-5所示，所述的冷凝器单元1具有进水口11、出水口12、冷媒进口13和冷媒出口14，于每个冷凝器单元1内形成有相互隔离的管程通道和壳程通道，所述的管程通道与进水口11和出水口12连通；所述的壳程通道与冷媒进口13和冷媒出口14连通。
所述的冷凝器单元1包括：管形壳体101，于管形壳体101内至少设置有两根并联、并盘绕的水管。所述的管形壳体101的前后端面固定有前盖体104和后盖体105，所述的进水口11、出水口12、冷媒进口13和冷媒出口14设置于前盖体104上。
本实施例中供设置有四根水管21、22、23、24。所有水管21、22、23、24的进口均与一进水管接头31连接，该进水管接头31形成有所述的进水口11；所有水管21、22、23、24的出口均与一出水管接头32连接，该进水管接头31形成有所述的出水口12。
所述的水管21、22、23、24依照管形壳体101的直径形成盘绕的区域，并且至少两根水管的盘绕区域相互交错、叠加。所述的水管21、22、23、24中不同的水管盘绕区域形成的交错叠加的而结构包括：沿管形壳体101的轴向方向，不同水管的盘绕区域位整体位于不同的位置，则实现在轴向方向的错位，例如水管21与水管23的盘绕区域位于不同的位置，在叠加时，水管23的盘绕区域就位于靠前的位置，而水管21盘绕的区域就位于靠后的区域，从而实现在管形壳体101内的交错。对于不同水管的盘绕区域位整体位于相同或邻近的位置，则不同水管的盘绕区域在轴向方向上实现相互叠加交错，例如水管21和水管22的盘绕区域均位于管形壳体101靠后的区域，所以水管21和水管22的盘绕区域就相互的交错、叠加。
所述的冷媒进口13通过一冷媒进管41与管形壳体101内部腔体连通；所述的冷媒出口14通过一冷媒出管42与管形壳体101内部腔体连通；即，所述的冷媒进口13通过管形壳体101的内部腔体与冷媒出口14连通。
所述的冷媒出管42延伸进管形壳体101的内部腔体，并且该冷媒出管42伸入到盘旋区域中；该冷媒出管42主体呈扁平状，并且沿冷媒出管42主体的下表面上开设多个通孔420，参见图6所示。
工作时，管程通道是用于水的流通，其流动路径为：外部的冷水由进水口11进入冷凝器单元1中，通过进水管接头31将水冷水分别进入不同的水管21、22、23、24中，然后再通过出水管接头32由出水口12流出。壳程通道是用于冷媒的流通，其流动路径为：外部的高温高压冷媒气体由冷媒进口13进入冷凝器单元1中，然后由冷媒出口14流出。冷媒在流动的过程中，冷媒通过冷媒进管41进入管形壳体101内部腔体中；然后冷媒将水管21、22、23、24中的水进行热交换，最后再由冷媒出管42由冷媒出口流出；
参见图3所示，本发明是将多个冷凝器单元1串联构成。其中，至少两个冷凝器单元1被设置为一个冷凝器组件10，本实施例中是采用三个冷凝器单元1构成一个冷凝器组件10。一台完整的套管式冷凝器至少包括两个串联的冷凝器组件10。并且两相邻两冷凝器组件10中的出水口与进水口之间通过第一连接管道16连通、冷媒进口与冷媒出口通过第二连接管道17连通。
本发明中冷凝器单元1的连接包括管程通道的连接和壳程通道的连接，其中管程通道的连接方式为：
以水流的顺序为参照，所述的复数个串联的冷凝器单元1中，位于最下方的第一个冷凝器单元1的出水口12与后续冷凝器单元1进水口通过管道连通，低温水由第一个冷凝器单元1的进水口进入，被逐渐加热直至变成热水后由最后一个冷凝器单元的出水口12流出；
壳程通道的连接方式为：以水流的顺序为参照，所述的复数个串联的冷凝器单元1中，位于最上方的最后一个冷凝器1的冷媒出口14与前面相邻的冷凝器单元1的冷媒进口13连通，高温高压的冷媒由最后一个冷凝器单元1的冷媒进口13进入，逐渐放热后，最后由第一个冷凝器单元1的冷媒出口14流出。
另外，为了防止冷媒在工作时，放热过快而导致对下方冷凝器单元1中的水加温不足，所述的冷凝器组件10中至少有一个冷凝器组件10中设置有一个引管5，该引管5与该冷凝器组件10中任意一个冷凝器单元1的进冷媒进口连通。
所述的复数个冷凝器组件10叠加后安装在一个柜体100中。
以水流的顺序为参照，所述的四个串联的冷凝器单元1中，第一个冷凝器单元1的出水口12与后续冷凝器单元1进水口通过管道连通，低温水由第一个冷凝器单元1的进水口进入，被逐渐加热直至变成热水后由最后一个冷凝器单元的出水口12流出；
以水流的顺序为参照，所述的复数个串联的冷凝器单元1中，最后一个冷凝器1的冷媒出口14与前面相邻的冷凝器单元1的冷媒进口13连通，高温高压的冷媒由最后一个冷凝器单元1的冷媒进口13进入，逐渐放热后，最后由第一个冷凝器单元1的冷媒出口14流出。
组装完冷凝器组件10后，再将若干个冷凝器组件10连接起来，本发明采用了六组冷凝器组件10，平均分列为两排组合，以尽量减少整个冷凝器产品的体积。其中，相邻两冷凝器组件10中的出水口与进水口之间通过第一连接管道16连通、冷媒进口与冷媒出口通过第二连接管道17连通。最后，将所有的组装好的冷凝器单元1安装在一个柜体中。
使用本发明时，由于本发明是有若干个冷凝器单元10构成，这些冷凝器单元10通过整列分布，这样可以在有限的空间内安装足够的冷凝器单元10，从而获得足够长的换热路径，从而提高热交换的效率。另外，本发明所述的冷凝器单元1采用了套管式结构，并且将构成管程通道的水管设置成两个区域，即进水管区域和出水管区域，并且这两个区域相互分离，冷媒首先经过出水管区域，对其中的水进行加热，然后在经过进水管区域，利用冷媒的余热对进水管内的水进行预热，这样可提高热交换效率，降低水管中的水的散失。
本发明中的进水管102、出水管103均采用若干的较细的水管制作，这样在每根水管的横截面很小，水管中的水的会获得更大的热交换面积，从而大大提高热交换的效率，同时提升热交换的速度，令水管中的水能够在单位时间内获得足够的热量，快速提升温度。同时解决了冷凝器单位长度内水流量过大使冷凝器内冷媒迅速冷凝，而无法合理有效利用高压端冷媒过热蒸汽显热制高温热水的问题。
本发明的有点在于：本发明采用单元化的模块方式，解决了单根管道过长难以加工的问题。常规热泵冷凝器的换热原理使冷凝器出水温度低于冷凝温度，即一般不超过55℃。本发明可以使冷媒在冷凝器内缓慢降温且缓慢相变，也就是说，其可使其冷凝时间变长，水的预热加热时间变长，充分利用冷媒高压端过热蒸汽对水温进行提升，使出水温度远远高于冷凝温度，出水温度可高达80℃至100℃。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (10)
1.一种套管式冷凝器，其特征在于：该套管式冷凝器由复数个串联的冷凝器单元(1)构成，该冷凝器单元(1)具有进水口(11)、出水口(12)、冷媒进口(13)和冷媒出口(14)，于每个冷凝器单元(1)内形成有相互隔离的管程通道和壳程通道，所述的管程通道与进水口(11)和出水口(12)连通，并且所述的管程通道至少由两根并联、并盘绕的水管构成；所述的壳程通道与冷媒进口(13)和冷媒出口(14)连通；
以水流的顺序为参照，所述的复数个串联的冷凝器单元(1)中，第一个冷凝器单元(1)的出水口(12)与后续冷凝器单元(1)进水口通过管道连通，低温水由第一个冷凝器单元(1)的进水口进入，被逐渐加热直至变成热水后由最后一个冷凝器单元的出水口(12)流出；
以水流的顺序为参照，所述的复数个串联的冷凝器单元(1)中，最后一个冷凝器(1)的冷媒出口(14)与前面相邻的冷凝器单元(1)的冷媒进口(13)连通，高温高压的冷媒由最后一个冷凝器单元(1)的冷媒进口(13)进入，逐渐放热后，最后由第一个冷凝器单元(1)的冷媒出口(14)流出。
2.根据权利要求1所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的冷凝器单元(1)包括：管形壳体(101)，于管形壳体(101)内至少设置有两根并联、并盘绕的水管(21、22、23、24)；
所有水管(21、22、23、24)的进口均与一进水管接头(31)连接，该进水管接头(31)形成有所述的进水口(11)；
所有水管(21、22、23、24)的出口均与一出水管接头(32)连接，该进水管接头(31)形成有所述的出水口(12)。
3.根据权利要求2所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的水管(21、22、23、24)依照管形壳体(101)的直径形成盘绕的区域，并且至少两根水管的盘绕区域相互交错、叠加。
4.根据权利要求3所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的水管(21、22、23、24)中不同的水管盘绕区域形成的交错叠加的而结构包括：沿管形壳体(101)的轴向方向，不同水管的盘绕区域位整体位于不同的位置，则实现在轴向方向的错位；或者，不同水管的盘绕区域位整体位于相同或邻近的位置，则不同水管的盘绕区域在轴向方向上实现相互叠加交错。
5.根据权利要求2所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的管形壳体(101)的前后端面固定有前盖体(104)和后盖体(105)，所述的进水口(11)、出水口(12)、冷媒进口(13)和冷媒出口(14)设置于前盖体(104)上。
6.根据权利要求2所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的冷媒进口(13)通过一冷媒进管(41)与管形壳体(101)内部腔体连通；所述的冷媒出口(14)通过一冷媒出管(42)与管形壳体(101)内部腔体连通；即，所述的冷媒进口(13)通过管形壳体(101)的内部腔体与冷媒出口(14)连通。
7.根据权利要求6所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的冷媒出管(42)延伸进管形壳体(101)的内部腔体，并且该冷媒出管(42)伸入到盘旋区域中；该冷媒出管(42)主体呈扁平状，并且沿冷媒出管(42)主体的下表面上开设多个通孔(420)。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：至少两个冷凝器单元(1)被设置为一个冷凝器组件(10)，该套管式冷凝器至少包括两个串联的冷凝器组件(10)；所述的冷凝器组件(10)上下叠加，并且两相邻两冷凝器组件(10)中的出水口与进水口之间通过第一连接管道(16)连通、冷媒进口与冷媒出口通过第二连接管道(17)连通。
9.根据权利要求8所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的冷凝器组件(10)中至少有一个冷凝器组件(10)中设置有一个引管(5)，该引管(5)与该冷凝器组件(10)中任意一个冷凝器单元(1)的进冷媒进口连通。
10.根据权利要求8所述的一种套管式冷凝器，其特征在于：所述的复数个冷凝器组件(10)叠加后安装在一个柜体(100)中。
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