CN105910346A - 一种壳管式冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气源热泵装置用壳管式冷凝器，其是由复数个串联的冷凝器单元构成，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；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。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，从而获得足够长的换热路径，从而提高热交换的效率。

Description

一种壳管式冷凝器

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壳管式冷凝器。

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。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，提供一种管壳式冷凝器。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：该壳管式冷凝器是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；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，于管形壳体的前后端面之间设置位于柱形壳体内的复数个进水管和出水管，于管形壳体前后端面还固定有前盖体和后盖体。

进一步而言，上述技术方案中，所述的进水口、出水口设置于前盖体上，并分别与进水管和出水管连通；所述的冷媒进口和冷媒出口分别设置于柱形壳体的上方和下方，并且冷媒进口靠近后盖体，冷媒出口靠近前盖体。

进一步而言，上述技术方案中，所述进水管和出水管分别位于管形壳体内的上下两个区域中；其中进水管位于管形壳体内的下方区域，出水管位于管形壳体内的上方区域。

进一步而言，上述技术方案中，所述的前盖体内部形成有隔板，通过隔板将进水口和出水口隔离；所述的后盖体与管形壳体后端面之间形成有一个空腔，所述的进水管与出水管通过该空腔连通。

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，该壳管式冷凝器至少包括两个串联的冷凝器组件。

进一步而言，上述技术方案中，所述的冷凝器组件中每个冷凝器单元上下叠加固定，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，所述的复数个冷凝器单元安装在一个柜体中。

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，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壳管式结构，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。

3、本发明中的进水管、出水管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。

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。

5、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是本发明中内部结构立体图；

图2是本发明中冷凝器单元的立体图；

图3是本发明的冷凝器单元中管形壳体的立体图。

图4是本发明中冷凝器单元的结构示意图；

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1-4所示，本发明为一种壳管式冷凝器，该壳管式冷凝器由复数个串联的冷凝器单元1构成，

参见图2-4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。冷凝器单元的具体结构如下：所述的冷凝器单元1包括：管形壳体101，于管形壳体101的前后端面之间设置位于柱形壳体101内的复数个进水管102和出水管103，于管形壳体101前后端面还固定有前盖体104和后盖体105。

所述的进水口11、出水口12设置于前盖体104上，并分别与进水管102和出水管103连通；所述的冷媒进口13和冷媒出口14分别设置于柱形壳体101的上方和下方，并且冷媒进口13靠近后盖体105，冷媒出口14靠近前盖体104。

所述进水管102和出水管103分别位于管形壳体101内的上下两个区域中；其中进水管102位于管形壳体101内的下方区域，出水管103位于管形壳体101内的上方区域。

所述的前盖体104内部形成有隔板1041，通过隔板1041将进水口11和出水口12隔离；所述的后盖体105与管形壳体101后端面之间形成有一个空腔1051，所述的进水管102与出水管103通过该空腔1051连通。

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，然后通过前盖体104内被隔板1041隔离的腔体进入进水管102；接着，进水管102中的水经过空腔1051后进入出水管103，最后由出水口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，由于冷媒进口13和冷媒出口14分别设置于柱形壳体101的上方和下方，并且冷媒进口13靠近后盖体105，冷媒出口14靠近前盖体104。所以冷媒的流经过程是从上向下、从右向左流动。这种流动的过程带来的好处就是，冷媒首先对出水管103中的水进行热交换，然后再利用余热对进水管102中的水进行热交换。这样通过余热首先对进水管102中温度相对较低的水进行预热，然后水流经到出水管103中后，再直接与温度相对较高的冷媒进行热交换，既避免了热量的散失，又提高了热交换的效率，可以进一步提升由出水口12流出的水的温度。

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10，一台完整的壳管式冷凝器至少包括两个串联的冷凝器组件10。参见图2所示，本发明采用了四个冷凝器单元1构成一个冷凝器组件10。冷凝器组件10中每个冷凝器单元1上下叠加固定，其管程通道与壳程通道的连接方式为：

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采用了壳管式结构，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 (8)

1.一种壳管式冷凝器，其特征在于：该壳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；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所述的一种壳管式冷凝器，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)的前后端面之间设置位于柱形壳体(101)内的复数个进水管(102)和出水管(103)，于管形壳体(101)前后端面还固定有前盖体(104)和后盖体(105)。

3.根据权利要求2所述的一种壳管式冷凝器，其特征在于：所述的进水口(11)、出水口(12)设置于前盖体(104)上，并分别与进水管(102)和出水管(103)连通；所述的冷媒进口(13)和冷媒出口(14)分别设置于柱形壳体(101)的上方和下方，并且冷媒进口(13)靠近后盖体(105)，冷媒出口(14) 靠近前盖体(104)。

4.根据权利要求3所述的一种壳管式冷凝器，其特征在于：所述进水管(102)和出水管(103)分别位于管形壳体(101)内的上下两个区域中；其中进水管(102)位于管形壳体(101)内的下方区域，出水管(103)位于管形壳体(101)内的上方区域。

5.根据权利要求4所述的一种壳管式冷凝器，其特征在于：所述的前盖体(104)内部形成有隔板(1041)，通过隔板(1041)将进水口(11)和出水口(12)隔离；所述的后盖体(105)与管形壳体(101)后端面之间形成有一个空腔(1051)，所述的进水管(102)与出水管(103)通过该空腔(1051)连通。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种壳管式冷凝器，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)，该壳管式冷凝器至少包括两个串联的冷凝器组件(10)。

7.根据权利要求6所述的一种壳管式冷凝器，其特征在于：所述的冷凝器组件(10)中每个冷凝器单元(1)上下叠加固定，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。

8.根据权利要求6所述的一种壳管式冷凝器，其特征在于：所述的复数个冷凝器单元(1)安装在一个柜体中。