CN106196755B - 壳管式冷凝器和空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种壳管式冷凝器和空调系统，壳管式冷凝器包括壳体，其上设置有用于连通压缩机排气口的冷凝进气口，用于连通节流元件进液口的冷凝出液口，用于连通蒸发器出气口的回热进气口和用于连通压缩机吸气口的回热出气口；第一管板和第二管板，分别设置于壳体轴向两端；第一管箱和第二管箱，分别设置在第一管板和第二管板外侧，第一管箱或第二管箱上设置有冷却水进口和冷却水出口；换热管束，设置于壳体内，两端分别连通第一管箱和第二管箱，且固定于第一管板和第二管板；回热管束，设置于壳体内，两端分别连通回热进气口和回热出气口。本发明利用壳体内的制冷剂对蒸发器排气进行回热，同时实现了冷凝器内制冷剂的过冷。

Description

壳管式冷凝器和空调系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别是涉及一种壳管式冷凝器和空调系统。

背景技术

在蒸气压缩制冷循环系统中，通常应使压缩机的吸气温度大于蒸发器的蒸发温度，即使吸气具有一定的过热度，使制冷剂节流前温度(过冷温度)低于冷凝器的冷凝温度，即制冷剂节流前具有一定的过冷度。如果过热度或过冷度不够，将会给制冷系统带来较多问题，如压缩机吸气带液、制冷量降低、膨胀阀误动作等等。

大型空调机组中的蒸发器后通常设置有气液分离器，以避免压缩机吸气带液，在冷凝器后设置过冷器，以提升制冷量，但会使机组成本上升，还会使机组的管路非常复杂。

发明内容

本发明的一个目的是要克服现有技术存在的至少一个缺陷，提供一种结构简单实用、应用于空调系统时无需再设置过冷器和气液分离器的壳管式冷凝器。

本发明的另一个目的是要提供一种应用了上述壳管式冷凝器的空调系统。

一方面，本发明提供了一种壳管式冷凝器，其包括：

壳体，其上设置有用于连通压缩机排气口的冷凝进气口，用于连通节流元件进液口的冷凝出液口，用于连通蒸发器出气口的回热进气口以及用于连通压缩机吸气口的回热出气口；

第一管板和第二管板，分别设置于壳体的轴向两端；

第一管箱和第二管箱，分别设置在第一管板和第二管板的外侧，第一管箱或第二管箱上设置有冷却水进口和冷却水出口；

换热管束，设置于壳体内，两端分别连通第一管箱和第二管箱，且固定于第一管板和第二管板；

回热管束，设置于壳体内，两端分别连通回热进气口和回热出气口。

可选地，壳体内设置有沿其轴向方向延伸的至少一块导流板，以将壳体内部分隔为相连通的多个壳程空间。

可选地，至少一块导流板包括上导流板、过冷板和从过冷板的下壁向下延伸至壳体内壁的隔板，多个壳程空间包括位于上导流板上方的上冷凝区，位于上导流板与过冷板之间的下冷凝区，位于过冷板下方且被隔板隔开的第一过冷区和第二过冷区，上冷凝区和下冷凝区在靠近第二管板处连通，下冷凝区和第一过冷区在靠近第一管板处连通，第一过冷区和第二过冷区在靠近第一管板处连通；冷凝进气口和冷凝出液口均设置在壳体的靠近第一管板处，冷凝进气口连通上冷凝区，冷凝出液口连通第二过冷区。

可选地，换热管束包括位于第一过冷区内的第一管束，分别位于下冷凝区下部和上部的第二管束和第三管束，分别位于上冷凝区下部和上部的第四管束和第五管束；第一管箱具有相隔离的下腔、中腔和上腔，第一管束和第二管束连通下腔，第三管束和第四管束连通中腔，第五管束连通上腔；冷却水进口和冷却水出口分别连通下腔和上腔；第二管箱具有相隔离的上室和下室，第一管束、第二管束和第三管束连通下室，第四管束和第五管束连通上室。

可选地，回热管束位于第二过冷区内。

可选地，上导流板上开设有多个连通上冷凝区和下冷凝区的流通孔。

可选地，壳体的内壁固定有开设了多个通孔的蒸气分配板，其面对冷凝进气口设置，且与壳体内壁限定出制冷剂分配腔。

可选地，蒸气分配板的两侧连接壳体的内壁，且从连接于第一管板的一端先沿壳体的轴向远离第一管板延伸，再倾斜向上延伸至壳体的内壁，以与壳体的内壁共同限定出制冷剂分配腔。

可选地，制冷剂分配腔内设置有开设了多个通孔的防冲板，其面对冷凝进气口设置，且与壳体内壁限定出缓冲腔。

另一方面，本发明还提供了一种空调系统，其包括压缩机、蒸发器、节流元件和以上任意一项所述的壳管式冷凝器，冷凝进气口连通压缩机的排气口，冷凝出液口连通节流元件的进液口，回热进气口连通蒸发器的出气口，回热出气口连通压缩机的吸气口。

本发明的壳管式冷凝器和空调系统，回热管束利用壳体内的液态节流前的制冷剂对蒸发器的排气进行回热，同时还实现了液态制冷剂的过冷，结构简单实用，制作方便，节约机组空间。空调系统无需再设置过冷器和气液分离器。

进一步地，本发明的壳管式冷凝器中，制冷剂与冷却水采用逆流换热形式，加大了换热温差，使壳管式冷凝器更加紧凑、高效。

进一步地，本发明的壳管式冷凝器中，导流板上设置的流通孔可增加制冷剂在上冷凝区与下冷凝区之间的流动时的扰动，以增加制冷剂的湍流程度，降低换热管束各管壁的膜状凝结层的厚度，提升换热效率。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明一个实施例的壳管式冷凝器的示意性立体剖视图；

图2是图1的壳管式冷凝器的右部结构的局部放大图；

图3是本发明一个实施例的壳管式冷凝器的平面剖视图；

图4是图3所示壳管式冷凝器的A-A剖视图；

图5是本发明一个实施例的空调系统的制冷循环示意图。

具体实施方式

图1是本发明一个实施例的壳管式冷凝器的示意性立体剖视图；图2是图1的壳管式冷凝器的右部结构的局部放大图；图3是本发明一个实施例的壳管式冷凝器的平面剖视图；图4是图3所示壳管式冷凝器的A-A剖视图。如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种壳管式冷凝器，其用于蒸气压缩制冷循环系统。壳管式冷凝器10一般性地可包括壳体100，第一管板210和第二管板220，第一管箱310和第二管箱320以及换热管束。其中，壳体100上设置有用于连通压缩机排气口的冷凝进气口110，用于连通节流元件进液口的冷凝出液口120。如图1，壳体100可为轴线沿水平设置的圆筒形。第一管板210和第二管板220分别设置于壳体100的轴向两端，第一管箱310和第二管箱320分别设置在第一管板210和第二管板220的外侧，以分别与第一管板210和第二管板220限定出冷却水的容纳空间。换热管束(包括多根换热管)设置于壳体100内(包括多根换热管)，两端分别连通第一管箱310和第二管箱320，且固定于第一管板210和第二管板220(第一管板210和第二管板220上开设有用于固定换热管的固定孔)。第一管箱310或第二管箱320上设置有冷却水进口311和冷却水出口312。在图1所示的实施例中，冷却水进口311和冷却水出口312设置在第一管箱310上，冷却水从冷却水进口311进入第一管箱310后，在换热管束内的经多个管程的流动，在此期间与壳体100内的制冷剂进行换热后，再从冷却水出口312流出。

为使制冷剂在壳管式冷凝器10内得到充分过冷，在本发明实施例特别将蒸发器30排出的气态冷媒引入壳管式冷凝器10内(制冷循环图参考图5)。具体地，使壳体100上设置有用于连通蒸发器30的出气口的回热进气口810以及用于连通压缩机20的吸气口的回热出气口820。壳体100内部设置有回热管束660(包括至少一根回热管)。回热管束660设置于壳体100内，两端分别连通回热进气口810和回热出气口820。壳体100内的制冷剂经冷凝过程后，通过回热管束660的外壁，对回热管束660内的，从蒸发器30流出的气态制冷剂(温度较低)进行放热，使气态冷媒过热后再流向压缩机20，避免了压缩机吸气带液和压缩机20吸气有害过热的产生。壳体100内的制冷剂放热后，达到过冷的目的，也提升了制冷系统的制冷量。

本领域技术人员应该理解，回热管束660应靠近冷凝出液口120设置，以便与之换热的制冷剂已经完成了冷凝过程。

如图2所示，第一管板210的内侧固定有管板830，用于固定回热管束660。回热出气口820形成于管板830上。

本发明实施例的壳管式冷凝器10优选用于采用R134a制冷剂的空调系统中。经理论计算，采用该制冷剂的空调系统在以上述方式制冷运行时，相比常规的制冷循环，制冷效率会得到一定程度的提升。

在本发明一些实施例中，壳体100内设置有其轴向方向延伸的至少一块导流板，以将壳体100内部分隔为相连通的多个壳程空间，提升制冷剂与冷却水之间的换热效果。

例如图1至图4，上述的导流板包括上导流板410、过冷板420和从过冷板420的下壁向下延伸至壳体100内壁的隔板430。上导流板410和过冷板420可相互平行且均沿水平方向设置，隔板430与过冷板420相交设置(如图4)。前述的多个壳程空间包括位于上导流板410上方的上冷凝区101，位于上导流板410与过冷板420之间的下冷凝区102，位于过冷板420下方的且被隔板430隔开的第一过冷区103和第二过冷区104，上冷凝区101和下冷凝区102在靠近第二管板220处连通，下冷凝区102和第一过冷区103在靠近第一管板210处连通，第一过冷区103和第二过冷区104在靠近第二管板220处连通；冷凝进气口110和冷凝出液口120均设置在壳体100的靠近第一管板210处，冷凝进气口110连通上冷凝区101，冷凝出液口120连通第二过冷区104。

具体地，如图1所示，可使上导流板410和隔板430的右端连接在第一管板210上，左端与第二管板220间隔设置。过冷板420的左端连接在第二管板220上，右端与第一管板210间隔设置。

如图3，换热管束可分为多组管束，以使冷冻水经多个管程，从而与壳体100内的制冷剂充分换热。为清晰起见，图3中已经将各个管束的换热管隐藏，仅以空心箭头代替表示，其中箭头方向表示水流方向。各个管束的具体布置位置可参考图4。

具体地，换热管束包括位于第一过冷区103内的第一管束610，分别位于下冷凝区102下部和上部的第二管束620和第三管束630，分别位于上冷凝区101下部和上部的第四管束640和第五管束650。

另外，第一管箱310具有相隔离的下腔301、中腔302和上腔303，第一管束610和第二管束620连通下腔301，第三管束630和第四管束640连通中腔302，第五管束650连通上腔303；冷却水进口311和冷却水出口312分别连通下腔301和上腔303；第二管箱320具有相隔离的上室305和下室304，第一管束610、第二管束620和第三管束630连通下室304，第四管束640和第五管束650连通上室305。回热管束660位于第二过冷区104内。

如此一来，冷却水的流通路径为(在图3中以空心箭头示意)：从冷却水进口311流入后，将依次流过第一管箱310的下腔301、第一管束610和第二管束620、第二管箱320的下室304、第三管束630、第一管箱310的中腔302、第四管束640、第二管箱320的上室305、第五管束650、第一管箱310的上腔303、冷却水出口312。

制冷剂在壳体100内的流通路径为(在图1、2、3中以实心箭头示意)：从冷凝进气口110流入后上冷凝区101，在上冷凝区101内向左流动后，向下进入下冷凝区102，在下冷凝区102内向右流动后，向下进入第一过冷区103，在第一过冷区103向右流动后，向下进入第二过冷区104，与回热管束660换热，借助从蒸发器30流出的温度相对较低的制冷剂进一步过冷。

如图3所示，冷却水整体流动方向是由壳体100下部流向上部，壳体100内的制冷剂整体流动方向是从壳体100上部流向下部，即形成逆流换热形式，如此可加大换热温差，使壳管式冷凝器10更加紧凑、高效。

在一些实施例中，如图1，上导流板410上开设有多个连通上冷凝区101和下冷凝区102的流通孔412。流通孔412的设置可增加制冷剂在上冷凝区101与下冷凝区102之间的流动时的扰动，以增加制冷剂的湍流程度，降低换热管束各管壁的膜状凝结层的厚度，提升换热效率。

在一些实施例中，如图2至图4，壳体100的内壁固定有开设了多个通孔的蒸气分配板710，其面对冷凝进气口110设置，且与壳体100内壁限定出制冷剂分配腔701。

具体地，蒸气分配板710的两侧连接壳体100的内壁，且从连接于第一管板210的一端先沿壳体100的轴向远离第一管板210延伸，再倾斜向上延伸至壳体100的内壁，以与壳体100的内壁共同限定出制冷剂分配腔701。制冷剂进入冷凝进气口110，经制冷剂分配腔701的缓冲和分配，可均匀地流入壳体100内。

另外，制冷剂分配腔701内可设置有一个防冲板720，其上开设了多个通孔。防冲板720面对冷凝进气口110设置，且与壳体100内壁限定出缓冲腔702，可进一步对从冷凝进气口110进入的气态制冷剂进行缓冲。

图5是本发明一个实施例的空调系统的制冷循环示意图。如图5所示，本发明另一方面提供了一种空调系统，其包括压缩机20、蒸发器30、节流元件40和以上任一实施例所述的壳管式冷凝器10，各部件通过管路相连。其中，冷凝进气口110连通压缩机20的排气口，冷凝出液口120连通节流元件40的进液口，回热进气口810连通蒸发器30的出气口，回热出气口820连通压缩机20的吸气口。

由图5可知，本发明实施例的空调系统在制冷运行时，制冷剂经蒸发器30蒸发后，进入壳管式冷凝器10的回热管束660进行吸热，一方面增加自身过热度，另一方面还增加了壳管式冷凝器100内的制冷剂的过冷度。

空调系统以水为载冷剂，即采用冷却水对壳管式冷凝器10的制冷剂进行冷却，使其冷凝。蒸发器30将冷量传递给冷冻水，再经冷冻水对环境制冷。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (7)

1.一种壳管式冷凝器，包括：

壳体，其上设置有用于连通压缩机排气口的冷凝进气口，用于连通节流元件进液口的冷凝出液口，用于连通蒸发器出气口的回热进气口以及用于连通压缩机吸气口的回热出气口；

第一管板和第二管板，分别设置于所述壳体的轴向两端；

第一管箱和第二管箱，分别设置在所述第一管板和所述第二管板的外侧，所述第一管箱或所述第二管箱上设置有冷却水进口和冷却水出口；

换热管束，设置于所述壳体内，两端分别连通所述第一管箱和所述第二管箱，且固定于所述第一管板和所述第二管板；

回热管束，设置于所述壳体内，两端分别连通所述回热进气口和所述回热出气口；

沿所述壳体的轴向方向延伸的上导流板、过冷板和从所述过冷板的下壁向下延伸至所述壳体内壁的隔板，用于将所述壳体内部分为四个壳程空间，分别为位于所述上导流板上方的上冷凝区，位于所述上导流板与所述过冷板之间的下冷凝区，位于所述过冷板下方且被所述隔板隔开的第一过冷区和第二过冷区，所述上导流板上开设有多个连通所述上冷凝区和所述下冷凝区的流通孔；

所述上冷凝区和所述下冷凝区在靠近所述第二管板处连通，所述下冷凝区和所述第一过冷区在靠近所述第一管板处连通，所述第一过冷区和所述第二过冷区在靠近所述第二管板处连通；

所述冷凝进气口和所述冷凝出液口均设置在所述壳体的靠近所述第一管板处，所述冷凝进气口连通所述上冷凝区，所述冷凝出液口连通所述第二过冷区。

2.根据权利要求1所述的壳管式冷凝器，其中

所述换热管束包括位于所述第一过冷区内的第一管束，分别位于所述下冷凝区下部和上部的第二管束和第三管束，以及分别位于所述上冷凝区下部和上部的第四管束和第五管束；

所述第一管箱具有相隔离的下腔、中腔和上腔，所述第一管束和所述第二管束连通所述下腔，所述第三管束和所述第四管束连通所述中腔，所述第五管束连通所述上腔；

所述冷却水进口和冷却水出口分别连通所述下腔和所述上腔；

所述第二管箱具有相隔离的上室和下室，所述第一管束、所述第二管束和所述第三管束连通所述下室，所述第四管束和所述第五管束连通所述上室。

3.根据权利要求1所述的壳管式冷凝器，其中

所述回热管束位于所述第二过冷区内。

4.根据权利要求1所述的壳管式冷凝器，其中

所述壳体的内壁固定有开设了多个通孔的蒸气分配板，其面对所述冷凝进气口设置，且与所述壳体内壁限定出制冷剂分配腔。

5.根据权利要求4所述的壳管式冷凝器，其中

所述蒸气分配板的两侧连接所述壳体的内壁，且从连接于所述第一管板的一端先沿所述壳体的轴向远离所述第一管板延伸，再倾斜向上延伸至所述壳体的内壁，以与所述壳体的内壁共同限定出所述制冷剂分配腔。

6.根据权利要求4所述的壳管式冷凝器，其中

所述制冷剂分配腔内设置有开设了多个通孔的防冲板，其面对所述冷凝进气口设置，且与所述壳体内壁限定出缓冲腔。

7.一种空调系统，包括：

压缩机、蒸发器、节流元件和根据利要求1至6中任意一项所述的壳管式冷凝器，所述冷凝进气口连通所述压缩机的排气口，所述冷凝出液口连通所述节流元件的进液口，所述回热进气口连通所述蒸发器的出气口，所述回热出气口连通所述压缩机的吸气口。