CN107631521A - 一种矩形干式管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矩形干式管壳式换热器，包括由管箱、U型换热管组成的管程，以及由壳体、管板以及扰流板组成的折线形壳程，管箱上设置有管程进、出口，壳体上设有壳程进、出口；其特征在于，所述壳体为矩形壳体，壳体的一端封闭，管板安装于壳体另一端面，多根U型换热管矩形排布于壳体内，U型换热管端部由管板支撑，管箱安装于管板外侧，管箱对U型换热管分流；管箱与管板间安装有矩形密封垫。

Description

一种矩形干式管壳式换热器

技术领域

本发明属于制冷（热泵）空调、低温（冷冻）机组技术领域，具体涉及一种干式管壳式换热器的新结构。

背景技术

干式蒸发器，顾名思义干式蒸发器是由毛细管、孔板、热力膨胀阀或电子膨胀阀直接控制气液两相态制冷剂进人蒸发器的管程，制冷剂液体在管内完全转变为气体，而被冷却（加热）的介质则在换热管外的壳程中流动。壳程装有扰流板，用来改变流体流向，常在干式蒸发器中用于设计壳程介质流道，既可以提高传热效果，还起到支撑管束的作用。根据介质性质和流量以及换热器大小确定扰流板的数量。

常规干式蒸发器一般采用圆形壳体（无缝钢管、直缝焊管或螺旋焊管等），故其管箱、管板、密封垫、扰流板均为圆形。

管程：圆形管箱由于供液分配腔最高点与最低点的高度差△h较大，所以腔内液柱静压差△p较大，进入腔内的气液两相态制冷剂（气态制冷剂密度低，向上分离；液态制冷剂密度高，向下分离）由于腔内存在较大的液柱静压差△p，故气液分层现象加剧，导致供液分配不均，上部换热管分配的多为气态制冷剂，分配的制冷剂比例少而换热面积大，造成了换热面积的浪费；下部换热管分配的多为液态制冷剂，分配的制冷剂比例多而换热面积小，造成换热面积的不足，制冷剂蒸发不完全，最终导致压缩机吸气带液。

壳程：圆形壳体导致扰流板上布管为圆形分布，壳体中心轴线的管排间距S中较大，载冷剂流速低，壳体边缘的管排间距S边较小，载冷剂流速高，带来三点不利影响：

1、壳体中心换热管和壳体边缘换热管由于管外载冷剂流速不同，故传热能力不一致；

2、如保证壳体中心的载冷剂流速V中，则壳体边缘的载冷剂流速V边过高，对壳体边缘的换热管造成较大冲击，产生较大的交变应力载荷，影响（缩短）壳体边缘换热管的寿命；

3、如保证壳体边缘的载冷剂流速V边，则壳体中心的载冷剂流速V中过低，造成壳体中心的水侧传热系数下降。

这是常规圆形干式管壳式换热器不能克服的固有结构缺陷。

发明内容

本发明提供一种矩形干式管壳式换热器，制冷剂侧供液分配更加均匀；壳程载冷剂流速均衡，提高了载冷剂侧传热系数。

本发明采取的技术方案为：

一种矩形干式管壳式换热器，包括由管箱、U型换热管组成的管程，以及由壳体、管板以及扰流板组成的折线形壳程，管箱上设置有管程进、出口，壳体上设有壳程进、出口；其特征在于，所述壳体为矩形壳体，壳体的一端封闭，管板安装于壳体另一端面，多根U型换热管矩形排布于壳体内，U型换热管端部由管板支撑，管箱安装于管板外侧，管箱对U型换热管分流；管箱与管板间安装有矩形密封垫。

进一步地，所述扰流板等间距设置，相邻扰流板并上下错位，形成折线通道。

进一步地，U型换热管组成的矩形管组的相邻管排的间距，以及边缘管排与对应壳体内壁的间距均相等。

采取以上技术方案后，本发明的有益效果为：

管程：矩形管箱由于供液分配腔最高点与最低点的高度差△h较小，所以腔内液柱静压差△p较小，进入腔内的气液两相态制冷剂由于腔内存在的液柱静压差△p较小，故气液分层现象减弱，达到改善供液分配不均的效果，上部换热管分配的气态制冷剂减少，液态制冷剂增多，分配的制冷剂比例升高，减少了换热面积的浪费；下部换热管分配的气态制冷剂增多，减弱了分配的液态制冷剂多而换热面积小，造成换热面积不足的现象，最终避免压缩机吸气带液。

壳程：壳体中心轴线到与其相邻的上、下管排的间距与和壳体边缘的管排与壳体内壁的间距相同，故载冷剂流速相同，带来三点有益效果：

1、壳体中心换热管和壳体边缘换热管由于管外载冷剂流速相同，故传热能力一致；

2、壳体中心换热管和壳体边缘换热管由于管外载冷剂流速相同，如保证壳体中心的载冷剂流速V中，则壳体边缘的载冷剂流速V边不会过高，不会对壳体边缘的换热管造成较大冲击，不会产生较大的交变应力载荷，不会影响（缩短）壳体边缘换热管的寿命；

3、壳体中心换热管和壳体边缘换热管由于管外载冷剂流速相同，如保证壳体边缘的载冷剂流速V边，则壳体中心的载冷剂流速V中不会过低，不会造成壳体中心的水侧传热系数下降。

本发明通过矩形管箱、矩形密封垫、矩形管板、矩形壳体和矩形扰流板的形状特性，达到减小供液分配腔最高点与最低点的高度差△h的目的，减小管程气液两相态制冷剂的液柱静压差△p，减弱气液分层现象，以使制冷剂侧供液分配更加均匀；壳程载冷剂流速均衡，避免由于壳体边缘的载冷剂流速V边过高，对壳体边缘的换热管造成较大冲击，产生较大的交变应力载荷，影响（缩短）壳体边缘换热管的寿命，避免壳体中心的载冷剂流速V中过低，造成壳体中心的水侧传热系数下降，提高了载冷剂侧传热系数。

综上所述，矩形干式管壳式换热器可以克服常规普通圆形管壳式换热器固有的结构缺陷，可以提高换热效率，延长换热器使用寿命，有较高的经济效益。

附图说明

图1为圆形蒸发器净压差示意图；

图2为圆形蒸发器载冷剂流速示意图；

图3为本技术方案的结构示意图；

图4为本技术方案的净压差示意图；

图5为本技术方案的载冷剂流速示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详述：

如图所示，一种矩形干式管壳式换热器，包括由壳体1、管板2以及扰流板3组成的折线形壳程，以及由管箱4、U型换热管5组成的管程。管箱4上设置有管程进、出口，管程进口位于管程出口的下方，采取下进上出的方式。壳体1的两端上设有壳程进、出口。

壳体1、管板2、管箱3、扰流板3均为矩形。壳体1的一端封闭，管板2安装于壳体1另一端面， U型换热管5矩形排布于壳体1内，U型换热管5穿过各扰流板3，U型换热管5端部由管板2支撑，管箱4安装于管板2外侧，管箱4对U型换热管的两端口分流；管箱3与管板2间安装有矩形密封垫6。管箱4与管板2的安装均采取矩形法兰的连接方式。

多根的U型换热管5组成的矩形管组，U型换热管组上、下及左、右均为多排，上下及左右相邻管排的间距，以及边缘管排与对应壳体内壁的间距均相等，便于壳程内的载冷剂的均匀流通和换热。

为了提高换热效果，壳程设置多块扰流板3，扰流板3等间距设置，相邻扰流板并上下错位，形成折线通道。扰流板3的固定可以采取焊接于壳体1内壁的方式。

管程气液两相态制冷剂由于液柱静压差小，制冷剂侧供液分配更加均匀；壳程载冷剂流速均衡，提高了载冷剂侧传热系数。

矩形干式管壳式换热器可安装在制冷（热泵）空调、低温（冷冻）机组上。

Claims (3)

1.一种矩形干式管壳式换热器，其特征在于，包括由管箱、U型换热管组成的管程，以及由壳体、管板以及扰流板组成的折线形壳程，管箱上设置有管程进、出口，壳体上设有壳程进、出口；其特征在于，所述壳体为矩形壳体，壳体的一端封闭，管板安装于壳体另一端面，多根U型换热管矩形排布于壳体内，U型换热管端部由管板支撑，管箱安装于管板外侧，管箱对U型换热管分流；管箱与管板间安装有矩形密封垫。

2.根据权利要求1所述的一种矩形干式管壳式换热器，其特征在于，所述扰流板等间距设置，相邻扰流板并上下错位，形成折线通道。

3.根据权利要求1所述的一种矩形干式管壳式换热器，其特征在于，U型换热管组成的矩形管组的相邻管排的间距，以及边缘管排与对应壳体内壁的间距均相等。