CN108827027B - 管式换热器及降膜式蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管式换热器，包括支撑结构和换热管组。换热管组包括自上而下顺次设置的顶端管束、中间管束和底端管束。中间管束包括并排设置的若干中间换热管，中间管束中设有与换热管组外缘连通的中间通道。在与中间换热管延伸方向垂直的平面内，中间通道自下而上倾斜延伸。上述管式换热器及降膜式蒸发器，流动至中间通道下游的管外换热液体与中间换热管换热蒸发形成的气体能够运动至中间通道，然后沿与换热管组外缘连通的中间通道顺利排出至排气通道。中间通道避免了气体向上窜动对换热管下管壁换热效果的影响，管外换热液体在换热管表面形成均匀的液膜，保证了管式换热器与管外换热液体之间的换热效果。

Description

管式换热器及降膜式蒸发器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，特别是涉及一种管式换热器及降膜式蒸发器。

背景技术

降膜式蒸发器的工作过程中，冷媒从顶部进入降膜式蒸发器中的分配装置，冷媒经分配装置分配均流后滴淋到换热管上，将冷量传递给用户，冷媒自身被蒸发后，进入压缩机的吸气口，进行压缩后排入冷凝器。液体状态的冷媒形成液膜覆盖在换热管表面是充分换热的必要条件。换热管在蒸发换热过程中会将液体冷媒蒸发为气态冷媒。传统降膜式蒸发器中液体冷媒蒸发后形成的气体冷媒不易排出，气态冷媒在流动过程中会对换热管上的膜状冷媒液体产生干扰，导致蒸发器的换热性能降低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的降膜式蒸发器不易排出气体冷媒从而导致换热性能降低的问题，提供一种易排出气体冷媒、换热性能良好的管式换热器及降膜式蒸发器。

一种管式换热器，包括支撑结构和换热管组，所述支撑结构支撑所述换热管组；所述换热管组包括顶端管束、中间管束和底端管束，所述顶端管束、所述中间管束和所述底端管束自上而下顺次设置；所述中间管束包括并排设置的若干中间换热管，所述中间管束中设有中间通道，所述中间通道与所述换热管组外缘的排气通道直接或间接连通；所述中间通道自下而上倾斜延伸。

在其中一个实施例中，所述中间管束中设有多条中间通道，多条所述中间通道分别自下而上倾斜延伸；多条所述中间通道之间平行或成一定夹角。

在其中一个实施例中，所述中间通道的类型包括斜杠型、V型、W型和括号型中的一种或多种的组合。

在其中一个实施例中，在与所述中间换热管延伸方向垂直的平面内，所述中间通道的宽度值与所述中间换热管外径的比值介于1-2之间。

在其中一个实施例中，所述顶端管束包括并排设置的若干前端换热管，所述底端管束包括并排设置的若干后端换热管；所述前端换热管以及所述中间换热管的数量之和与所述管式换热器内换热管总数量的比值介于0.6-0.75之间。

在其中一个实施例中，所述中间通道自下而上的两端分别为下开口和上开口，所述中间通道的所述上开口与所述换热管组外缘的排气通道直接连通。

在其中一个实施例中，所述顶端管束与所述中间管束之间间隔设置，所述顶端管束与所述中间管束之间形成第一通道；所述中间管束与所述底端管束之间间隔设置，所述中间管束与所述底端管束之间形成第三通道；所述中间通道与所述第一通道和所述第三通道中的一条或两条连通。

在其中一个实施例中，所述顶端管束和所述中间管束之间的间隔距离与所述中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间；所述中间管束和所述底端管束之间的间隔距离与所述中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间。

在其中一个实施例中，所述中间管束包括二区管束和三区管束，所述二区管束和所述三区管束自上而下顺次、间隔设置，所述二区管束和所述三区管束之间形成第二通道；所述二区管束包括并排设置的若干所述中间换热管，所述三区管束包括并排设置的若干所述中间换热管，所述二区管束内以及所述三区管束内分别设有若干条所述中间通道；所述中间通道与所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道中的一条或相邻的两条连通。

在其中一个实施例中，所述二区管束和所述三区管束之间的间隔距离与所述中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间。

一种降膜式蒸发器，包括降膜分布器、管式换热器和排气通道，所述管式换热器为上述方案任一项所述的管式换热器；所述降膜分布器沿竖直方向设置于所述顶端管束的顶部，所述降膜分布器能够分配管外换热液体均匀流经所述管式换热器的表面，所述排气通道设置于所述换热管组的外缘，所述排气通道能够回收气态冷媒。

上述管式换热器及降膜式蒸发器，在中间管束内设置自下而上倾斜延伸的中间通道，流动至中间通道下游的管外换热液体与中间换热管换热蒸发形成的气体能够运动至中间通道，然后沿与换热管组外缘连通的中间通道顺利排出至排气通道。中间通道避免了气体向上窜动对换热管下管壁换热效果的影响，管外换热液体在换热管表面形成均匀的液膜，保证了管式换热器与管外换热液体之间的换热效果。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的具有斜杠型中间通道的降膜式蒸发器结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的具有W型中间通道的降膜式蒸发器结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的具有括号型中间通道的降膜式蒸发器结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的具有V型中间通道的降膜式蒸发器结构示意图；

其中：

10-降膜式蒸发器

100-换热管组

110-顶端管束

120-中间管束

121-二区管束

122-三区管束

123-第二通道

124-中间通道

130-底端管束

150-第一通道

160-第三通道

200-支撑结构

300-降膜分布器

400-壳体

500-出液管

600-进液管

700-排气管

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的一种管式换热器及降膜式蒸发器进行进一步详细说明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。

在空调、冰箱等具有温度调节功能的电器设备中，换热组件的高效换热是保证电器设备稳定、正常运行的前提。管式换热器因其简单的结构及较高的换热效率广泛应用于各种换热场合。以管式换热器在降膜式蒸发器中的应用为例，液体冷媒流经换热管的外表面，换热管在蒸发换热过程中会将液体冷媒蒸发为气态冷媒。气态冷媒在管式换热器中随意窜动会对换热管上的膜状冷媒液体产生干扰，导致蒸发器的换热性能降低。本发明提供一种能够有效排除蒸发后气态冷媒的管式换热器，应当注意的是，本发明提供的管式换热器还能够应用在其他需要换热的设备中。为便于说明，以下内容仅以管式换热器在降膜式蒸发器中的应用为例进行详细说明。

如图1-4所示，本发明一实施例提供一种管式换热器及包括管式换热器的降膜式蒸发器10，降膜式蒸发器10还包括降膜分布器300和壳体400。管式换热器安装在降膜式蒸发器10的壳体400内，且降膜分布器300安装在管式换热器的顶端，降膜分布器300能够分配液体冷媒从上至下均匀流经管式换热器的外表面，管式换热器内的换热通过换热管的管壁与液体冷媒进行热交换。管式换热器包括支撑结构200和换热管组100，支撑结构200固定安装在降膜式蒸发器10的壳体400内，换热管组100包括大量并排设置的换热管，支撑结构200支撑换热管组100中的换热管以实现换热管的固定。

进一步，换热管组100包括顶端管束110、中间管束120和底端管束130，顶端管束110、中间管束120和底端管束130沿着液体冷媒的流动方向由上而下顺次设置，即由降膜分布器300分配后的液体冷媒能够依次流经顶端管束110、中间管束120和底端管束130的外表面以保证充分换热。其中，中间管束120包括并排设置的若干中间换热管，且中间管束120中设有中间通道124，即中间管束120内中间换热管之间的距离并不完全相同，处在中间通道124两侧的中间换热管之间的距离要大于远离中间通道124处中间换热管之间的距离。中间通道124与换热管组100外缘的排气通道(图中为示出)连通，且在与中间换热管延伸方向垂直的平面内(即图1-4中所示的平面)，中间通道124自下而上倾斜延伸。倾斜延伸的中间通道124能够避免液体冷媒的短路。

上述管式换热器及降膜式蒸发器10，在中间管束120内设置自下而上倾斜延伸的中间通道124，流动至中间通道124下游的管外换热液体与中间换热管换热蒸发形成的气体能够运动至中间通道124，然后沿与换热管组100外缘连通的中间通道124顺利排出至排气通道。中间通道124避免了气体向上窜动对换热管下管壁换热效果的影响，管外换热液体在换热管表面形成均匀的液膜，保证了管式换热器与管外换热液体之间的换热效果。

可选的，中间管束120内包括一条或者多条能够有效排出气态冷媒的中间通道124。中间管束120内中间通道124的数量可根据管式换热器的内部容积及换热功率进行设计。在本发明一实施例中，如图1-4所示，中间管束120中设有多条中间通道124，在与中间管束120中换热管延伸方向垂直的平面内，多条中间通道124的延伸方向分别与管外换热液体的流动方向倾斜，意即多条中间通道124分别自下而上倾斜延伸。在保证换热功率的前提下在中间管束120内通过中间换热管的合理排布设置多条中间通道124，有利于将在中间换热管外表面蒸发形成的气态冷媒快速排出，进而保证管式换热器与液体冷媒之间的换热效果。

进一步，多条中间通道124之间平行或成一定夹角，只要能实现将气态冷媒快速排出即可，本实施例并不限制多条中间通道124之间的相对位置关系。在本发明其他的实施例中，中间管束120中设有一条中间通道124。作为可实现的方式，单条或多条中间通道124组合在一起形成斜杠型、V型、W型和括号型等，可以理解的，中间通道124是通过众多中间换热管之间的疏密排布形成的，加大中间通道124两侧中间换热管之间的间距，即可获得本实施例中的中间通道124。

在本发明一实施例中，如图1-4所示，在与中间换热管延伸方向垂直的平面内，中间通道124与自身延伸方向垂直的尺寸为中间通道124的宽度，中间通道124的宽度值与中间换热管外径的比值介于1-2之间。中间通道124的宽度值与中间换热管外径的比值能够同时保证管式换热器的换热效率及气态冷媒的快速排出。进一步，中间通道124的宽度值与中间换热管外径的比值为1.2。

在本发明一实施例中，中间通道124自下而上的两端分别为下开口和上开口，中间通道124的上开口与换热管组外缘的排气通道直接连通。如图2中最左边和最右边中间通道124的上开口直接贯通换热管组100的边缘，由图2中最左边和最右边中间通道124排出的气态冷媒能够通过上开口直接进入排气通道中排走。

在本发明一实施例中，如图1-4所示，顶端管束110与中间管束120之间沿液体冷媒的流动方向由上而下间隔设置，顶端管束110与中间管束120之间形成第一通道150。中间管束120与底端管束130之间间隔设置，中间管束120与底端管束130之间形成第三通道160。第一通道150下方的气态冷媒运动至第一通道150后能够沿第一通道150排出至换热管组100的外部，第三通道160下方的气态冷媒运动至第三通道160后能够沿第一通道150排出至换热管组100的外部。第一通道150和第三通道160能够有效排出气态冷媒，保证了液体冷媒与换热管组100之间的高效换热。进一步，中间通道124与第一通道150和第三通道160中的一条或两条连通。进入中间通道124中的气态冷媒能够沿第一通道150或者第三通道160快速排出至换热管组100的外部，如图1-4中箭头所示。

在本发明一实施例中，顶端管束110和中间管束120之间的间隔距离与中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间，意即第一通道150的宽度值与中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间。且中间管束120和底端管束130之间的间隔距离与中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间，意即第三通道160的宽度值与中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间。上述比值能够同时保证管式换热器的换热效率及气态冷媒的快速排出。在一个具体的实施例中，顶端管束110和中间管束120之间的间隔距离与中间换热管外径的比值为0.6，且中间管束120和底端管束130之间的间隔距离与中间换热管外径的比值为0.6。

可选的，中间管束120沿液体冷媒的流动方向由上而下为一体式或者分体式。在本发明一实施例中，如图1-4所示，中间管束120包括二区管束121和三区管束122，二区管束121和三区管束122沿管外换热液体的流动方向顺次、间隔设置，二区管束121和三区管束122之间形成第二通道123。第二通道123下方的气态冷媒运动至第二通道123后能够沿第二通道123排出至换热管组100的外部。二区管束121包括并排设置的若干中间换热管，三区管束122包括并排设置的若干中间换热管，二区管束121内以及三区管束122内分别设有若干条上述中间通道124。中间通道124与第一通道150、第二通道123和第三通道160中的一条或相邻的两条连通。进入中间通道124中的气态冷媒能够沿第一通道150或者第二通道123快速排出至换热管组100的外部，如图1-4中箭头所示。

在本发明一实施例中，如图3所示，二区管束121和三区管束122之间的间隔距离与中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间，意即第二通道123的宽度值与中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间。上述比值能够同时保证管式换热器的换热效率及气态冷媒的快速排出。在一个具体的实施例中，二区管束121和三区管束122之间的间隔距离与中间换热管外径的比值为0.6。

如图1-4所示，在本发明一实施例中，顶端管束110包括并排设置的若干前端换热管，底端管束130包括并排设置的若干后端换热管。顶端管束110以及中间管束120为降膜式蒸发器10的降膜区，底端管束130为降膜式蒸发器10的满液区，意即液体冷媒在顶端管束110外表面以及中间管束120外表面形成均匀流动的液膜，而底端管束130是浸泡在液体冷媒中。前端换热管以及中间换热管的数量之和与管式换热器内换热管总数量的比值介于0.6-0.75之间。上述比值能够同时保证管式换热器的换热效率及气态冷媒的快速排出。可选的，前端换热管、中间换热管以及后端换热管为相同或相异的换热管，在本实施例中，前端换热管、中间换热管以及后端换热管为相同的换热管。

本发明还提供一种降膜式蒸发器10，包括降膜分布器300、管式换热器和排气通道(图中未示出)，管式换热器为上述方案任一项所述的管式换热器。降膜分布器300沿液体冷媒的流动方向设置于顶端管束110的顶端，降膜分布器300能够分配管外换热液体均匀流经管式换热器的表面，排气通道设置于换热管组100的外缘，排气通道能够回收气态冷媒。作为一种可实现的方式，降膜式蒸发器10还包括壳体400、进液管600、出液管500以及排气管700。管式换热器安装在壳体400的下部，降膜分布器300安装在壳体400的上部并与管式换热器相对。进液管600安装在壳体400的顶端并与降膜分布器300连通，进液管600用于将液体冷媒引入降膜分布器300中。出液管500安装在壳体400的底端，出液管500用于回收换热后的液体冷媒。排气管700安装在壳体400的顶端，进入排气通道中的气态冷媒进入排气管700中实现气态冷媒的回收。

在上述降膜式蒸发器10中，液体冷媒经降膜式蒸发器10顶部的进液管600流入，在自身的重力下液体冷媒沿着管壁成液膜状态向下加速流动进入降膜分布器300内，降膜分布器300可由多型均液板加孔组成。为了液体冷媒均匀分布于各换热管并沿管壁流下，降膜分布器300的分配板、多孔板中孔的位置正好交错于换热管之间，均布于各换热管管壁，有效利用换热面积、增加换热量，降膜分布器300对提高传热效果起到关键作用。部分液体冷媒与换热管进行热交换后蒸发形成气态冷媒，气态冷媒通过中间通道124、第一通道150、第二通道123以及第三通道160快速排出至排气通道并最终由排气管700处排出重新进入冷媒循环管路中。流动至管式换热器底端的液体冷媒经由出液管500排出重新进入冷媒循环管路中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种管式换热器，其特征在于，包括支撑结构(200)和换热管组(100)，所述支撑结构(200)支撑所述换热管组(100)；所述换热管组(100)包括顶端管束(110)、中间管束(120)和底端管束(130)，所述顶端管束(110)、所述中间管束(120)和所述底端管束(130)自上而下顺次设置；所述中间管束(120)包括并排设置的若干中间换热管，所述中间管束(120)中设有中间通道(124)，所述中间通道(124)与所述换热管组(100)外缘的排气通道直接或间接连通；处于所述中间通道(124)两侧的所述中间换热管之间的距离大于远离所述中间通道(124)处所述中间换热管之间的距离，所述中间通道(124)自下而上倾斜延伸。

2.根据权利要求1所述的管式换热器，其特征在于，所述中间管束(120)中设有多条中间通道(124)，多条所述中间通道(124)分别自下而上倾斜延伸；多条所述中间通道(124)之间平行或成一定夹角。

3.根据权利要求2所述的管式换热器，其特征在于，所述中间通道(124)的类型包括斜杠型、V型、W型和括号型中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的管式换热器，其特征在于，在与所述中间换热管延伸方向垂直的平面内，所述中间通道(124)的宽度值与所述中间换热管外径的比值介于1-2之间。

5.根据权利要求1所述的管式换热器，其特征在于，所述顶端管束(110)包括并排设置的若干前端换热管，所述底端管束(130)包括并排设置的若干后端换热管；所述前端换热管以及所述中间换热管的数量之和与所述管式换热器内换热管总数量的比值介于0.6-0.75之间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的管式换热器，其特征在于，所述中间通道(124)自下而上的两端分别为下开口和上开口，所述中间通道(124)的所述上开口与所述换热管组(100)外缘的排气通道直接连通。

7.根据权利要求1-5任一项所述的管式换热器，其特征在于，所述顶端管束(110)与所述中间管束(120)之间间隔设置，所述顶端管束(110)与所述中间管束(120)之间形成第一通道(150)；所述中间管束(120)与所述底端管束(130)之间间隔设置，所述中间管束(120)与所述底端管束(130)之间形成第三通道(160)；所述中间通道(124)与所述第一通道(150)和所述第三通道(160)中的一条或两条连通。

8.根据权利要求7所述的管式换热器，其特征在于，所述顶端管束(110)和所述中间管束(120)之间的间隔距离与所述中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间；所述中间管束(120)和所述底端管束(130)之间的间隔距离与所述中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间。

9.根据权利要求7所述的管式换热器，其特征在于，所述中间管束(120)包括二区管束(121)和三区管束(122)，所述二区管束(121)和所述三区管束(122)自上而下顺次、间隔设置，所述二区管束(121)和所述三区管束(122)之间形成第二通道(123)；所述二区管束(121)包括并排设置的若干所述中间换热管，所述三区管束(122)包括并排设置的若干所述中间换热管，所述二区管束(121)内以及所述三区管束(122)内分别设有若干条所述中间通道(124)；所述中间通道(124)与所述第一通道(150)、所述第二通道(123)和所述第三通道(160)中的一条或相邻的两条连通。

10.根据权利要求9所述的管式换热器，其特征在于，所述二区管束(121)和所述三区管束(122)之间的间隔距离与所述中间换热管外径的比值介于0.5-0.8之间。

11.一种降膜式蒸发器，包括降膜分布器(300)、管式换热器和排气通道，其特征在于，所述管式换热器为权利要求1-10任一项所述的管式换热器；所述降膜分布器(300)沿竖直方向设置于所述顶端管束(110)的顶部，所述降膜分布器(300)能够分配管外换热液体均匀流经所述管式换热器的表面，所述排气通道设置于所述换热管组(100)的外缘，所述排气通道能够回收气态冷媒。