CN109405354A - 降膜式换热器及空调机组 - Google Patents

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施清清
杨旭峰
胡东兵
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Abstract

本发明涉及一种降膜式换热器及空调机组，其中降膜式换热器包括：壳体(10)；和换热管(20)，设置在所述壳体(10)内，其内流通有第一换热介质，其外流通有第二换热介质，其包括第一区段(21)和第二区段(22)，且所述第一区段(21)的换热能力与所述第二区段(22)的换热能力不同。本发明在降膜式换热器的壳体内所设置的换热管的换热能力是分区设置的，第一区段的换热能力和第二区段的换热能力不同，因此可以根据不同的换热需求合理布置换热管，以达到较好的换热效果。

Description

降膜式换热器及空调机组
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，尤其涉及一种降膜式换热器及空调机组。
背景技术
目前中央空调市场上，降膜式蒸发器在冷水机组上已得到广泛应用。与常规满液式蒸发器相比，降膜式蒸发器具有以下优势：换热器传热系数高，减少制冷剂灌注量约20％～40％；对于螺杆机组还可以提高回油效率。
根据结构差异，降膜式蒸发器又分为全降膜式蒸发器和半降膜式蒸发器，全降膜式蒸发器指的是机组运行时，底部几乎不存在液体区的降膜蒸发器；而半降膜蒸发器指的则是机组运行时，底部存在浸没过若干排换热管的液体区(即满液区)的降膜蒸发器。
工程实际中，半降膜式蒸发器因其较高的性价比，应用程度远高于全降膜式蒸发器，半降膜满液区由于处于大温差区，因此在蒸发器换热总量中占有较大比重，如何优化该区域的换热性能对降膜式蒸发器整体性能优化至关重要。
半降膜式蒸发器的上部为降膜区，制冷剂通过分布器均匀喷洒在换热管上，在换热管表面相变从而冷却换热管内流动的介质，未蒸发制冷剂流动到下排管；底部为满液区，为了避免下排换热管因制冷剂流量减少而出现大规模干斑，满液区内设有换热管，对喷洒分配过程中飞溅的制冷剂或者通过降膜区未完全蒸发的制冷剂进行换热。
在满液区内，进水端的换热管因为温差较大而换热强烈，因此满液区内的液位存在倾斜(进水口处的液位比较高)，若出气口靠近进水口，则压缩机吸气的带液风险加大。另外，满液区内通常安装的换热管在进水端换热剧烈会消耗大量能量，而换热管的后端远离进水端，温差变小，换热能力减弱，无法发挥换热管最大能力。
需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提出一种降膜式换热器及空调机组，以改善换热效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种降膜式换热器，包括：
壳体；和
换热管，设置在壳体内，其内流通有第一换热介质，其外流通有第二换热介质，其包括第一区段和第二区段，且第一区段的换热能力与第二区段的换热能力不同。
可选地，壳体设有进口，第二区段的换热能力比第一区段的换热能力强，在远离进口的方向上第一区段设置在第二区段的上游。
可选地，壳体设有出气口，第二区段的换热能力比第一区段的换热能力强，第一区段设置在出气口的正下方。
可选地，第一区段的外壁设有多个第一肋片，第一肋片的表面是光滑的；第二区段的外壁设有多个第二肋片，第二肋片的表面设有沟槽。
可选地，第一区段的外壁设有多个第一肋片，第一肋片的表面设有第一沟槽；第二区段的外壁设有多个第二肋片，第二肋片的表面设有第二沟槽，且第二沟槽的数量比第一沟槽的数量多。
可选地，第一区段的外壁设有多个第一肋片，两个第一肋片之间具有第一凹槽；第二区段的外壁设有多个第二肋片，两个第二肋片之间具有第二凹槽，第二凹槽的槽底面积小于第一凹槽的槽底面积。
可选地，第一区段的外壁设有多个第一肋片，两个第一肋片之间具有第一凹槽，第一凹槽的槽底表面是光滑的；第二区段的外壁设有多个第二肋片，两个第二肋片之间具有第二凹槽，第二凹槽的槽底表面设有第三凹槽。
可选地，第一区段的外壁是光滑的，第二区段的外壁设有沿径向向外延伸且截面面积逐渐减小的凸刺。
可选地，第一区段的长度和第二区段的长度相同或不同。
可选地，降膜式换热器还包括第三区段，第三区段的换热能力比第二区段的换热能力强，在远离进口的方向上，第三区段设置在第二区段的下游或者第一区段和第二区段之间。
可选地，壳体内设有降膜区和满液区，换热管设置在满液区。
为实现上述目的，本发明还提供了一种空调机组，包括上述的降膜式换热器。
在本发明实施例中，在降膜式换热器的壳体内所设置的换热管的换热能力是分区设置的，第一区段的换热能力和第二区段的换热能力不同，因此可以根据不同的换热需求合理布置换热管，以达到较好的换热效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明降膜式换热器一个实施例的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为本发明降膜式换热器一个实施例中第一区段的结构示意图。
图4为本发明降膜式换热器一个实施例中第二区段的结构示意图。
图5为本发明降膜式换热器一个实施例中第三区段的结构示意图。
图中：
10、壳体；20、换热管；
11、进口；12、出口；13、出气口；14、进液口；15、降膜区；16、满液区；
21、第一区段；22、第二区段；23、第三区段；
211、第一肋片；212、第一沟槽；213、第一凹槽；
221、第二肋片；222、第二沟槽；223、第二凹槽；224、第三凹槽；
231、第三肋片；232、第三沟槽；233、第四凹槽；234、第五凹槽；235、凸刺。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
参考图1所示，在本发明提供的降膜式换热器的一个实施例中，该降膜式换热器包括壳体10和换热管20，换热管20设置在壳体10内，换热管20的内部流通有第一换热介质，换热管20的外部流通有第二换热介质，换热管20包括第一区段21和第二区段22，且第一区段21的换热能力与第二区段22的换热能力不同。
在上述实施例中，在壳体10内所设置的换热管20的换热能力是分区设置的，第一区段21的换热能力和第二区段22的换热能力不同，因此可以根据不同的换热需求合理布置换热管，以达到较好的换热效果。
可选地，第一区段21和第二区段22相互独立，且第一区段21和第二区段22连接。
在其他实施例中，第一区段21和第二区段22也可以一体成型。
在一个可选的实施例中，壳体10设有进口11，第二区段22的换热能力比第一区段21的换热能力强，在远离进口11的方向上第一区段21设置在第二区段22的上游。由于在靠近进口11的位置，第一换热介质和第二换热介质的温差较大，因此换热比较剧烈，在该位置设置换热能力较弱的第一区段21，可以适当降低换热强度，减小将出气口设置在该位置时造成压缩机吸气带液的风险；而在远离进口11的位置，第一换热介质和第二换热介质的温差较小，因此换热相对缓慢，在该位置设置换热能力较强的第二区段22，可以适当提高换热强度，改善换热效果。
在另一个可选的实施例中，壳体10设有出气口13，第二区段22的换热能力比第一区段21的换热能力强，第一区段21设置在出气口13的正下方。这样设置的好处是，可以适当缓解出气口13正下方的换热强度，避免出气口13正下方的换热太过剧烈而造成压缩机吸气带液。
如图3～5所示，为了实现第一区段21和第二区段22的换热能力不同，可采取的方式有很多种，下面介绍五种具体的实施方式。每个区段上可以设置其中一种，也可以同时设置多种。
实施例1：
第一区段21的外壁设有多个第一肋片211，第一肋片211的表面是光滑的；第二区段22的外壁设有多个第二肋片221，第二肋片221的表面设有沟槽。在第二肋片221上设置沟槽，可以提高换热能力。
进一步地，两条沟槽相互平行或者相互交叉。
实施例2：
第一区段21的外壁设有多个第一肋片211，第一肋片211的表面设有第一沟槽212；第二区段22的外壁设有多个第二肋片221，第二肋片221的表面设有第二沟槽222，且第二沟槽222的数量比第一沟槽212的数量多。沟槽的数量越多，换热能力越强。
进一步地，两条第一沟槽212相互平行或者相互交叉。两条第二沟槽222相互平行或者相互交叉。
实施例3：
第一区段21的外壁设有多个第一肋片211，两个第一肋片211之间具有第一凹槽213；第二区段22的外壁设有多个第二肋片221，两个第二肋片221之间具有第二凹槽223，第二凹槽223的槽底面积小于第一凹槽213的槽底面积。凹槽的槽底面积越小，肋片的布置越密，换热效果越好。
实施例4：
第一区段21的外壁设有多个第一肋片211，两个第一肋片211之间具有第一凹槽213，第一凹槽213的槽底表面是光滑的；第二区段22的外壁设有多个第二肋片221，两个第二肋片221之间具有第二凹槽223，第二凹槽223的槽底表面设有第三凹槽224。槽底设置第三凹槽224，可以进一步增强换热能力。
第三凹槽224可以通过机械加工、化学沉降、粒子喷射等方法加工。
第三凹槽224的截面形状可以为三角形、四边形(菱形、方形)或者圆形等。
实施例5：
第一区段21的外壁是光滑的，第二区段22的外壁设有沿径向向外延伸且截面面积逐渐减小的凸刺。通过设置凸刺，可以更容易地刺破气泡，使气泡不在蒸发微腔里堆积，从而强化换热。
上述五种实施方式可以单独设置，也可以同时设置多种。
可选地，第一区段21的长度和第二区段22的长度相同，这样可以方便加工。
第一区段21的长度和第二区段22的长度也可以不同，这样可以根据实际的换热需求灵活布置。比如，第一区段21的长度和第二区段22的长度的比值可以为1:2、1:3或者2:3等。
可选地，降膜式换热器还包括第三区段23，第三区段23的换热能力比第二区段22的换热能力强，在第一换热介质的流通方向上第三区段23设置在第二区段22的下游，或者第三区段23设置在第一区段21和第二区段22之间。
可选地，降膜式换热器还可以包括第四区段、第五区段等更多区段。
如图2所示，壳体10内设有降膜区15和满液区16，换热管20设置在满液区16。
基于上述的降膜式换热器，本发明还提出一种空调机组，该空调机组包括上述的降膜式换热器。在空调机组中，降膜式换热器可以作为蒸发器，也可以作为冷凝器。
上述各个实施例中降膜式换热器所具有的积极技术效果同样适用于空调机组，这里不再赘述。
下面结合附图1～5对本发明降膜式换热器及空调机组的一个实施例的具体结构进行说明：
如图1和图2所示，该降膜式换热器为横置的降膜式蒸发器，包括壳体10，壳体10内包括降膜区15和满液区16，降膜区15内设有主换热管，满液区16内设有多个换热管20，换热管20的左端与壳体10的左侧板连接，换热管20的右端与壳体10的右侧板连接。壳体10的左侧设有进口11和出口12，进口11位于出口12下方，第一换热介质从进口11进入换热管20内，在换热管20内循环后通过出口12流出。壳体10的顶部设有出气口13和进液口14，出气口13设置在左侧且靠近进口11，进液口14设置在右侧，第二换热介质从进液口14进入降膜区15，沿降膜区15内的主换热管的管壁下降，在下降过程中进行热交换，经过热交换后，汽化的气体通过出气口13逸出，未汽化的液体继续下降到满液区16，并在满液区16继续进行热交换。
换热管20包括第一区段21、第二区段22和第三区段23，第二区段22的换热能力大于第一区段21的换热能力，第三区段23的换热能力大于第二区段22的换热能力，在远离进口11的方向上，第一区段21、第二区段22和第三区段23依次布置。
如图3所示，第一区段21上设有多个第一肋片211，每个第一肋片211上设有一条第一沟槽212，两个第一肋片211之间具有第一凹槽213。
如图4所示，第二区段22上设有多个第二肋片221，每个第二肋片221上设有一条第二沟槽222，两个第二肋片221之间具有第二凹槽223，第二凹槽223的槽底表面上设有第三凹槽224，第三凹槽224的截面形状为菱形。
如图5所示，第三区段23上设有多个第三肋片231，每个第三肋片231上设有多条第三沟槽232，两个第二肋片221之间具有第四凹槽233，第四凹槽233的槽底表面上设有第五凹槽234，第五凹槽234的截面形状为菱形，第三区段23的外壁上还设有凸刺235。
需要说明的是，为了便于操作，第一肋片211、第二肋片221和第三肋片231均是螺旋加工出来的，螺旋角为1°～5°，因此图3、图4和图5的左侧端面上的结构不是对称的。
通过对本发明降膜式换热器及空调机组的多个实施例的说明，可以看到本发明降膜式换热器及空调机组实施例至少具有以下一种或多种优点：
1、换热管的两个区段的换热能力不同，可以根据换热需求对换热管进行合理布置，改善换热效果；
2、靠近进口的位置第一换热介质和第二换热介质的温差较大，该位置设置换热能力较弱的区段，可以缓解该位置的换热强度，使换热管在长度方向上的换热更加均匀；
3、出气口的正下方设置换热能力较弱的区段，可以避免该处换热太过剧烈，降低压缩机吸气带液的风险；
4、换热管的不同区段通过设置肋片、沟槽、凹槽或凸刺的方式实现换热能力的不同。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种降膜式换热器，其特征在于，包括：
壳体(10)；和
换热管(20)，设置在所述壳体(10)内，其内流通有第一换热介质，其外流通有第二换热介质，其包括第一区段(21)和第二区段(22)，且所述第一区段(21)的换热能力与所述第二区段(22)的换热能力不同。
2.根据权利要求1所述的降膜式换热器换热结构，其特征在于，所述壳体(10)设有进口(11)，所述第二区段(22)的换热能力比所述第一区段(21)的换热能力强，在远离所述进口(11)的方向上所述第一区段(21)设置在所述第二区段(22)的上游。
3.根据权利要求1所述的降膜式换热器换热结构，其特征在于，所述壳体(10)设有出气口(13)，所述第二区段(22)的换热能力比所述第一区段(21)的换热能力强，所述第一区段(21)设置在所述出气口(13)的正下方。
4.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述第一区段(21)的外壁设有多个第一肋片(211)，所述第一肋片(211)的表面是光滑的；所述第二区段(22)的外壁设有多个第二肋片(221)，所述第二肋片(221)的表面设有沟槽。
5.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述第一区段(21)的外壁设有多个第一肋片(211)，所述第一肋片(211)的表面设有第一沟槽(212)；所述第二区段(22)的外壁设有多个第二肋片(221)，所述第二肋片(221)的表面设有第二沟槽(222)，且所述第二沟槽(222)的数量比所述第一沟槽(212)的数量多。
6.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述第一区段(21)的外壁设有多个第一肋片(211)，两个所述第一肋片(211)之间具有第一凹槽(213)；所述第二区段(22)的外壁设有多个第二肋片(221)，两个所述第二肋片(221)之间具有第二凹槽(223)，所述第二凹槽(223)的槽底面积小于所述第一凹槽(213)的槽底面积。
7.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述第一区段(21)的外壁设有多个第一肋片(211)，两个所述第一肋片(211)之间具有第一凹槽(213)，所述第一凹槽(213)的槽底表面是光滑的；所述第二区段(22)的外壁设有多个第二肋片(221)，两个所述第二肋片(221)之间具有第二凹槽(223)，所述第二凹槽(223)的槽底表面设有第三凹槽(224)。
8.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述第一区段(21)的外壁是光滑的，所述第二区段(22)的外壁设有沿径向向外延伸且截面面积逐渐减小的凸刺。
9.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述第一区段(21)的长度和所述第二区段(22)的长度相同或不同。
10.根据权利要求2所述的降膜式换热器，其特征在于，还包括第三区段(23)，所述第三区段(23)的换热能力比所述第二区段(22)的换热能力强，在远离所述进口(11)的方向上，所述第三区段(23)设置在所述第二区段(22)的下游或者所述第一区段(21)和所述第二区段(22)之间。
11.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述壳体(10)内设有降膜区(15)和满液区(16)，所述换热管(20)设置在所述满液区(16)。
12.一种空调机组，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的降膜式换热器。
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