CN110291353A - 带有管支承结构的冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种用于蒸汽压缩系统的冷凝器(3)，该冷凝器包括壳体(10)、管束(30)以及管支承结构(32、36)。壳体(10)具有制冷剂入口(11a)和制冷剂出口(12a)。管束(30)包括设置在壳体(10)内部的多个传热管(34)。从制冷剂入口(11a)排出的制冷剂被供应到管束(30)上。传热管(34)大致平行于壳体(10)的纵向中心轴线(C)延伸。管支承结构(32、36)被构造和布置成支承壳体(10)内的管束(30)中的多个传热管(34)。管支承结构(32,36)包括至少一个管支承板(32)，该管支承板相对于垂直于壳体(10)的纵向中心轴线(C)的竖直方向倾斜。

Description

带有管支承结构的冷凝器

技术领域

本发明总地涉及一种适于用在蒸汽压缩系统中的冷凝器。更具体地，本发明涉及一种带有管支承结构的冷凝器。

背景技术

蒸汽压缩制冷已经是用于进行大型建筑等的空气调节的最常用的方法。传统的蒸汽压缩制冷系统通常设置有压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。压缩机压缩制冷剂并将压缩的制冷剂送到冷凝器。冷凝器是一种热交换器，其允许压缩的蒸汽制冷剂冷凝成液体。诸如水之类的加热/冷却介质通常流过冷凝器并从制冷剂吸收热量以允许压缩的蒸汽制冷剂冷凝。离开冷凝器的液体制冷剂流到膨胀阀。膨胀阀使制冷剂膨胀以冷却制冷剂。来自膨胀阀的制冷剂流到蒸发器。这种制冷剂通常是两相的。蒸发器是热交换器，其允许制冷剂从液体蒸发到蒸汽，同时吸收来自穿过蒸发器的加热/冷却介质的热量。然后制冷剂返回压缩机。加热/冷却介质可用于加热/冷却建筑物。美国专利申请公布第2014/0127059号示出了一种典型的系统。

冷凝器通常包括许多传热管以改善传热性能。美国专利申请公布第2001/0049944号示出了一种布置成束的多个传热管，其中在束之间设置有板。美国专利申请公布第2009/0049861号示出了一种在冷凝器内的可用空间中堆叠的多个传热管，其中竖直支承板支承传热管。

发明内容

已经发现的是，在冷凝器中，通过允许冷凝的液体制冷剂快速排出，可以改善传热性能。

因此，本发明的一个目的是提供一种带有管支承结构的冷凝器，该管支承结构包括倾斜的管支承板并具有优异的传热性能。

已经进一步发现的是，随着更多的液态制冷剂从上部传热管向下落到下部传热管，液态制冷剂围绕下部传热管形成厚层，由于由这种液态制冷剂层引起的绝热，这将会降低传热性能。

因此，本发明的另一个目的是提供一种具有管支承结构的冷凝器，其中布置有多个管支承板，使得可以防止液态制冷剂从上部传热管向下落到下部传热管并围绕下部传热管形成厚的制冷剂层。

通过提供适用于蒸汽压缩系统的冷凝器，基本上可以实现上述目的中的一个或多个。冷凝器包括壳体、管束和管支承结构。壳体具有制冷剂入口和制冷剂出口，至少带有气体制冷剂的制冷剂流过该制冷剂入口，至少带有液体制冷剂的制冷剂流过该制冷剂出口，并且壳体的纵向中心轴线大致平行于水平面延伸。管束包括设置在壳体内部的多个传热管，使得从制冷剂入口排出的制冷剂被供应到管束上。传热管大致平行于壳体的纵向中心轴线延伸。管支承结构被构造和布置成支承壳体内的管束中的多个传热管。管支承结构包括至少一个管支承板，该管支承板相对于垂直于壳体的纵向中心轴线的竖直方向倾斜。

从以下结合附图公开优选实施方式的详细描述，本领域技术人员可以更了解本发明的上述和其它目的、特征、方面以及优点。

附图说明

现在参考附图，这些附图形成该原始公开的一部分：

图1是根据本发明的实施例的包括冷凝器的蒸汽压缩系统的简化总体立体图；

图2是示出根据本发明的实施例的包括冷凝器的蒸汽压缩系统的制冷回路的框图；

图3是根据本发明的实施例的冷凝器的简化立体图；

图4是图1-图3中所示的冷凝器的简化纵向剖视图，其中为了说明的目的将管剖开，如图3中的剖面线4-4所示；

图5是图1-图4中所示的冷凝器的内部结构的简化立体图，但其中为了说明的目的移除了传热管；

图6是图1-图5中所示的冷凝器的内部结构，即管和管支承结构的放大简化分解立体图；

图7是沿图4中的剖面线7-7剖切所见的图4-图6中所示的管支承结构的支承板的简化俯视图；

图8是图1-图6中所示的冷凝器的剖视图，其中为了说明的目的移除了传热管和制冷剂分配器，如图4中的剖面线8-8剖切所示。

图9A是图1-图6和图8中所示的冷凝器的内部结构的简化侧视图，其中为了说明的目的移除了制冷剂分配器；

图9B是示出图9A中的位置I处的传热性能的曲线图；

图9C是示出图9A中的位置II处的传热性能的曲线图；

图10是示出性能系数(COP)与管束传热性能之间的关系的曲线图；以及

图11是冷凝器的简化横向剖视图，其中使管的数量最大化但没有提供流动路径。

具体实施方式

现将参照附图说明本发明的选定实施例。阅读了本说明书的本领域技术人员将会明白，下面对于本发明实施例的描述仅仅作为示例，而不限制本发明，本发明由所附的权利要求及其等同物来限定。

首先参考图1和图2，将说明包括根据一个实施例的冷凝器3的蒸汽压缩系统。如图1所示，根据该实施例的蒸汽压缩系统是冷却器，该冷却器可用在用于对大型建筑之类进行空气调节的供暖、通风以及空调(HVAC)系统中。该实施例的蒸汽压缩系统构造和布置成经由蒸汽压缩制冷循环从待冷却的液体(例如水、乙二醇、盐水等)中去除热量，并且经由蒸汽压缩制冷循环向待加热的液体(例如水、乙二醇、氯化钙盐水等)增加热量。在所示实施例中示出了水。然而，本领域技术人员从本公开显而易见的是，可以使用其它液体。在所示实施例中示出了液体的加热和冷却。

如图1和2所示，蒸汽压缩系统包括以下主要部件：蒸发器1、压缩机2、冷凝器3、膨胀装置4和控制单元5。控制单元5操作地联接到膨胀装置4和压缩机2的驱动机构，以便控制蒸汽压缩系统的操作。控制单元还可以连接到各种其它部件，诸如未示出的系统的传感器和/或可选部件。

蒸发器1是热交换器，当循环的制冷剂在蒸发器1中蒸发时，上述热交换器从穿过蒸发器1的待冷却的液体(在本示例中，水)去除热量，以降低水的温度。进入蒸发器1的制冷剂通常处于两相气/液状态。制冷剂至少包括液体制冷剂。蒸发器1中的液体制冷剂蒸发为蒸汽制冷剂而从诸如水之类的冷却介质吸收热量。在所示实施例中，蒸发器1使用水作为如上所述的加热/冷却介质。蒸发器1可以是诸如降膜蒸发器、溢流蒸发器、混合蒸发器等的许多常规蒸发器中的任意一种。离开蒸发器的水被冷却。然后，该冷却的水可以用于冷却建筑物等。

在离开蒸发器1时，制冷剂将是低压低温的蒸汽制冷剂。低压、低温的蒸汽制冷剂从蒸发器1排出并通过抽吸进入压缩机2。在压缩机2中，蒸汽制冷剂被压缩成较高压力、较高温度的蒸汽。压缩机2可以是任何类型的传统压缩机，例如离心式压缩机、涡旋式压缩机、往复式压缩机、螺旋式压缩机等。

接下来，高温、高压的蒸汽制冷剂进入冷凝器3，该冷凝器3是另一个热交换器，该冷凝器3从蒸汽制冷剂去除热量以使得该蒸汽制冷剂从气态冷凝成液态。所示实施例中的冷凝器3使用诸如水之类的液体来进行液体冷却。压缩的蒸汽制冷剂的热量升高了通过冷凝器3的冷却水的温度。通常地，来自冷凝器的热水被引导到冷却塔以将热量排放到大气中。另外，可选地，加热的水(冷却制冷剂的冷却水)可以在建筑物中用作热水供应或用来加热建筑物。

然后，冷凝的液体制冷剂进入膨胀装置4，在该膨胀装置处该制冷剂经历压力的骤降。该膨胀装置4可以像孔板一样简单，或是像电子调节热膨胀阀一样复杂。膨胀装置4是否连接到控制单元将取决于是否使用可控膨胀装置4。压力骤降通常导致液体制冷剂的部分膨胀，并且因此，进入蒸发器1的制冷剂通常处于两相气/液状态。

在蒸汽压缩系统中使用的制冷剂的一些示例为：氢氟烃(HFC)基制冷剂，例如R410A、R407C和R134a；氢氟烯烃(HFO)；不饱和HFC基制冷剂，例如R1234ze和R1234yf；以及天然制冷剂，例如R717和R718。R1234ze和R1234yf是中密度制冷剂，其密度类似于R134a。R450A和R513A是中压制冷剂，也是可能的制冷剂。所谓的低压制冷剂(LPR)R1233zd也是合适的制冷剂类型。由于R1233zd具有比上述其它制冷剂更低的蒸汽密度，因此，低压制冷剂(LPR)R1233zd有时被称为低密度制冷剂(LDR)。R1233zd的密度低于所谓的中密度制冷剂R134a、R1234ze以及R1234yf。由于R1233zd具有比R134A略高的液体密度，因此，此处讨论的密度是蒸汽密度而非液体密度。尽管本文公开的实施方式可使用任何类型的制冷剂，但本文公开的实施方式在使用诸如R1233zd之类的LPR时特别有用。R1233zd是不可燃的。R134a也是不可燃的。然而，R1233zd的全球变暖潜能值GWP<10。另一方面，R134a的GWP约为1300。制冷剂R1234ze和R1234yf略微可燃，尽管如此，它们的GWP小于10，类似于R1233zd。因此，由于不易燃并且GWP低的这些特性，R1233zd是理想的制冷剂。

虽然以上提到了单独的制冷剂，但是本领域技术人员从本公开显而易见的是，可以使用利用任何两种或更多种上述制冷剂的混合制冷剂。例如，可以使用仅包括部分R1233zd的混合制冷剂。在任何情况下，在所示实施例中，制冷剂优选地包括R1233zd。更优选地，在所示实施例中，制冷剂优选为R1233zd。如上所述，由于其低GWP并且不可燃，因此R1233zd是理想的制冷剂。然而，在如图10所示的包括最大数量的传热管(以试图使效率最大化)的冷凝器中，已经发现的是发生相对大的压降，因为这些管可防止这些管周围的蒸汽容易地流动，这会在压缩机出口与冷凝器管之间引起大的压降。相对大的压降降低了循环效率，并且因此，已经发现的是期望减小压降。如果蒸汽可以在管周围流动，则压缩机排出部与冷凝器管之间的蒸汽压降可以减小，并且因此循环效率不会降低(通常可以维持循环效率)。

本领域技术人员从本公开中可显而易见地知道，可以将传统的压缩机、蒸发器以及膨胀装置分别用作压缩机2、蒸发器1以及膨胀装置4，从而实现本发明。换言之，压缩机2、蒸发器1以及膨胀装置4是本领域公知的传统部件。由于压缩机2、蒸发器1以及膨胀装置4是本领域公知的，因此，本文将不再详细讨论或说明这些结构。而是，对于本领域技术人员来说从本公开显而易见的是，任何合适的压缩机、蒸发器以及膨胀装置都可以与所示实施例的冷凝器一起使用。因此，以下说明将集中在根据本发明的冷凝器3上。此外，本领域技术人员从本公开显而易见的是，蒸汽压缩系统可包括多个蒸发器1、压缩机2和/或冷凝器3，而不脱离本发明的范围。

现在参考图3-图8，将说明根据该实施例的冷凝器3的详细结构。冷凝器3基本上包括壳体10、制冷剂分配器20以及传热单元30。在所示实施例中，传热单元30是管束。因此，在本文中，传热单元30也将被称为管束30。如上所述，在所示实施例中，管束30承载并在该处通过诸如水之类的液体冷却/加热介质。

制冷剂进入壳体10并供应到制冷剂分配器20。制冷剂分配器20构造成将制冷剂相对均匀地分配到管束30上，如下面更详细地说明的。进入冷凝器3的壳体10的制冷剂是压缩的气体(蒸汽)制冷剂，其通常处于高压和高温。蒸汽制冷剂将离开分配器20并流到壳体10的内部中、流到管束30上。当蒸汽制冷剂在管束30上方向下流动时，蒸汽制冷剂将逐渐冷却和冷凝。管束30中的介质(水)从蒸汽制冷剂吸收热量，从而引起这种冷凝和冷却的发生。然后冷凝的液体制冷剂将离开冷凝器的底部，如下面更详细地说明的。

如从图3-图5中最好地理解的，在所示实施例中，壳体10具有大致圆筒形的形状，其纵向中心轴线C(图4)大致沿水平方向延伸。因此，壳体10大致平行于水平面P延伸，并且中心轴线C大致平行于水平面P。壳体10包括连接头部件13，圆筒形主体14以及返回头构件15。圆筒形主体14气密地附接在连接头部件13和返回头构件15之间。具体地，连接头部件13和返回头构件15气密地固定地联接到壳体10的圆筒形主体14的纵向端部。

连接头部件13包括附接板13a、圆顶部分13b以及分隔板13c，圆顶部分13b附接到附接板13a，分隔板13c在附接板13a和圆顶部分13b之间延伸以便限定入口腔室13d和出口腔室13e。附接板13a通常是管板，其通常焊接到圆筒形主体14。圆顶部分13b通常使用设置在其间的螺栓和垫圈(未示出)来附接到管板(附接板)13a。分隔板13c通常焊接到圆顶部分13b。入口腔室13d和出口腔室13e通过分隔板13c彼此分开。返回头构件15还包括附接板15a和圆顶构件15b，圆顶构件15b附接到附接板15a以便限定返回腔室15c。附接板15a通常是管板，其通常焊接到圆筒形主体14。圆顶部分15b通常使用设置在其间的螺栓和垫圈(未示出)来附接到管板(附接板)15a。返回头构件15不包括分隔件。因此，附接板13a、15a固定地联接到壳体10的圆筒形主体14的纵向端部。入口腔室13d和出口腔室13e由分隔板(挡板)13c分隔开以便分离冷却介质的流。具体地，连接头部件13流体连接到供水经过其进入壳体10的入口管17和供水经过其从壳体10排出的水出口管18。更具体地，入口腔室13d流体连接到入口管17，且出口腔室13e流体连接到出口管18，并且分隔板13c将流分开。

附接板13a、15a包括其中安装有传热管34的多个孔。例如，这些传热管34可以定位在孔中，然后辊子膨胀以将管34固定在孔内并在它们之间形成密封。下部成组的传热管34从入口腔室13d接收水并将水通过圆筒形主体14运送到返回腔室15c。然后，返回腔室15c中的水流入到上部成组的传热管34中，经过圆筒形主体14返回并进到出口腔室13e中。因此，在所示实施例中，冷凝器3是所谓的“双通”冷凝器3。水的流动路径在附接板13a和附接板15a之间与圆筒形主体14的内部空间气密密封隔开。该内部空间包含与水的流动路径气密密封隔开的制冷剂。因此，管束30包括上部成组的传热管34和设置在上部成组的传热管34下方的下部成组的传热管34。

在所示实施例中，上部成组的传热管设置在壳体10的竖直中间平面(例如，图4中的平面P)处或上方，并且下部成组的传热管34设置在壳体10的竖直中间平面(例如，图4中的平面P)处或下方。更具体地，在所示实施例中，上部成组的传热管设置在壳体10的竖直中间平面(例如，图4中的平面P)处以及上方，并且下部成组的传热管34设置在壳体10的竖直中间平面(例如，图4中的平面P)处以及下方。在所示的实施例中，上部组和下部组由间隙隔开，并且在每组中具有通常相同数量的传热管34。

壳体10还包括连接到制冷剂入口管11b的制冷剂入口11a和连接到制冷剂出口管12b的制冷剂出口12a。制冷剂入口管11b流体连接到压缩机2，以将从压缩机2供应的压缩的蒸汽气体制冷剂引入到壳体10的顶部中。制冷剂从制冷剂入口11a流入到制冷剂分配器20，该制冷剂分配器将制冷剂分配在管束30上方。制冷剂由于与管束30的热交换而冷凝。一旦冷凝在壳体10内，液体制冷剂通过制冷剂出口12a离开壳体10并流入到制冷剂出口管12b中。膨胀装置4流体联接到制冷剂出口管12b以接收液体制冷剂。进入制冷剂入口11a的制冷剂至少包括气体制冷剂。流过制冷剂出口12a的制冷剂至少包括液体制冷剂。因此，壳体10具有制冷剂入口11a和制冷剂出口12a，至少带有气体制冷剂的制冷剂流过该制冷剂入口11a，至少带有液体制冷剂的制冷剂流过该制冷剂出口12a，并且壳体的纵向中心轴线C大致平行于水平面P延伸。

现在参考图4-图6，制冷剂分配器20流体连接到制冷剂入口11a并且设置在壳体10内。制冷剂分配器20布置和构造有碟形构造以便接收通过制冷剂入口11a进入壳体10的制冷剂。制冷剂分配器20在壳体10内纵向延伸，大致平行于壳体10的纵向中心轴线C。如图4-图6中最佳所示，制冷剂分配器20包括基部22、第一侧部24a、第二侧部24b和成对的端部26。基部22、第一侧部24a、第二侧部24b和成对的端部26刚性地连接在一起。在所示实施例中，基部22、第一侧部24a、第二侧部24b和成对的端部26中的每一个由诸如钢板材料之类的薄的刚性的板状材料构成。在所示实施例中，基部22、第一侧部24a、第二侧部24b和成对的端部26可以构造为彼此固定的单独部件，或者可以一体地形成为单件式整体构件。

在所示实施例中，多个孔形成在基部22、第一侧部24a和第二侧部24b中。另一方面，端部26没有孔。在所示的实施例中，基部22具有形成在其中的圆形孔，除了在端部区域处，如从图5中最好地理解的。同样，在所示实施例中，侧部24a、24b具有形成在其中的圆形孔，除了在端部区域处。然而，与基部22不同，在侧部24a、24b的端部区域处形成纵向槽。超出端部区域的纵向端部类似于中间区域具有形成在其中的孔。对于本领域技术人员来说从本公开显而易见的是，本文所示的孔的型式和形状代表了根据本发明的合适的分配器20的一个示例。

在所示实施例中，分配器20焊接到壳体10的上部。替代地和/或附加地，分配器20可以固装到管束30的支承板(下面讨论)。然而，这在所示实施例中不是必需的。此外，对于本领域技术人员来说从本公开内容显而易见的是，如果不需要和/或期望，则可以省略端部26。在所示实施例中，分配器20的端部26存在并且具有上端，该上端具有与壳体10的圆筒形主体14的圆筒形状的内部曲率匹配的曲线。当分配器20固状到壳体10时，侧部24a、24b的上边缘和/或端部26的上边缘可以使用任何合适的常规技术附接到弯曲的内表面。焊接就是一个例子。在所示实施例中，分配器20的长度几乎与壳体10的内部长度一样长。具体地，在所示实施例中，分配器的长度为壳体10的内部长度的至少约90％，例如约95％。因此，制冷剂沿着管束30的几乎整个长度从分配器20分配。

再次参考图4-图6，现在将更详细地说明传热单元30(管束)。管束30设置在制冷剂分配器20下方，使得从制冷剂分配器20排出的制冷剂被供应到管束30上。管束30包括多个支承板32、多个传热管34(上面简要提到)以及多个板支承构件36，传热管34通过支承板32大致平行于壳体10的纵向中心轴线C延伸，如图4-图6中最佳所示。在所示实施例中，管束30包括五个支承板32。然而，对于本领域技术人员来说从本公开内容显而易见的是，支承板32的数量不限于该数量。在任何情况下，管束30包括至少一个支承板32。支承板32和板支承构件36用作管支承结构以支承传热管34。另外，引导板40设置在管束30下方。引导板40收集冷凝的液体(制冷剂)并将该液体引导到壳体10底部的冷凝器出口12a。

现在参考图4-8，支承板32成形为部分地匹配壳体10的内部形状以固装在其中。如图7中最佳所示，每个支承板32具有接纳传热管34的孔50，以及接纳板支承构件36的孔52。每个支承板还在其顶部处具有上部凹口56，在其底部处具有下部凹口58。引导板40设置在支承板32下方。传热管34延伸穿过形成在支承板32中的孔50，以便由壳体10内的支承板32支承。板支承构件36附接到支承板32以便将这些支承板32相对于彼此以间隔布置支承和保持，如图4-图5所示。支承板32沿壳体10的纵向方向相对于彼此间隔布置。从图9A中可以最好地理解，在所示实施例中，支承板32沿着壳体10的纵向方向以彼此相等的间隔“a”布置。支承板32之间的间隔“a”取决于支承板32的数量和壳体10的长度来确定。一旦支承板32和板支承构件36作为管支承结构(例如，通过焊接)附接在一起，该管支承结构就可以插设到圆筒形主体14中并且可以附接到其，如下面更详细地说明的。

仍然参考图4-图8，支承板32彼此相同。每个支承板32优选地由诸如金属板的刚性板材料形成。因此，每个支承板32具有平面形状并且包括弯曲侧，该弯曲侧成形为匹配壳体的内部曲率，其中上部凹口56和下部凹口58大致朝向彼此延伸。如图4-图6中最佳所示，每个支承板32从管束30上方延伸到管束30下方。由于支承板32和圆筒形主体14的配合弯曲形状，防止了支承板32相对于圆筒形主体14竖直地、水平地等(例如，沿横向于纵向中心轴线C的任何方向)移动。引导板40设置在支承板32下方。引导板40可以固装到圆筒形主体14，或者可仅仅放置在圆筒形主体14内部。同样地，引导板40可以固装到支承板32，或者支承板32可仅仅放置在引导板40上。在所示实施例中，在支承板32和板支承构件36的组件插设并附接到圆筒形主体14之前将引导板40固装(例如，焊接)到圆筒形主体14。在所示的实施例中，一旦支承板32和板支承构件36的组件附接在一起(例如，通过焊接)，组件就被插设到引导板40顶部的圆筒形主体14中，然后将支承板32中的端部的那些焊接到壳体10的圆筒形主体14。

支承板32的上部凹口56形成凹部，该凹部成形而为分配器20留出空间。如上所述，分配器20焊接到圆筒形主体14上，使得分配器20设置在上部凹口56内。当然，替代地，本领域技术人员从本公开显而易见的是，分配器20可以固定到支承板32或者分配器20可搁置在支承板32上。在所示的实施例中，支承板32没有固定到分配器20，使得分配器20可以在管束30之前或之后附接到圆筒形主体14以作为一个单元。支承板32的下部凹口58一起形成流体流动通道。如上所述，引导板40安装在壳体10内以便平行于纵向中心轴线C并且平行于支承板32下方的平面P延伸。

支承板32相对于垂直于壳体10的纵向中心轴线C的竖直方向倾斜。在所示实施例中，每个支承板32相对于垂直于壳体10的纵向中心轴线C的竖直方向以角度α倾斜。角度α在45度至80度的范围内。优选地，角度α在50度至75度的范围内。在所示实施例中，角度α是60度，其是55度至65度的合适(示例)范围的中间数。每个支承板32以相同的角度倾斜。如果角度α太小，则每个支承板32的覆盖区域将是不够的，如下面更详细地说明的。另一方面，如果角度α太大，则每个支承板32的尺寸需要成为很大。另外，如果角度α太大，则液体制冷剂不会由于重力而快速排出。

当从分配器20供应到管束30的压缩的蒸汽制冷剂在管束30上方下降时，制冷剂冷凝并且变化状态为液体制冷剂。该冷凝液态制冷剂被倾斜支承板32接纳并收集，并沿倾斜支承板32的表面向下流动。然后，冷凝的液体制冷剂沿着引导板40朝向冷凝器3的端部流动。引导板40比圆筒形主体14短。因此，液体制冷剂然后沿着圆筒形主体14的底部流到制冷剂出口12a。倾斜支承板32允许冷凝的液体制冷剂快速排出。

现在参考图4-图7，每个支承板32具有形成在其中的孔50，以便接纳穿过其中的传热管34。每个支承板32的孔50构造成使得传热管34固装到孔50中。利用这种布置，液体制冷剂不会通过孔50直接从上部传热管34落到上部传热管34。直接落在下方的液体制冷剂将围绕下部传热管34形成液体制冷剂的厚层，由于由这种液体制冷剂层引起的绝热，这将降低传热性能。因此，在所示实施例中，孔50成形为使得传热管34固装到其中以防止液体制冷剂通过孔50直接从上部传热管34落到下部传热管34。然而，对于本领域技术人员来说从本公开内容显而易见的是，传热管34无需以液密方式固装到孔50中，并且传热管34可以以松的配合设置在孔50中，这允许液体制冷剂在一定程度上洒出孔50。

每个支承板32还具有接纳板支承构件36的孔52。具体地，在所示实施例中，在管束30的每一侧，三个板支承构件36延伸穿过支承板32中的孔52并固定到支承板32以便将支承板32以本文所示的间隔布置维持。

如图7中最佳所示，每支承板32在支承板32的顶部具有上部凹口56，在支承板32的底部具有下部凹口58。上部凹口56和下部凹口58大致朝向彼此延伸。如上所述，支承板32的上部凹口56形成凹部，该凹部成形为为分配器20留出空间，使得分配器20设置在上部凹口56内。支承板32的下部凹口58一起形成流体流动通道。

引导板40还可以提供对管束30的底部的竖直支承，如从图5-图6中最好地理解的。在所示实施例中，板支承构件36构造成细长的刚性杆状构件。一种合适的材料是钢。

传热管34延伸穿过支承板32的孔50，以便由支承板32以本文所示的形式支承。传热管34可以固定到该支承板32或仅由支承板32支承。在所示实施例中，传热管34仅搁置在支承板32上并且不固定到该支承板32。

现在参照图8，支承板32布置成当从上方观察时彼此重叠。利用这种布置，可以防止液体制冷剂从上部传热管34向下落到支承板32之间的下部传热管34并且围绕下部传热管34形成液体制冷剂的厚层。如图8所示，除了在壳体10的两个端部区域处之外，支承板32设置成当从上方观察时覆盖壳体10的纵向中心轴线C的大部分。支承板32优选地设置成当从上方观察时覆盖壳体10的纵向中心轴线C的约90％。更优选地，支承板32设置成当从上方观察时覆盖壳体10的纵向中心轴线C的约95％。

如上所述，在支承板32的倾斜角α太小的情况下，每个支承板32所覆盖的面积将不足。因此，将需要大量的支承板32来覆盖壳体10的纵向中心轴线C的大部分。因此，角度α优选地等于或大于45度并且更优选地等于或大于50度，使得将无需太多的支承板32。而且，角度α优选地等于或小于80度并且更优选地等于或小于75度，使得每个支承板32的尺寸不会太大并且将减小重力的影响。当角度α很大并且每个支承板32的尺寸需要很大时，将存在壳体10中的空间不足以把支承板32的整个板设置在壳体10内的情况。在这种情况下，除了支承板32的整个板之外，支承板32的部分板可以用于填充剩余空间。

传热管34由诸如金属之类的具有高导热性的材料制成。传热管34优选地设有内部和外部沟槽，以进一步促进制冷剂与在传热管34内流动的水之间的热交换。包括内部和外部沟槽的这种传热管在本领域中是公知的。例如，维兰德铜产品有限责任公司(WielandCopper Products,LLC)的GEWA-C管可以用作本实施例的传热管34。如上所述，传热管34由多个竖直延伸的支承板32支承，这些支承板支承在壳体10内。

如上所述，在该实施例中，管束30布置成形成双通道系统，其中传热管34被分成设置在管束30的下部中的供应管线组管和设置在管束30的上部中的返回管线组管。如图4所示，供应管线组中的传热管34的入口端经由连接头构件13的入口腔室13d流体连接到入口管17，使得进入冷凝器3的水分配到供应管线组中的传热管34。供应管线组中的传热管34的出口端和返回管线组的传热管34的入口端与返回头构件15的返回腔室15c流体连通。因此，在供应管线组中的传热管34内流动的水排出到返回腔室15c中，并重新分配到返回管线组中的传热管34中。返回管线组中的传热管34的出口端经由连接头构件13的出口腔室13e与出口管18流体连通。因此，在返回管线组中的传热管34内流动的水通过出口管18离开冷凝器3。

在图1-图6的该实施例中，尽管没有传热管设置在引导板40下方(即，在引导板40下方没有过冷器)，但是对于本领域技术人员来说从本公开显而易见的是，供应管线组可在引导板40下方包括的附加的成组的板和管(即，在引导板40下方的过冷器)，如图11中所示。利用这种布置，应当在引导板40下方的板的底部形成连通孔，或者应该形成切口，使得液体制冷剂可以沿着冷凝器的底部流到制冷剂出口12a。一旦制冷剂已下降到引导板40，制冷剂就应当已经是液体了。因此，可以使用引导板40下方的附加传热管从而在引导板40下方的液体离开冷凝器之前进一步降低其温度(即，进行过冷)。此外，本领域技术人员从本公开显而易见的是，如果为了某些其它目的(例如，为了马达冷却或任何其它目的)需要供应冷凝的液体制冷剂，则可以设置来自冷凝器3的附加出口。来自冷凝器的这种附加出口在图11中示出。

仍参考图4-图6，现在将更详细地扫描冷凝器3的组件。板支承构件36(例如，通过焊接)附接到支承板32以形成管支承结构。引导板40可以在支承板32和板支承构件36的组件之前或之后插设并固装(例如，焊接)到壳体10。类似地，分配器20可以在支承板32和板支承构件36的组件之前或之后插设并固装(例如，焊接)到壳体10。在任何情况下，在所示的实施例中，在附接分配器20和引导板40之后，将包括支承板32和板支承构件36的组装的管支承结构插设到圆筒形主体14中。然后将支承板32的端部件固装(例如，焊接)到圆筒形主体14。接下来，将管板13a、15a(例如，通过焊接)附接到圆筒形主体14。接下来，传热管34穿过管板13a、15a中的孔并穿过支承板32中的孔50。然后，传热管34可以辊子膨胀到管板13a、15a中以固定传热管34。这仅仅是如何组装所示实施例的冷凝器的一个示例。然而，对于本领域技术人员来说从本公开显而易见的是，在不脱离本申请的范围的情况下，其它组装技术和/或插设和附接的顺序也是可能的。

现在参照图9A-图9C，图9B是示出图9A中的位置I处的传热性能的曲线图，图9C是示出图9A中的位置II处的传热性能的曲线图。在图9B和9C中，“U”指的是传热系数。在所示实施例中，当从侧面观察时二十层传热管34是对齐的，如图9A所示。更具体地，上部成组的传热管34包括十个管层T1至T10，下部成组的传热管34包括十个管层T11至T20。从图9A中可以最好地理解，传热管34的上部组和下部组(管层T1至管层T20)在位置I处未被支承板32覆盖。另一方面，虽然上部成组的传热管34(管层T1至管层T10)在位置II处未被支承板32覆盖，但是下部成组的传热管34(管层T11至管层T20)在位置II处被支承板32覆盖。图9B中的曲线图示出了传热性能在位置I处从上部传热管34到下部传热管34(从管层T1到管层T20)逐渐降低。位置I处的传热性能的降低是由于围绕下部传热管34所形成的液体制冷剂层的厚度，其增加并且导致绝热效应，降低了传热渗透。如图9B所示，在位置I处平均传热系数U为6.9。另一方面，图9C中的曲线图示出了传热性能在下部成组的传热管34的开始处(即，在管层T11处)改善，并且减少了整体上在位置II处的性能降低。允许支承板32捕获和排放液体制冷剂，这不允许液体制冷剂层的厚度增加，并且尽可能地消除绝热效果，允许管在位置II处重新获得全部的热传递。如图9C所示，在位置II处平均传热系数U为7.7。

现在参考图10，图10示出了COP(性能系数)相对于U(传热性能)的关系。从图10中可以看出，随着传热性能变大，COP变大。因此，已经发现的是期望改善管束30的传热管34中的传热性能。进一步发现的是，通过设置倾斜支承板32，可以改善传热性能。例如，如图9A-9C所示，与位置I处的传热管34相比，通过设置倾斜支承板32改善了位置II处的传热管34的传热性能。如图10所示，与位置I(现有技术)处的平均传热系数U相比，位置II(本发明)处的平均传热系数U获得了大的COP。

术语的一般说明

在理解本发明的范围时，本文所使用的术语“包括”及其派生词旨在表示开放式术语，其指定表述的特征、元件、零件、组、整体和/或步骤的存在，但是不排除其它未表述的特征、元件、零件、组、整体和/或步骤的存在。前述也应用于具有类似含义的词语，诸如术语“包含”、“具有”及其衍生词。而且，当以单数形式使用时，术语“部件”、“部”、“部分”、“构件”或“元件”可以具有单个部件或多个部件的双重含义。如本文用于描述上述实施例的那样，以下方向术语“上”、“下”、“上方”、“向下”、“垂直”、“水平”、“下方”和“横向”以及任何其它类似的方向术语指代在蒸发器的纵向中心轴线如图4和图5所示基本上水平地定向时、该蒸发器的那些方向。因此，用于描述本发明的这些术语应相对于在正常操作位置中使用的蒸发器进行说明。最后，如文中所用，诸如“基本上”、“大约”和“大致”之类的程度术语意味着对修改的术语的合理量的偏离，因而，并不明显改变最终结构。

尽管仅选择了选定的实施方式以对本发明进行说明，但对于本领域技术人员根据本公开清楚可见的是，在本文中，能够在不脱离随附权利要求书限定的本发明的范围内进行各种改变和修改。例如，各种零件的尺寸、形状、位置或方向能够根据需要和/或期望来进行改变。直接连接或彼此接触地示出的零件能够具有设置在它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个元件来执行，反之亦然。一个实施方式的结构和功能可在另一个实施方式中采用。所有优点不需要同时出现在特定实施方式中。现有技术中每个唯一的特征单独或与其它特征相结合，也应当被认为是申请人对进一步发明的单独描述，包括由这些特征所体现的结构和/或功能概念。因而，根据本发明的实施方式的上述描述仅被提供用于说明，并不旨在限制由随附权利要求书及它们的等同物所限定的本发明。

Claims (16)

1.一种适于用在蒸汽压缩系统中的冷凝器，所述冷凝器包括：

壳体，所述壳体具有制冷剂入口和制冷剂出口，至少带有气体制冷剂的制冷剂流过所述制冷剂入口，至少带有液体制冷剂的制冷剂流过所述制冷剂出口，并且所述壳体的纵向中心轴线大致平行于水平面延伸；

管束，所述管束包括多个传热管，所述传热管设置在所述壳体内部以便接纳从所述制冷剂入口排出到所述管束上的制冷剂，所述传热管大致平行于所述壳体的纵向中心轴线延伸；以及

管支承结构，所述管支承结构被构造和布置成支承所述壳体内的管束的多个传热管，

所述管支承结构包括相对于垂直于所述壳体的纵向中心轴线的竖直方向倾斜的至少一个管支承板。

2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板是平板。

3.根据权利要求1或2所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板从所述管束上方延伸到所述管束下方。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板具有孔，所述孔接纳所述管束中的多个传热管。

5.根据权利要求4所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板的孔具有固装到所述孔中的多个传热管。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板相对于垂直于所述壳体的纵向中心轴线的竖直方向以45度至80度的角度倾斜。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板相对于垂直于所述壳体的纵向中心轴线的竖直方向以50度至75度的角度倾斜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述管支承结构包括多个管支承板，所述多个管支承板沿着所述壳体的纵向方向相对于彼此间隔布置。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述管支承结构包括多个管支承板，所述多个管支承板沿着所述壳体的纵向方向相对于彼此等间隔布置。

10.根据权利要求8或9所述的冷凝器，其特征在于，

所述多个管支承板布置成当从上方观察时彼此重叠。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述多个管支承板设置成当从上方观察时覆盖所述壳体的纵向中心轴线的大部分。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述多个管支承板相对于所述壳体的纵向中心轴线以相同的角度倾斜。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述管支承结构包括板支承构件，所述板支承构件大致平行于所述壳体的纵向中心轴线延伸，所述板支承构件支承所述多个管支承板。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板在所述至少一个管支承板的顶部处具有凹口。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述至少一个管支承板在所述至少一个管支承板的底部处具有凹口。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的冷凝器，其特征在于，

所述制冷剂是R1233zd。