CN114216278A - 一种换热器、换热器的制造方法以及复叠制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换热器，它包括管状壳体、上下封板以及上下封头，其中管状壳体上下两端分别通过上封头和下封头密封，上封头上设有上管口，下封头上设有下管口；管状壳体与上封头之间设有上封板，管状壳体与下封头之间设有下封板，且所述上封板、管状壳体和下封板形成换热腔室；在腔室中的轴向设置有辫状中心柱；在中心柱外侧环绕设置有多层螺旋管。本发明了相应换热器的制造方法以及基于换热器的制冷系统。本发明通过设置多层螺旋管提升了换热器的传热性能，通过相应的制造工艺够降低检测成本，同时利用多个换热器得到了一个结构更为简洁的复叠制冷系统。

Description

一种换热器、换热器的制造方法以及复叠制冷系统
技术领域
本发明属于制冷技术领域，涉及换热器技术领域，具体来说，是一种具有多层螺旋管的换热器以及该换热器的制造方法，以该换热器作为基础的复叠制冷系统。
背景技术
在制冷技术应用中，高温流体和低温流体在换热器中通过金属壁面进行热量交换，低温流体吸收高温流体的热量而蒸发，高温流体的温度得到降低。低温流体以液相进入换热器，以气相或者气液两相离开换热器。高温流体在进出换热器时均为液相。传统的列管式换热器广泛应用于制冷技术，但对于传热温差较大的工况，因结构原因，列管式换热器的换热管或者壳体承受温差应力，容易发生疲劳破坏，即使采用膨胀节结构，能够部分改善结构受力情况，但发生疲劳破坏的风险依然较大。另外，列管式换热器的传热性能普遍较低。
申请号202010133905.1公布了一种螺旋绕管制冷系统。换热器内设置了多组相对独立的管束，管束由多根串联换热管形成的盘管组成，水在换热管内流动。这种换热器的结构分散，空间利用率较低。
申请号201821226626.4公布了一种绕管式换热器及具有其的制冷装置。具体涉及一种绕管式换热器，由外壳、中心筒、换热管和包扎筒组成，中心筒固定在外壳内，换热管缠绕于中心筒外，同一层换热管中相邻的换热管之间用分隔条进行固定，相邻两层换热管之间设置垫条进行分隔。该换热器的结构相对比较紧凑，但中心筒占用了外壳的空间，使外壳的空间利用率较低。另外由于相邻两层换热管之间设置有垫条，增加了换热管的约束，所以不能消除换热管热应力的影响。此外，该换热器为压力容器，众所周知，目前压力容器领域的对接焊缝的检测方法只能选用可记录、可追溯的射线检测或者衍射时差法超声检测，该专利公布的换热器结构，对其中一端封头与壳体连接的焊接接头无法进行射线检测，而衍射时差法超声检测的使用范围对材料和厚度均有限制，因此，设备的安全质量较差。
发明内容
针对现有技术存在的换热器换热效果差、设备安全质量无法得到保证的问题，本发明提供了一种换热器、换热器的制造方法以及复叠制冷系统。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面本申请提供了一种换热器，包括：
管状壳体，其上下两端分别通过上封头和下封头密封，其中上封头上设有上管口，下封头上设有下管口；
所述管状壳体与上封头之间设有上封板，管状壳体与下封头之间设有下封板，且所述上封板、管状壳体和下封板形成换热腔室；
中心柱，其轴向设置在换热腔室中，所述中心柱上下两端连接在上封板和下封板上；
环绕在中心柱外侧的多层螺旋管，每一层螺旋管独立设置且具有相同的导程和不同的直径，相邻两层螺旋管的旋向相反，螺旋管上下两端头轴向延伸穿过上封板和下封板；
所述管状壳体的上端侧面和下端侧面分别设有制冷剂进口和制冷剂出口，在制冷剂进口处连通有围绕中心柱外围的气体分布器或液体分布器，在制冷剂出口处连通有围绕中心柱外围的独立盘管。
采用上述技术方案的换热器，可以通过从制冷剂进口到制冷剂出口路线与通过多层螺旋管的路线交互实现换热，由于每层螺旋管的半径不同且又相互独立，因此能够大大增加两条路线的换热面积，而且相邻两层螺旋管之间就没有摩擦，防止因摩擦而破损，将热应力的影响降至最低水平。
优选地，所述中心柱为至少由三根管体加工形成的辫状柱体。普通的中心柱为了满足耐压要求，直径都比较大，相应挤压了内部空间，而本申请采用三根管体绞合或做成辫状柱体所形成的中心柱可以只占用很小的空间，而且辫状柱体的受力分解成轴向、径向、切向等方向，轴向承载力较高，也具有较强的抵抗热应力的能力。
优选地，所述管状壳体的上端侧面设有制冷剂进口，管状壳体的下端侧面设有制冷剂出口，在制冷剂进口处连通有围绕中心柱外围的气体分布器，在制冷剂出口处连通有围绕中心柱外围的独立盘管，所述每一层螺旋管的管体内表面设有沿管体轴向等间距设置的若干环形凸出，每一层螺旋管的管体外表面为镜面管。上述限定的换热管可以用于冷凝器。
优选地，所述管状壳体的下端侧面设有制冷剂进口，管状壳体的上端侧面设有制冷剂出口，在制冷剂进口处连通有围绕中心柱外围的液体分布器，在制冷剂出口处连通有围绕中心柱外围的独立盘管，所述每一层螺旋管的管体内表面设有若干沿管体轴向延伸的沟槽，每一层螺旋管的管体外表面为镜面管，且所述上封头内设有气液分离室。上述限定的换热管可以用于蒸发冷凝器。
优选地，所述管状壳体的上端侧面设有制冷剂进口，管状壳体的下端侧面设有制冷剂出口，在制冷剂进口处连通有围绕中心柱外围的液体分布器，在制冷剂出口处连通有围绕中心柱外围的独立盘管，所述每一层螺旋管的管体内表面设有沿管体轴向等间距分布的若干环形凸出，每一层螺旋管的管体外表面密布有几何尺寸一致的凸点和凹槽。上述限定的换热管可以用于载冷剂换热器。
第二方面，本申请提供了上述换热器的制造方法，包括如下步骤：
(1)中心柱加工：
将待加工成中心柱的至少三根管体其中一端与上封板或下封板焊接固定，再将至少三根管体加工成辫状结构形成中心柱，并用辅助工装将其固定；
对中心柱的每一根管体进行压力试验，待压力试验均合格后将至少三根管体另一端焊接固定；
(2)螺旋管加工：
从内层到外层逐层加工每一层螺旋管，螺旋管布置在中心柱外侧且相互独立，且每一层螺旋管具有相同的导程和不同的直径，相邻两层螺旋管的旋向相反，螺旋管上下两端头轴向延伸穿过上封板和下封板，并将螺旋管与上封板和下封板进行点焊固定；
对螺旋管进行通球试验和压力试验，试验合格后，切除超出上封板和下封板多余的管体，并将螺旋管的上下两端头与上封板和下封板焊接固定；
(3)管状壳体加工：
对于制冷剂进口设置在管状壳体上端侧面，制冷剂出口设置在管状壳体下端侧面的情况，将气体分布器围绕中心柱上端外围且固定在上封板底部，所述气体分布器的进口连接制冷剂进口，将独立盘管围绕中心柱下端外围且固定在下封板上部，所述独立盘管的出口连接制冷剂出口；
对于制冷剂进口设置在管状壳体下端侧面，制冷剂出口设置在管状壳体上端侧面的情况，将液体分布器围绕中心柱下端外围且固定在下封板上部，所述液体分布器的进口连接制冷剂进口，将独立盘管围绕中心柱上端外围且固定在上封板下部，所述独立盘管的出口连接制冷剂出口；
将管状壳体通过角焊缝的方式焊接在上封板和下封板之间，并调整制冷剂进口和制冷剂出口的位置，对上封板、下封板以及管状壳体所形成的整体进行压力试验，待试验合格后，最后在上封板上通过角焊缝的方式焊接上封头，在下封板底部通过角焊缝的方式焊接下封头。
采用上述技术方案的制造方法，整个过程能够保证换热器工作的安全性，而且按照压力容器设计标准的规定，在满足强度设计要求的前提下，采用角焊缝的方式焊接管状壳体、上下封板、上下封头的焊接接头，不需要进行射线检测，降低了加工难度，也降低了检测成本。
对于螺旋管有拼接的地方，需要将外表面拼接处的焊缝余高打磨至于母材齐平，将焊接接头位置两侧至少30mm范围进行软化热处理，最后对拼接接头进行100％射线检测。
第三方面本申请还提供了一种复叠制冷系统，包括制冷压缩机、高温级油分离器、高温级冷凝器、蒸发冷凝器、低温级制冷压缩机、低温级油分离器、高位槽、载冷剂换热器、缓冲罐、输送装置、载冷剂换热间、调节阀和热水单元；
所述高温级冷凝器采用权利要求3所述的换热器，所述蒸发冷凝器采用权利要求4所述的换热器，所述载冷剂换热器均采用权利要求5所述的换热器，其中：
所述制冷压缩机出口连接高温级油分离器入口，所述高温级油分离器出口连接高温级冷凝器的制冷剂进口，所述高温级冷凝器的制冷剂出口连接蒸发冷凝器的下管口，蒸发冷凝器的上管口连接制冷压缩机进口；
所述高温级冷凝器的下管口输入清洁水，经过换热后从高温级冷凝器的上管口输出到热水单元；
所述蒸发冷凝器的制冷剂出口经节流阀后连接高位槽侧面下方的制冷剂进口，所述高位槽底部连接载冷剂换热器的制冷剂进口，所述载冷剂换热器的制冷剂出口连接高位槽侧面上方的制冷剂进口，饱和制冷剂气体从高位槽顶部被吸入到低温级制冷压缩机，低温级制冷压缩机输出的制冷剂经过低温级油分离器去油后将制冷剂送到蒸发冷凝器的制冷剂进口；
所述载冷剂换热器的上管口连接缓冲罐，然后缓冲罐将载冷剂送到输送装置，输送装置将载冷剂送到载冷剂换热间加热到所需的温度，然后送往载冷剂换热器的下管口。
优选地，所述高位槽设有液位传感装置，在节流阀的前段设置有控制阀，该控制阀与液位传感装置电连接，通过液位传感装置所检测的高位槽液位数据调节控制阀的开度。
优选地，所述高位槽的工作液位高于载冷剂换热器的工作液位。
采用上述技术方案的制冷系统，利用换热器的多层螺旋管结构，将其用做冷凝器、蒸发冷凝器以及载冷剂冷凝器应用在制冷系统中，无需使用高温级制冷剂气液分离器，共用一个制冷循环，使得系统更为简洁，减少了设备占地面积和管道阀门数量。
附图说明
图1为本申请一种换热器作为高温级冷凝器的结构示意图；
图2为实施例2螺旋管截面示意图；
图3为本申请一种换热器作为蒸发冷凝器的结构示意图；
图4为本申请一种换热器作为载冷剂换热器的结构示意图；
图5为实施例4螺旋管截面示意图；
图6为本申请一种复叠制冷系统的结构示意图。
图中标记说明：
31-管状壳体，311-制冷剂进口，312-制冷剂出口，313-气体分布器，313a-液体分布器，314-独立盘管，32-上封板，33-下封板，34-换热腔室，35-上封头，351-上管口，36-下封头，361-下管口，37-中心柱，38-螺旋管，381-环形凸出，39-气液分离室；
1-高温级制冷压缩机，2-高温级油分离器，3-高温级冷凝器，4-蒸发冷凝器，5-低温级制冷压缩机，6-低温级油分离器，7-高位槽，71-控制阀，72-液位传感装置，8-载冷剂换热器，81-液位显示装置，9-缓冲罐，10-输送装置，101-前截止阀，102-过滤器，103-泵，104-止回阀，105-后截止阀，11-载冷剂换热间，12-热水单元。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1：
如图1-5所示，一种换热器，包括管状壳体31、上封板32、下封板33以及上封头35、下封头36，其中管状壳体31立式布置，上下两端分别通过上封头35和下封头36密封，其中上封头35上设有上管口351，下封头36上设有下管口361。
管状壳体31与上封头35之间设有上封板32，管状壳体31与下封头36之间设有下封板33，且上封板32、管状壳体31和下封板33包围形成换热腔室34。
在换热腔室34的轴向上，也就是上封板32和下封板33所对应的中心位置设置有起支撑作用的中心柱37。
在中心柱37外侧环绕设置有多层螺旋管38，多层螺旋管38均以中心柱37为轴线，每一层螺旋管38独立设置且具有相同的导程和不同的直径，这里所说的不同直径指的是每一层螺旋管38之间的直径是不同的，但是同一螺旋管38从上到下除两端的主要部分的螺旋直径是相同的，也就是说，本申请的螺旋管38其实就是圆柱螺旋管38。
以本实施例采用三层螺旋管38的情况来说，内层螺旋管38的直径最小，中层螺旋管38的直径次之，外层螺旋管38的直径越大。所谓的导程也就是螺旋管38的螺距，表示螺纹管旋转一圈在轴向上移动的距离。
相邻两层螺旋管38的旋向相反，螺旋管38的旋向分为左旋和右旋，符合右手四指握旋转方向，动点沿拇指指向上升的称为右螺旋线，符合左手四指握旋转方向，动点沿拇指指向下降的称为左螺旋线。本实施例中，三层螺旋管38的旋向可以采用左旋-右旋-左旋或者右旋-左旋-右旋的分布方式。
螺旋管38上下两端向中心柱37靠拢(但不接触，且内层的螺旋管38比外层的螺旋管38靠的更近)，然后端头沿轴向延伸穿过上封板32和下封板33。具体地，在最后成型的换热器中，螺旋管38上下两端头刚好与上封板32和下封板33齐平。
管状壳体31的上端侧面和下端侧面分别设有制冷剂进口311和制冷剂出口312，该限定包括两种方案，即①上端侧面设置制冷剂进口311，下端侧面设置制冷剂出口312或者②下端侧面设置制冷剂进口311，上端侧面设置制冷剂出口312。
对于第一种方式，制冷剂从管状壳体31上端进入下端流出，一般都是制冷剂气体从上方进入后交换热量冷却成液体从下方流出，此时在制冷剂进口311处连通有围绕中心柱37外围的气体分布器313，气体分布器313进口连通制冷剂进口311，在制冷剂出口312处连通有围绕中心柱37外围的独立盘管314，独立盘管314的出口连通制冷剂出口312。
对于第二种方式，制冷剂从管状壳体31下端进入上端流出，一般都是制冷剂液体从下方进入后交换热量蒸发成气体从上方流出，此时在制冷剂进口311处连通有围绕中心柱37外围的液体分布器313a，液体分布器313a进口连通制冷剂进口311，在制冷剂出口312处连通有围绕中心柱37外围的独立盘管314，独立盘管314的出口连通制冷剂出口312。
设置气体分布器313或液体分布器313a的作用是防止从制冷剂进口311进入换热腔室34的气体或液体直接冲刷螺旋管38，也可以简单将气体分布器313或液体分布器313a替换成挡板以避免流体冲击螺旋管38，保证换热效果。
现有技术中，比如申请号201821226626.4的专利文献采用的直径较大的圆柱管体来支撑，这挤压了内部空间，本申请中的中心柱37采用至少由三根管体形成麻花辫状的辫状柱体，其只占用很小的空间，而且辫状柱体的受力分解成轴向、径向、切向等方向，轴向承载力较高，也具有较强的抵抗热应力的能力。
当然除了做成辫状柱体外，也可以将多根管体绞合而成。
实施例2：
如图1、图2所示，与实施例1的不同在于，本实施例对实施例1中的换热器基础上进行了更细的限定，使其用于冷凝器。具体是制冷剂进口311位于管状壳体31的上端侧面，制冷剂出口312位于管状壳体31的下端侧面，在制冷剂进口311处连通有围绕中心柱37外围的气体分布器313，在制冷剂出口312处连通有围绕中心柱37外围的独立盘管314，每一层螺旋管38的管体内表面设有沿管体轴向等间距设置的若干环形凸出381，每一层螺旋管38的管体外表面为镜面管。
工作原理是：冷却液从下管口361进入，经过多层螺旋管38后从上管口351流出，高温高压的制冷剂气体从制冷剂进口311流入换热腔室34后，在管壁冷凝成液滴后能迅速滑落(每一层螺旋管38的管体外表面为镜面管)，冷却液在螺旋管38内流动换热，由于螺旋管38的管体内表面设有沿管体轴向等间距设置的若干环形凸出381，这增大了管内流体的扰动，有利于提高管内流体的传热系数。
实施例3：
如图3所示，与实施例1的不同在于，本实施例对实施例1中的换热器基础上进行了更细的限定，使其用于蒸发冷凝器。具体是制冷剂进口311同样位于管状壳体31的上端侧面，制冷剂出口312位于管状壳体31的下端侧面，在制冷剂进口311处连通有围绕中心柱37外围的气体分布器313，在制冷剂出口312处连通有围绕中心柱37外围的独立盘管314，每一层螺旋管38的管体内表面设有若干沿管体轴向延伸的沟槽，每一层螺旋管38的管体外表面为镜面管，且上封头35内设有气液分离室39。
工作原理：低温级制冷剂从下管口361进入，经过多层螺旋管38后从上管口351流出，高温级制冷剂气体从制冷剂进口311流入换热腔室34，然后从制冷剂出口312流出，这样低温级制冷剂从下到上流动时在螺旋管38内吸热蒸发，蒸发进入气液分离室39完成气液分离，确保压缩机从其吸走的为干制冷剂气体，保证压缩机安全运行，高温制冷剂则从换热腔室34上端冷凝下落。由于螺旋管38的管体外表面为光洁度较高的镜面管，因此螺旋管38外的高温级制冷剂气体在螺旋管38管壁冷凝成液滴后能迅速滑落，而且每一层螺旋管38内的制冷剂在内表面沟槽的导流作用下便于低温级制冷剂中的气体快速排出，且管内制冷剂存在轴向轴和径向流，对管内传热具有强化作用。
在实施例2和实施例3中，独立盘管314均会从制冷剂进口311通入高温制冷剂气体，独立盘管314中的高温气体环绕在螺旋管38周围，一方面可以给从顶部流出的低温气体加热，使其具有一定的过热度，防止上管口351出气中夹带液滴；另一方面盘管内的高温制冷剂液体温度也得到降低，有利于快速冷却液化。
实施例4：
如图4、图5所示，与实施例1的不同在于，本实施例对实施例1中的换热器基础上进行了更细的限定，使其用于载冷剂换热器。制冷剂进口311位于管状壳体31的下端侧面，冷剂出口位于管状壳体31的上端侧面，在制冷剂进口311处连通有围绕中心柱37外围的液体分布器313a，在制冷剂出口312处连通有围绕中心柱37外围的独立盘管314，每一层螺旋管38的管体内表面设有沿管体轴向等间距分布的若干环形凸出381，每一层螺旋管38的管体外表面密布有几何尺寸一致的凸点和凹槽。
工作原理：载冷剂从下管口361进入，经过多层螺旋管38后从上管口351流出，低温级制冷剂气体从底部的制冷剂进口311流入换热腔室34，然后从上端的制冷剂出口312流出，这样载冷剂在螺旋管38内从下到上流动，低温级制冷剂从下到上流动时在螺旋管38外吸热蒸发。由于每一层螺旋管38的管体内表面设有沿管体轴向等间距分布的若干环形凸出381，这增大了螺旋管38管内流体的扰动，有利于提高管内流体的传热系数。螺旋管38外表面密布有凸点和凹坑的粗糙表面有利于换热(因为不会存在冷凝，因此无需设置成光洁度较高的镜面管)。
管束顶端外部还设置有独立盘管314，独立盘管314有独立的进口和出口，盘管内流通温度较高的液体，一方面给换热腔室34顶部的低温气体加热，使气体具有一定的过热度，防止出气中夹带液滴；另一方面低温气体使盘管内的高温液体温度降低。
由于本申请的换热器属于压力容器，目前压力容器领域的对接焊缝的检测方法只能采用可记录、可追溯的射线检测或者衍射时差法超声检测，这对材料和厚度均有限制，因此对设备质量的检测可行性较差。
实施例5：
本实施例提供一种换热器的制造方法，包括如下步骤：
S1：中心柱加工：
将待加工成中心柱的三根管体其中一端与上封板焊接固定，再将三根管体加工成辫状结构形成中心柱，并用辅助工装将其固定。
对中心柱的每一根管体进行压力试验，待压力试验均合格后将三根管体另一端与下封板焊接固定。
中心柱的管体数量可以根据换热器的支撑强度而决定，一般不低于3根才能形成麻花辫状的结构，当然多根管体也可以通过绞合的方式形成中心柱。
需要说明的是，本申请是先焊接固定管体一端和上封板，待压力试验合格后，再焊接固定管体另一端与下封板，反过来也是可以的，也即先焊接固定管体一端和下封板，待压力试验合格后，再焊接固定管体另一端与上封板，两种加工方式效果是相同的。
中心柱竖直设置时，其上端和下端均优选设置在上封板和下封板的中心。
S2：螺旋管加工：
在中心柱外围，从内层到外层逐层加工每一层螺旋管，螺旋管布置在中心柱外侧且相互独立，且每一层螺旋管具有相同的导程(螺距)和不同的直径，相邻两层螺旋管的旋向相反，螺旋管上下两端头向中心柱靠拢后沿轴向延伸穿过上封板和下封板，并将螺旋管与上封板和下封板进行点焊固定。
需要说明的是，螺旋管上下两端头需要至少穿过上封板和下封板100mm。
接着对螺旋管进行通球试验和压力试验，试验合格后，切除超出上封板和下封板多余的管体，最后将螺旋管的上下两端头与上封板和下封板焊接固定。
对于螺旋管有拼接的地方，需要将外表面拼接处的焊缝余高打磨至于母材齐平，将焊接接头位置两侧至少30mm范围进行软化热处理，防止加工螺旋管时由于拼接处刚性太大发生突变，最后对拼接接头进行100％射线检测，使其符合NB/T47013.2的Ⅱ级要求。
本实施例中通球试验要求用不小于85％螺旋管内径的小球(钢球、橡胶球、铁球或木球)进行通球试验，以钢球顺利通过螺旋管为合格。
特别注意的是，螺旋管从内层开始逐层向外组装时，需要内层加工完成并经射线检测(需要的话)、通球试验以及压力试验合格后再加工外层螺旋管。
S3：管状壳体以及上下封头的加工：
由于制冷剂进口和制冷剂出口的位置选择不同时，对应于制冷剂进口的液体分布器或气体分布器和对应于制冷剂出口的独立盘管位置是不同的。
对于制冷剂进口设置在管状壳体上端侧面，制冷剂出口设置在管状壳体下端侧面的情况，气体分布器围绕中心柱上端外围且固定在上封板底部设置，气体分布器的进口连接制冷剂进口，出口不要朝向螺旋管即可。同时将独立盘管围绕中心柱下端外围且固定在下封板上部，独立盘管的出口连接制冷剂出口。
对于制冷剂进口设置在管状壳体下端侧面，制冷剂出口设置在管状壳体上端侧面的情况，液体分布器围绕中心柱下端外围且固定在下封板上部设置，液体分布器的进口连接制冷剂进口，出口仍然不要朝向螺旋管设置。同时将独立盘管围绕中心柱上端外围且固定在上封板下部，独立盘管的出口连接制冷剂出口；
将管状壳体通过角焊缝的方式焊接在上封板和下封板之间，并调整制冷剂进口和制冷剂出口的位置，对上封板、下封板以及管状壳体所形成的整体进行压力试验，待试验合格后，最后在上封板上通过角焊缝的方式焊接上封头，在下封板底部通过角焊缝的方式焊接下封头。采用角焊缝的方式焊接管状壳体、上下封板、上下封头的焊接接头，不需要进行射线检测，降低了加工难度，也降低了检测成本。
由于制冷系统正从直接制冷向间接制冷转变，从超量供液向定量供液转变。当蒸发温度低于-35℃时，采用复叠制冷系统能有效提高制冷压缩机的制冷效率。现有复叠制冷系统通常采用低温级为R744或者R23制冷剂的直接制冷系统，这显然不符合当前减少碳排放的政策。另外，现有复叠制冷系统的蒸发冷凝器多采用板式换热器、列管式换热器的结构形式，列管式换热器的换热效率较低，而虽然板式换热器的换热效率较高，但不能进行气液分离，需要单独设置气液分离器。为适应制冷需求的变化，本申请还提供了一种复叠制冷系统，该制冷系统采用了对换热器进行改进得到的冷凝器、蒸发冷凝器和载冷剂换热器。
实施例6：
本实施例中，如图6所示，复叠制冷系统包括制冷压缩机、高温级油分离器2、高温级冷凝器3、蒸发冷凝器4、低温级制冷压缩机5、低温级油分离器6、高位槽7、载冷剂换热器8、缓冲罐9、输送装置10、载冷剂换热间11、调节阀和热水单元12。
其中，高温级冷凝器3采用实施例2中的换热器，蒸发冷凝器4采用实施例3中的换热器，载冷剂换热器8均采用实施例4中的换热器。
具体地，这些设备之间的连接关系如下：
制冷压缩机出口连接高温级油分离器2入口，高温级油分离器2出口连接高温级冷凝器3的制冷剂进口311，高温级冷凝器3的制冷剂出口312连接蒸发冷凝器4的下管口361，蒸发冷凝器4的上管口351连接制冷压缩机进口。
高温级冷凝器3的下管口361输入水池中的清洁水，经过换热后从高温级冷凝器3的上管口351输出到热水单元12，从而通过热水单元12给用户提供热水。
蒸发冷凝器4的制冷剂出口312经节流阀后连接高位槽7侧面下方的制冷剂进口311，高位槽7底部连接载冷剂换热器8的制冷剂进口311，载冷剂换热器8的制冷剂出口312连接高位槽7侧面上方的制冷剂进口311，饱和制冷剂气体从高位槽7顶部被吸入到低温级制冷压缩机5，低温级制冷压缩机5输出的制冷剂经过低温级油分离器6去油后将制冷剂送到蒸发冷凝器4的制冷剂进口311。
高位槽7的工作液位高于载冷剂换热器8的工作液位不低于1.5米。
载冷剂换热器8的侧面设置液位显示装置81，方便直观地观察载冷剂换热器8的实时液位情况。
当然，为了提高自动控制效果，高位槽7设有液位传感装置72，在节流阀的前段设置有控制阀71，该控制阀71与液位传感装置72电连接，当高位槽7的液位传感装置72检测到其液位较低时，通过发送信号到控制阀71使其提高制冷剂流量，从而增加高位槽7的液位高度，使其与载冷剂换热器8之间保持合适的液位差；同理，当高位槽7的液位传感装置72检测到其液位较高时，通过发送信号到控制阀71降低制冷剂流量，从而使得高位槽7的液位高度逐渐降低。高位槽7与载冷剂换热器8之间保持合适的液位差能够确保高位槽7流向载冷剂换热器8的供液量，保证换热效果。
载冷剂换热器8的上管口351连接缓冲罐9，然后缓冲罐9将载冷剂送到输送装置10，输送装置10将载冷剂送到载冷剂换热间11加热到所需的温度，然后送往载冷剂换热器8的下管口361。
上述复叠湿冷系统无需使用高温级制冷剂气液分离器，充分利用热量且共用一个制冷循环，使得系统更为简洁，减少了设备占地面积和管道阀门数量。
下面简单描述下该制冷系统的工作原理：
高温级压缩机将低温低压的高温级制冷剂气体吸入，经压缩后排出高温高压的过热制冷剂气体，在高温级油分离器2内分离去除制冷剂气体中的润滑油，然后从高温级冷凝器3的制冷剂进口311进入气体分布器313，在螺旋管38外获得螺旋管38内的冷却水的冷量后冷凝成为高温高压饱和(或具有一定过冷度)的制冷剂液体，高温级制冷剂液体从高温级冷凝器3下部管道经节流后变成低温低压的液体制冷剂，从蒸发冷凝器4的底部进入螺旋管38内，吸收螺旋管38外高温高压的制冷剂气体的热量后蒸发，蒸发后的低温低压的高温级制冷剂气体夹带液滴继续上升，在上封头35的分离室内完成气液分离，低温低压的高温级制冷剂气体被高温级制冷压缩机1吸走，进行下一轮制冷循环。
来自水池的清洁水从高温级冷凝器3的底部下管口361进入螺旋管38内，吸收螺旋管38管外高温高压的高温级制冷剂气体的热量，温度升高，然后贮存在热水单元12中，从而为用户提供热水。
低温低压的低温级制冷剂气体被低温级制冷压缩机5吸入，经压缩后排出高温高压过热制冷剂气体，在低温级油分离器6内分离去除制冷剂气体中的润滑油，然后从蒸发冷凝器4的上部制冷剂进口311进入气体分布器313，冷凝成为高温高压饱和(或具有一定过冷度)的制冷剂液体，从下部制冷剂出口312流出后经节流后进入高位槽7内，然后从高位槽7底部进入载冷剂换热器8下部制冷剂进口311，吸收螺旋管38内载冷剂的热量后蒸发，蒸发后的制冷剂气体夹带有液滴从制冷剂出口312进入高位槽7的上部，在高位槽7内完成气液分离，高位槽7内饱和的制冷剂气体被低温级制冷压缩机5吸走，进入下一次制冷循环。
来自载冷剂换热间11的载冷剂从载冷剂换热器8下管口361底部进入螺旋管38内，和螺旋管38外的制冷剂进行热量交换后，载冷剂的温度降低，然后从载冷剂换热器8顶部上管口351流出，暂存在缓冲罐9中，然后送往输送装置10。输送装置10可以分两路，每路分别设置有前截止阀101、过滤器102、泵103、止回阀104以及后截止阀105，其中一路为正常工作，另一路备用。正常工作时，前截止阀101、后截止阀105均打开，打开其中一台泵103，如这台泵103发生故障可以立即切换成开另一台泵103，切换过程可以设置为自动完成，然后关闭故障泵103的前截止阀101和后截止阀105，维修故障泵103。
从输送装置10出来的载冷剂被输送到能够对载冷剂加热到不同温度的载冷剂换热间11，从而为载冷剂换热器8提供不同温度的载冷剂，针对载冷剂换热间11的具体结构实现方法有很多，具体的结构申请人会单独进行专利申请。
经过载冷剂换热间11换热后，载冷剂的温度升高，从载冷剂换热器8的底部进入螺旋管38内再次降温后进行下一次循环。
以上对本申请提供的一种换热器、换热器的制造方法以及复叠制冷系统进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于，包括：
管状壳体(31)，其上下两端分别通过上封头(35)和下封头(36)密封，其中上封头(35)上设有上管口(351)，下封头(36)上设有下管口(361)；
所述管状壳体(31)与上封头(35)之间设有上封板(32)，管状壳体(31)与下封头(36)之间设有下封板(33)，且所述上封板(32)、管状壳体(31)和下封板(33)形成换热腔室(34)；
中心柱(37)，其轴向设置在换热腔室(34)中，所述中心柱(37)上下两端连接在上封板(32)和下封板(33)上；
环绕在中心柱(37)外侧的多层螺旋管(38)，多层螺旋管(38)独立设置且具有相同的导程和不同的直径，相邻两层螺旋管(38)的旋向相反，螺旋管(38)上下两端头轴向延伸穿过上封板(32)和下封板(33)；
所述管状壳体(31)的上端侧面和下端侧面分别设有制冷剂进口(311)和制冷剂出口(312)，在制冷剂进口(311)处连通有围绕中心柱(37)外围的气体分布器(313)或液体分布器(313a)，在制冷剂出口(312)处连通有围绕中心柱(37)外围的独立盘管(314)。
2.根据权利要求1所述的一种换热器，其特征在于，所述中心柱(37)为至少由三根管体加工形成的辫状柱体。
3.根据权利要求2所述的一种换热器，其特征在于，所述管状壳体(31)的上端侧面设有制冷剂进口(311)，管状壳体(31)的下端侧面设有制冷剂出口(312)，在制冷剂进口(311)处连通有围绕中心柱(37)上段外围的气体分布器(313)，在制冷剂出口(312)处连通有围绕中心柱(37)下段外围的独立盘管(314)，所述每一层螺旋管(38)的管体内表面设有沿管体轴向等间距设置的若干环形凸出(381)，每一层螺旋管(38)的管体外表面为镜面管。
4.根据权利要求2所述的一种换热器，其特征在于，所述管状壳体(31)的下端侧面设有制冷剂进口(311)，管状壳体(31)的上端侧面设有制冷剂出口(312)，在制冷剂进口(311)处连通有围绕中心柱(37)下段外围的液体分布器(313a)，在制冷剂出口(312)处连通有围绕中心柱(37)下段外围的独立盘管(314)，所述每一层螺旋管(38)的管体内表面设有若干沿管体轴向延伸的沟槽，每一层螺旋管(38)的管体外表面为镜面管，且所述上封头(35)内设有气液分离室(39)。
5.根据权利要求2所述的一种换热器，其特征在于，所述管状壳体(31)的上端侧面设有制冷剂进口(311)，管状壳体(31)的下端侧面设有制冷剂出口(312)，在制冷剂进口(311)处连通有围绕中心柱(37)外围的液体分布器(313a)，在制冷剂出口(312)处连通有围绕中心柱(37)外围的独立盘管(314)，所述每一层螺旋管(38)的管体内表面设有沿管体轴向等间距分布的若干环形凸出(381)，每一层螺旋管(38)的管体外表面密布有几何尺寸一致的凸点和凹槽。
6.一种换热器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)中心柱加工：
将待加工成中心柱的至少三根管体其中一端与上封板或下封板焊接固定，再将至少三根管体加工成辫状结构形成中心柱，并用辅助工装将其固定；
对中心柱的每一根管体进行压力试验，待压力试验均合格后将至少三根管体另一端焊接固定；
(2)螺旋管加工：
从内层到外层逐层加工每一层螺旋管，螺旋管布置在中心柱外侧且相互独立，且每一层螺旋管具有相同的导程和不同的直径，相邻两层螺旋管的旋向相反，螺旋管上下两端头轴向延伸穿过上封板和下封板，并将螺旋管与上封板和下封板进行点焊固定；
对螺旋管进行通球试验和压力试验，试验合格后，切除超出上封板和下封板多余的管体，并将螺旋管的上下两端头与上封板和下封板焊接固定；
(3)管状壳体加工：
对于制冷剂进口设置在管状壳体上端侧面，制冷剂出口设置在管状壳体下端侧面的情况，将气体分布器围绕中心柱上端外围且固定在上封板底部，所述气体分布器的进口连接制冷剂进口，将独立盘管围绕中心柱下端外围且固定在下封板上部，所述独立盘管的出口连接制冷剂出口；
对于制冷剂进口设置在管状壳体下端侧面，制冷剂出口设置在管状壳体上端侧面的情况，将液体分布器围绕中心柱下端外围且固定在下封板上部，所述液体分布器的进口连接制冷剂进口，将独立盘管围绕中心柱上端外围且固定在上封板下部，所述独立盘管的出口连接制冷剂出口；
将管状壳体通过角焊缝的方式焊接在上封板和下封板之间，并调整制冷剂进口和制冷剂出口的位置，对上封板、下封板以及管状壳体所形成的整体进行压力试验，待试验合格后，最后在上封板上通过角焊缝的方式焊接上封头，在下封板底部通过角焊缝的方式焊接下封头。
7.根据权利要求6所述的一种换热器的制造方法，其特征在于，对于螺旋管有拼接的地方，需要将外表面拼接处的焊缝余高打磨至于母材齐平，将焊接接头位置两侧至少30mm范围进行软化热处理，最后对拼接接头进行100％射线检测。
8.一种制冷系统，其特征在于，包括制冷压缩机、高温级油分离器(2)、高温级冷凝器(3)、蒸发冷凝器(4)、低温级制冷压缩机(5)、低温级油分离器(6)、高位槽(7)、载冷剂换热器(8)、缓冲罐(9)、输送装置(10)、载冷剂换热间(11)和热水单元(12)；
所述高温级冷凝器(3)采用权利要求3所述的换热器，所述蒸发冷凝器(4)采用权利要求4所述的换热器，所述载冷剂换热器(8)均采用权利要求5所述的换热器，其中：
所述制冷压缩机出口连接高温级油分离器(2)入口，所述高温级油分离器(2)出口连接高温级冷凝器(3)的制冷剂进口(311)，所述高温级冷凝器(3)的制冷剂出口(312)连接蒸发冷凝器(4)的下管口(361)，蒸发冷凝器(4)的上管口(351)连接制冷压缩机进口；
所述高温级冷凝器(3)的下管口(361)输入清洁水，经过换热后从高温级冷凝器(3)的上管口(351)输出到热水单元(12)；
所述蒸发冷凝器(4)的制冷剂出口(312)经节流阀后连接高位槽(7)侧面下方的制冷剂进口(311)，所述高位槽(7)底部连接载冷剂换热器(8)的制冷剂进口(311)，所述载冷剂换热器(8)的制冷剂出口(312)连接高位槽(7)侧面上方的制冷剂进口(311)，饱和制冷剂气体从高位槽(7)顶部被吸入到低温级制冷压缩机(5)，低温级制冷压缩机(5)输出的制冷剂经过低温级油分离器(6)去油后将制冷剂送到蒸发冷凝器(4)的制冷剂进口(311)；
所述载冷剂换热器(8)的上管口(351)连接缓冲罐(9)，然后缓冲罐(9)将载冷剂送到输送装置(10)，输送装置(10)将载冷剂送到载冷剂换热间(11)加热到所需的温度，然后送往载冷剂换热器(8)的下管口(361)。
9.根据权利要求8所述的制冷系统，其特征在于，所述高位槽(7)设有液位传感装置(72)，在节流阀的前段设置有控制阀(71)，该控制阀(71)与液位传感装置(72)电连接，通过液位传感装置(72)所检测的高位槽(7)液位数据调节控制阀(71)的开度。
10.根据权利要求8或9所述的制冷系统，其特征在于，所述高位槽(7)的工作液位高于载冷剂换热器(8)的工作液位。
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