CN114646227A - 绕管式换热器及具有其的制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换热器设计技术领域，特别是涉及一种绕管式换热器及具有其的制冷系统。本发明提供的一种绕管式换热器，包括壳体、芯体和多根换热管，壳体内形成有容纳壳程介质的腔体，多根换热管呈螺旋状缠绕于芯体外；换热管包括多根第一管及第二管，多根第二管间隔设置于多根第一管间，且第二管的强度大于第一管的强度。本发明还提供一种制冷系统，其包括上述绕管式换热器。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将多根强度高于第一管的第二管间隔设置于多根第一管间，从而使得第二管对相邻的第一管起到支撑和固定作用，确保第一管在受到壳程介质流动冲击而发生弯曲变形断裂，增加了换热管的整体强度，加强了绕管式换热器运行时可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及换热器设计技术领域，特别是涉及一种绕管式换热器及具有其的制冷系统。
背景技术
绕管式换热器又称为缠绕管式换热器，换热管围绕中心筒呈螺旋盘管状缠绕,可以多层缠绕，每一层可以多根管子并联缠绕；在壳体内的换热管长度可以很长,换热管的数量可以很多，因而适用于流体进出口温差大、流量大的换热场合。
现有的绕管式换热器的每根换热管的强度是一样的，一般采用紫铜管绕制形成的绕管，紫铜管强度较差，在与管内载冷换热时受载冷剂流动冲击容易使铜管弯曲变形严重时会使用铜管变形断裂，导致绕管式换热器无法正常工作。
发明内容
有鉴于此，针对上述技术问题，本发明提供了一种整体强度好，运行可靠性高的绕管式换热器。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种绕管式换热器，包括壳体、芯体和多根换热管，所述壳体内形成有容纳壳程介质的腔体，所述芯体固设于所述壳体内并与所述腔体同轴布置，多根所述换热管呈螺旋状缠绕于所述芯体外；所述换热管包括多根第一管及第二管，多根所述第二管间隔设置于多根所述第一管间，且所述第二管的强度大于所述第一管的强度。
可以理解的是，本申请通过将多根强度高于所述第一管的所述第二管间隔设置于多根所述第一管间，从而使得所述第二管对相邻的所述第一管起到支撑和固定作用，确保所述第一管在受到壳程介质流动冲击而发生弯曲变形断裂，增加了所述换热管的整体强度，加强了所述绕管式换热器运行时可靠性。
在其中一个实施例中，所述第二管的刚度大于所述第一管的刚度。
可以理解的是，能够保证螺旋状的换热管装配时的可靠性，避免螺旋状的换热管发生回弹，提高生产效率的同时还可以提高换热器的传热效率。
在其中一个实施例中，每2～6根所述第一管间设置一根所述第二管。
可以理解的是，可以在保证加工容易的前提下增强换热管的整体强度。
在其中一个实施例中，所述第二管采用不锈钢管或钢管制作，所述第一管采用紫铜管制作。
可以理解的是，不锈钢管或钢管具有高强度和刚度的特性，紫铜管的高延展性使得所述第一管易于加工成螺旋状。
在其中一个实施例中，每根所述第一管及所述第二管均包括进管及出管，所述进管的进口及所述出管的出口分别同时靠近所述壳体的同一端设置。
可以理解的是，以实现管程介质同端进出。
在其中一个实施例中，所述第一管及所述第二管均还包括U型管，所述U型管的两端分别连接于所述进管的出口及所述出管的进口。
在其中一个实施例中，所述壳体的一端开设有管程介质入口和管程介质出口，且所述管程介质入口和所述管程介质出口设置于所述芯体的中轴线的两侧，所述管程介质入口与所述进管的进口连通，所述管程介质出口与所述出管的出口连通。
可以理解的是，所述管程介质入口和所述管程介质出口主要为所述换热管中的介质的流通通道，用于所述换热管中的介质流通。
在其中一个实施例中，所述管程介质入口和所述管程介质出口内均设置有分液组件，所述分液组件位于所述腔体内一端设有多个通孔，每个所述通孔对应与每根所述换热管相连通，且所述通孔的孔径小于所述换热管的内径。
可以理解的是，所述分液头可以使得管程介质均匀的分配到每根所述换热管中，另外，当管程介质流经所述通孔时，由于流通面积减小而流速加快，从而使得管程介质均匀的分配到所述换热管中，提升了换热效率。
在其中一个实施例中，所述换热管的外管壁及/或所述换热管的内管壁设有螺纹。
可以理解的是，能够增加壳程介质与管程介质的换热面积，并且能够扰乱壳程介质及/或管程介质的流动。
在其中一个实施例中，所述芯体贯穿于所述壳体两端设置。
本发明还提供如下技术方案：
一种制冷系统，包括绕管式换热器。
与现有技术相比，本发明提供的绕管式换热器，通过将多根强度高于所述第一管的所述第二管间隔设置于多根所述第一管间，从而使得所述第二管对相邻的所述第一管起到支撑和固定作用，确保所述第一管在受到壳程介质流动冲击而发生弯曲变形断裂，增加了所述换热管的整体强度，加强了所述绕管式换热器运行时可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的绕管式换热器的结构示意图。
图中各符号表示含义如下：
100、绕管式换热器；10、壳体；11、腔体；12、芯体；13、管程介质入口；14、管程介质出口；15、壳程介质入口；16、壳程介质出口；17、接管；18、法兰；20、换热管；21、第一管；22、第二管；23、进管；24、出管；25、U型管；30、分液组件；31、通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1，本发明提供一种绕管式换热器100，该绕管式换热器100主要应用于空调系统中,绕管式换热器100相对于普通的列管式换热器具有不可比拟的优势，适用温度范围广、适应热冲击、热应力自身消除、紧凑度高，由于自身的特殊构造，使得流场充分发展，不存在流动死区，通过设置多股管程(壳程单股)，能够在一台设备内满足多股流体的同时换热。
具体地，绕管式换热器100包括壳体10、芯体12和多根换热管20，壳体10内形成有容纳壳程介质的腔体11，芯体12固设于壳体10内并与腔体11同轴布置，多根换热管20呈螺旋状缠绕于芯体12外；换热管20包括多根第一管21及第二管22，多根第二管22间隔设置于多根第一管21间，且第二管22的强度大于第一管21的强度。
需要说明的是，现有的绕管式换热器100的每根换热管20的强度是一样的，一般采用都是紫铜管绕制形成的绕管，但是由于紫铜管强度较差，在与管内制冷剂换热时受制冷剂流动冲击容易使铜管弯曲变形严重甚至会使得铜管变形断裂，导致绕管式换热器100无法正常工作。而本实施方式中，通过将多根强度高于第一管21的第二管22间隔设置于多根第一管21间，从而使得第二管22对相邻的第一管21起到支撑和固定作用，确保第一管21在受到壳程介质流动冲击而发生弯曲变形断裂，增加了换热管20的整体强度，加强了绕管式换热器100运行时的可靠性。
如图1所示，多根换热管20呈螺旋状缠绕于芯体12外部，以使在交错盘绕的换热管20之间形成交错的壳程介质流动空间，使得管内与管外流体的扰动均有所增加，进而增加了壳程介质与管程介质的热交换系数，且换热管20盘绕成螺旋状，也有利于消除振动、热应力影响。
优选地，在本实施例中，壳体10由钢材制成，主要用于提供换热管20内管程介质与壳程介质进行热量交换的空间；芯体12由钢管制成，主要用于换热管20固定成型及固定作用；在其他实施例中，壳体10和芯体12还可以采用其他材料，在此不作限定。
进一步地，缠绕于芯体12最外层的换热管20外还包覆设置有包扎筒(图未示)，并且该包扎筒固定于壳体10上，包扎筒起到导流的作用，防止壳程介质从最外层换热管20与壳体10之间旁通，保证了壳程介质的换热效率。
进一步地，第二管22的刚度大于第一管21的刚度，如此能够保证螺旋状的换热管20装配时的可靠性，避免螺旋状的换热管20发生回弹，提高生产效率的同时还可以提高换热器的传热效率。
优选地，在本实施例中，第一管21采用紫铜管制作，第二管22采用不锈钢管或钢管制作，由于不锈钢管或钢管具有高强度和高刚度的特性，因此在壳程介质与管程介质换热时换热管20受到壳程介质的流动冲击不易发生变形断裂，增强了整体强度；而紫铜管的高延展性也可以使得第一管21易于加工成螺旋状；当然，在其他实施例中，第一管21和第二管22也可以采用其他材料，在此不作限定。
进一步地，本发明采用在每2～6根第一管21间设置一根第二管22的方式来增加整体的强度，即，第一管21的数量要大于第二管22；若第二管22数量过多，则由于第二管22的高刚度高强度特性使其不易被加工成螺旋状，若第一管21数量过多，则又会导致整体强度降低；因此如此设置便可以在保证加工容易的前提下增强换热管20的整体强度。
进一步地，芯体12外部缠绕有多层换热管20，相邻两层换热管20之间设置有第一垫条(图未示)，用于分隔相邻两层换热管20；位于同一层的换热管20相互之间还设有第二垫条(图未示)，通过第二垫条使得同一层中相邻的换热管20之间保持合适的管间距，此外，所述第二垫条还起到固定换热管20的作用，使每层换热管20更为稳固。
优选地，换热管20的外管壁及/或所述换热管20的内管壁设有螺纹，如此能够增加壳程介质与管程介质的换热面积，并且能够扰乱壳程介质及/或管程介质的流动，以进一步增加换热管20的热交换面积，提高管内换热系数。
进一步地，每根第一管21及第二管22均包括进管23及出管24，进管23的进口及出管24的出口分别同时靠近壳体10的同一端设置，以实现管程介质同端进出。
进一步地，第一管21及第二管22均还包括U型管25，U型管25的两端分别连接于进管23的出口及出管24的进口，U型管25用于管程介质的返程。
可选地，U型管25还可以采用V型管等其他用于管程介质的返程的形状，在此不作限定。
进一步地，壳体10的一端还开设有管程介质入口13和管程介质出口14，且管程介质入口13和管程介质出口14设置于芯体12的中轴线的两侧，管程介质入口13与进管23的进口连通，管程介质出口14与出管24的出口连通；管程介质入口13和管程介质出口14主要为换热管20中的介质的流通通道，用于换热管20中的介质流通。
具体地，管程介质入口13和管程介质出口14内均设置有分液组件30，分液组件30位于腔体11内一端设有多个通孔31，每个通孔31对应与每根换热管20相连通，且通孔31的孔径小于换热管20的内径；分液组件30可以使得管程介质均匀的分配到每根换热管20中，另外，当管程介质从壳体10外流经通孔31时，由于流通面积减小而流速加快，从而使得管程介质均匀的分配到换热管20中，提升了换热效率。
可选地，分液组件30可以为分配器、分液头或者管板，在此不作过多限定。
进一步地，壳体10同一侧的侧壁上设有壳程介质入口15和壳程介质出口16，且壳程介质入口15和壳程介质出口16处分别设置有接管17，接管17上设置有法兰18，法兰18与接管17固定连接，壳程介质入口15和壳程介质出口16使得换热管20中的管程介质与腔体11中的壳程介质汇集并与外部管路系统联接从而形成制冷系统。
可选地，接管17可以采用铜管、铝管或者钢管制成，在此不作过多限定。
进一步地，在本实施例中，芯体12贯穿于壳体10两端设置，如此可以进一步地加强芯体12对换热管20的固定性能，使得绕管式换热器100更好的工作。
本发明还提供了一种制冷系统(图未示)，包括绕管式换热器100。
该制冷系统也具有上述绕管式换热器100的优点。
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)
1.一种绕管式换热器，包括壳体(10)、芯体(12)和多根换热管(20)，所述壳体(10)内形成有容纳壳程介质的腔体(11)，所述芯体(12)固设于所述壳体(10)内并与所述腔体(11)同轴布置，多根所述换热管(20)呈螺旋状缠绕于所述芯体(12)外；
其特征在于，所述换热管(20)包括多根第一管(21)及第二管(22)，多根所述第二管(22)间隔设置于多根所述第一管(21)间，且所述第二管(22)的强度大于所述第一管(21)的强度。
2.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，所述第二管(22)的刚度大于所述第一管(21)的刚度。
3.根据权利要求1或2所述的绕管式换热器，其特征在于，每2～6根所述第一管(21)间设置一根所述第二管(22)。
4.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，所述第二管(22)采用不锈钢管或钢管制作，所述第一管(21)采用紫铜管制作。
5.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，每根所述第一管(21)及所述第二管(22)均包括进管(23)及出管(24)，所述进管(23)的进口及所述出管(24)的出口分别同时靠近所述壳体(10)的同一端设置。
6.根据权利要求5所述的绕管式换热器，其特征在于，所述第一管(21)及所述第二管(22)均还包括U型管(25)，所述U型管(25)的两端分别连接于所述进管(23)的出口及所述出管(24)的进口。
7.根据权利要求5所述的绕管式换热器，其特征在于，所述壳体(10)的一端开设有管程介质入口(13)和管程介质出口(14)，且所述管程介质入口(13)和所述管程介质出口(14)设置于所述芯体(12)的中轴线的两侧，所述管程介质入口(13)与所述进管(23)的进口连通，所述管程介质出口(14)与所述出管(24)的出口连通。
8.根据权利要求7所述的绕管式换热器，其特征在于，所述管程介质入口(13)和所述管程介质出口(14)内均设置有分液组件(30)，所述分液组件(30)位于所述腔体(11)内一端设有多个通孔(31)，每个所述通孔(31)对应与每根所述换热管(20)相连通，且所述通孔(31)的孔径小于所述换热管(20)的内径。
9.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，所述换热管(20)的外管壁及/或所述换热管(20)的内管壁设有螺纹。
10.根据权利要求1所述的绕管式换热器，其特征在于，所述芯体(12)贯穿于所述壳体(10)两端设置。
11.一种制冷系统，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的绕管式换热器。
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