CN114963800A - 换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于热交换技术领域，具体涉及一种换热装置，换热装置包括内管、套管和外壳，内管和套管均容置于外壳的内腔中；套管套设在内管外侧，且套管和内管之间形成间隙，间隙用于容置制冷剂；内管具有第一入口和第一出口，套管具有第二入口和第二出口，外壳具有第三入口；第一入口与外壳的内腔连通。本发明的换热装置的换热效果比较好。

Description

换热装置

技术领域

本发明属于热交换技术领域，具体涉及一种换热装置。

背景技术

换热装置是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热装置在家电领域、动力领域、化工领域、石油领域、食品领域及其它许多工业生产中占有重要地位。其中，换热装置在家电领域的应用如空调、热水器等，常见的换热装置包括蒸发器、冷凝器等。

换热装置按照传热原理可以分为间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器和复式换热器等。其中，间壁式换热器是应用最为广泛的换热器。间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，以使两种流体之间进行换热。间壁式换热器主要包括管壳式换热器和套管式换热器。

然而，相关技术中，管壳式换热器和套管式换热器的换热效果不好。

发明内容

本发明提供一种换热装置，本发明的换热装置的换热效果相比于管壳式换热器和套管式换热器的换热效果比较好。

本发明提供一种换热装置，包括内管、套管和外壳，所述内管和所述套管均容置于所述外壳的内腔中；所述套管套设在所述内管外侧，且所述套管和所述内管之间形成间隙，所述间隙用于容置制冷剂；所述内管具有第一入口，所述第一入口与所述外壳的内腔连通；所述内管中的液体的流向与所述间隙内的制冷剂的流向相反，所述内腔中的液体的流向与至少部分所述套管和至少部分所述内管之间的所述间隙内的制冷剂的流向相同。

本领域技术人员能够理解的是，本发明提供的换热装置包括内管、套管和外壳。通过将内管和套管均容置于外壳的内腔中，将套管套设在内管外侧，并使套管和内管之间形成间隙，使间隙用于容置制冷剂；同时，通过设置内管具有第一入口，使第一入口与外壳的内腔连通，即，内管的管腔和外壳的内腔连通，液体可以进入外壳的内腔，然后经由第一入口进入内管的管腔。

一方面，使进入外壳的内腔中的液体，可以通过套管的管壁与套管和内管之间的制冷剂进行第一次换热；另一方面，使内腔中经过第一次换热的液体可以继续经由第一入口进入至内管的管腔中，进入内管的液体可以通过内管的管壁与套管和内管之间的制冷剂进行第二次换热，从而不仅有利于增大液体和制冷剂之间的换热面积，而且有利于使液体充分吸收利用套管中制冷剂的热能，进而有利于提高换热装置的换热效率，改善换热装置的制冷效果和制热效果。通过设置内管中的液体的流向与间隙内的制冷剂的流向相反，内腔中的液体的流向与至少部分套管和至少部分内管之间的间隙内的制冷剂的流向相同，从而有利于进一步提高换热效率，改善换热效果。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述内管还具有第一出口，所述第一入口设置在所述内管的第二端，所述第一出口设置在所述内管的第一端；所述套管具有第二入口和第二出口，所述第二入口设置在所述套管的第一端，所述第二出口设置在所述套管的第二端；所述内管的第一端和所述套管的第一端相互靠近，所述内管的第二端和所述套管的第二端相互靠近。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述外壳包括相对两个端面和连接在所述外壳的相对两个端面之间的侧面；所述外壳具有第三入口；所述第三入口和所述第一入口分别靠近所述外壳的相对两个端面设置。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述第三入口和所述第一入口分别靠近所述外壳的相对两个侧面设置。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述套管的第一端、所述套管的第二端和所述内管的第一端均贯穿所述外壳的侧面延伸至所述外壳的外侧。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述内管的第一端和所述套管的第一端均靠近所述外壳的相对两个端面中的一个端面设置；所述内管的第二端和所述套管的第二端均靠近所述外壳的相对两个端面中的另一个端面设置。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述内管和所述套管自靠近所述外壳的相对两个端面中的一个端面延伸至靠近所述外壳的相对两个端面中的另一个端面；所述内管和所述套管自靠近所述外壳的相对两个侧面中的一个侧面延伸至靠近所述外壳的相对两个侧面中的另一个侧面。

在上述换热装置的可选技术方案中，至少部分所述内管和至少部分所述套管在所述外壳的内腔中呈蛇形延伸。

在上述换热装置的可选技术方案中，至少部分所述内管和至少部分所述套管在所述外壳的内腔中呈螺旋形延伸。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述套管和所述内管之间形成的间隙为环绕所述内管外周的环形间隙。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述外壳包括不锈钢外壳和碳钢外壳。

在上述换热装置的可选技术方案中，所述外壳的表面设置有保护层。

除了上面所描述的本发明实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明实施例所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的换热装置的结构示意图。

附图中：

100-内管；110-第一入口；120-第一出口；

200-套管；201-间隙；210-第二入口；220-第二出口；

300-外壳；301-内腔；302-端面；303-侧面；310-第三入口。

具体实施方式

套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的管子叫壳程，内部的管子叫管程。两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动或同向流动，以使壳程内的介质和管程内的介质通过内部管子的管壁实现换热。

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有传热管束，管束两端固定在管板上，进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体，壳程流体和管程流体通过传热管束的管壁实现换热。

然而，套管式换热器和管壳式换热器的换热面积均比较小，从而导致套管式换热器和管壳式换热器的换热效果均有待提高。

为了解决上述技术问题，本发明提供的换热装置包括内管、套管和外壳。通过将内管和套管均容置于外壳的内腔中，将套管套设在内管外侧，并使套管和内管之间形成间隙，使间隙用于容置制冷剂；同时，通过设置内管具有第一入口，使第一入口与外壳的内腔连通，即，内管的管腔和外壳的内腔连通，液体可以进入外壳的内腔，然后经由第一入口进入内管的管腔。

一方面，使进入外壳的内腔中的液体，可以通过套管的管壁与套管和内管之间的制冷剂进行第一次换热；另一方面，使内腔中经过第一次换热的液体可以继续经由第一入口进入至内管的管腔中，进入内管的液体可以通过内管的管壁与套管和内管之间的制冷剂进行第二次换热，从而不仅有利于增大液体和制冷剂之间的换热面积，而且有利于使液体充分吸收利用套管中制冷剂的热能，进而有利于提高换热装置的换热效率，改善换热装置的制冷效果和制热效果。通过设置内管中的液体的流向与间隙内的制冷剂的流向相反，内腔中的液体的流向与至少部分套管和至少部分内管之间的间隙内的制冷剂的流向相同，从而有利于进一步提高换热效率，改善换热效果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

图1是本发明一实施例提供的换热装置的结构示意图。

参照图1所示，本实施例提供一种换热装置。该换热装置包括内管100、套管200和外壳300。内管100和套管200均容置于外壳300的内腔301中，套管200套设在内管100外侧，且套管200和内管100之间形成间隙201，间隙201用于容置制冷剂。

示例性的，内管100可以为金属材质，例如：碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、钛等；内管100也可以为非金属材质，例如：石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。

外管可以为金属材质，例如：碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、钛等；外管也可以为非金属材质，例如：石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。

内管100和外管在设计时可以根据工作压力、温度和介质的腐蚀性等选用合适的材料。

外壳300通常为金属材质，例如：不锈钢材质、碳钢材质等。当外壳300为碳钢材质时，为了提高外壳300的耐腐蚀性能可以在外壳300表面设置保护层，例如，可以在外壳300表面设置搪瓷保护层等，从而有利于延长外壳300的使用寿命。当然，其他材质的外壳300表面也可以设置保护层。

内管100具有第一入口110和第一出口120，液体可以经由第一入口110进入内管100中，并沿着内管100流动至第一出口120排出。示例性的，内管100的第一入口110和第一出口120可以根据实际需要设置在内管100的预设位置，只要能够保证换热装置具有比较高的换热效率和比较好的换热效果即可。

套管200具有第二入口210和第二出口220，制冷剂可以经由第二入口210进入至套管200和内管100之间的间隙201内，并沿着套管200和内管100之间的间隙201流动至第二出口220排出。示例性的，套管200的第二入口210和第二出口220可以根据实际需要设置在套管200的预设位置，只要能够保证换热装置具有比较高的换热效率和比较好的换热效果即可。

外壳300具有第三入口310，液体经由第三入口310进入外壳300的内腔301中。示例性的，外壳300的第三入口310可以根据实际需要设置在外壳300的预设位置，只要能够保证换热装置具有比较高的换热效率和比较好的换热效果即可。

第一入口110与外壳300的内腔301连通，以使经由第三入口310进入外壳300的内腔301中的液体继续经由第一入口110进入内管100中，并沿着内管100流动至第一出口120排出。

内管100中的液体的流向与间隙201内的制冷剂的流向相反，内腔301中的液体的流向与至少部分套管200和至少部分内管100之间的间隙内的制冷剂的流向相同，从而有利于进一步提高换热效率，改善换热效果。

具体实现时，以高温制冷剂与水换热为例进行说明，高温制冷剂可以经由套管200的第二入口210进入到套管200和内管100之间的间隙201内，高温制冷剂可以放出热量给外壳300的空腔中的水和内管100中的水，高温制冷剂经过与外壳300的空腔中的水和内管100中的水换热冷凝后从套管200的第二出口220排出。冷水可以经由外壳300的第三入口310进入至外壳300的空腔内，流经套管200的外表面后继续经由第一入口110进入至内管100中，最终带着高温制冷剂的热量从内管100的第一出口120排出。

本实施例换热装置的设计充分考虑了液体和制冷剂的换热情况，可以最大程度上提高换热效率，从而有利于提高制冷效果和制热效果。

在一种可选的实现方式中，第一入口110可以设置在内管100的第二端，第一出口120可以设置在内管100的第一端。第二入口210可以设置在套管200的第一端，第二出口220可以设置在套管200的第二端。内管100的第一端和套管200的第一端相互靠近，内管100的第二端和套管200的第二端相互靠近。

可以理解的是，套管200通常自内管100的第一端延伸至内管100的第二端，以保证套管200和内管100之间的间隙201中的制冷剂可以与内管100中的液体之间进行充分换热。内管100的第一端和套管200的第一端相互靠近，内管100的第二端和套管200的第二端相互靠近，即，套管200的第一端为靠近内管100的第一端的一端，套管200的第二端为靠近内管100的第二端的一端。

通过将第一入口110设置在内管100的第二端，第一出口120设置在内管100的第一端，以使进入内管100的液体从内管100的第二端流向内管100的第一端。通过将第二入口210设置在套管200的第一端，第二出口220设置在套管200的第二端，以使进入套管200和内管100之间的间隙201内的制冷剂从套管200的第一端流向套管200的第二端。从而使套管200和内管100之间的间隙201内的制冷剂和内管100中的液体的流向相反，进而有利于提高换热效果。

在另一种可选的实现方式中，第一入口110可以设置在内管100的第二端，第一出口120可以设置在内管100的第一端。第二入口210可以设置在套管200的第二端，第二出口220设置在套管200的第一端。从而使套管200和内管100之间的间隙201内的制冷剂和内管100中的液体的流向相同。

在第一种可选的实现方式中，外壳300包括相对两个端面302和连接在外壳300的相对两个端面302之间的侧面303。第三入口310和第一入口110分别靠近外壳300的相对两个端面302设置。

示例性的，参照图1，第三入口310可以设置在外壳300的上端，第一入口110可以靠近外壳300的下端设置。从而使经由第三入口310进入至外壳300内的液体可以先流经套管200的外表面，并经由套管200的管壁和套管200内的制冷剂进行换热之后，到达第一入口110，继而经由第一入口110进入内管100中，继续与套管200和内管100之间的间隙201中制冷剂进行换热。

在第二种可选的实现方式中，第三入口310和第一入口110分别靠近外壳300的相对两个侧面303设置。从而使经由第三入口310进入至外壳300内的液体可以先流经套管200的外表面，并经由套管200的管壁和套管200内的制冷剂进行换热之后，到达第一入口110，继而经由第一入口110进入内管100中，继续与套管200和内管100之间的间隙201中制冷剂进行换热。

在第三种可选的实现方式中，第三入口310和第一入口110分别靠近外壳300的相对两个端面302设置，同时，第三入口310和第一入口110分别靠近外壳300的相对两个侧面303设置。参照图1，第三入口310和第一入口110分别位于外壳300的对角位置，从而使经由第三入口310进入至外壳300内的液体可以充分流经套管200的外表面，并经由套管200的管壁和套管200内的制冷剂进行换热之后，到达第一入口110，继而经由第一入口110进入内管100中，继续与套管200和内管100之间的间隙201中制冷剂进行换热。

在一种可选的实现方式中，套管200的第一端、套管200的第二端和内管100的第一端均贯穿外壳300的侧面303延伸至外壳300的外侧，从而不仅便于将使套管200的第一端、套管200的第二端和内管100的第一端与外接管路连接，而且结构简单，设置方便。

进一步的，可以根据实际需要设置套管200的第一端、套管200的第二端和内管100的第一端均贯穿外壳300的同一侧延伸至外壳300的外侧，从而便于换热装置的安装，缩小安装区域。

在另一种可选的实现方式中，套管200的第一端、套管200的第二端和内管100的第一端也可以根据实际需要贯穿外壳300的侧面303或端面302延伸至外壳300的外侧，以便于将使套管200的第一端、套管200的第二端和内管100的第一端与外接管路连接。

在一种可选的实现方式中，内管100的第一端和套管200的第一端均靠近外壳300的相对两个端面302中的一个端面302设置；内管100的第二端和套管200的第二端均靠近外壳300的相对两个端面302中的另一个端面302设置。

从而有利于使内管100和套管200均自靠近外壳300的相对两个端面302中的一个端面302延伸至靠近外壳300的相对两个端面302中的另一个端面302，进而有利于增加内管100和套管200在外壳300的空腔内的延伸长度，有利于提高换热效率，改善换热效果。

在另一种可选的实现方式中，内管100的第一端和套管200的第一端均靠近外壳300的相对两个侧面303中的一个侧面303设置；内管100的第二端和套管200的第二端均靠近外壳300的相对两个侧面303中的另一个侧面303设置。

示例性的，参照图1，内管100和套管200自靠近外壳300的相对两个端面302中的一个端面302延伸至靠近外壳300的相对两个端面302中的另一个端面302；而且，内管100和套管200自靠近外壳300的相对两个侧面303中的一个侧面303延伸至靠近外壳300的相对两个侧面303中的另一个侧面303。

可以理解的是，外壳300的空腔中的空间比较大，内管100和套管200和可以沿曲线延伸，也可以沿直线延伸，以便尽量均匀的分布于外壳300的空腔中，以使套管200内的制冷剂可以可以外壳300的空腔中的液体之间的接触面积更大，换热效率更高，换热效果更好。

示例性的，至少部分内管100和至少部分套管200在外壳300的内腔301中呈蛇形延伸。

如图1所示，内管100和套管200自外壳300的第一侧水平延伸至靠近外壳300的第二侧，弯曲180度后，自外壳300的第二侧水平延伸至靠近外壳300的第一侧，弯曲180度后，又自外壳300的第一侧水平延伸至靠近外壳300的第二侧，依次类推……可选的，内管100和套管200的各水平延伸段之间可以等间隔排布，也可以不等间隔排布；内管100和套管200的位于上下两端的水平延伸段可以分别靠近外壳300的上下两个端面302，以充分利用外壳300的内腔301空间。

示例性的，至少部分内管100和至少部分套管200在外壳300的内腔中呈螺旋形延伸。外壳300沿水平方向的横截面形状可以为圆形。

在上述换热装置的可选技术方案中，套管200和内管100之间形成的间隙201为环绕内管100外周的环形间隙201，从而使内管100中的液体与套管200中的制冷剂进行充分换热。

综上，本领域技术人员能够理解的是，本发明实施例提供的换热装置包括内管100、套管200和外壳300。通过将内管100和套管200均容置于外壳300的内腔301中，将套管200套设在内管100外侧，并使套管200和内管100之间形成间隙201，使间隙201用于容置制冷剂；同时，通过设置内管100具有第一入口110，使第一入口110与外壳300的内腔301连通，即，内管100的管腔和外壳300的内腔301连通，液体可以进入外壳300的内腔301，然后经由第一入口110进入内管100的管腔。

一方面，使进入外壳300的内腔301中的液体，可以通过套管200的管壁与套管200和内管100之间的制冷剂进行第一次换热；另一方面，使内腔301中经过第一次换热的液体可以继续经由第一入口110进入至内管100的管腔中，进入内管100的液体可以通过内管100的管壁与套管200和内管100之间的制冷剂进行第二次换热，从而不仅有利于增大液体和制冷剂之间的换热面积，而且有利于使液体充分吸收利用套管200中制冷剂的热能，进而有利于提高换热装置的换热效率，改善换热装置的制冷效果和制热效果。内管100中的液体的流向与间隙201内的制冷剂的流向相反，内腔301中的液体的流向与至少部分套管200和至少部分内管100之间的间隙内的制冷剂的流向相同，从而有利于进一步提高换热效率，改善换热效果。

本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示本实施例中的装置或构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的限制。

还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个构件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种换热装置，其特征在于，包括内管、套管和外壳，所述内管和所述套管均容置于所述外壳的内腔中；所述套管套设在所述内管外侧，且所述套管和所述内管之间形成间隙，所述间隙用于容置制冷剂；

所述内管具有第一入口，所述第一入口与所述外壳的内腔连通；所述内管中的液体的流向与所述间隙内的制冷剂的流向相反，所述内腔中的液体的流向与至少部分所述套管和至少部分所述内管之间的所述间隙内的制冷剂的流向相同。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述内管还具有第一出口，所述第一入口设置在所述内管的第二端，所述第一出口设置在所述内管的第一端；

所述套管具有第二入口和第二出口，所述第二入口设置在所述套管的第一端，所述第二出口设置在所述套管的第二端；

所述内管的第一端和所述套管的第一端相互靠近，所述内管的第二端和所述套管的第二端相互靠近。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，所述外壳包括相对两个端面和连接在所述外壳的相对两个端面之间的侧面；所述外壳具有第三入口；

所述第三入口和所述第一入口分别靠近所述外壳的相对两个端面设置；和/或，

所述第三入口和所述第一入口分别靠近所述外壳的相对两个侧面设置。

4.根据权利要求3所述的换热装置，其特征在于，所述套管的第一端、所述套管的第二端和所述内管的第一端均贯穿所述外壳的侧面延伸至所述外壳的外侧。

5.根据权利要求3所述的换热装置，其特征在于，所述内管的第一端和所述套管的第一端均靠近所述外壳的相对两个端面中的一个端面设置；所述内管的第二端和所述套管的第二端均靠近所述外壳的相对两个端面中的另一个端面设置。

6.根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于，所述内管和所述套管自靠近所述外壳的相对两个端面中的一个端面延伸至靠近所述外壳的相对两个端面中的另一个端面；

所述内管和所述套管自靠近所述外壳的相对两个侧面中的一个侧面延伸至靠近所述外壳的相对两个侧面中的另一个侧面。

7.根据权利要求1-6任一项所述的换热装置，其特征在于，至少部分所述内管和至少部分所述套管在所述外壳的内腔中呈蛇形延伸；和/或，

至少部分所述内管和至少部分所述套管在所述外壳的内腔中呈螺旋形延伸。

8.根据权利要求1-6任一项所述的换热装置，其特征在于，所述套管和所述内管之间形成的间隙为环绕所述内管外周的环形间隙。

9.根据权利要求1-6任一项所述的换热装置，其特征在于，所述外壳包括不锈钢外壳和碳钢外壳。

10.根据权利要求1-6任一项所述的换热装置，其特征在于，所述外壳的表面设置有保护层。

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