CN206146050U - 兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，包括筒体以及设于筒体内部的换热管，筒体的上部设有分配器，筒体的底部为满液区，分配器与满液区之间为降膜区，筒体的上部设有气态制冷剂进出口以及液态制冷剂入口，筒体的下端设有液态制冷剂出口；其中，满液区内布置有第一蒸发管，降膜区的中部布置有冷凝管，冷凝管的两侧均设有第二蒸发管。兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器中，采用降膜蒸发与满液蒸发结合，并且通过设计换热管中冷凝管与蒸发管的排布结构以及优化冷凝管与蒸发管的结构，提高换热性能。

Description

兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器

技术领域

本实用新型涉及一种壳管式换热器，具体地指一种兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器。

背景技术

换热器是空调机组不可或缺的部件，根据功能的不同，换热器分为蒸发器与冷凝器，在空调机组系统中，根据不同的需要常常蒸发器与冷凝器需要切换使用，因此在空调机组中换热器必须兼具蒸发功能与冷凝功能。现有的兼具蒸发功能与冷凝功能的换热器主要有干式换热器与降膜式换热器。

干式换热器中载冷剂走壳程，制冷剂走管程。在制冷循环中作为当蒸发器，在制热循环中作为冷凝器。目前，干式换热器均采用内外强化的螺纹管，可以同时满足强化制冷剂管内蒸发换热与冷凝换热的作用。但是内部强化的螺纹管虽然能兼顾蒸发换热与冷凝换热，其换热性能远不及于单纯用于蒸发或者冷凝的高效管，同时由于存在较大的管程压降，换热过程存在较大的传热温差。在极限情况下，干式换热器也难以实现2℃的趋近温度。

降膜式换热器是一种新型高效的换热器，在降膜式换热器中，载冷剂走管程，制冷剂被均匀滴淋于换热管表面。换热管一般采用外表面强化的多孔表面管，在用作蒸发器时，多孔表面产生大量的气化核心，大大强化了蒸发换热，但是用作冷凝器时，管表面发生气相到液相的相变过程，在相变的过程中会影响换热的性能，并且，这种外表面强化的多孔表面管表面附着较多的制冷剂，形成很厚的液膜，增大换热热阻，大大削弱了换热性能。

中国发明专利(授权公告号CN 102878724B授权公告日2015.02.04)公开了一种兼具蒸发换热与冷凝换热的水与制冷剂换热器。该发明采用第一隔板将筒体的内部分为上下两个腔室，上腔室采用降膜式蒸发，下腔室采用满液式蒸发，通过将降膜式蒸发与满液式蒸发结合，使整个换热器的平均传热系数可提高20～50％，有效地解决了常规换热器在切换为蒸发换热功能时换热面积利用率低的问题。但是，该发明中的换热管采用的是同一种换热管，在这种壳管式换热器中，换热管的结构与排布尤为重要，但是该发明中的换热管采用的是同一种换热管并且仅仅是由上至下依次平行设置在筒体中，这样会导致大大降低其换热性能。

发明内容

本实用新型的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，该换热器不仅具备蒸发功能与冷凝功能，而且还具有良好的换热性能。

为实现上述目的，本实用新型所设计兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，包括筒体以及设于筒体内腔的换热管，筒体的上部设有分配器，筒体的底部为满液区，分配器与满液区之间为降膜区，筒体的上部设有气态制冷剂进出口以及液态制冷剂入口，筒体的下端设有液态制冷剂出口；其中，满液区内布置有第一蒸发管，降膜区的中部布置有冷凝管，冷凝管的两侧均设有第二蒸发管；降膜区采用降膜换热，满液区采用满液换热，两种换热方式结合，提高换热系数；当用作蒸发器时，载冷剂由下往上流动，因此下部的换热管与制冷剂的换热传热温差比上方换热管大，由于冷凝管的换热性能略低于蒸发管，因此将具有蒸发特性的第一蒸发管置于筒体下部的满液区，实现更好地传热；当用作冷凝器时，由于过热的气态制冷剂先由上部的两侧向中间流动，经过两侧的第二蒸发管后冷却形成饱和蒸气，饱和蒸汽进一步通过中间的冷凝管冷凝后向下流动，因此第二蒸发管与过热的气态制冷剂的换热过程为无相变化，不影响换热的性能。

进一步地，所述第一蒸发管与第二蒸发管的外表面呈多孔表面结构；所述冷凝管的外表面呈肋型结构；第一蒸发管与第二蒸发管通过外表面的多孔表面结构增加蒸发换热的气化核心，提高蒸发性能，冷凝管通过外表面的肋型增加冷凝管外表面的表面积并增强换热管排液能力，提高冷凝性能。

进一步地，所述降膜区中第二蒸发管上部换热管数大于第二蒸发管下部换热管数；在用作冷凝器时，由于过热气态制冷剂由上往下流动，上方的换热管的换热传热温差比下方的换热传热温差小，因此在上方设置较多的换热管有助于缓解上方的换热压力。

进一步地，所述分配器包括分配盒，所述分配盒的两侧均设有均气孔，通过分配盒实现液态制冷剂均匀喷洒在换热管上。

进一步地，所述冷凝管的数量占总换热管的数量的30％～70％。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，换热性能好，兼备蒸发功能与冷凝功能。采用本实用新型的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器的制冷能效比相比于降膜式换热器的制冷能效比仅下降0.5％～4.5％，但是制热能效比提高25％～48％。采用本实用新型的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器的制冷量相比于干式换热器提高5％～14％，制热量提高5％～11％，制冷能效比提高5％～20％，制热能效比提高3％～15％。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为本实用新型中冷凝管与蒸发管交界处呈台阶形的结构示意图；

图4为本实用新型中冷凝管与蒸发管交界处呈斜直线形的结构示意图；

图5为本实用新型中冷凝管与蒸发管交界处呈弧形的结构示意图；

图6为图1中分配器的结构示意图；

图中各部件标号如下：液态制冷剂入口1、气态制冷剂进出口2、液态制冷剂出口3、分配器4、均气孔4.1、分配盒4.2、冷凝管5、筒体6、降膜区6.1、满液区6.2、第二蒸发管7、第一蒸发管7.1。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对实用新型进行详细的说明。

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器。具体地说，兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器中，降膜蒸发与满液蒸发相结合，并且通过设计换热管群中冷凝管与蒸发管的排布结构以及优化冷凝管与蒸发管的结构，提高换热性能。以下将通过具体的实施例来对本实用新型的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器的优选方式进行详细地说明。

结合图1与图2所示，兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，包括筒体6以及设于筒体6内腔的换热管，筒体6的上部设有分配器4，筒体6的底部为满液区6.2，分配器4与满液区6.2之间为降膜区6.1，筒体6的上部设有气态制冷剂进出口2以及液态制冷剂入口1，筒体6的下端设有液态制冷剂出口3；其中，满液区6.2内布置有第一蒸发管7.1，降膜区6.1的中部布置有冷凝管5，冷凝管5的两侧均设有第二蒸发管7。第一蒸发管7.1与第二蒸发管7的外表面呈多孔表面结构；冷凝管5的内表面呈肋型结构。

降膜区6.1中第二蒸发管7上部换热管数大于第二蒸发管7下部换热管数，为了实现降膜区6.1中第二蒸发管7上部换热管数大于第二蒸发管7下部换热管数，本实用新型列举三个优选方案，如图3所示，降膜区6.1中第二蒸发管7与冷凝管5的交界处呈台阶形，其中冷凝管5的数量占总换热管的数量的40％，如图4所示，降膜区6.1中第二蒸发管7与冷凝管5的交界处呈斜直线形，其中冷凝管5的数量占总换热管的数量的50％。如图5所示，降膜区6.1中第二蒸发管7与冷凝管5的交界处呈弧形，其中冷凝管5的数量占总换热管的数量的60％。

如图6所示，分配器4包括分配盒4.2，所述分配盒4.2的两侧均设有均气孔4.1；通过分配盒4.2液态制冷剂均匀喷洒在换热管上。

本实用新型作为蒸发器时，结合图1，图2所示，液态的制冷剂由液态制冷剂入口1进入筒体6中，经过分配器4中的分配盒4.2，均匀向下形成液膜滴淋在降膜区6.1的第二蒸发管7与冷凝管5的表面上进行换热，液态制冷剂在换热过程中蒸发成气态的制冷剂经过分配器4均气孔4.1均匀后从气态制冷剂进出口2排出，实现降膜蒸发。未蒸发的液态制冷剂滴入满液区6.2，继续与满液区6.2的第一蒸发管7.1继续换热，并且满液区6.2灌有液态制冷剂，实现满液蒸发。当液态的制冷剂超出满液区6.2的液面时，打开液态制冷剂出口3，液态制冷剂流出。本实用新型作为蒸发器时，其性能与标准全蒸发管降膜式换热器相当，在实际操作过程中，本实用新型的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器的趋近温度较标准全蒸发管降膜式换热器仅增大0.1～0.6℃。

本实用新型作为冷凝器时，结合图1与图2所示，过热的制冷剂气体由气态制冷剂进出口2进入，经过分配器4均气孔4.1均匀地由两侧向中间流动，过热的制冷剂气体先与冷凝管5两侧的第二蒸发管7进行换热，经过第二蒸发管7冷却形成饱和蒸气，过热的制冷剂与第二蒸发管7的换热过程为无相变换热，不影响第二蒸发管7的冷凝性能，饱和蒸气经过冷凝管5进行换热冷凝，经过冷凝管5换热后气态的制冷剂冷凝为液态的制冷剂滴向满液区6.2与满液区内的第一蒸发管7.1换热，进一步冷却制冷剂。当液态的制冷剂超出满液区6.2的液面时，打开液态制冷剂出口3，液态制冷剂流出。本实用新型的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器与标准全冷凝管冷凝器性能相当，相比于标准降膜式换热器的冷凝趋近温度减小5～9℃，与目前热泵机组普遍采用的干式换热器相比，冷凝趋近温度减小0.5～2.7℃。本实用新型的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器的性能明显优于标准降膜式换热器，与干式换热器相比，冷凝换热性能也有不小的提升。

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本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 (5)

1.一种兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，包括筒体(6)以及设于筒体(6)内腔的换热管，所述筒体(6)的上部设有分配器(4)，所述筒体(6)的底部为满液区(6.2)，所述分配器(4)与满液区(6.2)之间为降膜区(6.1)，所述筒体(6)的上部设有气态制冷剂进出口(2)以及液态制冷剂入口(1)，所述筒体(6)的下端设有液态制冷剂出口(3)；其特征在于：所述满液区(6.2)内布置有第一蒸发管(7.1)，所述降膜区(6.1)的中部布置有冷凝管(5)，所述冷凝管(5)的两侧均设有第二蒸发管(7)。

2.根据权利要求1所述的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，其特征在于：所述第一蒸发管(7.1)与第二蒸发管(7)的外表面呈多孔表面结构；所述冷凝管(5)的外表面呈肋型结构。

3.根据权利要求1所述的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，其特征在于：所述降膜区(6.1)中第二蒸发管(7)上部换热管数大于第二蒸发管(7)下部换热管数。

4.根据权利要求1所述的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，所述分配器(4)包括分配盒(4.2)，所述分配盒(4.2)的两侧均设有均气孔(4.1)。

5.根据权利要求1所述的兼具蒸发功能与冷凝功能的壳管式换热器，其特征在于：所述冷凝管(5)的数量占总换热管的数量的30％～70％。