CN209623433U

CN209623433U - 一种变截面换热器

Info

Publication number: CN209623433U
Application number: CN201920011179.9U
Authority: CN
Inventors: 张龙
Original assignee: Trane Air Conditioning Systems China Co Ltd
Current assignee: Trane Air Conditioning Systems China Co Ltd
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2029-01-04

Abstract

本申请提供一种变截面换热器，包括换热管，所述换热管具有内管及套设于所述内管外的外管，所述内管用于输送第一介质，所述内管与外管之间形成的腔体用于输送第二介质，所述第一介质与第二介质逆向流动以进行热交换，所述换热管包括第一换热段及第二换热段，所述第一换热段对应的外管的流通面积为S1，所述第二换热段对应的外管的流通面积为S2，其中S2＜S1。本申请通过将换热器的换热管设置成具有不同流通面积的第一换热段和第二换热段；确保制冷剂在流出换热管时，因其对应的流通面积缩小以增强换热系数，从而减少了换热管的换热面积，降低材料成本同时使换热管结构更加紧凑。

Description

一种变截面换热器

技术领域

本实用新型涉及换热领域，尤其涉及一种变截面换热器。

背景技术

CO₂HPWH系统一般为跨临界循环，利用CO₂制冷剂和水在冷却器内逆流进行换热。由于进水温度可能低到5℃，因此CO2制冷剂离开冷却器时温度可能会比较低。在经过某个温度(42℃时，压力对应9.55Mpa)时CO₂物性会出现激烈的变化。

经研究发现，当质量流量和截面一定时，雷诺数主要有动力粘度决定，而Nu＝F(Re，Pr)，选用动力粘度和Prandtl数的变化进行对比，根据变化趋势，发现制冷剂侧对流换热效率受温度影响较大，水侧的换热系数受温度影响较小；以套管式换热器为例，当制冷剂在气冷器低于30℃以后，换热系数减少逐渐明显，每降低2度的制冷剂出口温度，需要的换热面积增加增多；当制冷剂流量一定，套管截面一定，进水温度17℃，出水温度65℃，制冷剂进口温度84℃，逆流设计；为了降低制冷剂出口温度，管长的变化情况；从出口28℃，继续降低制冷剂出口温度，从而增加制冷量，需要的换热管长度增加增多，也说明制冷剂出口后端换热器换热能力降低了。

因此，需要通过改变换热器的结构设计，使制冷剂的换热效率持续保持在较高的水平。

实用新型内容

本实用新型提供一种变截面换热器。

根据本申请的第一方面，一种变截面换热器，包括换热管，所述换热管具有内管及套设于所述内管外的外管，所述内管用于输送第一介质，所述内管与外管之间形成的腔体用于输送第二介质，所述第一介质与第二介质逆向流动以进行热交换，所述换热管包括第一换热段及第二换热段，所述第一换热段对应的外管的流通面积为S1，所述第二换热段对应的外管的流通面积为S2，其中S2＜S1。

进一步地，所述内管具有使第一介质流入/出的第一端口及第二端口，所述外管上设有靠近第一端口的第三端口及靠近第二端口的第四端口，所述第一端口及第三端口位于第一换热段，所述第二端口及第四端口位于第二换热段。

进一步地，所述换热管的长度为L，所述第一换热段的长度L1满足55％L≤L1≤75％L，所述第二换热段的长度L2满足25％L≤L2≤45％L。

进一步地，所述流通面积S1与S2满足0.25＜S2/S1＜0.65。

进一步地，所述第一换热段对应的内管的流通面积为S3，所述第二换热段对应的内管的流通面积为S4，其中S4≤S3。

进一步地，所述流通面积S3与S4满足0.4≤S4/S3≤1。

进一步地，所述流通面积S2与S4满足0.2≤S2/S4＜1。

进一步地，所述第一介质为水，所述第二介质为CO2制冷剂，所述第一端口为第一介质水的流出口，所述第三端口为CO2制冷剂的进入口，所述第二端口为第一介质的流入口，所述第四端口为CO2制冷剂的流出口。

进一步地，第一介质为CO2制冷剂，所述第二介质为水，所述第一端口为CO2制冷剂的进入口，所述第三端口为第二介质水的流出口，所述第二端口为CO2制冷剂的流出口，所述第四端口为第二介质水的流入口。

进一步地，所述第三端口及第四端口分别垂直于所述内管的设置方向。

由以上技术方案可见，本申请通过将换热器的换热管设置成具有不同流通面积的第一换热段和第二换热段；确保制冷剂在流出换热管时，因其对应的流通面积缩小以增强换热系数，从而减少了换热管的换热面积，降低材料成本同时使换热管结构更加紧凑。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本申请一实施例换热管的剖视示意图；

图2是本申请另一实施例换热管的剖视示意图；

图3是本申请另一实施例换热管的剖视示意图；

图4是本申请变截面换热器的简易视图。

附图标记：

变截面换热器100

换热管1 第一换热段11 第二换热段12

内管2 第一端口20 第二端口21

外管3 第三端口30 第四端口31

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本实用新型的一种变截面换热器进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

请参照图1至4所示，一种变截面换热器100，包括换热管1，所述换热管1具有内管2及套设于所述内管2外的外管3，所述内管2用于输送第一介质，所述内管2与外管3之间形成的腔体用于输送第二介质，所述第一介质与第二介质逆向流动以进行热交换，所述换热管1包括第一换热段11及第二换热段12，所述第一换热段11对应的外管3的流通面积为S1，所述第二换热段12对应的外管3的流通面积为S2，其中S2＜S1。

实施例一：

请参照图1所示，具体的，所述内管2具有第一介质流入的第一端口20及第一介质流出第二端口21，所述外管3上设有靠近第一端口20的第三端口30及靠近第二端口21的第四端口31。所述第一端口20及第三端口30位于第一换热段11，所述第二端口21及第四端口31位于第二换热段12。第一介质为CO2制冷剂，所述第二介质为水，所述第一端口20为CO2制冷剂的进入口，所述第三端口30为第二介质水的流出口，所述第二端口21为CO2制冷剂的流出口，所述第四端口31为第二介质水的流入口。

所述第一介质CO₂制冷剂经所述内管2的第一端口20进入换热管1，自所述第二端口21流出换热管1，所述第二介质水自外管3的第四端口31进入换热管1与所述CO₂制冷剂形成逆流，经第三端口30流出换热管1完成与CO₂制冷剂的换热。因CO₂制冷剂由流通面积较大的第一换热段11流向流通面积较小的第二换热段12，由以下两公式可知

公式1：

当为圆形套管时，特征尺寸为直径，公式1进一步简化为公式2.

公式2：

减小CO₂制冷剂出口端的流通面积可以有效提高雷诺数(Re)，因此提升了换热系数和效率，因而可以节约换热管1的换热面积，使产品结构更加紧凑。

在本实施例中，所述换热管1的长度为L，所述第一换热段11的长度L1满足55％L≤L1≤75％L，所述第二换热段12的长度L2满足25％L≤L2≤45％L。在本实施例中，所述第二换热段12的内管2与外管3的径向尺寸相对与第一换热段11的内管2与外管3的径向尺寸同时缩小，以确保更好的换热效率。

所述流通面积S1与S2满足0.25＜S2/S1＜0.65。

实施例二：

请参照图2所示，本实施例与前述实施例一不同之处在于，所述内管2内的介质为水，外管3内的介质为CO2制冷剂。

具体的，所述内管2具有第一介质流出的第一端口20及第一介质流入的第二端口21。所述外管3上设有靠近第一端口20的第三端口30及靠近第二端口21的第四端口31，所述第一端口20及第三端口30位于第一换热段11，所述第二端口21及第四端口31位于第二换热段12。在本实施例中，所述第一介质为水，所述第二介质为CO₂制冷剂。所述第一端口20为第一介质水的流出口，所述第三端口30为CO2制冷剂的进入口，所述第二端口21为第一介质的流入口，所述第四端口31为CO2制冷剂的流出口。因所述第四端口31所在的第二换热段12的流通面积较第一换热段11的流通面积小，提升了CO₂制冷剂的制冷效果，节约了换热管1的换热面积，使产品结构更加紧凑。

所述换热管1的长度为L，所述第一换热段11的长度L1满足55％L≤L1≤75％L，所述第二换热段12的长度L2满足25％L≤L2≤45％L。

所述流通面积S1与S2满足0.25＜S2/S1＜0.65。

所述第一换热段11对应的内管2的流通面积为S3，所述第二换热段12对应的内管2的流通面积为S4，其中S4等于S3。即在本实施例中，所述内管2的径向尺寸在第一换热段11及第二换热段12保持不变，通过缩小整个换热管1的CO₂制冷剂流出段的流通面积来提升换热效率。同时，所述第二换热段12对应的外管3的流通面积S2与内管2的流通面积为S4满足0.2≤S2/S4＜1。

实施例三：

请参照图3所示，本实施例与前述实施例二的不同之处在于：所述第二换热段12内管2的内径小于所述第一换热段11内管2的内径。所述流通面积S3与S4满足0.4≤S4/S3＜1。

所述流通面积S2与S4满足0.2≤S2/S4＜1。

本申请所述的实施例一至三中，所述第三端口30及第四端口31分别垂直于所述内管2的设置方向。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims

1.一种变截面换热器，其特征在于，包括换热管(1)，所述换热管(1)具有内管(2)及套设于所述内管(2)外的外管(3)，所述内管(2)用于输送第一介质，所述内管(2)与外管(3)之间形成的腔体用于输送第二介质，所述第一介质与第二介质逆向流动以进行热交换，所述换热管(1)包括第一换热段(11)及第二换热段(12)，所述第一换热段(11)对应的外管(3)的流通面积为S1，所述第二换热段(12)对应的外管(3)的流通面积为S2，其中S2＜S1，所述第一介质或第二介质为制冷剂，所述制冷剂的流出口位于所述第二换热段(12)。

2.根据权利要求1所述的变截面换热器，其特征在于，所述内管(2)具有使第一介质流入/出的第一端口(20)及第二端口(21)，所述外管(3)上设有靠近第一端口(20)的第三端口(30)及靠近第二端口(21)的第四端口(31)，所述第一端口(20)及第三端口(30)位于第一换热段(11)，所述第二端口(21)及第四端口(31)位于第二换热段(12)。

3.根据权利要求1所述的变截面换热器，其特征在于，所述换热管(1)的长度为L，所述第一换热段(11)的长度L1满足55％L≤L1≤75％L，所述第二换热段(12)的长度L2满足25％L≤L2≤45％L。

4.根据权利要求3所述的变截面换热器，其特征在于，所述流通面积S1与S2满足0.25＜S2/S1＜0.65。

5.根据权利要求1至4任一项所述的变截面换热器，其特征在于，所述第一换热段(11)对应的内管(2)的流通面积为S3，所述第二换热段(12)对应的内管(2)的流通面积为S4，其中S4≤S3。

6.根据权利要求5所述的变截面换热器，其特征在于，所述流通面积S3与S4满足0.4≤S4/S3≤1。

7.根据权利要求5所述的变截面换热器，其特征在于，所述流通面积S2与S4满足0.2≤S2/S4＜1。

8.根据权利要求2所述的变截面换热器，其特征在于，所述第一介质为水，所述第二介质为CO₂制冷剂，所述第一端口(20)为第一介质水的流出口，所述第三端口(30)为CO₂制冷剂的进入口，所述第二端口(21)为第一介质的流入口，所述第四端口(31)为CO₂制冷剂的流出口。

9.根据权利要求2所述的变截面换热器，其特征在于，第一介质为CO₂制冷剂，所述第二介质为水，所述第一端口(20)为CO₂制冷剂的进入口，所述第三端口(30)为第二介质水的流出口，所述第二端口(21)为CO₂制冷剂的流出口，所述第四端口(31)为第二介质水的流入口。

10.根据权利要求8或9所述的变截面换热器，其特征在于，所述第三端口(30)及第四端口(31)分别垂直于所述内管(2)的设置方向。