CN210921674U - 壳管式冷凝器以及冷水机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及空调技术领域，公开了一种壳管式冷凝器以及冷水机组，壳管式冷凝器包括：筒体；多个换热管，换热管的轴向均与筒体的长度方向平行，多个换热管包括布置于靠近筒体顶部和底部的第一换热管单元、第二换热管单元；制冷剂进管，设置在筒体的侧壁并与筒体相连通；制冷剂出管，设置在筒体的侧壁并与筒体相连通；集液槽，设置于第一换热管单元和第二换热管单元之间，集液槽构成为能够对气液两相制冷剂中的的液态制冷剂进行收集。本实用新型的壳管式冷凝器基于气液分离强化换热原理，在壳管式冷凝器的制冷剂冷凝过程中，通过对气液两相制冷剂进行有效的气液分离，使冷凝后段能够维持高干度，从而提高冷凝器的整体换热效率。

Description

壳管式冷凝器以及冷水机组

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，特别涉及一种带气液分离功能的壳管式冷凝器以及具有该壳管式冷凝器的冷水机组。

背景技术

冷水机组为生产和生活提供舒适环境的同时，也消耗着大量的能量，因此，如何提高冷水机组的能效比是空调技术发展的持续课题。

众所周知，提高冷水机组中的冷凝器的换热效率，也就能够提高水冷机组的能效比，而冷凝器的换热效率与换热管表面的干度有关。以水冷管壳式冷凝器为例，冷凝器的壳程走制冷剂，管程走冷却水，冷却水和制冷剂在换热管的表面进行换热。经过换热，过热的气态制冷剂放热，冷凝为液态制冷剂，低温的冷却水吸热温度升高。

在冷凝的初期，冷凝形成的液态制冷剂较少，筒体内的干度较高，冷凝器的换热效率较高。而随着换热的不断进行，冷凝形成的液态制冷剂不断增多，筒体内的干度降低，不断增多的液态制冷剂在换热管的外表面形成厚液膜，厚液膜在换热管的表面产生较大的热阻，严重降低冷凝后段的换热效率。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题而提出，目的在于提供一种壳管式冷凝器，在壳管式冷凝器的制冷剂冷凝过程中，通过对气液两相制冷剂进行有效的气液分离，使冷凝后段能够维持高干度，从而提高冷凝器的整体换热效率。

具体来说，本实用新型提供了一种壳管式冷凝器，包括：

筒体；

多个换热管，每一换热管的轴向均与筒体的长度方向平行，多个换热管包括布置于靠近筒体的侧壁一端的第一换热管单元，和布置于靠近筒体的侧壁另一端的第二换热管单元；

制冷剂进管，设置在筒体的侧壁一端并与筒体相连通；

制冷剂出管，设置在筒体的侧壁另一端并与筒体相连通；

集液槽，位于筒体的内部，且设置于第一换热管单元和第二换热管单元之间，集液槽构成为能够对气液两相制冷剂中的液态制冷剂进行收集。

相较于现有技术而言，本实用新型提供的壳管式冷凝器，通过设置集液槽，能够对经第一换热管单元换热后，冷凝所产生的液态制冷剂进行收集。即在半程中，对冷凝产生的液态制冷剂进行收集提高位于流路下游的第二换热管单元所在的区域的干度，进而提高第二换热管单元的换热效率。

简言之，本实用新型的壳管式冷凝器基于气液分离强化换热原理，在壳管式冷凝器的制冷剂冷凝过程中，通过对气液两相制冷剂进行有效的气液分离，使被冷凝的制冷剂在冷凝后段依然能够维持较高的干度，从而提高冷凝器的整体换热效率。

另外，作为优选，集液槽的槽口朝向制冷剂进管，槽口呈V形、U形或者波浪形。

根据该优选方案，集液槽能够有效地与气液两相制冷剂进行接触，使得液态制冷剂能够有效附着在集液槽中并收集在集液槽的底部，集液槽的气液分离效果优异。

进一步地，作为优选，集液槽的长度为筒体的内部腔体长度的0.85～0.95，集液槽沿筒体长度方向的两端均与筒体的内壁间隙配合。

根据该优选方案，集液槽的两端与筒体之间有间隙，可供收集在集液槽的液态制冷剂流动到集液槽的两端，然后从两端下落到筒体的底部，筒体底部的液态制冷剂再通过制冷剂出口排出，提高集液槽的气液分离效果，保持冷凝后段的高干度。

另外，作为优选，集液槽有多个，多个集液槽沿水平方向相互间隔地排布。

根据该优选方案，多个的集液槽能够加倍地提高集液槽的气液分离性能，集液槽之间具有空隙，则可供气态制冷剂穿过，尽可能地减少因集液槽的设置而给气态制冷剂的流通带来的不便。

进一步地，作为优选，集液槽设置于筒体沿高度方向的中央。

另外，作为优选，壳管式冷凝器还包括：

管支撑板，设置于筒体内，管支撑板分别与筒体和集液槽连接。

另外，作为优选，壳管式冷凝器还包括：

均气板，设置在筒体的内部并位于制冷剂进管的管口处；

过冷盖板，设置在筒体的内部并靠近制冷剂出管。

根据该优选方案，利用均气板能够将从制冷剂进管通入的气态制冷剂均匀分配到筒体内沿长度方向的各位置。

另外，作为优选，多个换热管还包括第三换热管单元，第三换热管单元设置在过冷盖板远离均气板的一侧。

本实用新型还提供了一种冷水机组，包括如前述任一技术方案中所述的壳管式冷凝器。

相较于现有技术而言，前述技术方案中的冷凝器，利用集液槽对筒体内的气液两相制冷剂进行气液分离，保持冷凝后段处于高干度，冷凝器内的换热效率高，相应的，也就提高了冷水机组的能效比。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式中壳管式冷凝器的剖视图(一)；

图2是本实用新型第一实施方式中壳管式冷凝器的剖视图(二)；

图3是本实用新型第二实施方式中壳管式冷凝器的剖视图；

图4是本实用新型第四实施方式中冷水机组的结构示意图。

附图标记说明：

1、筒体；11、前盖；12、后盖；13、第一管板；14、第二管板；2、第一换热管单元；21、第一换热管；3、第二换热管单元；31、第二换热管；41、制冷剂进管；42、制冷剂出管；5、集液槽；61、冷却水进管；62、冷却水出管；7、管支撑板；81、均气板；82、过冷盖板；9、第三换热管单元；91、第三换热管；100、压缩机；200、冷凝器；300、膨胀阀；400、蒸发器；A、制冷剂；B、冷却水。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了壳管式冷凝器以及冷水机组的结构等。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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实用新型的限制。

实施方式一

本实用新型的第一实施方式提供了一种壳管式冷凝器，参见图1所示，包括筒体1，筒体1呈两端开口(未图示)的筒状设置，在筒体1的两端分别设置有前盖11和后盖12。在筒体1的内部设置有多个换热管，每一换热管的轴向均与筒体1的长度方向平行。多个换热管包括有独立排布的第一换热管单元2和第二换热管单元3，组成第一换热管单元2的多个换热管为第一换热管21，组成第二换热管单元3的多个换热管为第二换热管31，第一换热管单元2和第二换热管单元3相连通。在筒体1的侧壁顶端设置有制冷剂进管41，筒体1的侧壁底端设置有制冷剂出管42，制冷剂进管41和制冷剂出管42均与筒体1的内部相连通。

在本实施方式中，冷却水B走管程，制冷剂A走壳程，低温的冷却水B依次在第二换热管单元3和第一换热管单元2内流通，高温的气态制冷剂A进入筒体1并在壳程内流通，冷却水B和制冷剂A在第一换热管21和第二换热管31的表面进行换热。过热的气态制冷剂A在第一换热管21的表面换热，气态制冷剂A放热并冷凝，冷凝后的液态制冷剂A与未冷凝的气态制冷剂A形成为气液两相制冷剂A。形成的气液两相制冷剂A将朝向第二换热管31的方向继续运动。

本实施方式中，在第一换热管单元2和第二换热管单元3之间设置有集液槽5，集液槽5构成为能够对气液混合的制冷剂流体中的液态制冷剂A进行收集。上述形成的气液两相制冷剂A在朝向第二换热管31的方向流动的过程中，经过集液槽5。其中的气态制冷剂A，穿过集液槽5后继续向第二换热管31流动，进而在第二换热管31的表面与其内部的冷却水B进行换热。其中的液态制冷剂A则由集液槽5收集，随着液态制冷剂A的不断增多，累积的液态制冷剂A自集液槽5的两端下落至筒体1的底部，最后沿着制冷剂出管42排出。因为集液槽5的存在，本实施方式中的冷凝器能够在冷凝行程的中间位置，将前半程(第一换热管单元2)处形成的气液混合物中的液态制冷剂予以收集，提高后半程(第二换热管单元3)环境的干度，从而提高冷凝器整体的换热效率。

本实施方式中的筒体1在两端开口处与前盖11和后盖12之间分别设置有第一管板13和第二管板14，每一换热管的两端分别贯穿第一管板13、第二管板14后伸入前盖11和后盖12内，换热管与前盖11、后盖12实现连通。在前盖11上设置有冷却水进管61和冷却水出管62。冷却水进管61的一端伸出前盖11的外部，另一端与前盖11的内部连通，多个第二换热管31伸出第一管板13的一端均与冷却水进管61连通。冷却水出管62的一端伸出前盖11的外部，另一端与前盖11的内部连通，多个第一换热管21伸出第一管板13的一端均与冷却水出管62连通。低温的冷却水B自冷却水进管61先进入多个第二换热管31内进行换热，再进入多个第一换热管21内进行换热，流通以及换热完毕的冷却水B温度升高并从冷却水出管62排出冷凝器外。

制冷剂进口和制冷剂出口分别开设在筒体1的上下两端。在制冷剂进口处连通设置制冷剂进管41，制冷剂进管41与筒体1的内部相连通；在制冷剂出口处连通设置上述制冷剂出管42，制冷剂出管42与筒体1的内部相连通。第一换热管单元2更为靠近制冷剂进管41，第二换热管单元3更为靠近制冷剂出管42。过热的气态制冷剂A自制冷剂进管41进入筒体1的内部，先到达多个第一换热管21的表面与第一换热管21内的冷却水B进行换热，部分气态制冷剂A冷凝为液态制冷剂A后随着未冷凝的气态制冷剂A一起形成为气液两相制冷剂A，并朝向第二换热管单元3运动。

在朝向第二换热管单元3运动的过程中，气液两相制冷剂A会先经过集液槽5，液态制冷剂A附着在集液槽5上，从而被集液槽5收集并导流，气态制冷剂A则绕过集液槽5后到达第二换热管31，继续与第二换热管31内的冷却水B进行换热。

其中，冷却水出管62与第一换热管21在靠近制冷剂进管41的一侧，冷却水进管61与第二换热管31在靠近制冷剂出管42的一侧，刚进入筒体1内部的高温的制冷剂A与已在第二换热管31中换热升温后的温度较高的冷却水B进行换热，换热后的温度较低的制冷剂A到达第二换热管31处并与刚进入第二换热管31中的低温的冷却水B进行换热，从而能够平衡冷却水B和制冷剂A分别在第一换热管21、第二换热管31处进行换热的温度差，有利于冷却水B和制冷剂A的均衡且稳定的换热，提高换热效率。

壳管式冷凝器优选为卧式壳管式冷凝器，图示为冷凝器在工作状态下的结构，筒体1呈卧式的水平放置，多个换热管的轴向均水平延伸。制冷剂进管41设置在筒体1的侧壁顶部且在长度方向的中间设置，制冷剂出管42设置在筒体1的侧壁底部且在长度方向的中间设置。过热的气态制冷剂A自制冷剂进管41向下流入筒体1内部，在筒体1内部向下流动并依次与第一换热管单元2、第二换热管单元3内部的冷却水B进行换热，冷凝后的液态制冷剂A自制冷剂出管42排出筒体1。

集液槽5沿与筒体1长度方向水平延伸，集液槽5的槽口朝向制冷剂进管41设置，也即集液槽5的槽口方向向上。集液槽5可以是如图2所示的呈开口向上的V形，也可以在其他实施方式中呈开口向上的U形、波浪线或者W形。不拘于其形状，只要能够实现对液态制冷剂A收集即可。

集液槽5的两端与筒体1之间留有缝隙，集液槽5可以将液态制冷剂A导流到两端后排出，使得排出的液态制冷剂A能够在重力的作用下到达筒体1的内底壁并从制冷剂出管42排出。

集液槽5的长度优选为筒体1的内部腔体长度的0.85～0.95，集液槽5的长度适中，保证集液槽5能够与更大范围内的气液两相制冷剂A接触，从而收集到更多的液态制冷剂A，集液槽5的气液分离效率高。

在冷凝器的工作状态下，集液槽5设置于筒体1沿高度方向的中央，使得高热的气态制冷剂A能够在集液槽5的上方与多个第一换热管21中的冷却水B充分换热后产生较大量的液态制冷剂A，从而提高集液槽5的可收集的量。同时，设置在筒体1的高度中央的集液槽5，也能够为保证冷凝后段有足够多根换热管，受到干度较大的换热环境的影响，而得到换热效率的提升，从而有效提高冷凝器整体的换热效率。

集液槽5有多个，多个集液槽5沿水平方向排布。多个的集液槽5能够增加其拦截液态制冷剂A的面积，使得更大范围内的液态制冷剂A能够附着并被收集在集液槽5处，集液槽5的气液分离能力得到提高。多个集液槽5相互间隔地均匀排布，相邻集液槽5之间留有空隙，优选集液槽5的水平方向上的宽度为10mm～20mm，相邻集液槽5之间的空隙为10mm～20mm。

在筒体1内设置有管支撑板7，管支撑板7连接筒体1和集液槽5，从而使得集液槽5不与筒体1直接接触。

壳管式冷凝器还包括设置在筒体1内部的均气板81以及过冷盖板82，均气板81和过冷盖板82均沿着筒体1的长度方向延伸，均气板81设置于制冷剂进管41的管口处，过冷盖板82则靠近制冷剂出管42设置。均气板81上开设有多个均气孔(未图示)，多个均气孔均连通制冷剂进管41和筒体1。利用均气板81及其上的均气孔，能够将从制冷剂进管41通入的气态制冷剂A均匀分配到筒体1内沿长度方向的各位置。

多个换热管还包括第三换热管单元9，组成第三换热管单元9的多个换热管为第三换热管91，第三换热管单元9设置在过冷盖板82远离均气板81的一侧，也即设置在过冷盖板82的下方。

实施方式二

本实用新型的第二实施方式提供了一种壳管式冷凝器，第二实施方式是对第一实施方式的进一步改进，未做特别说明的部分包括附图标记及文字描述，均与第一实施方式相同，在此不再赘述。

第二实施方式相对于第一实施方式的主要改进之处在于，在本实用新型的第二实施方式中，在冷凝器的工作状态下，集液槽5在长度方向的至少一端向下倾斜设置，倾斜的角度为0.5℃～3°。结合图3来看，第二实施方式中的集液槽5在长度方向的两端均向下倾斜设置，优选倾斜的角度为1°。集液槽5收集的液态制冷剂A在重力的作用下，能够沿着倾斜向下的流动并从集液槽5的端部排出，然后，液态制冷剂A在重力的作用下坠落到筒体1的底部，最终从制冷剂出管42排出，实现筒体1内气液两相制冷剂A的良好的气液分离。

实施方式三

本实用新型的第三实施方式提供了一种冷水机组，具有第一或者第二实施方式中的壳管式冷凝器，未做特别说明的部分包括附图标记及文字描述，均与第一或者第二实施方式相同，在此不再赘述。

在本实用新型的第三实施方式中，结合图4来看，冷水机组包括依次连接并形成循环回路的压缩机100、冷凝器200、膨胀阀300以及蒸发器400，冷凝器200为第一或者第二实施方式中的冷凝器200。制冷剂A依次在压缩机100、冷凝器200、膨胀阀300以及蒸发器400中循环流动，冷却水B流经冷凝器200，并在冷凝器200中与制冷剂A进行换热。如前所述，第一或者第二实施方式中的冷凝器200，利用集液槽5对筒体1内的气液两相制冷剂A进行气液分离，保持筒体1内部的位于冷凝后段的第二换热管单元3处于高干度，冷凝器200内的换热效率高，进而能够提高冷水机组的能效比。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.一种壳管式冷凝器，其特征在于：包括：

筒体；

多个换热管，每一所述换热管的轴向均与所述筒体的长度方向平行，多个所述换热管包括布置于靠近所述筒体的侧壁一端的第一换热管单元，和布置于靠近所述筒体的侧壁另一端的第二换热管单元；

制冷剂进管，设置在所述筒体的所述侧壁一端并与所述筒体相连通；

制冷剂出管，设置在所述筒体的所述侧壁另一端并与所述筒体相连通；

集液槽，位于所述筒体的内部，且设置于所述第一换热管单元和所述第二换热管单元之间，所述集液槽构成为能够对气液两相制冷剂中的液态制冷剂进行收集。

2.根据权利要求1所述的壳管式冷凝器，其特征在于，所述集液槽的槽口朝向所述制冷剂进管，所述槽口呈V形、U形或者波浪形。

3.根据权利要求1或2所述的壳管式冷凝器，其特征在于，所述集液槽的长度为所述筒体的内部腔体长度的0.85～0.95，所述集液槽沿所述筒体长度方向的两端均与所述筒体的内壁间隙配合。

4.根据权利要求1或2所述的壳管式冷凝器，其特征在于，所述集液槽有多个，多个所述集液槽沿水平方向相互间隔地排布。

5.根据权利要求4所述的壳管式冷凝器，其特征在于，所述集液槽设置于所述筒体沿高度方向的中央。

6.根据权利要求1-2、5中任一项所述的壳管式冷凝器，其特征在于，所述壳管式冷凝器还包括：

管支撑板，设置于所述筒体内，所述管支撑板分别与所述筒体和所述集液槽连接。

7.根据权利要求1-2或5中任一项所述的壳管式冷凝器，其特征在于，所述壳管式冷凝器还包括：

均气板，设置在所述筒体的内部并位于所述制冷剂进管的管口处；

过冷盖板，设置在所述筒体的内部并靠近所述制冷剂出管。

8.根据权利要求7所述的壳管式冷凝器，其特征在于，多个所述换热管还包括第三换热管单元，所述第三换热管单元设置在所述过冷盖板远离所述均气板的一侧。

9.一种冷水机组，其特征在于，包括如前述权利要求1-8中任一项所述的壳管式冷凝器。

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