CN102735077A - 换热管内径变化的高效壳管式换热器 - Google Patents

换热管内径变化的高效壳管式换热器 Download PDF

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宁静红
刘圣春
郭宪民
叶庆银
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Abstract

本发明公开了一种换热管内径变化的高效壳管式换热器，旨在提供一种能够强化换热效果，减小换热器的尺寸和重量，减少金属材料消耗的换热器。包括壳体、两个封头、两个管板、多个竖直方向并列设置的换热扁管，每根换热扁管内部分别有多个竖直方向排列的管内通道，每根换热扁管的管内通道两端分别与分流室和汇集室连通形成制冷剂的流动通道；沿制冷剂比容减小的方向相邻排列的换热扁管管内通道的直径逐渐减小；壳体的上部有向壳体内部喷淋的喷头。该换热器采用具有不同直径的内部管内通道、并列放置的竖直换热扁管，管外流体通过喷头喷淋在换热扁管外，能够强化换热效果，减小换热器的尺寸，减少金属材料的消耗，降低成本，节约能源。

Description

换热管内径变化的高效壳管式换热器
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及一种换热管内径变化的高效壳管式换热器。
背景技术
目前，制冷剂在换热管内流动的壳管式换热器采用多根平行设置的尺寸相同的换热管穿过管板的管孔，每根换热管的两端分别与封头内的分流室和汇集室连通形成制冷剂的流动通道。由于制冷剂在换热管内与管外流体热量交换的过程中比容发生变化，为了适应制冷剂比容的变化，通常通过封头上的分隔板分隔出与分流室和汇集室连通的不同换热管数量，以改变制冷剂流动的总体换热通道。由于换热管数量较多，造成壳体直径较大。此外，如果换热管较长、需设置支撑板，为提高管外流体的对流换热系数，又需设置折流板，结果使有效的换热面积减小，为保证换热面积，换热器的整体长度增加，外形尺寸增大，占地增多，消耗材料增多，重量增大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够强化换热效果，减小换热器的尺寸和重量，减少金属材料消耗的壳管式换热器。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种换热管内径变化的高效壳管式换热器，其特征在于，包括圆筒状的壳体、两个封头、两个管板、多个竖直方向并列设置的换热扁管，每根换热扁管的两端分别与两个管板焊接，所述壳体的两端分别通过管板与相应的封头密封连接，每个封头与相对应的管板之间分别通过隔板分隔有分流室和汇集室；每根换热扁管内部分别设置有多个竖直方向排列的管内通道，每根换热扁管的管内通道两端分别与分流室和汇集室连通形成制冷剂的流动通道；沿制冷剂比容减小的方向相邻排列的换热扁管管内通道的直径逐渐减小；一端的封头上设置有与相应分流室连通的制冷剂液体进出口，所述制冷剂液体进出口上连接有制冷剂液体进出接管，另一端的封头上设置有与汇集室连通的制冷剂气体进出口，所述制冷剂气体进出口上连接有制冷剂气体接管；所述壳体的上部设置有向壳体内部喷淋的喷头，所述喷头的流体进口与管外流体进口接管连接，所述壳体的下部设置有管外流体出口接管。
每根换热扁管的每个管内通道内加工有内翅。
每根换热扁管的管外加工有波纹。
所述管外液体进口接管与喷头之间设置有液体分配器，所述喷头为多个，所述液体分配器的上端与所述管外液体进口接管连接，所述液体分配器的下端分别与每个喷头的进水端连接。
所述壳体与管板、壳体与管外流体的出口接管、壳体与喷头之间分别为焊接连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的壳管式换热器采用具有不同直径的管内通道、并列放置的竖直换热扁管，管外流体通过位于上部的喷头喷出，均匀地喷淋在换热扁管外，能够强化换热效果，减小换热器的尺寸，减少金属材料的消耗，降低成本，节约能源。
2、本发明的壳管式换热器中，每根换热扁管的内部管内通道内加工有内翅，可以强化制冷剂的换热效果。
3、本发明的壳管式换热器中，换热扁管的外表面压制出波纹，能够增强换热管外流体流过的扰动，强化管外流体的换热。
4、本发明的壳管式换热器中，所述壳体与管板、壳体与管外流体的出口接管、壳体与喷头之间分别为焊接连接，能够有效地防止泄漏。
5、本发明的壳管式换热器中，换热扁管竖直设置，由于本身具有的刚性，不会发生下垂变形，不设置支撑板，管外流体通过喷头喷入壳管空间，不设置折流板，不影响换热面积，外形尺寸小，重量轻。
6、本发明的壳管式换热器中，每根换热扁管内部管内通道的直径根据气体比容的变化而变化，对于水冷却式冷凝（冷却）器，在制冷剂气体凝结（冷却）的过程中，随着比容逐渐减小，换热管的直径逐渐缩小，能够减少金属消耗，降低产品成本。对于冷却水的蒸发器，在制冷剂的蒸发气化过程中，随着比容的逐渐增大，换热管的直径随之增大，能够减少流动损失，降低压力比，减少耗功，提高制冷***的性能。
附图说明
图1所示为本发明换热管内径变化的高效壳管式换热器的内部轴向剖视图；
图2所示为A-A剖视图；
图3所示为管板结构示意图；
图4所示为B-B向视图；
图5所示为C-C向视图。
图中：1.封头，2.连接螺栓，3.液体分配器，4.管外流体进口接管，5.喷头，6.壳体，7.封头，8.制冷剂气体接管，9.连接螺栓，10.管板，11.管外流体出口接管，12.管板，13-1，换热扁管，13-2.换热扁管，14-1.换热扁管，14-2.换热扁管，15-1.换热扁管，15-2.换热扁管，16.管内通道，17-1.换热扁管安装孔，17-2，换热扁管安装孔，18-1.换热扁管安装孔，18-2.换热扁管安装孔，19-1.换热扁管安装孔，19-2.换热扁管安装孔，20-1.制冷剂液体进出口，20-2.制冷剂液体进出口，21-1.第一隔板，21-2.第一隔板，22-1.第一分流室，22-2.第一分流室，23.第三分流室，24-1.第二分流室，24-2.第二分流室，25-1.第二隔板，25-2.第二隔板，26.制冷剂气体进出口,27.气体汇集室，28.制冷剂液体进出接管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明换热管内径变化的高效壳管式换热器的示意图如图1-图2所示，包括圆筒状的壳体6、两个封头1和7、两个管板12和10、多个竖直方向并列设置的换热扁管，每根换热扁管均由铝材挤压而成，并在内部形成多个管内通道。每根换热扁管的两端分别与两个管板焊接。所述壳体6的一端通过管板12与封头1密封连接，具体为：壳体6与管板12焊接，管板12与封头1之间通过连接螺栓2和密封垫密封连接。壳体6的另一端通过管板10与封头7密封连接，具体为：壳体6与管板10焊接，管板10与封头7通过连接螺栓9和密封垫密封连接。分流室和汇集室的设置可以采用现有技术的方法。封头1与管板12之间通过隔板分隔有至少两个分流室，封头7与管板10之间分隔有汇集室和分流室，可以根据不同的换热量的大小，调整两个封头内隔板的位置，调整被分隔的竖直换热扁管的数量，可以设置不同的流程数。
每根换热扁管内部分别设置有多个竖直方向排列的管内通道16，每根换热扁管的管内通道两端分别与分流室和汇集室连通形成制冷剂的流动通道。沿制冷剂比容减小的方向相邻排列的换热扁管内部管内通道的直径逐渐减小。一端的封头1上设置有与相应分流室连通的制冷剂液体进出口，所述制冷剂液体进出口上连接有制冷剂液体进出接管28，另一端的封头7上设置有与汇集室连通的制冷剂气体进出口，所述制冷剂气体进出口上连接有制冷剂气体接管8。所述壳体6的上部设置有向壳体内部喷淋的喷头5，所述喷头5的流体进口与管外流体进口接管4连接，所述壳体6的下部设置有管外流体出口接管11。所述壳体6与管板12和10、壳体6与管外流体的出口接管11、壳体6与喷头5之间分别为焊接连接，以便于有效的防止泄漏。
为了强化换热效果，每根换热扁管的每个管内通道内加工有内翅。每根换热扁管的管外加工有波纹。
所述管外液体进口接管4与喷头5之间设置有液体分配器3，所述喷头为多个，所述液体分配器3的上端与所述管外液体进口接管4连接，所述液体分配器的下端分别与每个喷头的进水端连接。
以下以制冷剂管内流程为三个流程的壳管式换热器为实施例进行详细说明。
壳体6内部的换热扁管分布示意图如图2所示，壳体内设置有三组管内通道竖直排列的换热扁管13-1与13-2、14-1与14-2、15-1与15-2，换热扁管13-1与13-2结构相同，换热扁管14-1与14-2结构相同，换热扁管15-1与15-2结构相同。换热扁管13-1内部的管内通道直径＞换热扁管14-1内部的管内通道直径＞换热扁管15-1内部的管内通道直径，换热扁管13-2内部的管内通道直径＞换热扁管14-2内部的管内通道直径＞换热扁管15-2内部的管内通道直径。
管板12的示意图如图3所示，在管板12上分别设置有连接螺栓孔和多个竖直换热扁管孔17-1、17-2、18-1、18-2、19-1和19-2，管板10与管板12的结构相同，在管板10上也分别设置有连接螺栓孔和多个竖直换热扁管孔。
封头1部分的示意图如图4所示，封头1和管板12之间通过第一隔板21-1和21-2分隔成两个第一分流室22-1、22-2以及一个第三分流室23，与第一分流室22-1相对应的封头1上开设有制冷剂液体进出口20-1，与第一分流室22-2相对应的封头1上开设有制冷剂液体进出口20-2，制冷剂液体进出口20-1、20-2上分别焊接有制冷剂液体进出接管28。第一分流室22-1与换热扁管15-2对应，第一分流室22-2与换热扁管15-1对应，第三分流室23与换热扁管14-1、14-2、13-1、13-2对应。
封头7部分的示意图如图5所示，封头7和管板10之间通过第二隔板25-1和25-2分隔成两个第二分流室24-1、24-2以及一个气体汇集室27，与气体汇集室27相对应的封头7上开设有制冷剂气体进出口26，制冷剂气体进出口外侧连接有制冷剂气体接管8。第二分流室24-1与换热扁管14-1、15-1，第二分流室24-2与换热扁管14-2、15-2相对应。
竖直换热扁管15-1穿过管板12上的竖直换热扁管孔17-1及对应的管板10上的竖直换热扁管孔连通第一分流室22-2和第二分流室24-1，竖直换热扁管15-2穿过管板12上的竖直换热扁管孔17-2及对应的管板10上的竖直换热扁管孔连通第一分流室22-1和第二分流室24-2。竖直换热扁管14-1穿过管板12上的竖直换热扁管孔18-1及对应的管板10上的竖直换热扁管孔连通第二分流室24-1和第三分流室23，竖直换热扁管14-2穿过管板12上的竖直换热扁管孔18-2及对应的管板10上的竖直换热扁管孔连通第二分流室24-2和第三分流室23。竖直换热扁管13-1穿过管板12上的竖直换热扁管孔19-1及对应的管板10上的竖直换热扁管孔连通第三分流室23和气体汇集室27，竖直换热扁管13-2穿过管板12上的竖直换热扁管孔19-2及对应的管板10上的竖直换热扁管孔连通第三分流室23和气体汇集室27。每根换热扁管分别与管板12和管板10上的竖直换热扁管孔焊接。
组装时，将管外流体进口接管4与液体分配器3焊接，液体分配器3再与喷头5焊接好后，喷头再与壳体6上端的对应孔口焊接，并将管外流体出口接管11与壳体6上的对应孔口焊接。壳体6与管板12和管板10焊接，将换热扁管15-1和15-2由管板12上的竖直换热扁管孔17-1和17-2***，并穿过管板10上的对应竖直换热扁管孔，连通第一分流室22-2、22-1与第二分流室24-1、24-2，并分别与管板焊接。将换热扁管14-1、14-2由管板12上的竖直换热扁管孔18-1、18-***，并穿过管板10上的对应竖直换热扁管孔，连通第二分流室24-1与第三分流室23以及二分流室24-2与第三分流室23，并分别与管板焊接，将换热扁管13-1、13-2***管板12上的竖直换热扁管孔19-1、19-2，并穿过管板10上的对应竖直换热扁管孔，连通第三分流室23与气体汇集室27，并分别与管板焊接。封头1上的制冷剂液体进出口20-1、20-2上焊接制冷剂液体进出接管，封头7上的制冷剂气体进出口26上焊接制冷剂气体接管8。之后，将管板12上的连接螺栓孔与封头1上的连接螺栓孔对准，经连接螺栓2紧密连接，并通过密封垫密封，将管板10上的连接螺栓孔与封头7上的连接螺栓孔对准，经连接螺栓9紧密连接，并通过密封垫密封，完成组装过程。
作为空调***冷水机组的蒸发器使用时，冷冻水回水与管外流体进口接管4连接，冷冻水供水与管外流体出口接管11连接；将制冷剂液体进出接管28与制冷***的热力膨胀阀的出口连接，制冷剂气体接管8与制冷压缩机的回气管连接。经过截流降压后的低温低压制冷剂，经封头1上的制冷剂液体进出口20-1、20-2，进入两侧的第一分流室22-2和22-1，并分别进入换热扁管15-1和15-2的管内通道内，经第二分流室24-1和24-2，进入换热扁管14-1和14-2的管内通道内，经第三分流室23进入换热扁管13-1和13-2的管内通道内，而后经过气体汇集室27及制冷剂气体接管8回到制冷压缩机。管外冷冻水从管外流体进口接管4经过液体分配器3、喷头5进入壳体内。低温低压的制冷剂在换热扁管15-1和15-2、14-1和14-2以及13-1和13-2的管内通道内，吸收管外冷冻水的热量蒸发成气体，温度降低后的冷冻水从管外液体出口流出，为中央空调***提供冷冻水。
作为制冷***的冷凝器或冷却器使用时，冷却水进水与管外流体进口接管4连接，冷却水出水与管外流体出口接管11连接，将制冷剂液体进出接管28与制冷***的热力膨胀阀的进口连接，制冷剂气体接管8与制冷压缩机的排气管连接。制冷压缩机排出的高温高压制冷剂气体，经封头7上的制冷剂气体接管8进入气体汇集室27，经气体汇集室27，分别进入换热扁管13-1和13-2的管内通道内，经第三分流室23分别进入换热扁管14-1和14-2的管内通道内，经第二分流室24-1和24-2分别进入竖直换热扁管15-1和15-2的管内通道内，进入封头1两侧的第一分流室22-2和22-1，经制冷剂液体进出口20-1、20-2流出冷凝器或冷却器。管外的冷却水从管外流体进口接管4经过液体分配器3、喷头5进入壳体内。高温高压的制冷剂在换热扁管15-1和15-2、14-1和14-2以及13-1和13-2的管内通道内，与管外的冷却水进行热交换放出热量，用于常规制冷剂的冷凝或自然工质CO2的冷却。管外的冷却水温度升高后从管外液体出口接管流出。
本发明实施例中的制冷剂管内流程为三个流程，可以根据不同的换热量的大小，调整两个封头内隔板的位置，调整被分隔的竖直换热扁管的数量，可以设置不同的流程数。本发明的换热管内径变化的高效壳管式换热器，可以用于冷库等大型制冷***的高温高压制冷剂的冷却冷凝和大型集中中央空调***制取冷冻水的蒸发器。
本发明结构简单，便于制造、安装和维护。特别适用于较大冷量的制冷***。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种换热管内径变化的高效壳管式换热器，其特征在于，包括圆筒状的壳体、两个封头、两个管板、多个竖直方向并列设置的换热扁管，每根换热扁管的两端分别与两个管板焊接，所述壳体的两端分别通过管板与相应的封头密封连接，每个封头与相对应的管板之间分别通过隔板分隔有分流室和汇集室；每根换热扁管内部分别设置有多个竖直方向排列的管内通道，每根换热扁管的管内通道两端分别与分流室和汇集室连通形成制冷剂的流动通道；沿制冷剂比容减小的方向相邻排列的换热扁管管内通道的直径逐渐减小；一端的封头上设置有与相应分流室连通的制冷剂液体进出口，所述制冷剂液体进出口上连接有制冷剂液体进出接管，另一端的封头上设置有与汇集室连通的制冷剂气体进出口，所述制冷剂气体进出口上连接有制冷剂气体接管；所述壳体的上部设置有向壳体内部喷淋的喷头，所述喷头的流体进口与管外流体进口接管连接，所述壳体的下部设置有管外流体出口接管。
2.根据权利要求1所述的换热管内径变化的高效壳管式换热器，其特征在于，每根换热扁管的每个管内通道内加工有内翅。
3.根据权利要求1或2所述的换热管内径变化的高效壳管式换热器，其特征在于，每根换热扁管的管外加工有波纹。
4.根据权利要求3所述的换热管内径变化的高效壳管式换热器，其特征在于，所述管外液体进口接管与喷头之间设置有液体分配器，所述喷头为多个，所述液体分配器的上端与所述管外液体进口接管连接，所述液体分配器的下端分别与每个喷头的进水端连接。
5.根据权利要求4所述的换热管内径变化的高效壳管式换热器，其特征在于，所述壳体与管板、壳体与管外流体的出口接管、壳体与喷头之间分别为焊接连接。
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