CN111981870B - 降膜式换热器及含有该换热器的热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降膜式换热器及含有该换热器的热泵机组，该降膜式换热器包括壳体，所述壳体内设有布液结构和换热管，所述壳体上设有进气管，所述进气管的端部设有均气结构，所述进气管或均气结构穿过布液结构，使得所述均气结构位于布液结构和换热管之间。本发明通过上述设置，制热工况下降低了气态冷媒的压降、提高了气体分布的均匀程度，从而提升了换热效率，而制冷工况下也能够有效提高气液分离程度，并提升了液态冷媒的均布效果，有效提升换热效率。

Description

降膜式换热器及含有该换热器的热泵机组

技术领域

本发明涉及热泵机组技术领域，尤其涉及降膜式换热器及含有该换热器的热泵机组。

背景技术

热泵机组因同时兼顾制冷及制热功能而得到了越来越广泛的应用，常规热泵机组采用满液式换热器或干式换热器。

如采用满液式换热器，在制冷工况时，换热管浸泡在制冷剂当中，制冷剂灌注量大。机组工作时制冷剂吸收管内侧冷冻水热量，此时传热受制冷剂静液柱影响，换热效率较低；在制热工况时，管外侧气态制冷剂冷凝传递热量给管内侧冷却水以制取热水。

如采用干式换热器，在制冷工况时，气液两相制冷剂在管内蒸发，由于进口处无法均匀给所有换热管均匀分液，因此换热器各位置换热效率存在较大差异，分液较多的换热管出口存在出气带液的问题，同时干式换热器管外侧为冷冻水折流换热，受流场及流速影响，此时管外侧换热效率也较低；在制热工况时，同样存在管内侧布气不均，管外侧流速小换热效率低的问题。

因此产生了降膜式换热器的换热方式，具体的，降膜式热泵换热器工作原理为，制冷时管外侧制冷剂液体滴淋到换热管外壁面蒸发吸收管内冷冻水热量，制热时制冷剂气体在管外侧冷凝将热量传递给管内侧冷却水。杜绝了干式换热器管内流通气液两相制冷剂时的布液、布气不均，及管外载冷剂流速小换热效率低的问题；同时制冷工况时，管外侧为薄膜蒸发，无静液柱影响换热效率较高，相比满液式换热器优势明显。

但是也正是由于降膜式热泵换热器在制冷工况时，气液混合制冷剂经过壳体上部的布液结构沿壳体水平方向均匀分配后，再沿管排从上至下滴淋到换热管外壁面。此时由于布液结构当中为带压的气液混合态，对水平方向均匀布液能力提出了非常高的要求。液态制冷剂从上至下滴淋同时压缩机吸气口也位于壳体顶部，因此设计布液结构时，需避免气体流通携带液滴返回压缩机吸气口。

针对于此，专利公开号为CN110375574A的中国专利申请文件中，公开了一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，属于换热器技术领域。该降膜均布装置的弧形封头设在板翅式换热器本体的顶部，板翅式换热器本体和弧形封头均设在外壳体内；弧形封头的下开口处设有一级分布板为中部向上凸的弧形板，一级分布板的下方设有二级分布板，二级分布板的下方设有三级分布板，一级分布板，二级分布板和三级分布板上均设有均匀分布的孔；三级分布板的底部固定有多个梯形布膜器，多个梯形布膜器一一对应的设在多个蒸发通道顶端入口的中心。采用了多级均布装置结构和梯形布膜装置，提高了布膜效果，并采用在内置支撑机构上设置薄膜实现气液分离，减少了气体夹带液体的风险。

虽然上述方案中对于液体分布和气液分离能够起到一定的效果，但是在制热工况下，气态冷媒从上进入换热器中，此时由于多级分布板的设置，导致气态冷媒的流径较长，产生了较大的压降，导致压缩机的能量浪费，换热效率较低。

发明内容

为了解决现有技术中降膜式换热器在制热工况下换热效率低下的缺陷，本发明提出一种降膜式换热器。

本发明采用的技术方案是，一种降膜式换热器，包括壳体，所述壳体内设有布液结构和换热管，所述壳体上设有进气管，所述进气管的端部设有均气结构，所述进气管或均气结构穿过布液结构，所述进气管或均气结构穿过布液结构使得所述均气结构位于布液结构和换热管之间。

优选的，所述进气管穿过所述布液结构，所述均气结构上设置有多个使气态冷媒分散并与换热管接触的均气孔。

优选的，所述均气结构为均气盒，所述均气盒上开设有多个所述均气孔，且所述均气盒底部开设的均气孔分别与换热管位置对应设置。

优选的，所述进气管设置有两个或多个，两个或多个所述进气管的一端连通汇合并穿出壳体，两个或多个所述进气管的另一端均分别设置有所述均气盒。

优选的，所述均气结构穿过布液结构并位于所述换热管的至少一侧，所述均气结构上设置有多个使气态冷媒分散并与换热管接触的均气孔，所述均气孔均匀开设于所述均气结构朝向换热管的一侧上。

优选的，所述均气结构包括至少一对位于换热管两侧的透气板，每对所述透气板的上端相连通并与所述进气管连接，所述透气板中空设置且朝向换热管的一侧开设有多个所述均气孔。

优选的，每一对所述透气板上开设的均气孔均为交错开设。

优选的，每一对所述透气板的其中一个的均气孔开设于上半部分，每一对所述透气板的其中另一个的均气孔开设于下半部分。

优选的，每一对所述透气板的底部均开设有一个均气孔。

进一步的，所述壳体顶部还设有出气管，所述壳体顶部设有进液管，所述壳体底部设有出液管，所述进液管的底端位于所述布液结构内。

优选的，所述进液管位于所述布液结构的中心位置。

优选的，所述布液结构的底部为至少一层均液板，所述均液板上开设有多个均匀分布的均液孔，且最下层的均液板上的均液孔与换热管位置对应设置。

优选的，所述布液结构的顶部为一层气液过滤网。

进一步的，所述均液板正对进液管的位置设置有防冲滤网。

优选的，所述气液过滤网和防冲滤网均采用不锈钢材料盘卷堆叠制造，盘卷时丝网的波纹交错，且疏密一致。

进一步的，所述壳体内还设有罩设于布液结构上方的顶部挡板和侧边挡板，所述顶部挡板和侧边挡板围设成下方开口的空腔。

本发明还提出了一种热泵机组，包括前述的降膜式换热器。

与现有技术相比，本发明将具有以下有益效果：

1、制热工况下降低了气态冷媒的压降、提高了气体分布的均匀程度，从而提升了换热效率；

2、制冷工况下也能够有效提高气液分离程度，并提升了液态冷媒的均布效果，有效提升换热效率；

3、设置防冲滤网能够将进液口中进入的气液混合冷媒及时分离，而且由于防冲滤网的设置也避免了液态冷媒对均液板的直接冲击，有利于液态冷媒的进一步均布；

4、均气盒的设置避免了气态冷媒直接对换热管的冲击，减少了振动的产生，而均气盒也提高了均气的效果；

5、成对设置的透气板上开设的均气孔位交错开设，能够避免两侧同高度布气形成的中心流动死区，上下错列进气结构能够在壳体内部形成稳定的流场，更为有效的利用换热管的面积。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是第一种实施例的制热工况相关结构的轴向剖面示意图；

图2是第一种实施例的制热工况相关结构的周向剖面示意图；

图3是第二种实施例的制热工况相关结构的轴向剖面示意图；

图4是第二种实施例的制热工况相关结构的周向剖面示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明制冷工况相关结构的周向剖面示意图；

图7是本发明制冷工况相关结构的俯视图，主要示出进液管和出气管的位置关系；

图8是本发明制热工况相关结构的俯视图，主要示出进气管和连通管的位置关系。

1、进液管；2、出气管；3、进气接口；4、连通管；5、进气管；6、出液管；7、壳体；8、换热管；9、封闭挡板；10、顶部挡板；11、均液板；12、气液过滤网；14、均气盒；15、防冲滤网；16、侧边挡板；17、支撑结构；18、透气板；19、均液孔；20、均气孔。

具体实施方式

一种降膜式换热器，如图1所示，包括壳体7，壳体7内设有布液结构和换热管8，布液结构固定在壳体7内，而换热管8则设置有多排并位于布液结构的正下方。壳体7的顶部安装有进气管5，进气管5的端部设有均气结构，所述进气管5或均气结构穿过布液结构，所述均气结构上设置有多个使气态冷媒分散并与换热管8接触的均气孔20。

如图1和2所示，进气管5直接向下延伸并穿过布液结构，且进气管5的底端固定安装的均气结构为均气盒14，均气盒14位于布液结构和换热管8之间且底部和四周均开设有均气孔20，且底部开设的均气孔20位置与下方的换热管8对应设置。

通过上述均气盒14的设置，制热工况时气态冷媒从进气管5进入并直接到达均气盒14中，通过多个均气孔20逸出与换热管8接触，实现换热，减少了高压的气态冷媒对换热管8的冲击作用，降低了容易产生的震动。

如图1和2所示，而为了使气态冷媒能够分散的更加均匀，均气盒14可以根据换热器的大小设置多个，即进气管5设置有两个或多个，两个或多个所述进气管5的一端连通汇合并穿出壳体7，两个或多个所述进气管5的另一端均分别设置有所述均气盒14。本实施例中设置有两个进气管5和两个均气盒14，两个进气管5的上端通过一端水平的连通管4实现连通，连通管4上再设置有竖直向上的进气接口3，从而制热工况下的冷媒只需要从进气接口3这一个入口进入换热器中，即可通过多个均气盒14实现均匀分散的效果。

在另一个实施例中均气结构穿过布液结构并位于所述换热管8的至少一侧，如图3和4所示，所述均气孔20均匀开设于所述均气结构朝向换热管8的一侧上，具体的，均气结构包括至少一对位于换热管8两侧的透气板18，每对所述透气板18的上端相连通并与所述进气管5连接，所述透气板18中空设置且朝向换热管8的一侧开设有多个所述均气孔20。

每一对所述透气板18上开设的均气孔20均为交错开设，能够避免两侧同高度布气形成的中心流动死区，上下错列的均气孔20设置能够在壳体7内部形成稳定的流场，更为有效的利用换热管8的面积，在本实施例中，每一对所述透气板18的其中一个的均气孔20开设于上半部分，每一对所述透气板18的其中另一个的均气孔20开设于下半部分。同时，在一对透气板18的最下方均开设有一个均气孔20，用于给液态冷凝器及时排除，防止透气板18中积液产生。

如图3-5所示，每一对透气板18的上端也通过一根连通管4实现连通，而连通管4则与进气管5连通，从而冷媒从进气管5进入后即可分别进入两侧的透气板18中，当然为了适应换热器的尺寸以及提高换热效率，透气板18的数量也可以为多对。

为了进一步的提升均气效果，均气盒14位于壳体7的中线上，如果采用成对的透气板18，则每一对透气板18也沿中线对称布置，这样冷媒从均气孔20中逸出时才能较为分散和均匀，也能够优化壳体7内部流场，增加壳体7布气均匀性。

通过上述方案，在制热工况下将气态冷媒直接通过均气孔20分散出去，再与换热管8接触换热，从而减少了冷媒的流径，降低了压降，提高了压缩机的功率，也提高了换热效率。

进一步的，如图6-8所示，壳体7的顶部安装有进液管1和出气管2，壳体7底部设置有出液管6，而为了提升在制冷工况下液态冷媒的均布程度，均液器为盒装设置，其包括四周的封闭挡板9、底部至少一层的均液板11、以及顶部设置的气液过滤网12，进液管1的底端直接伸入均液器中，均液板11上开有多个均匀的均液孔19，液态冷媒从均液孔19渗漏后滴落在下方的换热管8上，从而吸热蒸发，完成换热过程。

在本实施例中，如图6-8所示，均液板11设置有两层，通过焊接固定在四个封闭挡板9的底部，且第二层均液板11上开设的均液孔19与下方成排设置的换热管8位置对应设置。同时，第一层均液板11正对进液管1的位置安装有防冲滤网15，气液过滤网12及防冲滤网15采用不锈钢材料盘卷堆叠制造，例如1Cr18Ni9Ti，盘卷时要求丝网的波纹交错，且疏密一致。其中，防冲滤网15是丝网结构，塞在铁条焊成的支撑筋盒子里，把盒子焊接在均液板11上面完成固定。

在制冷工况时，节流后的气液相制冷剂经进液管1进入布液结构，进液管1出口处高速流体冲击防冲滤网15。滤网为多孔弹性结构且对液体具有亲润性，一方面利用滤网的弹性形变防止进液管1出口高速流体冲击均液板11产生振动影响其工作稳定性；另一方面滤网能够吸附液体对流体进行气液分离，最终效果为液体沉积在布液结构底部的均液板11上，而气体则从布液结构顶部流出，增加了布液结构的布液均匀效果；同时滤网为多孔结构，引导流体在防冲滤网15内部折流流通，降低其流速增加流场均匀性及布液均匀性。经防冲滤网15初步气液分离后的气体向上流通经过气液过滤网12，再次对液体进行分离。一方面引导气体流出布液结构降低其对布液结构内部流场的扰动加强均液，另一方面液体汇聚在布液结构内部防止气体携带液滴到达出气管2发生吸气带液问题。

进一步的，在壳体7内还安装有罩设于布液结构上方的顶部挡板10和侧边挡板16，所述顶部挡板10和侧边挡板16围设成下方开口的空腔，空腔整体呈开口朝下的凹形，顶部挡板10和侧边挡板16通过支撑结构17固定在壳体7的上方，支撑结构17可以为铁件，通过焊接的形式实现固定。引导经过气液过滤网12的气体向下流动，之后随换热管8表面蒸发换热产生的气体一起从侧边挡板16外侧流路抵达出气管2。通过“凹”形流路增加气体到达压缩机的行程，进一步的避免压缩机发生吸气带液问题。

同样的，为了提高布液的均匀程度，进液管1设置在布液结构中心处，出气管2根据压缩机位置设置在中线上即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.降膜式换热器，包括壳体(7)，所述壳体(7)内设有布液结构和换热管(8)，其特征在于，所述壳体(7)上设有进气管(5)，所述进气管(5)的端部设有均气结构，所述进气管或均气结构穿过布液结构使得所述均气结构位于布液结构和换热管(8)之间。

2.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述进气管(5)穿过所述布液结构，且所述均气结构上设置有多个使气态冷媒分散再与换热管(8)接触的均气孔(20)。

3.根据权利要求2所述的降膜式换热器，其特征在于，所述均气结构为均气盒(14)，所述均气盒(14)上开设有多个所述均气孔(20)，且所述均气盒(14)底部开设的均气孔(20)分别与换热管(8)位置对应设置。

4.根据权利要求2所述的降膜式换热器，其特征在于，所述进气管(5)设置有两个或多个，两个或多个所述进气管(5)的一端连通汇合并穿出壳体(7)，两个或多个所述进气管(5)的另一端均分别设置有所述均气盒(14)。

5.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述均气结构穿过布液结构并位于所述换热管(8)的至少一侧，所述均气结构上设置有多个使气态冷媒分散再与换热管(8)接触的均气孔(20)，所述均气孔(20)均匀开设于所述均气结构朝向换热管(8)的一侧上。

6.根据权利要求5所述的降膜式换热器，其特征在于，所述均气结构包括至少一对位于换热管(8)两侧的透气板(18)，每对所述透气板(18)的上端相连通并与所述进气管(5)连接，所述透气板(18)中空设置且朝向换热管(8)的一侧开设有多个所述均气孔(20)。

7.根据权利要求6所述的降膜式换热器，其特征在于，每一对所述透气板(18)上开设的均气孔(20)均为交错开设。

8.根据权利要求6所述的降膜式换热器，其特征在于，每一对所述透气板(18)的其中一个的均气孔(20)开设于上半部分，每一对所述透气板(18)的其中另一个的均气孔(20)开设于下半部分。

9.根据权利要求6所述的降膜式换热器，其特征在于，每一对所述透气板(18)的底部均开设有一个均气孔(20)。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的降膜式换热器，其特征在于，所述壳体(7)顶部还设有出气管(2)，所述壳体(7)顶部设有进液管(1)，所述壳体(7)底部设有出液管(6)，所述进液管(1)的底端位于所述布液结构内。

11.根据权利要求10所述的降膜式换热器，其特征在于，所述进液管(1)位于所述布液结构的中心位置。

12.根据权利要求10所述的降膜式换热器，其特征在于，所述布液结构的底部为至少一层均液板(11)，所述均液板(11)上开设有多个均匀分布的均液孔(19)，且最下层的均液板(11)上的均液孔(19)与换热管(8)位置对应设置。

13.根据权利要求12所述的降膜式换热器，其特征在于，所述布液结构的顶部为一层气液过滤网(12)。

14.根据权利要求13所述的降膜式换热器，其特征在于，所述均液板(11)正对进液管(1)的位置设置有防冲滤网(15)。

15.根据权利要求14所述的降膜式换热器，其特征在于，所述气液过滤网(12)和防冲滤网(15)均采用不锈钢材料盘卷堆叠制造，盘卷时丝网的波纹交错，且疏密一致。

16.根据权利要求1所述的降膜式换热器，其特征在于，所述壳体(7)内还设有罩设于布液结构上方的顶部挡板(10)和侧边挡板(16)，所述顶部挡板(10)和侧边挡板(16)围设成下方开口的空腔。

17.热泵机组，其特征在于，包括如权利要求1所述的降膜式换热器。

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