CN202041026U - 冷凝器及其结构设计装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的主要目的在于，提供一种冷凝器，以提高冷凝器中冷媒的换热效率，降低所需的配管的数量，节省成本。该冷凝器用于空调***，具有外壳，在该外壳上设置有供冷媒进出的进口和出口，在所述外壳内还具有隔板，该隔板位于进口和出口之间，将所述外壳的内部分隔为冷凝腔与过冷腔，在冷凝腔与过冷腔内分别设置有冷凝管与过冷管，在所述隔板与外壳之间形成供所述冷媒从所述冷凝腔流向所述过冷腔的通道。在所述过冷腔内设置有多个折流板，所述多个折流板相对于所述隔板垂直或倾斜地设置，相隔一定的距离且错开排列，由所述多个折流板的侧表面形成供冷媒流动的通路。

Description

冷凝器及其结构设计装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于空调***的冷凝器，特别地，该冷凝器可用于磁悬浮中央空调***中。

背景技术

在空调***中，从压缩机输出的高温高压的冷媒气体被冷凝器冷凝为液体，之后该液体冷媒经节流装置以及蒸发器等对室内进行制冷。若使冷凝器得到的制冷剂冷凝液在节流前继续定压放热，从而降低温度变成过冷液体，可以减少节流过程中产生的闪蒸气体量，从而减少节流损失，提高单位质量工质的制冷量。现有技术中，一般是兼由冷凝器来实现对冷凝液的过冷，例如图8所示的一种现有技术的冷凝器100，该冷凝器100具有作为冷凝器外壳的筒体101，筒体101横向放置，在筒体101内设置冷凝管102，这些冷凝管102内部有冷却水流动。在位于这些冷凝管102的上方与下方的筒体101的筒壁上分别设有用于使冷媒进出的入口与出口(未示出)，冷媒(气态)从上方的入口进入冷凝器内，经由冷凝管102的外侧流向出口，通过与流动在冷凝管102内的冷却水发生热交换从而被冷却。对于这些冷凝管102而言，上部分的冷凝管102用于对冷媒进行冷凝，下部分的冷凝管102进行过冷。

然而，上述现有技术的冷凝器100中，高温气态的冷媒从上方的冷媒入口进入，被上部分的冷凝管102冷却，此时，由于气态冷媒不会瞬间全部地被冷却而变为液态，所以在大致处于中间部分的冷凝管102处冷媒呈气液共存状态，或者说，在此处的液态冷媒中有气泡，该气泡的存在降低了冷媒与冷却水之间的换热效率，从而，为了得到具有满足要求的过冷度的冷媒，就需要设置较多数量的冷凝管102，这样就增加了冷凝器的制造成本。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于，提供一种冷凝器，以提高冷凝器中冷媒的换热效率，降低所需的配管的数量，节省成本。

为达到上述目的，本实用新型的用于空调***的冷凝器的结构形成为，该冷凝器具有外壳，在该外壳上设置有供冷媒进出的进口和出口。在外壳内还具有隔板，该隔板位于进口和出口之间，将外壳的内部分隔为冷凝腔与过冷腔，在冷凝腔与过冷腔内分别设置有冷凝管与过冷管。在隔板与外壳之间形成供冷媒从冷凝腔流向过冷腔的通道。

采用具有上述结构的冷凝器，气态的冷媒从入口流入壳体的冷凝腔内，在冷凝腔内被冷凝管冷却，由于冷媒不会瞬间全部地被冷凝为液态，在冷凝腔内存在气液共存区，在气液共存区有气泡存在，然而，这些气泡被隔板所阻挡，使得只有被冷凝为液态的冷媒经由挡板与壳体内壁之间的通道进入过冷腔在其中进行过冷，冷媒的冷凝与过冷分开进行，所以，可提高冷媒被冷却的效率，减少为了获得所需过冷度而设置的冷凝管与过冷管的数量，节省了冷凝器的制造成本。

本实用新型优选，在过冷腔内设置有多个折流板，多个折流板相对于隔板垂直或倾斜地设置，相隔一定的距离且错开排列，由多个折流板的侧表面形成供冷媒流动的通路。

由于设置由多个折流板，由折流板形成供冷媒流动的通路，使得冷媒在过冷腔内沿此通路流动，与过冷管充分地接触，提高了冷媒与过冷管的换热效率，即，提高了冷媒的过冷效率，进一步减少为了获得所需过冷度而设置的冷凝管与过冷管的数量，节省了冷凝器的制造成本。

本实用新型优选，折流板的一部分边缘位于通路中，另一部分边缘分别与外壳的内壁面以及隔板相接。

由于折流板的一部分边缘与外壳的内壁面以及隔板相接，所以该折流板的一部分边缘与外壳的内壁面之间以及与隔板隔板之间不允许冷媒流过，从而使得更多的冷媒经由折流板所形成的冷媒通路流动，进一步提高了冷媒与过冷管的换热效率。

本实用新型优选，折流板上形成有通孔，过冷管穿过该通孔以对折流板进行支承。

由过冷管对折流板进行支承，限定了该折流板在过冷管径向上的位置，从而用过冷管简单地实现了对折流板的一个方向上的位置限定。

本实用新型优选，所述隔板为长方板状，其宽度方向边缘与所述壳体的内壁相接，其长度方向的边缘与所述壳体的内壁之间形成供冷媒流动的通路，所述多个折流板沿着所述隔板的长度方向相隔一定距离且在所述隔板的宽度方向上相错开地设置。

本实用新型优选，冷凝器的壳体为圆筒状，折流板由一弓形板去掉一侧尖端部分而形成，所述弓形板的圆弧直径与所述圆筒状壳体的内径相同，所述折流板的由弓形板的弦所形成的边缘与所述隔板接触，所述折流板的由弓形板的圆弧所形成的边缘与所述圆筒状外壳的内侧壁接触。

本实用新型的冷凝器还可以在壳体的过冷腔内设置固定杆，与此相对应，在折流板上形成多个定位用的定位通孔，固定杆依次穿过不同的折流板之间的定位通孔，在固定杆的两端形成有外螺纹部，该外螺纹部上安装有螺母，由该螺母防止折流板脱落。

本实用新型还涉及一种设计上述技术方案所记载的冷凝器结构的冷凝器结构设计装置，该冷凝器结构设计装置具有过冷度比较单元、、压降比较单元、输入单元、输出单元、过冷度计算单元、压降计算单元、控制单元。由操作者通过输入单元输入冷凝器的外壳的尺寸(例如，壳体为圆筒时，输入圆筒的直径与长度)、目标过冷度范围值、目标压降、过冷管数量初值、折流板数量初值。过冷度计算单元根据过冷管数量初值计算过冷度。过冷度比较单元将过冷度计算单元的计算结果与目标过冷度相比较，若该计算结果在目标过冷度范围值之外且小于目标过冷度范围值的下限值则将此信息输送给控制单元，控制单元增大过冷管数量初值并控制过冷度计算单元重新计算过冷度，直到计算结果位于目标过冷度范围值内；若该计算结果在目标过冷度范围值之外且大于目标过冷度范围值的上限值则将此信息输送给控制单元，控制单元减小过冷管数量初值并控制过冷度计算单元重新计算过冷度，直到计算结果位于目标过冷度范围值内；若计算结果位于目标过冷度范围值内则将此信息输送给控制单元，由控制单元将此时的过冷管数确定为所需过冷管数。压降计算单元根据折流板数量初值计算压降。压降比较单元将压降计算单元的压降计算结果与目标压降相比较，若该压降计算结果大于目标压降则将此信息输送给控制单元，控制单元减小折流板数量初值并控制压降计算单元重新计算压降，直至压降计算结果小于或等于目标压降；若计算结果小于或等于目标压降则将此信息输送给控制单元，由控制单元将此时的折流板数量确定为所需的折流板数量。输出单元用于输出由控制单元确定了的所需的过冷管数量与折流板数量。

采用本实用新型的冷凝器结构设计装置，能够简单且迅速地设计出冷凝器的结构，获得满足目标过冷度的最少数量的过冷管，在此基础上减少了冷凝管的数量，降低了冷凝器的制造成本。

附图说明

图1所示为磁悬浮式空调机的主要结构示意图；

图2所示为本实用新型一个实施方式的冷凝器的横截面示意图；

图3为上述实施方式冷凝器的立体结构示意图，为便于理解，图中省略了冷凝管；

图4为为了说明冷媒在冷凝器中的流动过程的示意图，为便于理解，图中省略了冷凝管与过冷管；

图5所示为折流板的结构；

图6所示为本实用新型一个实施方式的冷凝器结构设计装置的结构框图；

图7为表示使用冷凝器结构设计装置设计冷凝器结构的步骤的流程图；

图8为表示一种现有技术的冷凝器的结构的横截面图。

附图标记说明

1冷凝器；  2壳体；    2a冷凝腔；    2b过冷腔；

3隔板；    4冷凝管；  5过冷管；     6折流板；

7定位杆；  8螺母；    2c冷媒入口；  2d冷媒出口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式的冷凝器进行详细的说明。本实施方式的冷凝器1用在磁悬浮式中央空调***中。图1所示为磁悬浮式空调机的主要结构示意图。从压缩机输出的高温高压的气态冷媒在冷凝器中与冷却水发生热交换从而变为低温高压的液态冷媒，之后经电磁膨胀阀节流后在蒸发器中蒸发吸热(与冷冻水发生热交换)以对室内等进行制冷，此过程中冷媒变为低温低压的气态，该低温低压的气态冷媒输入到压缩机中进入下一次循环。

图2所示为本实施方式的冷凝器1的横截面示意图。如图2所示，冷凝器1具有圆筒状且两侧有底的壳体2。图3为该冷凝器1的立体结构示意图，在图3中，为方便起见，壳体2以透明的方式(虚线)表示，且省略了冷凝管。在壳体2内设置有一隔板3，隔板3为长方板状，其长度小于圆筒状壳体2的长度。由该隔板3将壳体2的内部分隔为冷凝腔2a与过冷腔2b(参照图4)，在冷凝腔2a与过冷腔2b中沿圆筒状壳体2的轴向分别设置有多条冷凝管4与过冷管5，在冷凝管4与过冷管5中有冷却水流动。

图4为为了说明冷媒在冷凝器1中的流动过程的示意图，为方便，图4中省略了冷凝管4与过冷管5。如图4所示，圆筒状的壳体2横向设置，在位于上侧且大致位于轴向中央处的筒壁上设有供冷媒流入的冷媒入口2c，在与该冷媒入口2c大致相对着的下侧的筒壁上设有供冷媒流出的冷媒出口2d，隔板3设置在该冷媒入口2c1与冷媒出口2d之间，且处于靠下侧的位置，其宽度方向的边缘与圆筒状壳体2的内壁相接触。

图4中的箭头表示冷媒的流动方向，如图所示，气态的冷媒从位于壳体2长度方向大致中央处的冷媒入口2c进入壳体2内的冷凝腔2a中，之后分别向左右两侧流动，在冷凝腔2a中与冷凝管内的冷却水发生热交换而被冷凝，如上所述，由于长方板状的隔板3的长度小于壳体2的长度，所以由该隔板3的长度方向边缘与壳体2的内壁形成允许冷媒通过的通路，从冷媒入口2c侧流过来的被冷凝管4冷凝而变为液态的冷媒经由该通路从冷凝腔2a流向过冷腔2b，在过冷腔2b中与过冷管5内的冷却水发生热交换而变为过冷态液体，之后从冷媒出口2d流出冷凝器1的壳体2。

在上述过程中，由于在冷凝器1的壳体2中设置有隔板3，由该隔板3将壳体2内部分隔为冷凝腔2a与过冷腔2b，冷媒在冷凝器1中的冷凝过程与过冷过程分开进行，冷凝腔2a中气液共存区的气泡被隔板3挡住，被冷凝为液态的冷媒经由隔板3两侧的通道进入过冷腔2b在其中进行过冷，所以，可提高冷媒被冷却的效率，减少为了获得所需过冷度而设置的冷凝管与过冷管的数量，节省了冷凝器的制造成本。

此外，在本实施方式中，为了进一步提高过冷的效率，如图3所示，在过冷腔2b中设有多个折流板6，该折流板6垂直于隔板3以及壳体2的圆筒侧壁，这些折流板6之间沿着隔板3的长度方向相隔一定距离且相互平行地设置。关于该折流板6的具体结构，如图5所示，其为由弓形板去掉一侧的尖端部分而形成，该弓形板的圆弧的直径与圆筒状外壳2的直径大致相等，从而在安装时该折流板6的圆弧边缘与圆筒状外壳2的圆筒内侧壁相接触，二者之间不允许冷媒流过(或者有很少量流过)。该折流板6的与弓形的弦相对应的边缘与隔板3相接触，从而在二者之间不允许冷媒流过(或者有很少量流过)。在除了上述边缘之外的边缘部分(即，去掉弓形板的一侧尖端部分而形成出来的边缘部分)与圆筒状外壳2的筒内侧壁之间形成供冷媒流过的通道。从整体上看，这些折流板6在隔板3的宽度方向上相错开设置，在这些折流板6的侧面之间以及上述去掉弓形板的一侧尖端部分而形成出来的边缘部分与圆筒状外壳2的筒内侧壁之间形成供冷媒流过的通道，或者也可以说该边缘部分位于由多个折流板6所形成的供冷媒流动的通路之中。从而，冷媒的流动经路由折流板6所规定，使得冷媒在过冷腔2b中充分地与过冷管5相接触，提高了过冷的效率，进一步降低了所需的过冷管的数量。

此外，如图5所示，在折流板6上设有供过冷管5穿过的通孔6a(本实施方式中，包括允许过冷管5穿过的半圆形的槽)。通过使过冷管5穿过折流板6上的通孔6a，从而由过冷管5支承折流板6，限定折流板6在过冷管5径向上的位置。本实施方式中，还设置有多根定位杆7，在折流板6上设有供定位杆7穿过的定位通孔6b，如图所示，定位杆7依次穿过不同的折流板6。该定位杆7的直径与定位通孔6b的直径相等，且该定位杆7表面粗糙，从而使得，在定位杆7穿过后，利用其粗糙的表面与定位通孔6b之间的摩擦力来保持折流板6在定位杆7长度方向上的位置。此外，在定位杆7的两端部形成由外螺纹部，其上安装有螺母8，由该螺母8防止折流板6从定位杆7上脱落。

在安装时，可以通过焊接的方法将位于最外侧的两个折流板6固定在壳体2内壁以及/或者隔板3上，而且，也可以通过焊接的方法将隔板3固定在壳体2上。

在上面的说明中，折流板6的形状为由弓形板去掉一侧尖端部分而形成，然而，对于实现形成规定冷媒流动的通路的目的而言，采用其他形状也可以，甚至，即使其边缘均不与隔板3以及壳体2内壁接触也可以。或者，在壳体2为其他形状时，也可根据实际情况适当地形成折流板6的形状。

此外，在上述实施方式中，过冷管5为直管，其穿过折流板6并对该折流板6进行支承，然而，也可形成为其他方式。例如，可将过冷管5形成为弯管，其由折流板6以及壳体2与隔板3所形成的冷媒流动通路的走向配置，这对于设置折流板6而使冷媒充分与过冷管接触而言是没有影响的。

还有，在上述实施方式中，折流板6的定位是由定位杆7来实现的，然而，也可形成为其他方式，例如，可预先将折流板6通过焊接等的方法固定在隔板3或者壳体2的内壁上而实现对其的定位。

再者，在上述实施方式中，折流板6垂直于隔板3以及壳体2的内侧壁设置，并且，这些折流板6之间相互平行且错开排列，然而，对于实现形成供冷媒流动的通路而言，并不限于采用这种方式，例如使折流板6相对于隔板3倾斜一定角度设置，或者折流板6之间并不平行也可以。

本实用新型还涉及一种冷凝器结构设计装置，用于设计具有上述结构的冷凝器1。图6所示为本实施方式的冷凝器结构设计装置20的结构框图。如图1所示，该冷凝器结构设计装置20具有过冷度比较单元21、压降比较单元26、输入单元22、输出单元23、过冷度计算单元24、压降计算单元25、控制单元27。

图7为表示使用冷凝器结构设计装置20设计冷凝器结构的步骤的流程图。首先根据所确定的压缩机的参数确定圆筒状外壳2的结构尺寸，即，该外壳2的直径DN与长度L，将该外壳2的直径DN、长度L与目标过冷度T0以及目标压降ΔP0由操作者通过输入单元22输入到冷凝器结构设计装置20中。并且，由操作者根据经验初选过冷管数量初值N并通过输入单元22(键盘、麦克风等)输入。由过冷度计算单元24根据下面的式(1)与式(2)计算过冷度T1。

A＝π×(do/2000)²×L×N    (1)

Q＝K×A×T1                (2)

其中，π为圆周率；do为所使用的过冷管的外径(已知值)；K为过冷管的传热系数(已知值)；Q为过冷管换热量。

过冷管换热量Q的计算方法为，通过查焓值表(公知表格)确定过冷前冷媒温度以及过冷后冷媒温度各自所对应的焓值，用二者的焓值差乘以压缩机的冷媒总质量即求得过冷管换热量Q。

在计算出过冷度T1后，由比较单元21将该过冷度T1与目标过冷度T0相比较，若过冷度T1小于目标过冷度T0，则将此信息报知控制单元27，由控制单元27增大过冷管数量N，使过冷度计算单元21重新计算过冷度T1，直至计算出的过冷度T1大于或等于目标过冷度T0，之后将满足要求的过冷度值所对应的过冷管数量作为最终值确定。

之后，由操作者根据经验选定折流板数量初值G并将该折流板数量初值通过输入单元22输入。关于折流板数量初值G，可以根据下表1进行选择。

表1

由压降计算单元25根据下面的式(3)与式(4)计算压降ΔP1。

ΔP1＝G×(3.5-2×F/DN×1000)×ρ×v²/2    (3)

F＝(L-300)/(G-1)                          (4)

其中，ρ为冷媒密度(已知)；v为冷媒流速(已知)；F为折流板间距。此外，“L-300”表示隔板3长度的大致值。

在计算出压降ΔP1后，由压降比较单元26将压降ΔP1与目标压降ΔP0相比较，若压降ΔP1大于目标压降ΔP0，则将此信息报知控制单元27，之后减小折流板数量G并重新计算，直至使得计算出的压降ΔP1小于或等于目标压降ΔP0。之后将满足要求的压降值所对应的折流板数量作为最终值确定。

将确定了的过冷管数量与折流板数量通过输出单元22(显示器、打印机等)输出。

在确定了过冷管数量与折流板数量后即可确定上述冷凝器1中的过冷部分的结构。

采用本实用新型的冷凝结构设计装置，能够简单且迅速地设计出冷凝器的结构，获得满足目标过冷度的最少数量的过冷管，在此基础上减少了冷凝管的数量，降低了冷凝器的制造成本。

作为另一个实施方式，在计算过冷度时，还可以预先将目标过冷度设定为一个范围值，在用比较单元21比较所计算出的过冷度T1与目标过冷度T0时，若该过冷度T1不在此范围内且小于该范围的下限值，则增大过冷管数量重新计算直至计算出的过冷度T1处于预先设定的范围内；若该过冷度T1不在此范围内且大于该范围的上限值，则减小过冷管数量并重新计算直至计算出的过冷度T1处于预先设定的范围内；若计算出的该过冷度T1在此范围内则向下进行。其余的步骤与上述实施方式相同。

上述实施方式中，目标压降ΔP0与目标过冷度T0等一起输入，然而也可在输入折流板数量初值时输入该目标压降ΔP0。相同地，也可在输入过冷度T0等时一起输入折流板数量初值。

在上述实施方式中，确定折流板数量的相关步骤在确定过冷管数量的相关步骤之后进行，然而，从上述具体内容可知，折流板数量的确定与过冷管数量的确定这二者之间并没有依赖关系，所以哪一个在前哪一个在后都可以。

上面提到了本实用新型的冷凝器可用在磁悬浮式中央空调***中，然而，并不限于此，应用在其他的室内空调***中也可以。

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于空调***的冷凝器，具有外壳，在该外壳上设置有供冷媒进出的进口和出口，其特征在于，在所述外壳内还具有隔板，该隔板位于进口和出口之间，将所述外壳的内部分隔为冷凝腔与过冷腔，在冷凝腔与过冷腔内分别设置有冷凝管与过冷管，在所述隔板与外壳之间形成供所述冷媒从所述冷凝腔流向所述过冷腔的通道。

2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，在所述过冷腔内设置有多个折流板，所述多个折流板相对于所述隔板垂直或倾斜地设置，相隔一定的距离且错开排列，由所述多个折流板的侧表面形成供冷媒流动的通路。

3.根据权利要求2所述的冷凝器，其特征在于，所述折流板的一部分边缘位于所述通路中，另一部分边缘分别与所述外壳的内壁面以及所述隔板相接。

4.根据权利要求3所述的冷凝器，其特征在于，所述折流板上形成有通孔，所述过冷管穿过所述通孔以对所述折流板进行支承。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的冷凝器，其特征在于，所述隔板为长方板状，其宽度方向边缘与所述壳体的内壁相接，其长度方向的边缘与所述壳体的内壁之间形成供冷媒流动的通路，所述多个折流板沿着所述隔板的长度方向相隔一定距离且在所述隔板的宽度方向上相错开地设置。

6.根据权利要求3或4所述的冷凝器，其特征在于，所述壳体为圆筒状，所述折流板由一弓形板去掉一侧尖端部分而形成，所述弓形板的圆弧直径与所述圆筒状壳体的内径相同，所述折流板的由弓形板的弦所形成的边缘与所述隔板相接，所述折流板的由弓形板的圆弧所形成的边缘与所述圆筒状外壳的内侧壁相接。

7.根据权利要求2～4中任一项所述的冷凝器，其特征在于，还具有固定杆，在所述折流板上还形成有多个定位用的定位通孔，所述固定杆依次穿过不同的所述折流板之间的所述定位通孔，在所述固定 杆的两端形成有外螺纹部，该外螺纹部上安装有螺母，由该螺母防止折流板脱落。 

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