换热器和制冷系统

技术领域

本公开涉及热交换设备技术领域，特别涉及一种换热器和制冷系统。

背景技术

目前，在制冷系统中使用最多的换热器是使用铜、铝、钛等材料，利用固体导热原理而制造成的壳管式换热器或板式换热器，其主要的工作原理是制冷剂工质和载冷剂工质分别位于不同的流程内，通过换热管的对流、热传导方式进行换热。

在一些制冷系统中，例如，在商用水冷机组的制冷系统中，经压缩机排出的高温高压冷媒气体为过热状态，因此制冷系统的冷凝器入口的制冷剂一般也处于过热状态。处于过热状态的冷媒气体在冷凝器的壳体内首先发生单相显热换热(去过热换热)，制冷剂蒸汽只会释放热量而不会发生相变；冷媒气体从过热状态降温至饱和状态，然后饱和状态的冷媒气体发生潜热换热，转变为饱和态的液态冷媒。潜热换热的换热强度是单相显热换热的10-20倍。

去过热换热的换热量一般占到冷凝器总换热量的6％左右，部分工况下去过热区换热的换热量在冷凝器总换热量中的占比可高达10％，但因为单相显热换热的换热强度较低，导致换热器内会通过牺牲掉冷凝器大量顶部换热面积或者使用额外的辅助冷却设备来降低制冷剂的过热度。这阻碍了冷凝器，例如商用冷水机组中使用的卧式冷凝器能效的进一步提升和成本优化。

发明内容

本公开的目的在于提供一种换热器和制冷系统，旨在解决但因为换热器单相显热换热的换热强度较低的问题。

本公开第一方面提供一种换热器，包括：

壳体，具有气态工质进口和液态工质出口；

去过热组件，位于所述壳体内，包括分隔壁、折流板和第一换热管，所述分隔壁被配置为将所述壳体的内部空间分隔为去过热腔和通过所述分隔壁上的通气孔与所述去过热腔连通的冷凝腔，所述气态工质进口与所述去过热腔连通，所述液态工质出口与所述冷凝腔连通，所述折流板设置于所述去过热腔内，被配置为在所述去过热腔内形成折流流道，所述折流流道的入口端与所述气态工质进口连通，所述冷凝腔与所述折流流道的出口端连通，所述第一换热管包括位于所述去过热腔内以冷却所述去过热腔内的所述气态工质的去过热管段，至少部分所述去过热管段位于所述折流流道内；和

第二换热管，位于所述冷凝腔内，被配置为将从所述去过热腔进入所述冷凝腔的气态工质冷凝为液态工质；

其中，所述折流板(42)的数量满足：

ΔP为气态工质流经所述去过热组件(4)产生的压降；

n为所述第一换热管(43)的数量；

n

c为常数，取值0.02-0.25。

l

D

ρ为所述气态工质进口(1A)的气态工质密度，kg/m

u为按照过热区流通截面计算的流速，m/s；

ε为常数，取值0.1-0.5。

在一些实施例的换热器中，所述分隔壁包括具有所述去过热腔的盒体并具有去过热腔进口，所述换热器包括进气管，所述进气管穿过所述气态工质进口与所述去过热腔进口连接。

在一些实施例的换热器中，所述去过热腔沿所述第一换热管的轴向延伸，多个所述折流板沿所述第一换热管的轴向间隔布置于所述去过热腔内。

在一些实施例的换热器中，所述折流流道的入口端位于所述去过热腔的沿所述第一换热管的轴向中部，所述折流流道的出口端位于所述去过热腔的沿所述第一换热管的轴向端部。

在一些实施例的换热器中，所述换热器包括沿所述第一换热管的轴向布置的两个所述折流流道。

在一些实施例的换热器中，所述折流板与所述去过热管段的轴线成夹角设置，所述折流板上具有供所述去过热管段穿过的通孔。

在一些实施例的换热器中，所述分隔壁包括间隔设置的具有管孔的两块封板，所述第一换热管的轴向两端分别穿过两块所述封板上的所述管孔。

在一些实施例的换热器中，所述分隔壁被配置为将所述去过热腔分隔为安装腔和与所述安装腔连通的集气腔，所述气态工质进口与所述安装腔连通，所述折流板和所述去过热管段设置于所述安装腔内，所述折流流道的入口端与所述气态工质进口连通，所述集气腔与所述折流流道的出口端连通，所述分隔壁上的所述通气孔连通所述集气腔与所述冷凝腔。

在一些实施例的换热器中，

所述安装腔由所述分隔壁围成；或者

所述安装腔由所述分隔壁和所述壳体共同围成；或者

所述集气腔由所述分隔壁围成；或者

所述集气腔由所述分隔壁和所述壳体共同围成。

在一些实施例的换热器中，所述分隔壁的至少部分壁部为双层壁，所述双层壁包括内层壁和设置于所述内层壁外侧的外层壁，所述内层壁构成所述安装腔的至少部分腔壁，所述集气腔由所述内层壁和所述外层壁围成或由所述内层壁、所述外层壁和所述壳体围成，所述多个通气孔设置于所述外层壁上。

在一些实施例的换热器中，多个所述通气孔均匀分布于所述分隔壁上。

在一些实施例的换热器中，所述多个通气孔从远离所述第二换热管的一侧向靠近所述第二换热管的一侧分为所述通气孔的直径依次减小的多个通气孔组。

在一些实施例的换热器中，还包括支撑板组件，所述去过热组件的所述分隔壁通过所述支撑板组件连接于所述壳体的内壁。

在一些实施例的换热器中，所述第一换热管的直径小于或等于所述第二换热管的直径。

在一些实施例的换热器中，所述第一换热管为翅片管或光管。

在一些实施例的换热器中，所述壳体为圆柱状，所述分隔壁为具有所述去过热腔的盒体并沿所述壳体的轴向延伸，所述第一换热管和所述第二换热管沿所述壳体的轴向延伸，其中，所述盒体的长度与所述壳体的长度之比为0.4～1。

在一些实施例的换热器中，所述第一换热管的数量与所述第一换热管和所述第二换热管的数量之和的比为10-25％。

在一些实施例的换热器中，所述去过热组件满足：

ε＝0.1-0.5；

其中，T

T

T

D为与所述气态工质进口连接的进气管的内直径，单位为m；

v为所述气态工质进口的气态工质流速，单位为m/s；

L为所述去过热管段的长度，单位为m；

d为所述第一换热管的外径，单位为m；

d

λ为所述去过热腔内的气态工质在平均温度下的导热系数，W/(m*K)；

C

μ为所述去过热腔内的气态工质在平均温度下的粘度，Pa*s；

μ

P

Pr为普朗特数。

本公开第二方面提供一种制冷系统，包括冷凝器，所述冷凝器为本公开第一方面所述的换热器。

基于本公开提供的换热器，通过设置去过热腔并在去过热腔内设置折流板形成折流流道，可以对过热状态的气态工质，如气态冷媒，进行不断的折流和扰流，充分利用去过热腔内的去过热管段的换热面积，加强气态工质与去过热腔内的第一换热管的去过热管段的换热效率，从而达到用较少的第一换热管降低过热状态的气态工质的温度的作用。可以根据气态冷媒流经去过热组件所需控制的压降ΔP合理设置折流板的总数量。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开实施例的换热器的换热组件的结构示意图。

图2为图1所示实施例的换热器的换热组件的剖视结构示意图。

图3为图1所示实施例的换热器的不包括第一换热管的去过热组件和进气管的组合结构的结构示意图。

图4为图3所示的组合结构的分解结构示意图。

图5为图3所示的组合结构去除了外层壁的结构示意图。

图6为图5的剖视结构示意图。

图7为图5的侧视结构示意图。

图8为图1所示的换热器的去过热组件的折流板的结构示意图。

图9为图1所示的换热器的去过热组件的分隔壁的双层壁的外层壁的结构示意图。

图10为图9所示的外层壁的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为解决相关技术中换热器的单相显热换热的换热强度较低的技术问题，本公开实施例提供一种换热器和具有该换热器的制冷系统。如图1至图10所示，换热器包括壳体1、去过热组件4和第二换热管3。

壳体1具有气态工质进口1A和液态工质出口1B。

去过热组件4位于壳体1内，包括分隔壁41、折流板42和第一换热管43。分隔壁41被配置为将壳体1的内部空间分隔为去过热腔41C和通过分隔壁41上的通气孔41B与去过热腔41C连通的冷凝腔1C。气态工质进口1A与去过热腔41C连通。液态工质出口1B与冷凝腔1C连通。折流板42设置于去过热腔41C内，被配置为在去过热腔41C内形成折流流道P。折流流道P的入口端PA与气态工质进口1A连通。冷凝腔1C与折流流道P的出口端PB连通。第一换热管43包括位于去过热腔41C内以冷却去过热腔41C内的气态工质的去过热管段431，至少部分去过热管段431位于折流流道P内。

第二换热管3位于冷凝腔1C内，被配置为将从去过热腔41C进入冷凝腔1C的气态工质冷凝为液态工质。

其中，所述折流板(42)的数量满足：

ΔP为气态工质流经所述去过热组件(4)产生的压降；

n为所述第一换热管(43)的数量；

n

c为常数，取值0.02-0.25。

l

D

ρ为所述气态工质进口(1A)的气态工质密度，kg/m

u为按照过热区流通截面计算的流速，m/s；

ε为常数，取值0.1-0.5。

通过设置去过热腔41C并在去过热腔41C内设置折流板42形成折流流道P，可以对过热状态的气态工质，如气态冷媒，进行不断的折流和扰流，充分利用去过热腔41C内的去过热管段431的换热面积，加强气态工质与去过热腔41C内的第一换热管43的去过热管段431的换热效率，从而达到用较少的第一换热管43降低过热状态的气态工质的温度的作用。可以根据气态冷媒流经去过热组件所需控制的压降ΔP合理设置折流板的总数量。随着c值的增大，压降ΔP也越大。

以下结合图1至图10对本公开实施例的换热器作进一步说明。图1示出了本公开实施例的换热器的换热组件的结构示意图，换热组件主要包括壳体1、进气管2、第二换热管3、去过热组件4、管板5、支撑装置6和出液管7。另外，换热器还包括用于与管板5形成换热介质室的封头(未图示)，以及用于换热介质室进出换热介质的进出口等。本实施例中，本实施例中，气态工质为气态冷媒(制冷剂)，液态工质为液态冷媒，换热介质例如为水。

本公开实施例中，换热器为卧式冷凝器，壳体1为圆筒状，卧式冷凝器安装就位后，其换热组件如图1所示，去过热组件4位于壳体1内部上方，第二换热管3位于去过热组件4下方。第一换热管43和第二换热管3均沿壳体1的轴向延伸，从而第一换热管43和第二换热管3的轴向与壳体1的轴向同向。第一换热管43和第二换热管3的两端均分别伸入位于壳体1的轴向两端的管板5内，从而定位于壳体1内。

在一些实施例的换热器中，如图1至图4、图7所示，分隔壁41包括具有去过热腔41C的盒体并具有去过热腔进口41A，换热器包括进气管2，进气管2穿过气态工质进口1A与去过热腔进口41A连接。通过进气管2和去过热腔进口41A可以实现气态工质进口1A与去过热腔41C连通。

在一些实施例的换热器中，如图1、图4至图6所示，去过热腔41C沿第一换热管43的轴向延伸，多个折流板42沿第一换热管43的轴向间隔布置于去过热腔41C内。该设置利于气态冷媒的流动路径较长，从而与去过热管段431之间充分换热，利于提高单相显热换热的换热效率。

在一些实施例的换热器中，如图1、图3至图6所示，折流流道P的入口端PA位于去过热腔41C的沿第一换热管43的轴向中部，折流流道P的出口端PB位于去过热腔41C的沿第一换热管43的轴向端部。

在一些实施例的换热器中，如图1、图3至图6所示，换热器包括沿第一换热管43的轴向布置的两个折流流道P。

在一些实施例的换热器中，如图1所示，折流板42与去过热管段431的轴线成夹角设置，折流板42上具有供去过热管段431穿过的通孔42A。该设置利于气态冷媒横向流过去过热管段431，提高气态冷媒与去过热管段431之间的换热强度，从而利于提高换热器整体的换热效率。图1至图10所示的实施例中，折流板42与去过热管段431的轴线垂直。

在一些实施例的换热器中，如图1至图7所示，分隔壁41包括两块间隔设置的具有管孔414A的封板414，第一换热管503的轴向两端穿过两块封板414上的管孔414A。

在一些实施例的换热器中，如图1、图2和图4所示，分隔壁41被配置为将去过热腔41C分隔为安装腔C1和与安装腔C1连通的集气腔C2。气态工质进口1A与安装腔C1连通。折流板42和去过热管段431设置于安装腔C1内。折流流道P的入口端PA与气态工质进口1A连通。集气腔C2与折流流道P的出口端PB连通。分隔壁41上的通气孔41B连通集气腔C2与冷凝腔3C。

在一些实施例的换热器中，如图1至图7所示，安装腔C1由分隔壁41围成，集气腔C2由分隔壁41围成。也在示图示的实施例中，安装腔C1可以由分隔壁41和壳体1共同围成，集气腔C2可以由分隔壁41和壳体1共同围成。

在一些实施例的换热器中，如图2和图4所示，分隔壁41的至少部分壁部为双层壁。双层壁包括内层壁412和设置于内层壁412外侧的外层壁416。内层壁412构成安装腔C1的至少部分腔壁。集气腔C2由内层壁412和外层壁416围成，多个通气孔41B设置于外层壁416上。

在示图示的实施例中，集气腔C2可以由内层壁412、外层壁416和壳体1围成，多个通气孔41B设置于外层壁上。

在一些实施例的换热器中，如图3至图4、图9至图10所示，多个通气孔41B均匀分布于分隔壁41上。

在一些实施例的换热器中，如图10所示，多个通气孔41B从远离第二换热管3的一侧向靠近第二换热管3的一侧分为通气孔41B的直径依次减小的多个通气孔组。

如图1至图10所示，本公开实施例的分隔壁41包括第一壁411、双层壁、端部连接壁415和封板414。如前所述，双层壁包括内层壁412和位于内层壁412外层的外层壁416。

内层壁412包括与第一壁411间隔设置的第二壁4121和分设于第二壁4121两侧的第三壁4122。第一壁411分别与两个第三壁4122连接，第一壁411与第二壁412连接成筒状主体。第一壁411的垂直于壳体1的轴线的截面为朝向远离第二壁412的一侧拱起的弧形曲线，第二壁412的垂直于壳体1的轴线的截面为上大下小的梯形。各折流板42与筒状主体连接，并与筒状主体之间形成流通孔供气态工质通过。

外层壁416包括贴合于第二壁4121的远离第一壁411的一侧的第四壁4161和分设于第四壁4161两侧的两个多孔板4162，每个多孔板4162的远离第四壁4161的一侧还设有边缘板4163，边缘板4163与第一壁411连接。

端部连接壁415为扁筒，两个端部连接壁415分别连接于筒状主体的沿壳体1的轴向的两端并与第一壁411和外层壁416连接，扁筒的与第一壁411连接的壁面的垂直于壳体1的轴线的截面形状与第一壁411的垂直于壳体1的轴线的截面形状相同，扁筒的与外层壁416连接的壁面的垂直于壳体1的轴线的截面形状与外层壁416的垂直于壳体1的轴线的截面形状相同。两封板414分别连接于扁筒的远离筒状主体的一侧。

从而，筒状主体内形成安装腔C1，筒状主体每一侧的内层壁412的第三壁4122、外层板4162的多孔板4162和边缘板4163形成一集气腔C2，安装腔C1和集气腔C2通过端部连接壁415连通。

如图10所示，每个多孔板4162上均匀分布多个通气孔41B。本实施例中，从低到高，每两排通气孔41B形成一个通气孔组，多个通气孔组的通气孔41B的直径从下至上依次增加。如此设置通气孔41B的尺寸目的是为了分配经去过热后的汽液混合态冷媒，可以通过不同的孔径的通气孔41B流进冷凝腔3C,液态形式的冷媒经过底部较小孔径的通气孔41B流出，气态冷媒逐步通过上面依次增大的通气孔41B流出。其中孔径最小的通气孔41B的直径例如为φ2mm。相邻两组通气孔41B的直径的递增量例如可以为2mm～3mm。

在一些实施例的换热器中，如图1所示，换热器还包括支撑板组件6，去过热组件4的分隔壁41通过支撑板组件6连接于壳体1的内壁。

在一些实施例的换热器中，第一换热管43的直径小于或等于第二换热管3的直径。例如，第一换热管43的可以采用比第二换热管3小一个规格的换热管，第一换热管43的管内径例如为19.05mm-22.23mm。

在一些实施例的换热器中，第一换热管43为翅片管或光管。

如图1至图2所示，壳体1为圆柱状，分隔壁41为具有去过热腔41C的盒体并沿壳体1的轴向延伸，第一换热管43和第二换热管3沿壳体1的轴向延伸。其中，盒体的长度与壳体1的长度之比为0.4～1。合理设置盒体与壳体1的相对尺寸，利于换热空间在去过热换热和冷凝换热之间合理划分，利于利用第一换热管43充分实现气态工质去过热以及利于防止气态冷媒在去过热腔41C内过度冷却形成液态工质。

在一些实施例的换热器中，第一换热管43的数量与第一换热管43和第二换热管3的数量之和的比为10-25％。合理设置该比例，利于利用第一换热管43充分实现气态工质去过热以及利于防止气态冷媒在去过热腔41C内过度冷却形成液态工质。

在一些实施例的换热器中，去过热组件4满足：

ε＝0.1-0.5；

其中，T

T

T

ρ为气态工质进口1A的气态工质密度，kg/m

D为与气态工质进口1A连接的进气管2的内直径，单位为m；

v为气态工质进口1A的气态工质流速，单位为m/s；

L为第一换热管43的去过热管段431的长度，单位为m；

n为第一换热管43的数量；

d为第一换热管43的外径，单位为m；

d

λ为去过热腔41C内的气态工质在平均温度下的导热系数，W/(m*K)；

C

μ为去过热腔41C内的气态工质在平均温度下的粘度，P

μ

P

D

l

u为按照过热区流通截面(过热区流通截面参见图5中阴影部分S)计算的流速，m/s；

Pr为普朗特数；

ε为常数，取值0.1-0.5。

本公开实施例中，涉及去过热腔41C内的气态工质的平均温度的，一般指T

通过调整参数ε来综合控制影响换热器换热能力的换热管外径、管间距等因素，使气态冷媒进口流速保持在合理范围之内，使换热器在获得尽可能高是换热性能之下气态冷媒产生的压降最小。其中，随着参数ε增大，去过热区的总换热系数越小。

本公开实施例还提供一种制冷系统，该制冷系统包括冷凝器，其特征在于，冷凝器为本公开实施例的的换热器。本公开实施例的制冷系统具有本公开实施例的换热器的优点。根据以上描述可知，本公开实施例的换热器及制冷系统具有以下技术效果至少之一：

换热器包括去过热组件，去过热组件包括分隔壁、折流板和第一换热管，可以在不增加辅助设备和换热面积的情况下，通过设置于去过热腔内的折流板对过热状态的气态工质进行不断的折流和扰流，加强其与第一换热管的位于去过热腔内的去过热管段的换热效率，从而达到降低过热的气态工质温度的作用。去过热组件能代替换热器内的传统防冲板。

本公开实施例的换热器中，从气态工质进口进入换热器的壳体内的气态工质向换热器壳体的轴向两端扩散排布，增加气态工质与去过热管段的折流换热，充分利用去过热管段的换热面积，经过去过热的气态工质达到相变转变温度后通过分隔壁上的通气孔进入冷凝腔内由第二换热管进一步冷却为液体。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。