一种壳管换热器的制作方法

1.本实用新型涉及制冷空调领域，尤其是涉及一种壳管换热器。


背景技术：

2.壳管式换热器，如图1、图2、图3所示，是一种由壳体1、管板、换热管 3、折流板4等部件组成的换热器。其中，壳体1与管板连接；换热管3内的通道以及与其相贯通处称为管程；换热管3外表面和壳体1间的通道以及与其相贯通处称为壳程；换热管3两端固定在管板上，管板上有管程侧流体进出口8
‑
1、 8
‑
2，换热管3两端分别与管程流体进口和流体出口8
‑
1、8
‑
2相连；折流板4 安装在壳体1内部用于固定换热管3及使壳程内的流体反复地改变方向做错流流动或其他形式的流动；壳体1一侧为壳程侧流体进出口5、6。
3.壳管换热器工作时，管程和壳程，一侧与空调机组制冷剂管路联通走制冷剂，另一侧走与制冷剂进行热交换的换热介质(制冷剂走管程或壳程均可)。
4.壳管换热器中的折流板4形式多样，常用的有弓形折流板4。弓形折流板4 经换热管3贯穿，用于固定换热管3；弓形折流板4一侧带有缺口42，缺口42 方向与壳程流体进口5和流体出口6方向相同，使壳程侧流体反复地改变方向做错流流动或其他形式的流动，壳程侧流体进出口5、6位于壳体1上或下侧，方向与竖直中心线平行。
5.当壳管换热器的换热管3包含多个流路系统时，称为多系统壳管换热器。
6.以内部换热管3包含两个系统的双系统壳管换热器为例，参见图3。一般的，双系统壳管换热器中各系统在同一水平线上一次排列；从中心线往左为1号系统，中心线往右为2号系统。
7.管程侧流体进出口位于管板上，与换热器内部系统一的换热管3相通的进出口为第一管程侧流体进出口8
‑
1，与换热器内部系统二的换热管3相通的进出口为第二管程侧流体的进出口8
‑
2，8
‑
1与8
‑
2为左右对称关系，1、2号系统管程侧可以相互独立运行。
8.壳程流体进口5和流体出口6位于壳体1上或下侧，方向与竖直中心线平行。
9.此时若用弓形折流板4来固定换热管3及使壳程内的流体反复地改变方向作错流流动或其他形式的流动，对于一般换热器设计，当壳管换热器内部只有部分系统运行时，壳程侧流体流经换热管3，只与运行系统的换热管3内部的流体(管程侧流体)发生换热，而非运行系统换热管3内部(管程内)无流体流动，不与壳程侧流体发生换热，因此多系统壳管换热器在部分系统运行的情况下如何防止流量旁通并提升换热效果是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够降低流量旁通可能性的壳管换热器。
11.为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
12.一种壳管换热器，包括壳体、管板、换热管和折流板，所述壳体呈管状且围设成一个内腔，所述壳体的至少一端开口，所述管板位于所述壳体的端部，并且所述管板的外周缘
与所述壳体的开口处固定密封设置，所述壳体内设有至少两组换热管，每组换热管包括至少一根换热管，换热管沿着壳体的轴向设置，管板上设有与所述换热管对应相连通的贯通孔，所述折流板设于壳体内，所述折流板的部分外周缘与所述壳体的内表面限位设置，所述折流板上开设有供换热管贯穿的通孔，所述换热管的外周面与所述通孔的内周面固定密封设置，所述壳体的侧壁上设有第一开口和第二开口，所述第一开口与所述第二开口其中一个为进口，另外一个为出口，所述第一开口和所述第二开口与所述壳体的内腔连通，所述第一开口和所述第二开口位于所述折流板的两侧，所述换热管沿壳体的径向方向水平排布，所述折流板的边部具有缺口，所述缺口的朝向与壳体径向的竖直方向的夹角大于0
°
。
13.优选的，所述折流板的缺口朝向壳体径向的水平方向。
14.优选的，当所述第一开口为进口时，靠近所述第一开口的折流板的缺口的朝向远离所述第一开口的方向；当所述第二开口为进口时，靠近所述第一开口的折流板的缺口的朝向远离所述第二开口的方向。
15.优选的，包括两组换热管和两组流体进出口构成的两个换热系统，两组流体进出口分别沿水平方向设置在管板的左侧和右侧，两组换热管对应沿着壳体的径向方向水平排布，分别位于壳体的左侧和右侧。
16.优选的，至少部分换热管呈u型结构并且换热管的两端与对应的一组流体进出口的流体进口和流体出口相连，u型结构的换热管沿竖直方向设置，使u型结构的两侧管道分别位于竖直方向的上侧和下侧，所述流体进口和流体出口位于所述壳管换热器的同一端；
17.或者，所述换热管为直管，且换热管的两端与对应的一组流体进出口的流体进口和流体出口相连，所述流体进口和流体出口分别位于所述壳管换热器的两端。
18.优选的，每组换热管包括多列沿竖直方向设置的换热管列，每列换热管列包括尺寸不同的多个换热管，尺寸较大的换热管位于尺寸较小的换热管的外侧，位于外侧的换热管的弯曲部两端的距离大于位于内侧的换热管的弯曲部两端的距离，位于外侧的换热管的介质入口与介质出口之间的距离大于位于内侧的换热管的介质入口与介质出口之间的距离。
19.优选的，所述折流板具有至少两个，所述折流板沿所述壳体长度方向间隔分布，所述折流板的缺口交错设置，所述相邻两个折流板的缺口朝向相反；当所述第一开口为进口时，靠近所述第一开口的折流板的缺口的朝向远离所述第一开口的方向；当所述第二开口为进口时，靠近所述第一开口的折流板的缺口的朝向远离所述第二开口的方向。
20.优选的，所述折流板的缺口朝向壳体径向方向的水平位置，以折流板上的水平线与竖直线结合形成象限，通孔共有四个区域并分别分布在象限的四个区域内，多个折流板的缺口交错设置于二三象限和一四象限处。
21.优选的，第一开口和第二开口均设置在壳体的左侧，或者，第一开口和第二开口均设置在壳体的右侧，或者，第一开口和第二开口分别设置在壳体的左侧和右侧。
22.优选的，所述管板的内部开设有位于上部的多个第一收纳腔和位于下部的多个第二收纳腔，每个第一收纳腔与对应的一组换热管的所有换热管的介质入口相连，且与对应的一个流体进口相连，每个第二收纳腔与对应的一组换热管的所有换热管的介质出口相连，且与对应的流体出口相连；所述管板包括位于内侧的内管板、位于中部的外管板和位于外侧的进出法兰，内管板的内部开设有安装腔，壳体的端部插入到安装腔内并与内管板相
连，外管板上开设有与换热管连通的连接槽，外管板对内管板起到封闭和保护作用，进出法兰与内管板和外管板之间通过螺栓连接，流体进口和流体出口连接于进出法兰上，进出法兰与外管板之间连接有收纳板，第一收纳腔和第二收纳腔开设于收纳板上。
23.本实用新型的壳管换热器，多组换热系统在壳体的径向平面上水平排布，第一开口和第二开口位于折流板的两侧，折流板的边部具有缺口，缺口的朝向与壳体径向的竖直方向夹角大于0
°
，使得壳程流体在沿着相邻折流板的缺口流动时依次流过多个换热系统，如此反复，壳程流体能够不停地对在各换热系统内的介质进行换热，即使在部分换热系统工作时仍能够有效换热，也就提升了空调机组的性能。
附图说明
24.图1是背景技术的整体爆炸结构示意图；
25.图2是背景技术的整体侧视结构示意图；
26.图3是背景技术的折流板剖视结构示意图；
27.图4是本实用新型多系统壳管换热器的正视结构示意图；
28.图5是本实用新型折流板剖视结构示意图；
29.图6是本实用新型流体流动示意图；
30.图7是本实用新型多系统壳管换热器的爆炸结构示意图；
31.图8是图7的部分放大示意图。
32.图中：1、壳体；2、管板；20、内管板；21、安装腔；22、外管板；221、连接槽；23、进出法兰；24、收纳板；241、第一收纳腔；242、第二收纳腔； 25、密封环；3、换热管；4、折流板；41、通孔；42、缺口；5、第一开口；6、第二开口；7、流体进口；8、流体出口；8
‑
1、第一管程侧流体进出口；8
‑
2、第二管程侧流体进出口。
具体实施方式
33.以下结合附图4至7给出的实施例，进一步说明本实用新型的壳管换热器的具体实施方式。本实用新型的壳管换热器不限于以下实施例的描述。文中壳体径向指的是换热管处于工作状态时管板的径向方向，左侧和右侧指的是换热器处于图2位置时的左侧和右侧，竖直方向指的是换热管处于工作状态时，管板的竖直方向。
34.一种壳管换热器，如图4所示，包括壳体1、管板2、换热管3和折流板4。管板2位于壳体的端部，并且管板2的外周缘与壳体1的开口处固定密封设置，壳体1内设有多组换热管3并且至少为两组，每组换热管3包括至少一根换热管3，换热管3沿着壳体1的轴向设置，管板2上设有与多组换热管3对应相连的多组流体进出口，多组换热管3和对应的多组流体进出口构成多个换热系统，每组流体进出口包括一个流体进口7和一个流体出口8，折流板4设于壳体1内，折流板4的部分外周缘与壳体1的内表面限位设置，流体进口7和流体出口8 及其相连的换热管3内部通道形成管程，每组流体进出口的流体进口7和流体出口8分别沿竖直方向设置在管板2的上侧和下侧。
35.折流板4呈圆形结构并同轴设于壳体1内以用于固定换热管3及使壳程内的流体反复地改变方向做错流运动或其他形式的流动，折流板4共有多个并沿着壳体1的长度方向间隔均匀分布。壳体1的侧壁上设有第一开口5和第二开口6，第一开口5与第二开口6其中一个
为进口，另外一个为出口，第一开口5 和第二开口6与壳体的内腔连通，第一开口5和第二开口6与壳体1内部的相贯通处形成壳程；折流板4上开设有供换热管3贯穿的多个通孔41，换热管3 沿壳体1的径向方向水平排布，折流板4上开设有供换热管3贯穿的通孔41，换热管3的外周面与通孔41的外周面固定密封设置，缺口42的朝向与壳体1 径向的竖直方向的夹角大于0
°
。
36.本实用新型的壳管换热器，多组换热系统在壳体的径向平面上水平排布，第一开口和第二开口位于折流板的两侧，折流板的边部具有缺口，缺口的朝向与壳体径向的竖直方向夹角大于0
°
，使得壳程流体在沿着相邻折流板的缺口流动时依次流过多个换热系统，如此反复，壳程流体能够不停地对在各换热系统内的介质进行换热，即使在部分换热系统工作时仍能够有效换热，也就提升了空调机组的性能。
37.优选的，所述第一开口5和第二开口6均设置在壳体1的左侧，或者，第一开口5和第二开口6均设置在壳体1的右侧，或者，第一开口5和第二开口6 分别设置在壳体1的左侧和右侧，当第一开口5为进口时，靠近第一开口的折流板4的缺口42的朝向远离所述第一开口5的方向；当第二开口6为进口时，靠近第二开口的折流板4的缺口42的朝向远离第二开口6的方向。
38.换热管3共有多组，每组换热管包括至少一根换热管3，每根换热管3两端均固定在管板2上且分别与对应的流体进口7和流体出口8连接，每根换热管3 沿着壳体1的轴向设置，多组换热管则沿着壳体1的径向方向水平排布，流体进出口的流体进口7和流体出口8共有多组，并沿着壳体1的径向方向水平排布，每组流体进出口的流体进口7和流体出口8则分别沿竖直方向设置在管板2 的上侧和下侧，每组换热管3内包含多个换热管3并均连接同一组流体进口7 和流体出口8，每组换热管3与其相连的流体进口7和流体出口8均形成一个换热系统。
39.现以两组换热管3和两组流体进口7与流体出口8为例进行说明，
40.如图4
‑
7所示，本实施例的多系统壳管换热器包括两组换热管和两组流体进出口构成的两个换热系统，两组流体进出口分别沿水平方向设置在管板2的左侧和右侧，两组换热管对应沿着壳体1的径向方向水平排布，分别位于壳体1 的左侧和右侧，与管板2上的两组流体进出口对应。第一组换热管3和一组流体进口7与流体出口8组成1号换热系统，第二组换热管3和一组流体进口7 与流体出口8组成2号换热系统，1号换热系统和2号换热系统沿着壳体1的径向方向水平排布，分别位于壳体1的左侧和右侧。
41.如图5所示，折流板4为弓形折流板4，折流板4上开设有供换热管3贯穿的多个通孔41，折流板4的缺口42朝向壳体1径向方向的水平位置，以折流板 4上的水平线与竖直线结合形成象限，通孔4141共有四个区域并分别分布在象限的四个区域内，折流板44上开设有缺口42，多个折流板44的缺口42交错设置于二三象限和一四象限处。一种优选的方式为，以折流板44的中心处和穿过中心处的水平线与竖直线结合形成象限，需要说明的是，象限的分界不一定是中心线或穿过中心的水平线，可根据换热管3布置左右移动，换热管3的中心不一定和折流板中心重合。即相邻两个折流板4的缺口42分别位于壳体1的左侧和右侧。如图7所示，壳体1靠近两端的侧壁上分别设有第一开口5和第二开口6，第一开口5和第二开口6与壳体1内部的相贯通处形成壳程，第一开口 5和第二开口6位于壳体1的左侧壁或右侧壁，即第一开口5和第二开口6位于与折流板4的缺口42对应的水平侧壁上。
42.如图6所示，本实施例的换热器工作时，管程冷媒从流体进口7流入，经过换热管3后从流体出口8流出，壳程流体从第二开口6进入，沿着相邻折流板4的缺口42处流入到第一开口5，以走完一个完整的壳程，实现壳程流体与管程冷媒的换热；并且由于折流板4的缺口42设置于折流板4的左右两侧，多组换热管则沿着壳体1的径向方向水平排布，且流体进口7和流体出口8分别沿竖直方向设置在管板2的上侧和下侧，使得壳程流体在沿着相邻折流板4的缺口42流动时的方向近似垂直于1号换热系统的第一组换热管和2号换热系统的第二组换热管，壳程流体从壳体1内设有第一组换热管3的左侧流入到右侧的第二组换热管处进行换热，而后再从壳体1内设有第二组换热管3的左右侧流回到左侧的第一组换热管处进行换热，如此反复，即使1号换热系统和2号换热系统内只有一组系统进行工作，所有的壳程流体能够不停地对在换热系统内的冷媒进行换热，每一分冷媒都不会浪费，也就不会产生流量旁通的效果，也就提升了空调机组的性能。
43.对于一般设计，双系统壳管换热器只有1号换热系统运行时，如图4，假设换热器中壳程侧第二开口6温度为twi,运行系统(1号换热系统)换热管3内流体温度为te，非运行系统(2号换热系统)换热管3内没有流体，不参与换热； 1号换热系统的第一开口5对应的流体温度为two_1，2号系统壳程侧第一开口 5对应流体温度为two_2，由于运行过程中，壳程侧流体没有发生垂直于壳程侧流体进出口的流动，此时可视为two_2＝twi；此时换热系统的传热温差δ t1＝(twi two_1)/2
‑
te。
44.对于本技术设计，如图5，假设换热器中壳程侧第二开口6温度为twi,运行系统(1号换热系统)换热管3内流体温度为te，非运行系统(2号换热系统) 换热管3内没有流体，不参与换热；由于壳程流体在折流板4的缺口42引导下反复在1号换热系统的第一组换热管和2号换热系统的第二组换热管间流动，此时壳程侧第一开口5流体温度为two_1’和two_2’，此时two_1’＝two_2’；此时换热系统的传热温差δt2＝(twi two_1’)/2
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te＝(twi two_2’)/2
‑
te。
45.显然two_1’＝two_2’>two_1，即δt2>δt1；换热温差越大，换热效果越好，所以本专利设计能够提升双系统壳管换热器部分系统运行时的换热效果。
46.同理，本专利方案也适用于包含2个系统以上的壳管换热器。
47.优选地，第一开口5与第二开口6位于壳体1的左右两侧侧壁，这样流体能够更快速地流入到折流板4的缺口42处进行换热。
48.可选的，每个换热管3均呈直线型结构并且换热管3的两端与对应的一组流体进出口的流体进口7和流体出口8相连，流体进口7和流体出口8分别在壳体1的两侧。
49.优选地，每个换热管3均呈u型或者直线型结构，并且换热管3的两端与对应的一组流体进出口的流体进口7和流体出口8相连，u型结构的换热管3沿竖直方向设置，使u型结构的两侧管道分别位于竖直方向的上侧和下侧，u型的设计延长了介质在换热管3内降温时的滞留时间，也就提高了换热的效率。当换热管3为u型时，流体进口7和流体出口8位于壳管换热器的同一端，当换热管3位直线型，且换热管3的两端与对应的一组流体进出口的流体进口7和流体出口8相连，流体进口7和流体出口8分别位于壳管换热器的两端。
50.优选地，每组换热管包括多列沿竖直方向设置的换热管列，每列换热管列包括尺寸不同的多个换热管3，尺寸较大的换热管3位于尺寸较小的换热管3的外侧，位于外侧的换热管3的弯曲部两端的距离大于位于内侧的换热管3的弯曲部两端的距离，位于外侧的换热
管3的介质入口与介质出口之间的距离大于位于内侧的换热管3的介质入口与介质出口之间的距离。
51.如图4、图7和图8所示，优选地，管板2的内部开设有位于上部的多个第一收纳腔241和位于下部的多个第二收纳腔242，每个第一收纳腔241与对应的一组换热管的所有换热管3的介质入口相连，且与对应的一个流体进口7相连，每个第二收纳腔242与对应的一组换热管的所有换热管3的介质出口相连，且与对应的流体出口8相连，介质在由流体入口7进入到换热管3之前先流入到第一收纳腔241内，介质在换热管3内从流体出口8流出之前先流入到第二收纳腔242内，这样所有的介质均进行统一的进入和流出，介质的流通更为高效，装配也方便。
52.优选地，管板2包括位于内侧的内管板20、位于中部的外管板22和位于外侧的进出法兰23，内管板20的内部开设有安装腔21，壳体1的端部插入到安装腔21内并与内管板20相连，外管板22上开设有与换热管3连通的连接槽221，外管板22对内管板20起到封闭和保护作用，进出法兰23与内管板20和外管板22之间通过螺栓连接，流体进口7和流体出口8连接于进出法兰23上，进出法兰23与外管板22之间连接有收纳板24，第一收纳腔241和第二收纳腔242 开设于收纳板24上。
53.优选地，内管板20和外管板22之间连接有密封环25，密封板能够对内管板20和外管板22之间的空隙产生密封的作用，防止气体泄漏。
54.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。