冷凝器的制作方法

本申请涉及冷凝器，更具体地涉及冷凝器中的换热管的布管方式。

背景技术：

壳管式冷凝器广泛应用于制冷空调行业，特别是大型蒸汽压缩机组。在管壳式冷凝器中，换热管束沿壳体的轴向方向布置在筒形的壳体中，壳体两端由管板封住，管束的两端固定于管板上。在管壳式冷凝器内进行换热的两种流体，一种在换热管内流动，一种在换热管外的壳体容腔内流动，从而实现两种流体之间的热交换。

技术实现要素：

本申请在第一方面的至少一个目的是提供一种具有新型布管方式的冷凝器，所述布管方式能够有利于制冷剂气体的充分扩散和/或减小换热管上附着的冷凝液的液膜厚度。冷凝器包括：换热管束，换热管束中的换热管成行地布置，每行中具有数根换热管，相邻的两行换热管错位布置，以使得换热管沿着与行不垂直的第一方向斜向列和第二方向斜向列上成列布置；每行换热管中的相邻两根换热管的中心间相距第一距离，相邻两行换热管中的位于第一方向斜向列上的两根换热管的中心间相距第二距离，相邻两行换热管中的位于第二方向斜向列上的两根换热管的中心间相距第三距离；其中，第一距离至少与第二距离和第三距离中的一个不相等。

根据上述第一方面的冷凝器，换热管束的换热管为直径相等的管。

根据上述第一方面的冷凝器，第一距离至少大于第二距离和第三距离中的其中一个，以在第一方向斜向列和第二方向斜向列的其中一个上的相邻两列换热管之间形成扩大的气体通道。

根据上述第一方面的冷凝器，相邻两行换热管的错位幅度为换热管的半径。

根据上述第一方面的冷凝器，第一距离为a，第二距离为b，第三距离为c，换热管的直径为d，其中a＝1.5d，b或c＝1.158d。

根据上述第一方面的冷凝器，第二距离和第三距离相等，并且第一距离小于第二距离和第三距离，以在相邻两行换热管之间形成扩大的气体通道。

根据上述第一方面的冷凝器，第一距离为a，第二距离为b，第三距离为c，换热管的直径为d，其中，a＝1.17d，b＝c＝1.6d。

本申请在第二方面的至少一个目的是提供一种具有新型布管方式的冷凝器，所述布管方式能够有利于制冷剂气体的充分扩散。冷凝器包括：换热管束，换热管束中的换热管成行地布置，每行中具有数根换热管，相邻的两行换热管错位布置，以使得换热管沿着与行不垂直的两个方向的斜向列上成列布置；换热管束的换热管包括数个具有第一直径的换热管和数个具有第二直径的换热管，第一直径与第二直径不相等。

根据上述第二方面的冷凝器，在两个方向的斜向列的其中一个方向的斜向列中，相邻的两列换热管中的一列具有第一直径，而另一列具有第二直径。

根据上述第一方面和第二方面的冷凝器，换热管被配置为与换热管外部的制冷剂气体进行热交换。

附图说明

图1a是根据本申请的第一实施例的冷凝器100的立体图；

图1b是根据本申请的第一实施例的冷凝器100的换热管120的布管方式示意图；

图1c是图1b中的虚线框部分的放大图；

图2是具有图1b所示的布管方式的冷凝器100与现有技术的冷凝器的换热效果的对比图；

图3是根据本申请的第二实施例的冷凝器300的换热管320的布管方式示意图；

图4是根据本申请的第三实施例的冷凝器400的换热管420的布管方式示意图。

具体实施方式

下面将参考构成本说明书一部分的附图对本申请的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本申请中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等描述本申请的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本申请所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。

图1a是根据本申请的第一实施例的冷凝器100的立体图，用于示出冷凝器100的示意性的外形结构。图1b是图1a所示的根据本申请的第一实施例的冷凝器100的换热管120的布管方式示意图，其中图1b反映的是沿着图1a的a-a线的截面的视角。

如图1a和图1b所示，冷凝器100包括壳体105、设置在壳体105中的换热管束110，以及设置在壳体105两端的管板181和182，换热管束110通过管板181和182保持在壳体105中。壳体105呈圆筒状。换热管束110包括若干换热管120，这些换热管平行于彼此、并且平行于壳体105的轴线布置。冷凝器100还包括设置在壳体105中的挡板103和过冷器104。壳体105具有设置在壳体105顶部的入口101和设置在壳体底部的出口102。挡板103设置在换热管束110的上方，并且位于入口101的下方，而过冷器104设置在换热管束110的下方，并且位于出口102上方。

如图1b中的箭头f所示，第一流体(制冷剂气体)从入口101进入壳体105，在碰触到挡板103后，制冷剂气体被分为两路，分别向壳体105的轴向方向的两侧流动。接着，制冷剂气体到达换热管束110。换热管束110的换热管120的内部具有第二流体(冷却介质)。由于制冷剂气体和冷却介质存在温度差，因此，换热管120外部的制冷剂气体会与换热管120内部的冷却介质进行热交换。在此过程中，换热管120外部的制冷剂气体由气态转变成为液态(冷凝液)。然后，被冷凝的制冷剂(冷凝液)进入过冷器104，在过冷器104中被进一步降温成为过冷液体。最后，过冷液体从出口102流出冷凝器100。

图1c是图1b中的虚线框部分的放大图，用于示出根据本申请的第一实施例的冷凝器100的换热管120的布管方式。需要说明的是，换热管束110中的换热管120是按照一定的规律(以下将详述)布管的，虚线框部分中的尽管只有一部分换热管，但是这部分换热管已经能够体现布管的规律，因此，对虚线框部分的描述的换热管120的布管方式的描述即是对整个换热管束110的布管方式的描述。放大虚线框部分是为了更清楚地显示密集布置的换热管120的布管方式。

如图1b和图1c所示，换热管束110中的各个换热管120是直径相同的换热管。这些换热管成行地布置，每行中设置有数根换热管120。每行换热管沿水平方向h布置，并且每行换热管中的换热管是等间距地均匀布置的，也就是说，每行换热管中的相邻两根换热管120的中心间相距相等，均为第一距离a。并且在竖直方向v上，换热管的行也是等间距地均匀布置地，相邻的两行换热管120的管中心之间的距离是一定的。但是，相邻的两行换热管120错位布置，使得在竖直方向v上，相邻的两行换热管120并不是正对彼此，也就是说相邻的两行换热管120在水平方向h上的投影并不是相互重合的。

具体而言，如图1c所示，图1c所示的换热管束110的局部包括五行换热管，但并没有显示每行换热管中的全部换热管，而是只显示了其中的一部分。五行换热管从上到下依次为第一行换热管150、第二行换热管151、第三行换热管152、第四行换热管153和第五行换热管154。第二行换热管151与第一行换热管150错位布置，第三行换热管152与第二行换热管151错位布置，并且第三行换热管152与第二行换热管151的错位幅度l等于第一行换热管150与第二行换热管151的错位幅度l，接着，第四行换热管153又与第三行换热管152错位布置……。由于任意相邻两行换热管彼此之间错位布置的错位幅度都是相等的，这样的排布方式使得换热管束110中的换热管120沿图1c中的i1方向(第一方向)和i2方向(第二方向)斜向列上成列布置，i1方向和i2方向与行的方向h(水平方向)不垂直。

为了更清楚地说明i1方向斜向列和i2方向斜向列，图1c中以160标示了第一列i1方向斜向列，并以161标示了相邻的第二列i1方向斜向列。图1c还以170标示了第一列i2方向斜向列，并以171标示了相邻的第二列i2方向斜向列。可以看到，每一个换热管120既在i1方向斜向列上排布，又在i2方向斜向列上排布。i1方向斜向列上的换热管120等间距均匀布置，i2方向斜向列上的换热管120也等间距均匀布置，但是两个方向斜向列的换热管的间距(即相邻换热管的距离)是不同的。具体而言，位于i1方向斜向列上的相邻两根换热管120的中心间相距第二距离b，位于i2方向斜向列上的相邻两根换热管120的中心间相距为第三距离c，c与b不相等。

本申请所指的错位幅度l设定为位于i1方向斜向列上的相邻两根换热管120的中心间的距离在水平方向上的投影。在图1b和1c所示的实施例中，相邻两行换热管的错位幅度l为换热管120的半径。也就是说，i1方向斜向列上的相邻两根换热管120的中心间的第二距离b在换热管的行的方向上的投影的长度即为错位幅度l。

需要说明的是，由于壳体105的截面大致呈圆形，而换热管在壳体中布置的一个原则是充分利用壳体105的内部空间，在不影响换热效率的情况下布置尽可能多的换热管，因此，从壳体105的截面的顶部至壳体105的截面的中心线z，上一行换热管的数量小于下一行换热管的数量；从壳体105的截面的中心线z至壳体105的截面的底部，上一行换热管的数量大于下一行换热管的数量。

继续参照图1c，每行换热管中的相邻两根换热管120的中心间的第一距离a大于i1方向斜向列上的相邻两根换热管120的中心间的第二距离b。作为一个示例，换热管120的直径为d，第一距离a＝1.5d，第二距离b＝1.158d。位于i2方向斜向列上的相邻两根换热管120的中心间的第三距离c是由第一距离a和第二距离b决定的，由于第一距离a大于第二距离b，因此第三距离c也大于第二距离b。

基于上述布管方式，i1方向斜向列上的相邻两列换热管(例如第一列换热管160与第二列换热管161)之间的间隙大于相邻两行换热管(例如第一行换热管150和第二行换热管151)之间的间隙，并且大于i2方向斜向列上的相邻两列换热管(例如第一列换热管170与第二列换热管171)之间的间隙。因此，i1方向斜向列上的相邻两列换热管(例如第一列换热管160与第二列换热管161)之间形成扩大的气体通道130。

制冷剂气体从壳体105顶部的入口101进入壳体105中以后，需要穿过换热管120之间的间隙，并向壳体105的底部扩散，在扩散过程中，制冷剂气体与换热管120进行热交换。扩大的气体通道130使得制冷剂气体能够更容易并且更充分地扩散到换热管束110的中心和底部的换热管120，以与这些换热管120进行充分的热交换，从而能够提高冷凝器100的整体换热效率。

此外，因为第一距离a＝1.5d，而相邻两行换热管的错位幅度为换热管120的半径(d/2)，因此，如图1c所示，在竖直方向v上，第一行换热管150正对着第四行换热管153。也就是说，在竖直方向v上正对着彼此(即不错位)的两行换热管之间至少相隔有两行错位的换热管。这样的布置能够减少换热管120上的冷凝液的液膜厚度，从而减小换热管120上的液膜对换热的影响，提高换热效率。

具体地，制冷剂气体在与换热管120接触时，部分制冷剂气体会先冷凝变成冷凝液。这些冷凝液会附着在换热管120的表面，形成液膜。由于液膜的传热效率远小于换热管120的传热效率，因此，液膜的存在会降低冷凝器100的换热效率，并且液膜越厚，对换热效率的影响就越大。此外，换热管上附着的冷凝液会由于重力的原因向下滴落，这使得上方的换热管上附着的冷凝液会向下滴落至下方的换热管上。本申请的发明人发现，现有技术的换热管是均匀分布的，不管是在行上还是在斜向列上，相邻换热管之间的间隙都是相同的，且换热管之间排布较为密集。也就是说，在现有技术中，换热管之间的第一距离、第二距离和第三距离均相等。这种排布结构使得第一行换热管上的冷凝液在无法附着到第一行换热管的表面之后会滴落到第三行换热管上；第二行换热管上的冷凝液在无法附着到第二行换热管的表面之后会滴落到第四行换热管上；第三行换热管上的冷凝液在无法附着到第三行换热管的表面之后会滴落到第五行换热管上，依此类推。因此，第n行换热管上滴落的冷凝液不仅会因为在第n行换热管上附着过而影响第n行换热管的换热效果，还会由于滴落到第n 2行换热管而进一步影响第n 2行换热管的换热效果，这些都影响了冷凝器的整体换热效果。而在本申请的第一实施例中，第一行换热管150的冷凝液在无法附着到第一行换热管150的表面之后会滴落到第四行换热管153上；第二行换热管151的冷凝液在无法附着到第二行换热管151的表面之后会滴落到第五行换热管154上，依此类推。也就是说，在本申请的第一实施例中，第n行换热管的冷凝液在无法附着到第n行换热管的表面之后会滴落到第n 3行换热管上。当换热管的行数相同时，本申请的第一实施例中的受到上方换热管滴落的冷凝液的影响的换热管的数量小于现有技术中受到上方换热管滴落的冷凝液的影响的换热管的数量，从而使得本申请的第一实施例中的换热管120上(尤其是中下部换热管上)的液膜厚度小于现有技术的换热管上的液膜厚度，有效地降低了液膜对换热效果的影响。本领域技术人员应当知道，可以通过改变第一距离a和错位幅度l的大小来改变i1方向斜向列上的相邻两列换热管(例如第一列换热管160与第二列换热管161)之间的气体通道130的大小。并且气体通道130越大，换热管120上的液膜厚度越小。

图2是具有图1b和1c所示的布管方式的本申请的第一实施例的冷凝器100与现有技术的冷凝器的换热效果的对比图，其中，横轴表示换热管的行数，纵轴表示冷凝换热系数比。如图2所示，当只有一行换热管时，本申请的第一实施例的冷凝器的换热效果与现有技术的冷凝器的换热效果基本相同。但是在多行换热管的情况下，本申请的第一实施例的冷凝器的冷凝换热系数比明显大于现有技术的冷凝换热系数比，即本申请的第一实施例的冷凝器100的换热效果好于现有技术的冷凝器。并且随着换热管行数的增加，本申请的第一实施例的冷凝器100的冷凝换热系数比与现有技术的冷凝换热系数比之间的差距进一步变大。也就是说，换热管行数越多，本申请的第一实施例的冷凝器100相比同行数的现有技术的冷凝器而言产生的换热效果越好。这是因为行数越多，现有技术的冷凝器中的制冷剂气体越难与下部的换热管充分接触，并且现有技术的换热管受其上一行换热管滴落的冷凝液的影响而具有相对较厚的液膜。而本申请的第一实施例的冷凝器100由于具有扩大的气体通道130，这使得制冷剂气体能够更容易并且更充分地扩散到换热管束110的中心和底部的换热管120，并与之进行换热。而且冷凝器100的换热管的上述布管方式，也使得换热管120(尤其是中部和下部的换热管)上的液膜较现有技术的换热管而言较薄。

图3是根据本申请的第二实施例的冷凝器300的换热管320的布管方式示意图。如图3所示的第二实施例的冷凝器300的布管方式与第一实施例的冷凝器100不同的是，位于i1方向斜向列上的相邻两根换热管320的中心间距离(即第二距离b)等于位于i2方向斜向列上的相邻两根换热管320的中心间距离(即第三距离c)，并且第二距离b和第三距离c均大于每行换热管中的相邻两根换热管320的中心间距离(即第一距离a)。此外，相邻两行换热管的错位幅度略大于换热管320的半径，为第一距离a的一半。作为一个示例，a＝1.17d，b＝c＝1.6d。这样的布置使得在相邻的两行换热管之间形成扩大的气体通道330。扩大的气体通道330的存在使得制冷剂气体能够更容易并且更充分地扩散到换热管束310的中心和底部的换热管320，进而提升换热效果。

需要说明的是，本申请的第一实施例和第二实施例的冷凝器都是采用直径相等的换热管，但是根据本申请的原则，第一实施例和第二实施的冷凝器也可以使用管径不相等的换热管。总得来说，只要使得第一距离a与第二距离b和第三距离c中的一个不相等，进而在i1方向或i2方向斜向列上的相邻两列换热管之间或者在相邻两行换热管之间产生扩大的气体通道即可。

图4是根据本申请的第三实施例的冷凝器400的换热管420的布管方式示意图。如图4所示的第三实施例的换热管的布管方式与第一实施例和第二实施例都不同的是，位于i1方向的斜向列上的相邻两根换热管420的中心间的第二距离b、位于i2方向的斜向列上的相邻两根换热管420的中心间的第三距离c，以及每行换热管中的相邻两根换热管420的中心间的第一距离a均相等，冷凝器400通过采用不同直径的换热管420以在相邻两斜向列换热管之间形成扩大的气体通道430。

具体地，换热管束410包括具有第一直径的换热管425和具有第二直径的换热管426，其中第二直径小于第一直径。位于i1方向斜向列上的任意相邻两列换热管分别为具有第一直径的换热管425和具有第二直径的换热管426，从而使得每行换热管以及位于i2方向斜向列上的每列换热管上的相间地布置着具有第一直径的换热管425和具有第二直径的换热管426，也就是说，两者交错布置。尽管第一距离a、第二距离b和第三距离c三者相等，但由于第一直径的换热管425和具有第二直径的换热管426的直径不相等，因此，在位于i1方向的斜向列上的相邻两列换热管之间形成扩大的气体通道430。该扩大的气体通道430的宽度大于相邻两行换热管之间的间隙，并且也大于i2方向斜向列上的相邻两列之间的换热管之间的间隙。扩大的气体通道430的存在使得制冷剂气体能够更容易并且更充分地扩散到换热管束410的中心和底部的换热管420，进而提升换热效果。

当然，根据本申请的原则，也在第一距离a、第二距离b和第三距离c三者相等的情况下采用其他排布方式，例如，使得相邻两行换热管分别为具有第一直径的换热管425和具有第二直径的换热管426，进而在相邻两行换热管之间形成扩大的气体通道；或者使得位于i2方向斜向列上的相邻两列换热管分别为具有第一直径的换热管425和具有第二直径的换热管426，进而在位于i2方向斜向列上的相邻两列换热管之间形成扩大的气体通道等。

尽管参考附图中出示的具体实施方式将对本申请进行描述，但是应当理解，在不背离本申请教导的精神和范围和背景下，本申请的冷凝器可以有许多变化形式。本领域技术普通技术人员还将意识到有不同的方式来改变本申请所公开的实施例中的结构细节，均落入本申请和权利要求的精神和范围内。