壳管式换热器及空气调节系统的制作方法

本申请涉及空气调节领域，更具体而言，本申请涉及一种空气调节系统及用于其的壳管式换热器。

背景技术：

空气调节设备属于已经发展得十分成熟的技术领域，其起到调节空气温度与湿度的作用。一般而言，空气调节设备包括压缩机、节流部件及分别作为冷凝器与蒸发器的换热器等部件，其中的换热器为制冷剂与外界流体提供了换热空间。壳管式换热器作为一类常见换热器，具有高换热性能的优势。但同时，缓解吸气带液（liquidcarryover）问题是壳管式换热器结构设计中的一项重要挑战，因为此类现象将会严重影响压缩机性能，进而导致系统能效系数降低。

以用作蒸发器为例，制冷剂在壳管式换热器内从液相蒸发成气相，并释放出其潜热。此时，壳管式换热器具有安装在下部的换热管束以及上部的空置空间。传统的换热管束包括多个具有相同尺寸与间距的换热管，其成交错布置。此时，由于较小的管间距与管尺寸，会导致部分制冷剂形成介质射流。此类介质射流通常具有3-4m/s的射流速度，或甚至高达9-10m/s。同时，其还具有较大的射流倾角。这二者造成了部分制冷剂液滴以高速射入壳管式换热器的出气口中，造成吸气带液。

在现有产品中，通常会选择相对保守的设计来缓解吸气带液问题，例如减少换热管束中的换热管数量、或预留更多的上部空置空间，这同样会导致一定程度的设计浪费量。而作为吸气带液问题的另一常见解决方案，就是采用出气口挡板，其可以有效阻挡介质射流，避免其直接进入出气口。但出气口挡板在缓解前述问题的同时，还可能会导致过大的气相制冷剂的压力损失，进而同样影响系统性能。

技术实现要素：

本申请旨在提供一种壳管式换热器及空气调节系统，以便至少解决或缓解现有技术中的一部分问题。

为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的一个方面，提供一种壳管式换热器，其包括：外壳，其设置有进液口与出气口，所述出气口设置在所述外壳的顶部；以及换热管束，其沿所述外壳的轴向设置在所述外壳内；所述换热管束包括：位于上部的多个第一换热管，所述第一换热管之间具有第一间距；以及位于下部的多个第二换热管，所述第二换热管之间具有第二间距；其中，所述第一间距与所述第二间距不同。

可选地，所述第一间距大于所述第二间距，使得介质射流在第一间距处的射流倾角和/或射流速度小于在第二间距处的射流倾角和/或射流速度；或所述第一间距小于所述第二间距，使得介质射流至少部分地被所述多个第一换热管阻挡。

可选地，通过降低所述多个第一换热管的排布密度，和/或增大所述多个第一换热管的横向节距，和/或增大所述多个第一换热管之间的竖向节距来增大所述第一间距；通过增大所述多个第一换热管的排布密度，和/或减小所述多个第一换热管的横向节距，和/或减小所述多个第一换热管之间的竖向节距来减小所述第一间距。

可选地，位于所述换热管束上部的所述多个第一换热管从上朝下布置成一排或多排，且所述第一换热管的排数不大于所述多个第二换热管的排数。

可选地，所述第一间距是同一列的多个所述第一换热管之间的竖向间距，或同一排的多个所述第一换热管之间的横向间距，或者是交错布置下的第一换热管之间的斜向间距。

可选地，所述第一换热管是具有相同直径的多个换热管或具有不同直径的多个换热管。

为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的另一方面，还提供一种壳管式换热器，其包括：外壳，其设置有进液口与出气口，所述出气口设置在所述外壳的上部；换热管束，其沿所述外壳的轴向设置在所述外壳内；以及挡板组件，其设置在所述出气口的入口处，并具有能够调节阻挡面积的挡板。

可选地，所述挡板组件包括：支架，其第一端固定在所述出气口处，且其第二端从所述出气口向所述换热器的内部延伸；挡板，其连接至所述支架的第二端，并受驱动地改变阻挡面积；以及连杆，其两端分别连接至所述支架与所述挡板，所述连杆关于所述支架的往复运动使得所述挡板关于所述支架旋转。

可选地，所述挡板包括中间的实心板以及布置在所述实心板外周的孔板。

可选地，所述挡板包括沿径向划分的多个挡板区段，且所述挡板组件包括：多个连杆，各个连杆分别连接至所述支架与所述挡板的各个挡板区段；其中，各个所述连杆关于所述支架的往复运动使得各个所述挡板区段独立地关于所述支架旋转。

为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的又一方面，还提供一种空气调节系统，其包括：如前所述的壳管式换热器。

根据本申请的壳管式换热器及空气调节系统，一方面，通过改变上部换热管相对于下部换热管之间的间距，从而有效降低介质射流的射流倾角和/或射流速度，或者有效阻挡射流，来缓解吸气带液问题，进而改善压缩机性能与系统性能；另一方面，则通过提供具有可变阻挡面积的挡板组件，来根据壳管式换热器内的制冷剂状态按需调节阻挡面积，从而有效达成吸气带液与过量压力损失之间的平衡，进而改善系统性能。

附图说明

图1是本申请的壳管式换热器的第一实施例的截面侧视示意图。

图2是本申请的壳管式换热器的第二实施例的截面侧视示意图。

图3是本申请的壳管式换热器的第三实施例的截面侧视示意图。

图4是本申请的壳管式换热器的第四实施例的截面侧视示意图。

图5是本申请的壳管式换热器的第五实施例的俯视示意图。

图6是本申请的壳管式换热器的第六实施例的截面侧视示意图。

图7是本申请的壳管式换热器的第六实施例的局部主视示意图，其中折流组件处于第一工作状态。

图8是本申请的壳管式换热器的第六实施例的局部主视示意图，其中折流组件处于第二工作状态。

图9是本申请的壳管式换热器的第六实施例的局部主视示意图，其中折流组件处于第三工作状态。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来说明根据本申请的壳管式换热器及空气调节系统的组成、工作原理、特点和优点等，但是应当理解的是，所有描述仅是为了举例说明而给出的，因此不应理解为对本发明形成任何的限制。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本申请仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，由此获得可能未在本文中直接提及的本申请的更多其它实施例。

本领域技术人员还应当知道的是，本申请所提出的空气调节系统并非狭义地指代行业内用于楼宇中的具备室外制冷/制热单元与室内换热单元的空调。而应理解为一类具有实现空气调节功能的热力系统，其在各类动力源（例如，电力）的驱动下，通过系统内的制冷剂的相变来实现与待调节位置处的空气交换热量。例如，当该空气调节系统用于建筑暖通空调时，其可能是具备单冷功能的制冷系统，也可能是同时具备制冷与制热能力的热泵系统。再如，当该空气调节系统用于冷链领域时，其可能是运输制冷系统，也可能是冷藏/冷冻系统。但无论其具体为哪种形式的空气调节系统，都应在采用本文所述及的壳管式换热器作为其中的换热器时，才会适用于本申请的构想。

文中定义的术语“射流倾角”，是指在工作状态下，空气调节系统内的制冷剂在壳管式换热器内沸腾运行并且从换热管束的顶层换热管之间喷射而出时的倾角，其通常由喷射而出的介质射流方向与水平面之间的夹角来表示。

此外，文中定义的术语“间距”，是相邻换热管之间间隙，其中，介质射流可经由此处流动或射出。考虑到多个换热管之间的相对布置形式，该间距可以是横向间距、竖向间距或斜向间距。作为间距的获取方式之一，可在相邻换热管的几何中心之间连接直线，该直线与各换热管所构成交点之间的线段即所述的间距。

类比地，文中定义的术语“节距”，是相邻换热管的几何中心的竖向辅助线或横向辅助线之间的距离，其可呈现为横向节距m1或竖向节距m2，以用于协助计算获取本申请中的间距。例如，对于斜向间距而言，可经由对横向节距m1与竖向节距m2做出矢量处理而得出。

回归到本申请，在图1至图6中仅以示意方式显示出了根据本申请的壳管式换热器的不同管束结构与布置方式的多个实施例；并在图7至图9中仅以示意方式从不同角度显示出了根据本申请的具有可变阻挡面积的挡板组件的壳管式换热器的实施例的大致结构构造。下面将结合以上附图来对本发明的技术方案进行详细说明。

参见图1，本申请在此提供一种壳管式换热器的实施例，其中图示出其截面侧视结构。该壳管式换热器100包括外壳120以及沿轴向x设置于外壳120内的换热管束110。当然，其还可以包括诸如支承换热管束两端的支承板、用于观察内部运行状态的视镜等现有技术中较为成熟与常规的结构，在此不再赘述。

虽然图中未示出，但壳管式换热器100通常呈筒状结构，且在筒状的圆周壁面上设置进液口122与出气口121，以用于供液相制冷剂流入及气相制冷剂（其中可能混有少量液滴）流出。在安装完成的状态下，出气口121通常设置于外壳120的顶部壁面，而进液口122通常设置于外壳120的底部壁面。此外，在壳管式换热器100的筒状结构两端通常会设置连通换热管束110的集液部，以供管束内的介质的流入与流出。

更为关键地，本申请中的换热管束110包括位于上部的多个第一换热管111以及位于下部的多个第二换热管112。其中，多个第一换热管111之间具有第一间距m；且多个第二换热管112之间具有第二间距n；第一间距m与第二间距n不同。在此种布置下，通过改变上部换热管111相对于下部换热管112之间的间距，从而可以有效地降低介质射流的射流倾角l和/或射流速度，或者有效阻挡射流，来缓解吸气带液问题，进而改善压缩机性能与系统性能。

应当知道的是，前述实施例中使用不同的序号来命名第一换热管111与第二换热管112主要是出于区分其设置位置的目的，而并非要求其必须在结构或尺寸上存在不同。只要符合本申请的构想，也即使得二者之间具有不同间隙这一目的，其均应纳入本申请的保护范围。例如，既可以通过对换热管的结构做出改进来实现，也可以通过对其排布做出改进来实现，或者甚至于通过其他方面的变动来实现。类似地，第一换热管111也并非必须被要求成是具有相同直径的多个换热管，其也可以是具有不同直径的多个换热管。上述所提供的对换热管所作出的不同角度的改进示例均符合本申请的精神，而不应限制性地要求第一换热管与第二换热管必须存在结构区分，也不应要求第一换热管所表达的一类换热管的集合必须在结构上完全一致。

因此，在前述实施例的基础上，还可对该壳管式换热器中的换热管束做出若干改型，以期获取相似的技术效果或额外的技术效果，如下将予以示例性说明。

例如，对于第一间距m与第二间距n不同的第一类情形，也即将第一间距m设置成大于第二间距n的情形，此时可使壳管式换热器100内的介质射流在第一间距m下的射流倾角l和/或射流速度小于在第二间距n下的射流倾角l和/或射流速度，进而使得该介质射流朝向外壳的两侧喷射，而尽可能地远离其顶部处的出气口；使得或者该介质射流的速度不足以喷射至被气相制冷剂带入出气口中，从而达成减少吸气带液的效果。

再如，对于第一间距m与第二间距n不同的第二类情形，也即将第一间距m设置成小于第二间距n的情形，间距较小也即意味着介质射流朝外侧喷射的空间变小，故介质射流至少部分地被第一换热管111所阻挡，从而达成减少吸气带液的效果。

可通过多种方式来实现前述实施例中提及的大间距或小间距，如下将予以示例性说明。

例如，可通过降低多个第一换热管111的排布密度来增大第一间距m，也可通过增大第一换热管111的横向节距m1来增大第一间距m，还可通过增大第一换热管111的竖向节距m2来增大第一间距m，当然还可对三者任意结合或采用在此未述及但同样符合本申请的精神的其他技术手段。类似地，可通过增大多个第一换热管111的排布密度来减小第一间距m，也可通过减小第一换热管111的横向节距m1来减小第一间距m，还可通过减小第一换热管111的竖向节距m2来减小第一间距m，当然还可对三者任意结合或采用在此未述及但同样符合本申请的精神的其他技术手段。

再如，前述实施例中所述及的间距改变并非对其方向做出严格限定，只要其最终能够实现阻挡介质射流或影响其流速与流向的目的即可。因此，如前文已经述及，该第一间距m既可以表示是同一列的多个第一换热管111之间的竖向间距，也可以表示同一排的多个第一换热管111之间的横向间距，或者是交错布置下的第一换热管之间的斜向间距。

此外，变间距的换热管束的一个要点在于间距的比较与改变，也即期望上部换热管的间距相对于下部换热管的间距发生变化。由此才可对从液相制冷剂下部产生的介质射流产生影响。因此，为确保能够产生该影响，可将位于换热管束110上部的多个第一换热管111从上朝下布置成一排或多排，但同时上部第一换热管的排数不宜超过下部第二换热管的排数。

如下将列举若干基于前述设计手段而具体做出的换热管束设计改型，其均可达成相似的技术效果或额外的技术效果。

重新参见图1，可知前文中用于示例性说明的换热管束110a采用的是增大第一间距m的方案。具体而言，其通过同时降低多个第一换热管111a的排布密度及增大第一换热管111a相对于第一换热管112a的横向节距（在此为相邻圆管圆心之间的连线）来增大第一间距m，进而达成降低射流倾角l和/或射流速度的目的，并最终改善吸气带液问题。

转而参见图2，该实施例中的换热管束110b采用的也是增大第一间距m的方案。具体而言，其也是通过同时降低多个第一换热管111b的排布密度及增大第一换热管111b相对于第二换热管112b的横向节距（在此为相邻椭圆管几何中心的连线）来增大第一间距m，进而达成降低射流倾角l和/或射流速度的目的，并最终改善吸气带液问题。

再参见图3，该实施例中的换热管束110c采用的同样是增大第一间距m的方案。在实施例中，通过在竖向排布密度上做出了改变来影响第一换热管111c相对于第二换热管112b的横向节距及竖向节距，并最终增大第一间距m，进而达成降低射流倾角l和/或射流速度的目的，并最终改善吸气带液问题。

继续参见图4，该实施例中的换热管束110d采用的是减小第一间距m的方案。具体而言，其通过同时增加多个第一换热管111d的排布密度及减小第一换热管111d相对于第二换热管112d的横向节距（在此为相邻圆管圆心之间的连线）来减小第一间距m，进而达成阻挡介质射流朝外侧喷射的目的，并最终改善吸气带液问题。

接着参见图5，其呈现为一种壳管式换热器内换热管的俯视示意图，该实施例中的换热管束110e采用的也是减小第一间距m的方案。具体而言，虽然其在此的第一换热管111e相对于第二换热管112e的排布密度降低，但考虑其自身的异形轮廓设计（在此呈现为矩形换热管），若第二换热管112e（在此呈现为圆形换热管）同样采用此类结构形式时，则第一换热管111e的排布密度依然呈现为相对较高，由此减小了第一间距m，进而达成阻挡介质射流朝外侧喷射的目的，并最终改善吸气带液问题。

最后参见图6，该实施例中的换热管束110f采用的是减小第一间距m的方案。在该实施例中，第一换热管111f的第一间距m是斜向间距m，第二换热管112f的第二间距是斜向间距n，并且m小于n。具体而言，其对第一换热管111f做出变直径的设计，使得第一换热管111f同时具有相对于第二换热管112f而言更大的直径及更小的直径。在此种结合布置下，通过同时增加多个第一换热管111f的排布密度及减小第一换热管111f相对于第二换热管112f的横向节距与竖向节距来减小第一间距m，进而达成阻挡介质射流朝外侧喷射的目的，并最终改善吸气带液问题。

前述任意实施例或其组合从换热管束的角度出发，有效缓解或改善壳管式换热器中的吸气带液问题。本申请在此基础上还提供更多的实施例来从其他角度缓解或改善壳管式换热器中的吸气带液问题。

参见图7至图9，其提供另一种壳管式换热器的实施例，其中图示出其截面侧视结构。该壳管式换热器100包括外壳120以及沿轴向x设置于外壳120内的换热管束110。当然，其还可以包括诸如支承换热管束两端的支承板、用于观察内部运行状态的视镜等现有技术中较为成熟与常规的结构，在此不再赘述。

图示的壳管式换热器100呈筒状结构，且在筒状的圆周壁面上设置进液口122与出气口121，以用于供液相制冷剂流入及气相（其中可能混有少量液滴）制冷剂流出。在安装完成的状态下，出气口121通常设置于外壳120的上部壁面，而进液口122通常设置于外壳120的下部壁面。此外，在壳管式换热器100的筒状结构两端通常会设置连通换热管束110的集液部，以供管束内的介质的流入与流出。

更为关键地，本申请中的壳管式换热器100还具有挡板组件130，其设置在出气口121的入口处，并具有能够调节阻挡面积的挡板131。在此种布置下，通过提供具有可变阻挡面积的挡板组件130，来根据壳管式换热器100内的制冷剂状态按需调节阻挡面积，从而有效达成吸气带液与过量压力损失之间的平衡，进而改善系统性能。

在前述实施例的基础上，还可对该壳管式换热器的挡板组件中的各个零部件或其连接位置关系做出若干改型，以期获取其他技术效果，如下将予以示例性说明。

例如，继续参见图7至图9，作为挡板组件的一种具体结构形式，其包括支架132、挡板131及连杆133。其中，支架132用作整个挡板组件的基础构件，其第一端可通过如图所示的方式以三条支腿固定于出气口121的内壁上，且其第二端可以呈柱状并从出气口121内朝向壳管式换热器的内腔中延伸。挡板131连接至支架132的第二端，并可以受驱地改变阻挡面积。虽然图示的实施例中为枢转地来改变阻挡面积，但在本申请的教示下，也可采用平移或滑动地方式来改变阻挡面积，其同样应纳入本申请的范围内。此外，作为驱动的传递件，连杆133分别枢接于支架132与挡板131。此时，连杆133关于支架132的往复运动将被转换成挡板131的关于支架132的旋转运动，从而实现了挡板131对介质射流的阻挡面积的改变，由此可以在介质射流较为剧烈时增大该阻挡面积，避免吸气带液，而在介质射流较为平缓时减小该阻挡面积，减少压力损失。综合而言，有效实现了二者之间的平衡。

同样地，为兼顾缓解吸气带液与减少压力损失的目的，还可将挡板131分区段设置，例如，其具有沿径向y划分的中间的实心板区段131a以及布置在实心板区段131a外周的孔板区段131b。此种布置，对于直接喷射向出气口的入口侧的最中间的介质射流将进行直接阻挡，而对于间接喷射向出气口的入口侧的外周的介质射流可采用孔板这种节流式的阻挡方式。

再者，为对具有多个挡板区段131a、131b的挡板131提供分段控制，还可对应地设置多个连杆133a、133b，且使各个连杆133a、133b分别枢接于支架132与各个挡板区段131a、131b。在此种布置下，各个连杆133a、133b关于支架132的往复运动被独立地转换成各个挡板区段131a、131b的关于支架132的旋转运动。由此实现对阻挡面积更多元化的控制，细化其调节范围。

参见图7至图9，其分别示出了处于不同工作状态下的挡板组件。在图7中，挡板131整体上处于部分展开的状态，从而实现对介质射流的部分阻挡。在图8中，挡板131整体上处于其调节范围内的最大展开状态，从而实现对介质射流的最大程度的阻挡。而在图9中，挡板131的实心板区段131a处于其调节范围内的最大展开状态，而其孔板区段131b处于部分展开状态，从而实现对中间部分的介质射流最大程度的阻挡，且对周边部分的介质射流的部分阻挡。该布置通过这些示例性调节或未示出但同样可实现的其他调节方式来实现在解决吸气带液问题与压力损失问题之间的平衡性优化。

此外，虽然图中未示出，本申请还提供一种空气调节系统的实施例。该空气调节系统可以根据应用需要来设置壳管式换热器100的任意实施例或其组合，由此也可具有前述技术方案所带来的技术效果，故在此不再赘述。

需要说明的是，可以将根据本申请所提供的壳管式换热器及空气调节系统中的其他部分分别进行设计、制造和销售，也可以将它们组装在一起后再进行整体销售。无论在进行组合之前所形成的单体、还是在组合之后所形成的整体，它们都落入本申请的保护范围。

以上例子主要说明了本申请的壳管式换热器及空气调节系统。尽管只对其中一些本申请的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本申请可以在不偏离其主旨与范围内以许多其它的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本申请精神及范围的情况下，本申请可能涵盖各种的修改与替换。