一种壳程侧可变流程的管壳式换热器及其运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种壳程侧可变流程的管壳式换热器及其运行方法，该换热器包括壳体、分别安装于壳体两端的第一管板和第二管板、在壳体侧面上等间距依次安装的壳程第一接管、壳程第二接管和壳程第三接管；壳体内部竖直方向上安装有若干折流板，壳体内部的水平方向上安装有换热管。本发明通过流程的改变从而使机组运行效率明显提升，能耗明显降低，且提高换热器使用的可靠性和使用寿命；本发明的换热器安装方便、使用简单，可广泛用于各种水源热泵机组和冷水机组上。
【专利说明】一种壳程侧可变流程的管壳式换热器及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制冷、空调领域，更具体而言，涉及一种壳程侧可变流程的管壳式换热器及其运行方法。
【背景技术】
[0002]目前，在我国北方寒冷地区，传统的集中采暖方式以燃煤为主，随着环境保护力度的加大，大力推广清洁供暖方式势在必行，所以很多建筑采用水源热泵机组作为供暖主机来取代传统的燃煤锅炉，且以水-水型水源热泵机组为主。现有的水-水型水源热泵机组制冷、制热模式转换基本都是采用水路切换的模式:夏季制冷时水源水(地下水、江、河、湖泊水等)进入机组冷凝器内与制冷剂进行换热并带走冷凝热，末端空调水进入机组蒸发器内与制冷剂换热并放出热量；冬季制热时水源水进入机组蒸发器内与制冷剂进行换热并放出热量，末端供暖水进入机组冷凝器内与制冷剂换热并带走冷凝热。在夏季和冬季经过蒸发器和冷凝器的水流量是互换的，且一般水源热泵机组蒸发器和冷凝器额定水流量差别很大，也就是说经过同一个换热器的水流量在夏季和冬季是有很大变化的，而现有换热器大都是是按定流程设计的，水流量变化后换热器流程并没有变化，则换热器内的水流速会发生变化，从而影响换热性能或使水阻力增大，从而使水源热泵机组及系统的运行能耗增加。如果换热器能实现根据水流量的变化而流程随之变化，则可实现换热性能提升，从而实现减小能耗的目的。现在出现了一种通过分程水室和外围接管阀门转换的方式来实现管程侧可变流程的换热器，对于制冷用管壳式冷凝器或满液式管壳式蒸发器(水在管程流动，制冷剂在壳程流动)可以采用此方法实现管程侧流程的改变；但对于干式管壳式蒸发器(水在壳程流动，制冷剂在管程流动)，由于壳程是采用安装弓形或螺旋形折流板的方式实现流体的曲折流动，一旦一个干式管壳式蒸发器制作完毕后壳程内的折流板之间的间距是无法调整的，当水流量变化时壳程内的水流速会随之变化，从而影响换热性能或使水阻力增大，从而使水源热泵机组及系统的运行能耗增加。特别在设计水源热泵机组的干式壳管式蒸发器时，如果按制冷工况下的水流量设计折流板间距，当转换为制热工况时水流量明显下降则水流速明显降低，从而使换热性能大大下降；如果按制热工况下的水流量设计折流板间距，当转换为制冷工况时水流量明显上升则水流速明显上升，从而使水阻力变大，增加输送水泵的能耗，而且还带来管束及折流板的振动加剧，危害管束的使用寿命；这已成为干式壳管式蒸发器的一个设计难题。由于干式壳管式蒸发器较满液式蒸发器成本有较大优势，水源热泵机组和冷水机组采用干式壳管式蒸发器的情况较为普遍，如何实现干式管壳式蒸发器在变水流量系统中的换热性能和运行可靠性的提升，已成为一个技术难题。
【发明内容】
[0003]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种壳程侧可变流程的管壳式换热器及其运行方法，可安装于水源热泵机组和冷水机组上作为蒸发器使用，当水流量发生较大变化时，通过壳程接管和转换阀门的作用，使换热器壳程侧流体经过的流程长度发生变化，从而提高换热效率或降低水阻力。
[0004]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种壳程侧可变流程的管壳式换热器，包括壳体、分别安装于壳体两端的第一管板和第二管板、在壳体侧面上等间距依次安装的壳程第一接管、壳程第二接管和壳程第三接管；所述壳体内部竖直方向上安装有若干折流板，壳体内部的水平方向上安装有换热管；所述壳程第一接管的另一端连接有第一三通管件，第一三通管件的另外两端分别连接有第一阀门和第二阀门，第二阀门的另一端连接有第二三通管件，所述第二三通管件剩余两端口中的一端口为载冷剂入口，另一端口与壳程第二接管之间安装有第三阀门；所述第一阀门的另一端设有第三三通管件，所述第三三通管件剩余两端口中的一端口为载冷剂出口，另一端口连接于壳程第三接管。
[0005]优选的，所述第一管板的外侧安装有第一端盖，第一管板与第一端盖之间还安装有第一管箱，为了有效增强防潮防水性，所述第一管箱与第一管板之间、第一管箱与第一端盖之间均设有密封垫；所述第二管板的外侧安装有第二端盖，第二管板与第二端盖之间还安装有第二管箱，所述第二管箱与第二管板、第二管箱与第二端盖之间均设有密封垫。
[0006]优选的，所述第一管板和第二管板的外围圆周上均设有固定孔，例如可以是螺栓孔，通过螺栓将第一管箱和第一端盖固定于第一管板，通过螺栓将第二管箱和第一端盖固定于第二管板，第一管板与第二管板的中间位置上均预留有若干一一对应的管孔。
[0007]优选的，为了能够分割管程即制冷剂侧的流程，所述第二管箱的中间设有隔热筋，所述第二端盖的上端连接有制冷剂气体接口，制冷剂气体接口与制冷剂侧最上端的一个流程联通，第二端盖的下端连接有制冷剂液体接口，制冷剂液体接口与制冷剂侧最下端的一个流程联通。
[0008]优选的，所述换热管的两端分别胀接于第一管板和第二管板上的管孔，通过胀接的方式连接能够达到最佳的紧固和密封效果。
[0009]优选的，所述折流板之间通过拉杆等距离间隔且固定为一个整体，所述拉杆的外圈套有定距管，通过定距管可以调整各个折流板之间的距离，拉杆的一端连接于第二管板，另一端用螺母锁住，使得拉杆不易滑动。
[0010]优选的，所述壳程第一接管、壳程第二接管、壳程第三接管、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一三通管件、第二三通管件和第三三通管件的各个接口处均采用法兰或卡箍的连接方式。
[0011]优选的，所述拉杆与第二管板之间通过螺纹连接，便于拆卸、安装、更换以及维修，当然也可以是其他连接方式，如焊接。
[0012]其中，第一阀门、第二阀门和第三阀门均采用手动蝶阀，当然，在一些需要频繁调整阀门状态的场合中可以采用电动蝶阀来实现自动控制。
[0013]本发明还公开了一种壳程侧可变流程的管壳式换热器的运行方法，当载冷剂流量较小时将第二阀门打开，将第一阀门、第三阀门关闭；当载冷剂流量较大时将第二阀门关闭，将第一阀门、第三阀门打开。通过对三个阀门的开/关控制来改变壳程侧流程的长短，并以此来适应载冷剂流量的变化。
[0014]有益效果:本发明的一种壳程侧可变流程的管壳式换热器及其运行方法，通过壳程侧流体流程的改变来应对流量的大幅变化，当载冷剂流量发生较大变化时，通过壳程接管和转换阀门的作用，使换热器壳程侧流体经过的流程长度发生变化，从而提高换热效率或降低水阻力；并且本发明可安装在水源热泵机组和冷水机组上作为蒸发器使用。本发明通过流程的改变从而使机组运行效率明显提升，能耗明显降低，且提高换热器使用的可靠性和使用寿命；本发明安装方便、使用简单，可广泛用于各种水源热泵机组和冷水机组上。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图；
[0016]图2为沿图2中A-A向剖开的示意图；
[0017]图3为沿图2中B-B向剖开的示意图；
[0018]图4为本发明在小流量工况下的壳程流体运行示意图；
[0019]图5为本发明在大流量工况下的壳程流体运行示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0021]如图1至图3所示，本发明的一种壳程侧可变流程的管壳式换热器，包括壳体7、分别安装于壳体7两端的第一管板3和第二管板8、在壳体7侧面上等间距依次安装的壳程第一接管22、壳程第二接管23和壳程第三接管；壳体7内部竖直方向上安装有若干折流板21，壳体7内部的水平方向上安装有换热管20 ;壳程第一接管22的另一端连接有第一三通管件25，第一三通管件25的另外两端分别连接有第一阀门4和第二阀门5，第二阀门5的另一端连接有第二三通管件26，第二三通管件26剩余两端口中的一端口为载冷剂入口 13，另一端口与壳程第二接管23之间安装有第三阀门6 ;第一阀门4的另一端设有第三三通管件27，第三三通管件27剩余两端口中的一端口为载冷剂出口 12，另一端口连接于壳程第三接管。
[0022]本实施例中的第一管板3的外侧安装有第一端盖1，第一管板3与第一端盖I之间还安装有第一管箱2，第一管箱2与第一管板3之间、第一管箱2与第一端盖I之间均设有密封垫；第二管板8的外侧安装有第二端盖10，第二管板8与第二端盖10之间还安装有第二管箱9，第二管箱9与第二管板8、第二管箱9与第二端盖10之间均设有密封垫。
[0023]本实施例中的第一管板3和第二管板8的外围圆周上均设有固定孔17，第一管板3与第二管板8的中间位置上均预留有若干一一对应的管孔15。
[0024]本实施例中的第二管箱9的中间设有隔热筋16，第二端盖10的上端连接有制冷剂气体接口 11，第二端盖10的下端连接有制冷剂液体接口 14。
[0025]本实施例中的换热管20的两端分别胀接于第一管板3和第二管板8上的管孔15。
[0026]本实施例中的折流板21之间通过拉杆18等距离间隔且固定为一个整体，拉杆18的外圈套有定距管19，拉杆18的一端连接于第二管板8，另一端用螺母锁住。
[0027]本实施例中的壳程第一接管22、壳程第二接管23、壳程第三接管24、第一阀门4、第二阀门5、第三阀门6、第一三通管件25、第二三通管件26和第三三通管件27的各个接口处均采用法兰或卡箍的连接方式。
[0028]本实施例中的拉杆18与第二管板8之间通过螺纹连接。
[0029]对于水源热泵机组一般只需在冬、夏季运行模式转换时才需调整阀门状态，因此，本发明中的第一阀门4、第二阀门5和第三阀门6均为手动蝶阀；而对于一些需要频繁调整阀门状态的场合可以采用电动蝶阀来实现自动控制。
[0030]本发明还公开了一种壳程侧可变流程的管壳式换热器的运行方法，其具体运行方法如下:当载冷剂流量较小时将第二阀门5打开，将第一阀门4、第三阀门6关闭；当载冷剂流量较大时将第二阀门5关闭，将第一阀门4、第三阀门6打开。
[0031]具体运行方法如下:
[0032]如图4所示，当载冷剂流量较小时将第二阀门5打开，将第一阀门4、第三阀门6关闭，载冷剂流体从载冷剂入口 13进入，依次经过第二三通管件26、第二阀门5、第一三通管件25、壳程第一接管22，到达换热器的壳程空间由壳体7的一端流向另一端，载冷剂流体在壳程内在折流板21的作用下往复曲折流动，并与换热管20内的制冷剂进行热交换，这样换热器壳程内流体经过的流程长度为整个壳体7的长度，载冷剂流体最终从壳程第三接管24流出壳体7，经过第三三通管件27流出载冷剂出口 12。
[0033]如图5所示，当载冷剂流量较大时将第二阀门5关闭，将第一阀门4、第三阀门6打开，载冷剂流体从载冷剂入口 13进入，依次经过第二三通管件26、第三阀门6、壳程第二接管23，到达换热器的壳程空间，由于壳程第二接管23在壳体7的中间位置，载冷剂流体被分为两路分别从壳体7的中心位置流向两端，载冷剂流体在壳程内在折流板21的作用下往复曲折流动，并与换热管20内的制冷剂进行热交换，这样换热器壳程内流体经过的流程长度为壳体7长度的一半，两路载冷剂流体最终分别从壳程第一 22接管和壳程第三接管24流出壳体7，并在第三三通管件27处汇合流出载冷剂出口 12。
[0034]以地下水式水源热泵机组为例，本发明作为水源热泵机组的蒸发器使用时，在制冷工况下经过蒸发器的水流量较大，则将第二阀门5关闭，将第一阀门4、第三阀门6打开；在制热工况下经过蒸发器的水流量较小，则将第二阀门5打开，将第一阀门4、第三阀门6关闭。
[0035]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:包括壳体(7)、分别安装于壳体(7)两端的第一管板(3)和第二管板(8)、在壳体(7)侧面上等间距依次安装的壳程第一接管(22)、壳程第二接管(23)和壳程第三接管(24);所述壳体(7)内部竖直方向上安装有若干折流板(21)，壳体(7)内部的水平方向上安装有换热管(20);所述壳程第一接管(22)的另一端连接有第一三通管件(25)，第一三通管件(25)的另外两端分别连接有第一阀门(4)和第二阀门(5)，第二阀门(5)的另一端连接有第二三通管件(26)，所述第二三通管件(26)剩余两端口中的一端口为载冷剂入口( 13 )，另一端口与壳程第二接管(23 )之间安装有第三阀门(6);所述第一阀门(4)的另一端设有第三三通管件(27)，所述第三三通管件(27)剩余两端口中的一端口为载冷剂出口( 12)，另一端口连接于壳程第三接管(24)。
2.根据权利要求1所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述第一管板(3)的外侧安装有第一端盖(1)，第一管板(3)与第一端盖(I)之间还安装有第一管箱(2)，所述第一管箱(2)与第一管板(3)之间、第一管箱(2)与第一端盖(I)之间均设有密封垫；所述第二管板(8)的外侧安装有第二端盖(10)，第二管板(8)与第二端盖(10)之间还安装有第二管箱(9)，所述第二管箱(9)与第二管板(8)、第二管箱(9)与第二端盖(10)之间均设有密封垫。
3.根据权利要求1或2所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述第一管板(3)和第二管板(8)的外围圆周上均设有固定孔(17)，第一管板(3)与第二管板(8)的中间位置上均预留有若干一一对应的管孔(15)。
4.根据权利要求2所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述第二管箱(9)的中间设有隔热筋(16)，所述第二端盖(10)的上端连接有制冷剂气体接口(11)，第二端盖(10)的下端连接有制冷剂液体接口(14)。
5.根据权利要求1所述的壳 程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述换热管(20)的两端分别胀接于第一管板(3)和第二管板(8)上的管孔(15)。
6.根据权利要求1所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述折流板(21)之间通过拉杆(18)等距离间隔且固定为一个整体，所述拉杆(18)的外圈套有定距管(19)，拉杆(18)的一端连接于第二管板(8)，另一端用螺母锁住。
7.根据权利要求1所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述壳程第一接管(22)、壳程第二接管(23)、壳程第三接管(24)、第一阀门(4)、第二阀门(5)、第三阀门(6)、第一三通管件(25)、第二三通管件(26)和第三三通管件(27)的各个接口处均采用法兰或卡箍的连接方式。
8.根据权利要求6所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述拉杆(18)与第二管板(8)之间通过螺纹连接。
9.根据权利要求1或7所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器，其特征在于:所述第一阀门(4)、第二阀门(5)和第三阀门(6)为手动蝶阀或电动蝶阀。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述的壳程侧可变流程的管壳式换热器的运行方法，其特征在于:I)、当载冷剂流量较小时，打开第二阀门(5)，关闭第一阀门(4)和第三阀门(6)，载冷剂流体从载冷剂入口(13)进入，依次经过第二三通管件(26)、第二阀门(5)、第一三通管件(25)、壳程第一接管(22)，到达换热器的壳程空间由壳体(7)的一端流向另一端，载冷剂流体在壳程内在折流板(21)的作用下往复曲折流动，并与换热管(20)内的制冷剂进行热交换，载冷剂流体最终从壳程第三接管(24)流出壳体(7)，经过第三三通管件(27)流出载冷剂出口(12)； 2)、当载冷剂流量较大时，关闭第二阀门(5)，打开第一阀门(4)和第三阀门(6)，载冷剂流体从载冷剂入口(13)进入，依次经过第二三通管件(26)、第三阀门(6)、壳程第二接管(23)，到达换热器的壳程空间后分为两路分别从壳体(7)的中心位置流向两端，载冷剂流体在壳程内在折流板(21)的作用下往复曲折流动，并与换热管(20)内的制冷剂进行热交换，两路载冷剂流体最终分别从壳程第一接管(22)和壳程第三接管(24)流出壳体(7)，并在第三三通管件(27)处汇合.流出载冷剂出口(12)。
【文档编号】F25B39/02GK103471292SQ201310451344
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】王雪峰 申请人:南京金典制冷实业有限公司