一种可变流程壳管式换热装置的制作方法

1.本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种可变流程壳管式换热装置。


背景技术：

2.现有的热源塔热泵机组、水源热泵机组大都是采用壳管式换热器，夏季制冷模式和冬季制热模式的切换都是通过水路切换来实现，并且共用同一水路流程。
3.制冷模式和制热模式的进出口温差是不同的。通常而言，制热模式下换热器的进出口温差较大，制冷模式下换热器的进出口温差较小，导致两种模式下流经换热器的循环水流量存在较大的差别，制热模式下的水流量往往比制冷模式下小很多。如此，制热模式下就必须增加流程才能满足换热器的流速要求。
4.但是，现有的换热器普遍都是按固定流程设计，在水流量变化后，换热器的流程并没有变化，这就必然导致换热器内流速的变化，从而影响换热性能和压力损失。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种可变流程壳管式换热装置，其可以通过管控组件切换与进口管段、出口管段相连通的分室，进而改变换热器内部的流程，以适应制冷模式和制热模式下进口管段、出口管段流体温差变化而引发的流量变化。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种可变流程壳管式换热装置，包括换热器，所述换热器包括壳体，所述壳体内设置有换热室和两个水室，所述换热室设置有若干换热管，两所述水室分别位于所述换热室的轴向两端，并通过所述换热管相连通，两所述水室内均设置有隔板，用于将所述水室分隔为若干相隔离的分室；还包括管控组件，所述管控组件具有一个进口管段和一个出口管段，且所述管控组件还与至少三个所述分室相连通，所述管控组件还配置有阀装置，用于调整所述进口管段、所述出口管段与相应所述分室的连通状态。
7.采用这种结构，通过管控组件切换进口管段、出口管段和相应分室的连通状态，能够改变换热器内部的流程，以适应进口管段、出口管段的流体温差变化而引发的流量变化，从而可以保证换热性能，并能够降低压损。
8.可选地，两所述水室中的一者包括相隔离的第一分室、第二分室和第三分室，两所述水室中的另一者包括相隔离的第四分室和第五分室，所述第四分室与所述第一分室、所述第三分室均相连通，所述第五分室与所述第二分室、所述第三分室均相连通，所述第一分室与所述进口管段相连通；第一工况下，所述管控组件能够控制所述第二分室与所述进口管段相连通、并能够控制所述第三分室与所述出口管段相连通；第二工况下，所述管控组件能够控制所述第二分室与所述出口管段相连通。
9.可选地，还包括第一连通管、第二连通管和第三连通管，三者均安装于所述壳体，所述管控组件通过所述第一连通管与所述第一分室相连通，所述管控组件还通过所述第二连通管与所述第二分室相连通，所述管控组件还通过所述第三连通管与所述第三分室相连
通。
10.可选地，所述阀装置包括第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀，所述第二分室通过第一开关阀与所述进口管段相连，且所述第二分室还通过所述第二开关阀与所述出口管段相连，所述第三分室通过所述第三开关阀与所述出口管段相连。
11.可选地，两所述水室中的一者包括相隔离的第六分室、第七分室、第八分室和第九分室，两所述水室中的另一者包括相隔离的第十分室、第十一分室和第十二分室，所述第十分室和所述第六分室、所述第七分室均相连通，所述第十一分室和所述第七分室、所述第八分室均相连通，所述第十二分室和所述第八分室、所述第九分室均相连通，所述第六分室与所述进口管段相连通；第三工况下，所述管控组件能够控制所述第九分室与所述进口管段相连通、并能够控制所述第十一分室与所述出口管段相连通；第四工况下，所述管控组件能够控制所述第九分室与所述出口管段相连通。
12.可选地，还包括第四连通管、第五连通管和第六连通管，三者均安装于所述壳体，所述管控组件通过所述第四连通管与所述第六分室相连通，所述管控组件还通过所述第五连通管与所述第九分室相连通，所述管控组件还通过所述第六连通管与所述第十一分室相连通。
13.可选地，所述阀装置还包括第四开关阀、第五开关阀和第六开关阀，所述第九分室通过所述第四开关阀与所述进口管段相连通，所述第九分室还通过所述第五开关阀与所述出口管段相连通，所述第十一分室通过所述第六开关阀与所述出口管段相连通。
14.可选地，两所述水室中的一者包括相隔离的第十三分室、第十四分室、第十五分室和第十六分室，两所述水室中的另一者包括相隔离的第十七分室、第十八分室和第十九分室，所述第十七分室和所述第十三分室、所述第十四分室均相连通，所述第十八分室和所述第十四分室、所述第十五分室均相连通，所述第十九分室和所述第十五分室、所述第十六分室均相连通，所述第十三分室与所述进口管段相连通；第五工况下，所述管控组件能够控制所述第十五分室与所述进口管段相连通、并能够控制所述第十四分室和所述第十六分室与所述出口管段相连通；第六工况下，所述管控组件能够控制所述第十六分室与所述出口管段相连通。
15.可选地，还包括第七连通管、第八连通管、第九连通管和第十连通管，四者均安装于所述壳体，所述管控组件通过所述第七连通管和所述第十三分室相连通，所述管控组件通过第八连通管和所述第十四分室相连通，所述管控组件通过所述第九连通管与所述第十五分室相连通，所述管控组件通过所述第十连通管与所述第十六分室相连通，所述管控组件通过所述第十一连通管与所述第十八分室相连通。
16.可选地，所述阀装置包括第七开关阀、第八开关阀、第九开关阀和第十开关阀，所述第十四分室通过所述第七开关阀与所述出口管段相连通，所述第十五分室通过所述第八开关阀与所述进口管段相连通，所述第十六分室通过所述第九开关阀与所述出口管段相连通，所述第十六分室还通过所述第十开关阀与所述进口管段相连通。
17.可选地，第七工况下，所述管控组件能够控制所述第十六分室与所述进口管段相连通、并能够控制所述第十八分室与所述出口管段相连通。
18.可选地，还包括第十一连通管，所述第十一连通管安装于所述壳体，所述管控组件通过所述第十一连通管与所述第十八分室相连通。
19.可选地，所述阀装置还包括第十一开关阀，所述第十八分室还通过所述第十一开关阀与所述出口管段相连通。
附图说明
20.图1为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第一种实施例在第一工况下的示意图；
21.图2为图1在第二工况下的示意图；
22.图3为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第一种实施例的第一水室的示意图；
23.图4为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第一种实施例的第二水室的示意图；
24.图5为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第二种实施例在第三工况下的示意图；
25.图6为图5在第四工况下的示意图；
26.图7为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第二种实施例的第一水室的示意图；
27.图8为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第二种实施例的第二水室的示意图；
28.图9为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第三种实施例在第五工况下的示意图；
29.图10为图9在第六工况下的示意图；
30.图11为图9在第七工况下的示意图；
31.图12为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第三种实施例的第一水室的示意图；
32.图13为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第三种实施例的第二水室的示意图。
33.图1-图13中的附图标记说明如下：
34.1换热器、11壳体、11a第一连通管、11b第二连通管、11c第三连通管、11d第四连通管、11e第五连通管、11f第六连通管、11g第七连通管、11h第八连通管、11i第九连通管、11j第十连通管、11k第十一连通管、111换热室、112第一水室、112-1隔板、112a第一分室、112b第二分室、112c第三分室、112d第四分室、112e第五分室、112f第六分室、112g第七分室、112h第八分室、112i第九分室、112j第十分室、112k第十一分室、112l第十二分室、112m第十三分室、112n第十四分室、112o第十五分室、112p第十六分室、112q第十七分室、112r第十八分室、112s第十九分室、113第二水室；
35.2管控组件、2a第一开关阀、2b第二开关阀、2c第三开关阀、2d第四开关阀、2e第五开关阀、2f第六开关阀、2g第七开关阀、2h第八开关阀、2i第九开关阀、2j第十开关阀、2k第十一开关阀、21进口管段、22出口管段。
具体实施方式
36.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
37.本文中所述“若干”是指数量不确定的多个，通常为两个以上；且当采用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件在数量上的相互关系。
38.本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构和/或功能相同或者相类似的两个以上的结构或者部件，并不表示对于顺序和/或重要性的某种特殊限定。
39.如背景技术部分所述，在现有技术中，常见的壳管式换热器都是固定流程设计，在因进出口温差变化不同而引发水流量变化时，换热器的流程并没有发生变化，导致换热器内循环水流速的变化，从而会影响换热性能和压力损失。
40.为此，本发明提供一种可变流程壳管式换热装置，包括换热器1，换热器1包括壳体11，壳体11内设置有换热室111和两个水室，换热室111设置有若干换热管，两水室分别位于换热室的轴向两端，并通过换热管相连通，两水室内均设置有隔板112-1，用于将水室分隔为若干相隔离的分室，不同的分室分别和不同的换热管相连；进一步地，还包括管控组件2，管控组件2具有一个进口管段21和一个出口管段22，且管控组件2还与至少三个分室相连通，管控组件2还配置有阀装置，用于调整进口管段21、出口管段22与相应分室的连通状态。
41.采用这种结构，通过管控组件2切换进口管段21、出口管段22和相应分室的连通状态，能够改变换热器1内部的流程，以适应进口管段21、出口管段22的流体温差变化而引发的流量变化，从而可以保证换热性能，并能够降低压损。
42.详细而言，可以是在系统用于制热模式时、切换至相对较多的流程，并在系统用于制冷模式时、切换至相对较少的流程，进而可以满足制冷模式和制热模式切换使用时的换热性能要求。
43.以下本发明实施例将结合三个具体的实施例对本发明所提供可变流程壳管式换热装置的结构进行说明。
44.实施例一
45.请参考图1-图4，图1为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第一种实施例在第一工况下的示意图，图2为图1在第二工况下的示意图，图3为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第一种实施例的第一水室的示意图，图4为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第一种实施例的第二水室的示意图。
46.为便于描述，可以将两个水室分别称之为第一水室112和第二水室113。在附图的实施例中，如图1和图2所示，第一水室112是指位于换热室111右侧的水室，第二水室113是指位于换热室111左侧的水室。当然，在具体实践中，第一水室112和第二水室113的位置也可以互换。
47.结合图3和图4，第一水室112内可以设置有两个相连接的隔板112-1，用于将第一水室112分隔为相隔离的第一分室112a、第二分室112b和第三分室112c。第二水室113内可以设置有一个隔板112-1，用于将第二水室113分隔为相隔离的第四分室112d和第五分室112e。第四分室112d与第一分室112a、第三分室112c均可以相连通，也就是说，通过第四分室112d可以实现第一分室112a和第三分室112c内流体的间接连通。第五分室112e与第二分室112b、第三分室112c均可以相连通，也就是说，通过第五分室112e可以实现第二分室112b
和第三分室112c内流体的间接连通。第一分室112a则可以与进口管段21相连通。
48.基于这种结构设计，本实施例可以实现两种不同工况下的运行。在第一工况下，如图1所示，管控组件2能够控制第二分室112b也与进口管段21相连通、并能够控制第三分室112c与出口管段22相连通；此时，第一分室112a、第二分室112b均作为进口分室，第三分室112c作为出口分室，第四分室112d和第五分室112e则为转向室，能够实现二流程的流体循环；在第二工况下，管控组件2能够控制第二分室112b与出口管段22相连通；此时，仅第一分室112a为进口分室、仅第二分室112b为出口分室，第三分室112c、第四分室112d、第五分室112e均为转向分室，能够实现四流程的流体循环。
49.进一步地，还可以包括第一连通管11a、第二连通管11b和第三连通管11c，三者均可以安装于壳体11，以形成换热器1和管控组件2的连接部件。管控组件2可以通过第一连通管11a与第一分室112a相连通，管控组件2还可以通过第二连通管11b与第二分室112b相连通，管控组件2还可以通过第三连通管11c与第三分室112c相连通。
50.管控组件2和相应连通管之间的连接方式在此不做限定，具体实践中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要能够满足连接的可靠性要求即可。例如，管控组件2和相应连通管之间可以采用法兰连接。
51.在这种方案中，仅第一水室112设置有连通管，管控组件2可以位于换热器1的一侧，更方便安装。
52.阀装置可以包括第一开关阀2a、第二开关阀2b和第三开关阀2c，第二分室112b可以通过第一开关阀2a与进口管段21相连，且第二分室112b还可以通过第二开关阀2b与出口管段22相连，第三分室112c可以通过第三开关阀2c与出口管段22相连。
53.如此，在第一工况下，第二开关阀2b可以处于关闭状态，第一开关阀2a和第三开关阀2c可以处于打开状态，用于实现第二分室112b和进口管段21的连通以及第三分室112c和出口管段22的连通；在第二工况下，第一开关阀2a和第三开关阀2c均可以处于关闭状态，第二开关阀2b可以处于打开状态，用于实现第二分室112b和出口管段22的连通。
54.上述的第一开关阀2a、第二开关阀2b、第三开关阀2c可以为手动控制的阀部件，也可以为自动控制的阀部件，如电磁阀等。
55.可以理解的是，上述的设置三个开关阀以实现第一工况和第二工况切换的方案仅为本发明实施例的一种示例性说明，并不能够作为对于本发明所提供可变流程壳管式换热装置的实施范围的限定；在具体实践中，本领域技术人员也可以设置其他形式或者数量的开关阀来实现上述的技术效果。例如，可以将上述的第一开关阀2a和第二开关阀2b合并为一个三通阀，也是可以的。
56.实施例二
57.请参考图5-图8，图5为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第二种实施例在第三工况下的示意图，图6为图5在第四工况下的示意图，图7为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第二种实施例的第一水室的示意图，图8为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第二种实施例的第二水室的示意图。
58.与实施例一相类似，结合图5和图6，两个水室仍可以分别称之为第一水室112和第二水室113。
59.结合图7和图8，第一水室112内可以设置有三个相连接的隔板112-1，用于将第一
水室112分隔为相隔离的第六分室112f、第七分室112g、第八分室112h和第九分室112i。第二水室113内可以设置有两个相间隔的隔板112-1，用于将第二水室113分隔为相隔离的第十分室112j、第十一分室112k和第十二分室112l。第十分室112j和第六分室112f、第七分室112g均可以相连通，也就是说，通过第十分室112j可以实现第六分室112f和第七分室112g的间接连通。第十一分室112k和第七分室112g、第八分室112h均可以相连通，也就是说，通过第十一分室112k可以实现第七分室112g和第八分室112h的间接连通。第十二分室112l和第八分室112h、第九分室112i均可以相连通，也就是说，通过第十二分室112l可以实现第八分室112h和第九分室112i的间接连通。第六分室112f则可以与进口管段21相连通。
60.基于这种结构设计，本实施例也可以实现两种不同工况下的运行。在第三工况下，如图5所示，管控组件2能够控制第九分室112i与进口管段21相连通、并能够控制第十一分室112k与出口管段22相连通；此时，第六分室112f和第九分室112i均可以为进口分室，第十一分室112k可以为出口分室，第七分室112g、第八分室112h、第十分室112j、第十二分室112l均为转向分室，能够实现三流程的流体循环；在第四工况下，如图6所示，管控组件2能够控制第九分室112i与出口管段22相连通，此时，仅第六分室112f为进口分室，仅第九分室112i为出口分室，其余各分室均为转向分室，能够实现六流程的流体循环。
61.进一步地，还可以包括第四连通管11d、第五连通管11e和第六连通管11f，三者均可以安装于壳体11，以形成换热器1和管控组件2的连接部件。管控组件2可以通过第四连通管11d与第六分室112f相连通，管控组件2还可以通过第五连通管11e与第九分室112i相连通，管控组件2还可以通过第六连通管11f与第十一分室112k相连通。
62.管控组件2和相应连通管之间的连接方式在此不做限定，具体实践中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要能够满足连接的可靠性要求即可。例如，管控组件2和相应连通管之间可以采用法兰连接。
63.阀装置还可以包括第四开关阀2d、第五开关阀2e和第六开关阀2f，第九分室112i可以通过第四开关阀2d与进口管段21相连，且第九分室112i还可以通过第五开关阀2e与出口管段22相连，第十一分室112k可以通过第六开关阀2f与出口管段22相连。
64.如此，在第三工况下，第四开关阀2d、第六开关阀2f可以处于打开状态，第五开关阀2e可以处于关闭状态，用于实现第九分室112i和进口管段21的连通、第十一分室112k与出口管段22的连通；在第四工况下，第四开关阀2d、第六开关阀2f可以处于关闭状态，第五开关阀2e可以处于打开状态，用于实现第九分室112i和出口管段22的连通。
65.与实施例一中的限定相类似，上述的第四开关阀2d、第五开关阀2e、第六开关阀2f可以为手动控制的阀部件，也可以为自动控制的阀部件，如电磁阀等。而且，上述的第四开关阀2d和第五开关阀2e也可以为合并为一个三通阀。
66.实施例三
67.请参考图9-图13，图9为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第三种实施例在第五工况下的示意图，图10为图9在第六工况下的示意图，图11为图9在第七工况下的示意图，图12为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第三种实施例的第一水室的示意图，图13为本发明所提供可变流程壳管式换热装置的第三种实施例的第二水室的示意图。
68.与实施例一相类似，结合图9-图11，两个水室仍可以分别称之为第一水室112和第二水室113。
69.结合图12和图13，第一水室112内可以设置有三个相连接的隔板112-1，用于将第一水室112分隔为相隔离的第十三分室112m、第十四分室112n、第十五分室112o和第十六分室112p。第二水室113内可以设置有两个相间隔的隔板112-1，用于将第二水室113分隔为相隔离的第十七分室112q、第十八分室112r和第十九分室112s。第十七分室112q和第十三分室112m、第十四分室112n均可以相连通，也就是说，通过第十七分室112q可以实现第十三分室112m和第十四分室112n的连通。第十八分室112r和第十四分室112n、第十五分室112o均可以相连通，也就是说，通过第十八分室112r可以实现第十四分室112n和第十五分室112o的连通。第十九分室112s和第十五分室112o、第十六分室112p均可以相连通，也就是说，通过第十九分室112s可以实现第十五分室112o和第十六分室112p的连通。第十三分室112m则可以与进口管段21相连通。
70.基于这种结构设计，本实施例可以实现三种不同工况下的运行。在第五工况下，如图9所示，管控组件2能够控制第十五分室112o与进口管段21相连通、并能够控制第十四分室112n和第十六分室112p与出口管段22相连通；此时，第十三分室112m和第十五分室112o为进口分室，第十四分室112n和第十六分室112p为出口分室，其余各分室均为转向分室，能够实现二流程的流体循环。在第六工况下，如图10所示，管控组件2能够控制第十六分室112p与出口管段22相连通，此时，仅第十三分室112m为进口分室，仅第十六分室112p为出口分室，其余各分室均为转向分室，能够实现六流程的流体循环。在第七工况下，如图11所示，管控组件2能够控制第十六分室112p与进口管段21相连通、并能够控制第十八分室112r与出口管段22相连通；此时，第十三分室112m和第十六分室112p为进口分室，第十八分室112r为出口分室，其余各分室为转向分室，能够实现三流程的流体循环。
71.在上述的方案中，各工况所能够适应的循环水流量之间的关系为：第五工况》第七工况》第六工况。具体实施时，各工况运行跟循环水流量和进出口管段温差有关。
72.进一步地，还可以包括第七连通管11g、第八连通管11h、第九连通管11i、第十连通管11j和第十一连通管11k，五者均安装于壳体11，以作为换热器1和管控组件2的连接部件。管控组件2可以通过第七连通管11g和第十三分室112m相连通，管控组件2可以通过第八连通管11h和第十四分室112n相连通，管控组件2可以通过第九连通管11i与第十五分室112o相连通，管控组件2可以通过第十连通管11j与第十六分室112p相连通，管控组件2可以通过第十一连通管11k与第十八分室112r相连通。
73.管控组件2和相应连通管之间的连接方式在此不做限定，具体实践中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要能够满足连接的可靠性要求即可。例如，管控组件2和相应连通管之间可以采用法兰连接。
74.阀装置可以包括第七开关阀2g、第八开关阀2h、第九开关阀2i、第十开关阀2j和第十一开关阀2k。第十四分室112n可以通过第七开关阀2g与出口管段22相连，第十五分室112o可以通过第八开关阀2h与进口管段21相连，第十六分室112p可以通过第九开关阀2i与出口管段22相连，第十六分室112p还可以通过第十开关阀2j与进口管段21相连，第十八分室112r还可以通过第十一开关阀2k与出口管段22相连。
75.如此，在第五工况下，第十开关阀2j和第十一开关阀2k可以处于关闭状态，其余各开关阀均可以处于打开状态，以实现第十五分室112o与进口管段21的连通、第十四分室112n与出口管路22的连通、第十六分室112p与出口管段22的连通；在第六工况下，第九开关
阀2i可以处于打开状态，其余各开关阀均可以处于关闭状态，以实现第十六分室112p与出口管段22的连通；在第七工况下，第七开关阀2g和第八开关阀2h可以处于关闭状态，其余各开关阀可以处于打开状态，以实现第十六分室112p与进口管段21的连通、第十八分室112r与出口管段22的连通。
76.与实施例一中的限定相类似，上述的七开关阀2g、第八开关阀2h、第九开关阀2i、第十开关阀2j和第十一开关阀2k可以为手动控制的阀部件，也可以为自动控制的阀部件，如电磁阀等。而且，上述的第九开关阀2i和第十开关阀2j也可以合并为一个三通阀使用。
77.在这个方案中，当仅存在第五工况和第六工况进行切换时，即仅存在二流程和六流程进行切换时，如图9和图10所示，第十一开关阀2k处于常闭状态，也可以理解为第十八分室112r不与外界连通、第十一开关阀2k和第十一连通管11k未设置。此时，管控组件2可以仅设置于第一水室112所在侧，以方便安装。
78.本发明中，结合图3、图4、图7、图8、图12和图13中各分室的布置情况，图1、图2、图5、图6、图9-图11各实施例中所示出的各换热装置中的流程布置均是按照上下方向进行布置。实际使用中，也可以将图3、图4、图7、图8、图12和图13中的各水室布置图旋转90度，此时，各换热装置中的流程布置将是按照左右方向，这并不影响本发明所提供可变流程壳管式换热装置的正常使用。
79.换而言之，本发明实施例所提供的附图仅是方便对本发明所提供可变流程壳管式换热装置的结构和原理进行说明，附图中所显示的布局形式仅是实际使用中的一种可选形式，并不能够作为对本发明所提供可变流程壳管式换热装置的实施范围的一种限定。
80.以上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。