立式换热器及空调机组的制作方法

1.本实用新型涉及空气处理设备技术领域，特别是一种立式换热器及空调机组。


背景技术：

2.换热器是商用空调产品当中的关键零部件，其传热性能直接影响机组能效。在小型商用冷水机组当中(如模块机)通常采用干式蒸发器，制冷剂在换热管内侧蒸发与壳侧载冷剂进行换热。干式蒸发器的优点在于体积小、制冷剂灌注量少、回油稳定。
3.然而现有的干式蒸发器均采用卧式结构，换热管进口处制冷剂为气液两相。液体受重力作用沉积在分配腔底部导致不同高度管束液相制冷剂分配不均，易造成换热管干烧和压缩机吸气带液问题。同时如果进入换热管内制冷剂干度过高，将增加制冷剂侧流动压损并降低机组能效。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中卧式蒸发器制冷剂分配不均而造成压缩机吸气带液甚至降低机组能效的技术问题，而提供一种利用重力来增加分液及换热效果的立式换热器及空调机组。
5.一种立式换热器，包括：
6.壳体，沿所述壳体的上端至所述壳体的下端方向，所述壳体内依次形成有气液分离区域、换热区域和集气区域；
7.气液分离机构，所述气液分离机构设置于所述气液分离区域内；
8.换热机构，所述换热机构设置于所述换热区域内；
9.通气管，所述气液分离区域和所述集气区域通过所述通气管连通。
10.所述气液分离机构包括第一螺旋板，所述第一螺旋板设置于所述气液分离区域内，且所述第一螺旋板在所述气液分离区域内形成第一螺旋流道。
11.所述通气管上设置有过气孔，所有所述过气孔均设置于所述第一螺旋流道内，且所述过气孔位于所述第一螺旋板对应的螺旋线的下方。
12.所述气液分离机构还包括挡气板，所述挡气板设置于所述第一螺旋板和所述换热区域之间，且所述挡气板上设置有用于制冷剂通过的过孔。
13.所述挡气板上形成有流动区域和通过区域，所有所述过孔均匀分布于所述通过区域内，所述第一螺旋流道的下端指向所述流动区域。
14.所述挡气板为圆形，且所述流动区域所对应的圆心角的角度范围为30
°
至150
°
。
15.所述第一螺旋板的螺旋角的角度范围为30
°
至80
°
。
16.沿所述通气管的轴线方向，所述第一螺旋板的螺距逐渐增加。
17.所述换热机构包括：
18.上制冷剂隔板，所述上制冷剂隔板设置于所述壳体内以分隔所述气液分离区域和所述换热区域；
19.下制冷剂隔板，所述下制冷剂隔板设置于所述壳体内，且所述下制冷剂隔板设置于所述上制冷剂隔板的下方以分隔所述换热区域和所述集气区域；
20.换热管，至少部分所述换热管贯穿所述上制冷剂隔板与所述气液分离区域连通，至少部分所述换热管贯穿所述下制冷剂隔板与所述集气区域连通。
21.所述换热机构还包括：
22.上制冷剂分配板，所述上制冷剂分配板与所述上制冷剂隔板共同围成上制冷剂分配腔；
23.下制冷剂分配板，所述下制冷剂分配板与所述下制冷剂隔板共同围成下制冷剂分配腔；
24.所述气液分离区域和所述下制冷剂分配腔之间、所述下制冷剂分配腔和所述上制冷剂分配腔之间、所述上制冷剂分配腔和所述集气区域之间分别通过所述换热管连通。
25.所述换热管包括第一流程换热管、第二流程换热管和第三流程换热管，所述气液分离区域和所述下制冷剂分配腔之间通过所述第一流程换热管连通，所述下制冷剂分配腔和所述上制冷剂分配腔之间通过所述第二流程换热管连通，所述上制冷剂分配腔和所述集气区域之间通过所述第三流程换热管连通。
26.所述第一流程换热管的数量小于或等于所述第二流程换热管的数量小于或等于所述第三流程换热管的数量。
27.所述第一流程换热管呈第一圆形分布，所述第二流程换热管呈第二圆形分布，所述第三流程换热管呈第三圆形分布，所述第一圆形的圆心、所述第二圆形的圆心、所述第三圆形的圆心均处于所述通气管的轴线上，且所述第一圆形的直径小于或等于所述第二圆形的直径小于或等于所述第三圆形的直径。
28.所述换热机构还包括第二螺旋板，所述第二螺旋板设置于所述上制冷剂隔板和所述下制冷剂隔板之间，且所述第二螺旋板在所述换热区域内形成第二螺旋流道。
29.所述壳体上设置有与所述换热区域连通的载冷剂入口和载冷剂出口，且所述载冷剂入口与所述第二螺旋流道的一端连通，所述载冷剂出口与所述第二螺旋流道的另一端连通。
30.所述载冷剂入口位于所述载冷剂出口的上方。
31.所述壳体上设置有与所述气液分离区域连通的制冷剂入口、与所述集气区域连通的制冷剂出口。
32.所述集气区域内设置有挡液板，所述挡液板设置于所述下制冷剂隔板的下方，所述壳体上与所述集气区域连通的制冷剂出口，所述制冷剂出口位于所述挡液板的下方。
33.所述集气区域内设置有滤液板，所述滤液板位于所述挡液板的下方，所述制冷剂出口位于所述挡液板和所述滤液板之间，所述滤液板上设置有滤液孔。
34.所述集气区域内设置有多个折流板，所有所述折流板交错分布于所述挡液板和所述滤液板之间。
35.部分所述折流板设置于所述滤液板上，且在所述折流板与所述滤液板的连接处，所述滤液板上设置有滤液孔。
36.一种空调机组，包括上述的立式换热器。
37.本实用新型提供的立式换热器及空调机组，利用第一螺旋板及气液两相制冷剂密
度差异实现气液分离，即降低进入换热管内侧制冷剂干度，减小气体流速，进而减小制冷剂侧流动压损，还能够保证液相制冷剂进入换热管内，能够增加壁面润湿面积，提高换热器传热效率，同时挡气板避免气体吹扰液位，进而在上制冷剂隔板的上方形成稳定液位。液相制冷剂利用重力及压差作用在换热管管内实现均匀分液，通过减小进入管内侧制冷剂干度，一方面减小制冷剂流动压损，另一方面增加壁面润湿面积提高传热效率。同时设置第二螺旋板避免换热区域内的流动死区，解决低温工况下换热器冻管问题。
附图说明
38.图1为本实用新型实施例提供的立式换热器的结构示意图；
39.图2为本实用新型实施例提供的气液分离机构的结构示意图；
40.图3为本实用新型实施例提供的换热机构的部分结构示意图；
41.图4为本实用新型实施例提供的换热机构的部分结构示意图；
42.图5为本实用新型实施例提供的上制冷剂隔板的结构示意图；
43.图6为本实用新型实施例提供的下制冷剂隔板的结构示意图；
44.图7为本实用新型实施例提供的下制冷剂分配板的结构示意图；
45.图8为本实用新型实施例提供的集气区域内部结构的结构示意图；
46.图中：
47.1、壳体；11、气液分离区域；12、换热区域；13、集气区域；2、通气管；31、第一螺旋板；21、过气孔；32、挡气板；321、过孔；322、流动区域；323、通过区域；41、上制冷剂隔板；42、下制冷剂隔板；43、换热管；44、上制冷剂分配板；45、上制冷剂分配腔；46、下制冷剂分配板；47、下制冷剂分配腔；431、第一流程换热管；432、第二流程换热管；433、第三流程换热管；48、第二螺旋板；14、载冷剂入口；15、载冷剂出口；16、制冷剂入口；17、制冷剂出口；51、挡液板；52、滤液板；53、折流板。
具体实施方式
48.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
49.如图1至图8所示的立式换热器，包括：壳体1，沿所述壳体1的上端至所述壳体1的下端方向，所述壳体1内依次形成有气液分离区域11、换热区域12和集气区域13；气液分离机构，所述气液分离机构设置于所述气液分离区域11内；换热机构，所述换热机构设置于所述换热区域12内；通气管2，所述气液分离区域11和所述集气区域13通过所述通气管2连通。与现有技术中的卧式蒸发器相比，本技术的立式换热器，有效的利用重力对制冷剂的影响实现气液分离，即降低进入换热管内侧制冷剂干度，减小气体流速，进而减小制冷剂侧流动压损，还能够保证液相制冷剂进入换热管内，能够增加壁面润湿面积，提高换热器传热效率。气液两相的制冷剂进入气液分离区域11内被气液分离机构进行气液分离，其中，液态制冷剂在重力的作用下在气液分离区域11的下方堆积并形成液面，然后进入换热区域12内在换热机构的作用下转化成气态制冷剂，并最终进入集气区域13内，而在气液分离区域11内分离出的气态制冷剂直接通过通气管2被送至集气区域13内，两种气态制冷剂在集气区域
13内汇集后，最终排出壳体1，完成换热过程。其中，集气区域13能够有效的将气态制冷剂与液态制冷剂或气液两相制冷剂进行分隔，提高立式换热器的气液分离效果，同时将集气区域13设置在立式换热器的最下方，能够使得集气区域13内的气态制冷剂能够同压缩机冷冻油一起通过冷媒出口返回压缩机，从而保证压缩机的润滑效果。
50.所述气液分离机构包括第一螺旋板31，所述第一螺旋板31设置于所述气液分离区域11内，且所述第一螺旋板31在所述气液分离区域11内形成第一螺旋流道。通过第一螺旋流道增加气液两相的制冷剂在气液分离区域11内的流动距离，使得气态制冷剂和液态制冷剂能够充分的在重力的作用下进行分离，同时由于气液两相的制冷剂沿第一螺旋流道进行螺旋流动，其还会受到离心力的作用而进行分离，从而有效的增加气液分离效果。
51.在第一螺旋流道内流动的冷媒中，气态制冷剂会聚集到第一螺旋流道的上半部，而液态制冷剂会聚集在第一螺旋流道的下半部，此时所述通气管2上设置有过气孔21，所有所述过气孔21均设置于所述第一螺旋流道内，且所述过气孔21位于所述第一螺旋板31对应的螺旋线的下方。气态制冷剂能够通过过气孔21进入至通气管2中，而为了避免液态制冷剂通过过气孔21进入通气管2，所述过气孔21位于所述第一螺旋流道的上半部，利用第一螺旋板31对液态制冷剂进行遮挡，避免液态制冷剂通过过气孔21和通气管2直接流至集气区域13内，保证立式蒸发器的可靠性。
52.所有所述过气孔21呈螺旋形分布。且所述过气孔21所形成的螺旋线与第一螺旋板31的螺旋线相平行。
53.优选的，所述通气管2设置于壳体1的中部，而第一螺旋板31的螺旋轴线与所述通气管2的轴线共线，并且第一螺旋板31的螺旋路径与过气孔21的分布的螺旋路径相对平行。
54.所述气液分离机构还包括挡气板32，所述挡气板32设置于所述第一螺旋板31和所述换热区域12之间，且所述挡气板32上设置有用于制冷剂通过的过孔321。利用挡气板32对第一螺旋流道内流出的液态制冷剂进行一定程度的遮挡，避免液态制冷剂直接冲击壳体1及换热区域12内的相应结构而产生噪音及气液分离区域11内的液面波动，从而保证换热区域12内的液体压力均匀，保证进入换热区域12内的制冷剂分配效果，进而保证立式换热器的换热效果。
55.所述挡气板32上形成有流动区域322和通过区域323，所有所述过孔321均匀分布于所述通过区域323内，所述第一螺旋流道的下端指向所述流动区域322。其中，所述第一螺旋流道的下端指向所述流动区域322，是指当将第一螺旋流道的下端继续向挡气板32延伸后，第一螺旋流道的下端与挡气板32相交的位置处于该流动区域322内，也即在流动区域322内不设置过孔321，避免气态制冷剂经过第一螺旋流道向下流动速度较快，会直接经过过孔321到达气液分离区域11的下方，流动的气态制冷剂会吹扰液面，造成液位波动，换热区域12所接受到的液体受压不均匀，影响冷媒分配效果。而在流动区域322内不设置过孔321时，气态制冷剂首先会流道该区域上进而将向下的流向改变为环绕流向，从而减小对液体的吹绕，分液更均匀。同时气态制冷剂环绕着流动，把挡气板32上面的液体吹动流过过孔321，使最远端的过孔321处也能够很好的对液态制冷剂进行过流，增加挡气板32的均液效果。
56.所述挡气板32为圆形，且所述流动区域322所对应的圆心角的角度范围为30
°
至150
°
。其中，流动区域322的角度根据气态制冷剂的流速(如不同工况下)、第一螺旋板31的
最下端与挡气板32之间的间距等进行确定的。例如气态制冷剂的流速较小，并且间距较小，气态制冷剂吹向挡气板32上的区域较为集中，则流动区域322所对应的圆心角的角度可以小一些。
57.所述第一螺旋板31的螺旋角的角度范围为30
°
至80
°
。具体根据第一螺旋流道内的气态制冷剂的流速、第一螺旋流道的流通面积、通气管2的直径、壳体1的内径等进行决定。其中在相同高度的情况下，螺旋角的角度越大，第一螺旋板31的螺距越小，第一螺旋流道的流道越长。
58.沿所述通气管2的轴线方向向下，所述第一螺旋板31的螺距逐渐增加。也即使螺旋角逐渐减小，从而使流至挡气板32上的制冷剂的流向趋近于水平流动，此时的气流速度小，能够避免其气体流速过快吹扰液面，造成液位波动，进一步增加挡气板32的均液效果。
59.优选的，第一螺旋板31的边沿与壳体1的内表面之间密封设置。
60.作为另一种可实施的方式，沿壳体1的上端至壳体1的下端方向，第一螺旋板31的宽度逐渐减小，也即第一螺旋板31与壳体1对应的内表面之间的缝隙逐渐增加，从而使部分制冷剂能够通过该缝隙直接流至挡气板32上方，保证远离第一螺旋流道出口的过孔321处存在更多的制冷剂，增加挡气板32的均液效果。
61.所述换热机构包括：上制冷剂隔板41，所述上制冷剂隔板41设置于所述壳体1内以分隔所述气液分离区域11和所述换热区域12；下制冷剂隔板42，所述下制冷剂隔板42设置于所述壳体1内，且所述下制冷剂隔板42设置于所述上制冷剂隔板41的下方以分隔所述换热区域12和所述集气区域13；换热管43，至少部分所述换热管43贯穿所述上制冷剂隔板41与所述气液分离区域11连通，至少部分所述换热管43贯穿所述下制冷剂隔板42与所述集气区域13连通。通过上制冷剂隔板41将气液分离区域11内的液态制冷剂进行阻挡，使得液态制冷剂只能通过换热管43进入换热区域12内进行换热，而下制冷剂隔板42能够避免集气区域13内的气态制冷剂进入换热区域12内，同时避免换热区域12内的载冷剂进入集气区域13内而造成制冷剂和载冷剂的混合，避免立式蒸发器甚至空调机组的损坏。
62.所述换热机构还包括：上制冷剂分配板44，所述上制冷剂分配板44与所述上制冷剂隔板41共同围成上制冷剂分配腔45；下制冷剂分配板46，所述下制冷剂分配板46与所述下制冷剂隔板42共同围成下制冷剂分配腔47；所述气液分离区域11和所述下制冷剂分配腔47之间、所述下制冷剂分配腔47和所述上制冷剂分配腔45之间、所述上制冷剂分配腔45和所述集气区域13之间分别通过所述换热管43连通。利用上制冷剂分配腔45和下制冷剂分配腔47形成制冷剂的分配区域，并根据换热管43的不同连接，使得制冷剂在换热区域12内进行s形流动，增加制冷剂在换热区域12内的换热距离及换热效果，保证最终流至集气区域13内的制冷剂均为气态制冷剂，保证立式蒸发器的换热效果。
63.优选的，换热机构还包括上分配圈和下分配圈，上分配圈设置于上制冷剂分配板44和上制冷剂隔板41之间，且上分配圈与上制冷剂分配板44、上制冷剂隔板41及对应的壳体1内表面共同围成环形的上制冷剂分配腔45，而上分配圈的内部由换热管43直接贯穿而不存在液态制冷剂；下分配圈设置于下制冷剂分配板46和下制冷剂隔板42之间，且下分配圈与下制冷剂分配板46、下制冷剂隔板42共同围成圆形的下制冷剂分配腔47，而下分配圈与下制冷剂分配板46、下制冷剂隔板42及壳体1对应的内表面之间围成的环形区域供换热管43直接贯穿而不存在制冷剂。
64.所述换热管43包括第一流程换热管431、第二流程换热管432和第三流程换热管433，所述气液分离区域11和所述下制冷剂分配腔47之间通过所述第一流程换热管431连通，所述下制冷剂分配腔47和所述上制冷剂分配腔45之间通过所述第二流程换热管432连通，所述上制冷剂分配腔45和所述集气区域13之间通过所述第三流程换热管433连通。液态制冷剂依次经过第一流程换热管431、下制冷剂分配腔47、第二流程换热管432、上制冷剂分配腔45和第三流程换热管433后进入集气区域13内，实现制冷剂的s形流动，同时能够利用第二流程换热管432在重力的作用下使液态制冷剂向下流动而实现充分换热，同时第三流程换热管433能够使得剩余的液态制冷剂再次进行换热，从而保证进入集气区域13内的制冷剂均为气态制冷剂。
65.优选的，第一流程换热管431的上端与气液分离区域11的下表面平齐；和/或，第一流程换热管431的下端与下制冷剂分配腔47的上表面平齐；和/或，第二流程换热管432的下端与下制冷剂分配腔47的上表面平齐；和/或，第二流程换热管432的上端与上制冷剂分配腔45的下表面平齐；和/或，第三流程换热管433的上端与上制冷剂分配腔45的下表面平齐；和/或，第三流程换热管433的下端与集气区域13的上表面平齐。通过平齐设置能够尽可能的避免制冷剂在对应的区域内堆积而影响换热器的换热效果。
66.所述第一流程换热管431的数量小于或等于所述第二流程换热管432的数量；和/或，所述第二流程换热管432的数量小于或等于所述第三流程换热管433的数量。由于换热区域12内的制冷剂流程越长，随蒸发过程进行，气态制冷剂的占比越大，体积流量会越大，换热管43数量增多能够降低气体流速。气体流速高会导致冷媒流通的压损较大，会降低机组能效。而本技术中通过数量逐渐增加的第一流程换热管431、第二流程换热管432和第三流程换热管433逐步增加管内侧制冷剂总流通面积，能够降低制冷剂流速及压损，进而提高机组能效。
67.具体的，如图3所示，第一流程换热管431呈第一圆形分布，第二流程换热管432呈第二圆形分布，第三流程换热管433呈第三圆形分布，并且所述第一圆形的直径小于所述第二圆形的直径；和/或，所述第二圆形的直径小于所述第三圆形的直径。通过直径逐渐增加的第一圆形、第二圆形和第三圆形，方便对数量逐渐增加的第一流程换热管431、第二流程换热管432和第三流程换热管433进行排布。
68.优选的，第一圆形的圆心、第二圆形的圆心、第三圆形的圆心均处于通气管2的轴线上。
69.所述换热机构还包括第二螺旋板48，所述第二螺旋板48设置于所述上制冷剂隔板41和所述下制冷剂隔板42之间，且所述第二螺旋板48在所述换热区域12内形成第二螺旋流道。利用第二螺旋流道使得进入换热区域12内的载冷剂能够充分的与换热管43进行热交换，从而有效的增加立式换热器的换热效率。同时由于换热管43是均匀分布于换热区域12内的，第二螺旋流道能够使载冷剂流经所有换热管43，从而保证每根换热管43的换热效率。
70.优选的，壳体1的截面、通气管2的截面、上制冷剂隔板41、上制冷剂分配板44、下制冷剂分配板46、下制冷剂隔板42均为圆形且轴线均共线，所有换热管43的轴线均与壳体1的轴线平行，第一螺旋板31的轴线和第二螺旋板48的轴线也与壳体1的轴线共线。
71.所述壳体1上设置有与所述换热区域12连通的载冷剂入口14和载冷剂出口15，且所述载冷剂入口14与所述第二螺旋流道的一端连通，所述载冷剂出口15与所述第二螺旋流
道的另一端连通。载冷剂通过载冷剂入口14流入换热区域12内，使制冷剂通过第二螺旋流道进行流动，同时与换热管43进行换热，最终由载冷剂出口15排出。
72.所述载冷剂入口14位于所述载冷剂出口15的上方。载冷剂在重力的作用下沿第二螺旋流道向下流动，在流动的过程中不存在流动死区，避免换热区域12存在载冷剂堆积的问题。
73.所述壳体1上设置有与所述气液分离区域11连通的制冷剂入口16、与所述集气区域13连通的制冷剂出口17。其中，制冷剂入口16位于制冷剂出口17的上方，气液两相的制冷剂由制冷剂入口16进入气液分离区域11内，在依次经过气液分离区域11的气液分离，部分气态制冷剂通过通气管2直接流至集气区域13内，剩余制冷剂进入换热区域12内进行热交换，并最终排出集气区域13内，最终有制冷剂出口17排出，完成制冷剂的换热。
74.立式蒸发器在转换运行工况时，如节流阀开度调整不及时，制冷剂出口17处可能会存在气态制冷剂中夹带液态制冷剂的问题，导致压缩机吸气带液，影响机组运行可靠性。为了制冷剂出口17处存在液态制冷剂，所述集气区域13内设置有挡液板51，所述挡液板51设置于所述下制冷剂隔板42的下方，所述制冷剂出口17位于所述挡液板51的下方。利用挡液板51对由第三流程换热管433中排出的制冷剂进行阻挡，使制冷剂与挡液板51进行碰撞而产生气液分离的效果，同时制冷剂出口17位于挡液板51的下方，使得挡液板51能够对可能进入制冷剂出口17的液态制冷剂进行遮挡，尽可能减少制冷剂出口17处的液态制冷剂，防止压缩机吸气带液的问题。
75.所述集气区域13内设置有滤液板52，所述滤液板52位于所述挡液板51的下方，所述制冷剂出口17位于所述挡液板51和所述滤液板52之间，所述滤液板52上设置有滤液孔。进入集气区域13的液态制冷剂能够通过滤液板52的滤液孔的过滤作用进入并积存于集气区域13的底部。
76.积存于集气区域13底部的液态制冷剂，可通过壳体1与外界环境换热，逐步吸热蒸发为气相。也能够在立式换热器稳定运行时，第三流程换热管433排出的过热的气态制冷剂相较于集气区域13底部的液相制冷剂温度更高，液态制冷剂会吸收热量蒸发为气相。最终储存的液态制冷剂最终将会吸热变为气态制冷剂而通过制冷剂出口17返回压缩机。
77.为了进一步的增加集气区域13内的气液分离效果，所述集气区域13内设置有多个折流板53，所有所述折流板53交错分布于所述挡液板51和所述滤液板52之间。制冷剂在集气区域13内流动的过程中会与折流板53进行碰撞，以实现气液分离效果。小液滴逐渐聚集为大液滴在重力以及气流吹绕下向下流动汇聚于滤液板上方，并通过滤液孔存储在集气区域的底部。
78.部分所述折流板53设置于所述滤液板52上，且在所述折流板53与所述滤液板52的连接处，所述滤液板52上设置有滤液孔。使得由折流板53流下的液态制冷剂直接通过滤液孔流入滤液板的下方，而不会在滤液板上积存而被气态制冷剂再次吹起，进一步提高气液分离效果。
79.一种空调机组，包括上述的立式换热器。
80.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本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，还可以做出若干变形和改进，这些都属
于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。