CN116857995A - 换热器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种换热器，包括：筒体、多个换热管、第一管板和第二管板，所述筒体具有筒体容腔以及第一轴向端和第二轴向端；所述多个换热管布置在所述筒体容腔中；所述第一管板和第二管板分别与所述筒体的第一轴向端和第二轴向端连接，所述多个换热管中每个换热管的两端分别与所述第一管板和第二管板相连接；其中，所述第一管板和第二管板中的至少一个管板包括支撑板、辅助板，以及设置在所述支撑板和所述辅助板之间的中间层，所述中间层为蜂窝状结构；所述多个换热管中每个换热管的端部与相应的所述支撑板连接，所述支撑板上设有多个换热管孔，每个换热管孔与所述多个换热管中的相应换热管连通。本申请中的第一管板和第二管板具有较好的强度。

Description

换热器

技术领域

本申请涉及换热器，尤其是应用于空调系统的管壳式换热器。

背景技术

管壳式换热器管由壳体、换热管束、管板和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有换热管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。壳体流体和管程流体间交换热量以改变相应流体的温度。

发明内容

本申请提供一种换热器，所述换热器包括筒体、多个换热管、第一管板和第二管板，所述筒体具有筒体容腔以及第一轴向端和第二轴向端；所述多个换热管布置在所述筒体容腔中；所述第一管板和第二管板分别与所述筒体的第一轴向端和第二轴向端连接，所述多个换热管中每个换热管的两端分别与所述第一管板和第二管板连接；其中，所述第一管板和第二管板中的至少一个管板包括支撑板、辅助板，以及设置在所述支撑板和所述辅助板之间的中间层，所述中间层为蜂窝状结构；所述多个换热管中每个换热管的端部与相应的所述支撑板连接，所述支撑板上设有多个换热管孔，每个换热管孔与所述多个换热管中的相应换热管连通。

如上所述的换热器，所述的支撑板及所述的辅助板分别与中间层焊接或粘贴连接。

如上所述的换热器，所述中间层包括依次排列的多个蜂窝单元，每个蜂窝单元由相应的蜂窝侧壁围成，所述蜂窝侧壁从所述支撑板沿着垂直于所述支撑板的方向朝向所述辅助板延伸，并与所述辅助板连接。

如上所述的换热器，所述辅助板设置在所述筒体内，所述多个换热管穿过所述辅助板和所述中间层，所述多个换热管中的至少一部分换热管与所述辅助板之间具有间隔，以使得所述筒体内部能够与所述中间层流体连通。

如上所述的换热器，所述辅助板与所述中间层位于所述第一管板和第二管板中相应的管板的支撑板的远离所述筒体的一侧。

如上所述的换热器，所述第一管板和第二管板中的至少一个管板还包括附加辅助板和附加中间层，所述附加辅助板和附加中间层位于相应的支撑板的远离所述筒体的一侧，所述的附加辅助板与所述的中间层焊接连接。

如上所述的换热器，所述支撑板包括与所述筒体容腔对应的中心区域，所述中间层与所述中心区域对应。

如上所述的换热器，所述支撑板包括与所述筒体容腔对应的中心区域，所述中心区域包括与多个换热管连接的第一部分，以及与多个换热管错开的第二部分，所述中间层与所述第二部分对应。

如上所述的换热器，每个所述蜂窝单元的横截面的尺寸大于所述多个换热管中每个换热管的尺寸，以使得每个换热管能够穿过相应的蜂窝单元。

如上所述的换热器，所述第一管板和第二管板中的至少一个管板还包括封框，所述封框设置在所述支撑板和辅助板之间，并围绕所述中间层设置，所述封框能够密封所述支撑板和辅助板之间的间隔。

本申请中的换热器的管板具有支撑板，中间层和辅助板，其中中间层由蜂窝结构形成。本申请中的管板具有较高的强度，能够耐受一定的压力。并且本申请中换热管与支撑板连接，换热管与中间层和辅助板重叠的部分能够参与换热，从而提高了换热管的利用率，进而提高了换热器的换热效率。

附图说明

图1A是本申请中换热器第一实施例的立体图；

图1B是图1A中换热器的分解图；

图1C是图1A中换热器的剖视图；

图2A是图1A中第一管板的立体图；

图2B是图2A中第一管板的分解图；

图3A是图2B中支撑板的立体图；

图3B是图3A中支撑板的侧视图；

图4A是图2B中辅助板的立体图；

图4B是图4A中辅助板的侧视图；

图5是图2B中中间层的立体图；

图6是图5中间层的金属薄片的示意图；

图7是图2A中换热管束与第一管板的局部剖示示意图；

图8是本申请中换热器的管板的第二实施例的分解图；

图9A是本申请中换热器的管板的第三实施例的立体图；

图9B是图9A中管板的分解图；

图10A是本申请中换热器的管板的第三实施例的立体图；

图10B是图10A中管板的分解图。

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”、“顶”、“底”等描述本申请的各种示例结构部分和元件的方位，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。在可能的情况下，本申请中使用的相同或者相类似的附图标记指的是相同的部件。

图1A是本申请中换热器第一实施例的立体图，图1B是图1A中换热器的分解图，图1C是图1A中换热器的剖视图。如图1A和图1B所示，换热器100包括筒体101、第一管板103、第二管板104，换热管束108、第一管箱106和第二管箱107。筒体101大致为圆筒形，筒体101的筒体侧壁117沿着周向方向延伸，并围成筒体容腔105。筒体101具有第一轴向端111和第二轴向端112，第一管板103和第二管板104分别与筒体101的第一轴向端111和第二轴向端112连接。第一管箱106大致为圆弧形，并与第一管板103的远离筒体101的一侧连接，从而第一管箱106与第一管板103围成第一端部容腔121。第二管箱107大致为圆弧形，并与第二管板104的远离筒体101的一侧连接，从而第二管箱107与第二管板104围成第二端部容腔122。换热管束108由多个换热管118并列排布形成，换热管束108位于筒体容腔105内，并且换热管束108的两端分别与第一管板103和第二管板104连接。第一管板103和第二管板104上分别设有多个流体通道，第一管板103上的多个流体通道将换热管束108中的多个换热管118与第一端部容腔121连接，第二管板104上的多个流体通道将换热管束108中的多个换热管118第二端部容腔122连通。换热管束108内能够容纳第一流体，筒体101内换热管束108的外部能够容纳第二流体。第一管箱106上设有流体入口131，第二管箱107上设有流体出口132。第一流体能够从流体入口131进入第一端部容腔121，接着进入换热管束108内，与筒体101中的换热管束108的外部的第二流体换热，然后进入第二端部容腔122，从流体出口132流出。其中筒体101上设有流体入口和流体出口(图中未示出)，用于更换第二流体。

图1A为本申请所示的单流程的换热器的实施例。在本申请的另一个实施例中，换热器为双流程换热器，第一端部容腔121中设有挡板，流体入口131设置在第一管箱上。在本申请的另一个实施例中，换热器为多流程换热器。

本申请中，第一管板103和第二管板104结构类似，两者为对称结构，以下以第一管板103为例介绍其结构。

图2A是图1A中第一管板的立体图，图2B是图2A中第一管板的分解图。如图2A和图2B所示，第一管板103包括支撑板201，中间层202、辅助板203和封框204。中间层202设置在支撑板201和辅助板203之间，并与支撑板201和辅助板203连接。封框204围绕中间层202的周向方向设置，从而支撑板201、辅助板203和封框204包裹中间层。在本申请的一个实施例中，支撑板201，中间层202、辅助板203和封框204通过焊接连接。在本申请的另一个实施例中，支撑板201，中间层202、辅助板203和封框204通过粘结剂连接。

图3A是图2B中支撑板的立体图，图3B是图3A中支撑板的侧视图。如图3A和图3B所示，支撑板201大致为方形平板，并具有第一侧311和第二侧312。支撑板201具有贯穿第一侧311和第二侧312的多个换热管孔308。换热管孔308与换热管束108中换热管的尺寸相匹配，每个换热管孔308能够与相应的换热管连接。支撑板201由符合压力容器制造标准的材料制成。如图3B所示，支撑板201具有大致为圆形的中心区域365，中心区域365的形状与筒体101的端部形状对应，筒体101与支撑板201连接并与中心区域365对齐。中心区域365包括第一部分366和第二部分367，其中第一部分366中布置多个换热管孔308，第二部分367未设置换热管孔308。

在本申请中的另一个实施例中，中心区域365均匀地布置多个换热管孔308。

图4A是图2B中辅助板的立体图，图4B是图4A中辅助板的侧视图。如图4A和图4B所示，辅助板203大致为圆形平板，辅助板203大致为圆形平板，并具有第一侧411和第二侧412。辅助板203具有贯穿第一侧411和第二侧412的多个辅助板孔408。辅助板孔408与支撑板201的换热管孔308相对应。其中辅助板孔408的尺寸稍大于换热管孔308的尺寸，以便于换热管118易于穿过辅助板孔408。辅助板203由金属材料制成，辅助板203的材料可以与支撑板201的材料不同。辅助板203的对材料的要求低于支撑板201对材料的要求。

支撑板201由符合压力容器制造标准的材料制成。如图3B所示，支撑板201具有大致为圆形的中心区域365，中心区域365的形状与筒体101的端部形状对应，筒体101与支撑板201连接并与中心区域365对齐。中心区域365包括第一部分366和第二部分367，其中第一部分366中布置多个换热管孔308，第二部分367未设置换热管孔308。

图5是图2B中中间层的立体图，如图5所示，中间层202为蜂窝状结构。中间层202由多个蜂窝单元521依次排列形成。在图5所示的实施例中，每个蜂窝单元521为六边形。每个蜂窝单元521与相邻的蜂窝单元交错布置。每个蜂窝单元521由蜂窝侧壁528围成。蜂窝侧壁528的延伸方向大致垂直于支撑板201和辅助板203。蜂窝侧壁528的两端与支撑板201和辅助板203连接。蜂窝侧壁528与支撑板201的连接方式可以为焊接，或通过粘结剂连接。蜂窝侧壁528与支撑板201和辅助板203的角度设置能够加强中间层202的抗压能力。

在本申请的一个实施例中，蜂窝单元521的尺寸大于换热管118的截面的尺寸，以使得换热管118易于穿过蜂窝单元521。

在本申请的另一个实施例中，蜂窝单元的横截面为圆形。在本申请的又一个实施例中，蜂窝单元的横截面为多边形，多边形的边的数目为任意个。

图6是图5中间层的金属薄片的示意图，在本申请的一个实施例中，中间层由多个金属薄片连接形成。图6示出了两片金属薄片601和602。每个金属薄片601或602为波浪形，如图6所示，沿着从左到右的方向看去，金属薄片601的每个波浪单元具有顶部611和底部612，金属薄片602的每个波浪单元具有顶部621和底部622。连接相邻的金属薄片进时，将金属薄片601的波浪单元的底部612与金属薄片602的波浪单元的顶部621对齐，沿着如箭头所示的方向互相靠近，直至金属薄片601的波浪单元的底部612与金属薄片602的波浪单元的顶部621接触，将底部612和顶部621进行焊接，则金属薄片601和602围成多个蜂窝单元。将多个金属薄片按照金属薄片601和602的连接方式依次连接，能够形成如图5所示的蜂窝单元。

图7是图2A中换热管束与第一管板的局部剖示示意图，图7示出了第一管板与换热管的连接关系。如图7所示，换热管118位于筒体101内，换热管118的一端穿过辅助板203的辅助板孔408，并穿过中间层202的一个蜂窝单元与支撑板201连接。换热管118与支撑板201通过胀管工艺或焊接工艺连接。换热管118与支撑板201之间密封连接，使得筒体101内的第二流体不能通过支撑板201。辅助板203的辅助板孔408与换热管118的外壁之间具有间隙，以使得筒体101内的流体能够进入中间层202的相应的蜂窝单元。中间层202的第二流体不能穿过支撑板201。中间层202中的第二流体能够与换热管118中的第一流体进行换热。也就是说换热管118的有效长度包括插入中间层202的部分。

在图2A所示的实施例的另一种应用中，换热管束与支撑板201连接，中间层202和辅助板203设置在支撑板201的远离筒体101的一侧。

在一些应用中，换热器作为压力容器使用，为了使得保证筒体两端的管板能够耐受一定的压力，维持相应的形状，通常将第一管板和第二管板设置的较厚。具有一定厚度的第一管板和第二管板能够避免当换热器内部压力过大时，第一管板和第二管板发生形变向外弯曲。第一管板和第二管板需要由符合压力容器制造标准材料制成，当其厚度较大时，需要使用更多的材料，制造成本较高。并且在较厚的管板上加工换热管孔的工艺要求较高，加工成本更高。另外，插入第一管板和第二管板的换热管的部分不能参与换热，这一部分不属于换热管的有效长度。

在本申请，第一管板103和第二管板104包括支撑板、中间层和辅助板。其中，中间层只有蜂窝结构，能够有效加强第一管板和第二管板的强度，使其能够耐受换热器内部的压力。并且，位于中间层202和辅助板203中的换热管的部分能够参与换热，与使用较厚的单一材料管板的换热器相比，换热管的有效长度较长，能够提高换热器的换热效率。在本申请中，支撑板的厚度较小，能够节约成本，减小换热管孔的加工难度。

在本申请中，支撑板需要由符合压力容器制造要求的金属材料制成，辅助板可以由不同于支撑板的金属材料制成。辅助板对材料的要求低于支撑板对材料的要求。在满足换热器耐压需求的情况下，本申请中的管板具有较薄的支撑板，能够降低材料成本。

图8是本申请中换热器的管板的第二实施例的分解图。与图2A所示的管板类似，所不同的是，图8中的管板的中间层802的形状不同。在图8所示的实施例中，管板800包括支撑板801，中间层802、辅助板803和封框804。中间层802设置在支撑板801和辅助板803之间，并与支撑板801和辅助板803连接。封框804围绕中间层802的周向方向设置，其形状与辅助板803的形状相同。其中支撑板801大致为方形平板，辅助板803大致为圆形平板。其中支撑板801具有与筒体101对齐的圆形的中心区域865。中心区域865包括设置了换热管孔的第一部分866和未设置换热管孔的第二部分867。在一些应用中，由于支撑板801的第一部分866与换热管束108连接，换热管束108对支撑板801具有一定的支承作用，使其不易受到压力而发生形变。沿着轴向方向看去，第二部分867与换热管束108错开。第二部分867与第一部分866相比，缺少换热管束108的支承作用，相对容易受到筒体内部的压力发生形变。因此在本实施例中，中间层802的形状与第二部分867的形状相对应，中间层802设置在第二部分867与辅助板803之间。中间层802能够防止与支撑板801的第二部分867发生形变。

本实施例在一些应用中能够达到与图2A所示的实施例类似的技术效果，同时能够减少中间层802的材料用量。

图9A是本申请中换热器的管板的第三实施例的立体图，图9B是图9A中管板的分解图。与图2A所示的管板类似，所不同的是，图9A-图9B中的管板的具有两个中间层和辅助板。如图9A-图9B所示，管板900包括支撑板901，中间层902、辅助板903、封框904、附加中间层912、附加辅助板913和附加封框904。中间层902设置在支撑板901的第一侧和辅助板903之间，并与支撑板901和辅助板903连接。封框904围绕中间层902的周向方向设置。附加中间层设置在支撑板901的第二侧和附加辅助板913之间，并与支撑板901和附加辅助板913连接。附加封框914围绕附加中间层912的周向方向设置。

与图2A的实施例相比，图9A中的实施例还包括设置在支撑板901的远离筒体101的一侧的附加中间层912和附加辅助板913。附加中间层912和附加辅助板913能够进一步增强管板900的强度。图9A中的管板能够耐受较大的压力，适用于高压换热器。

图10A是本申请中换热器的管板的第三实施例的立体图，图10B是图10A中管板的分解图。与图2A所示的管板类似，所不同的是，封框1004和辅助板1003的形状与图2A所示的实施例不同，中间层1002和辅助板1003设置在筒体的外侧。在图10A所示的实施例中，管板1000包括支撑板1001，中间层1002、辅助板1003和封框1004。中间层1002设置在支撑板1001和辅助板1003之间，并与支撑板1001和辅助板1003连接。封框1004围绕中间层1002的周向方向设置。其中支撑板1001、辅助板1003和封框1004的外轮廓均矩形。中间层1002的外轮廓形状大致为圆形，并与筒体101的形状匹配。在管板1000中，中间层1002与封框1004之间具有间距。从外观上看去，管板1000为整体的平板。在图10A所示的实施例中，换热管束与支撑板1001连接，中间层1002、辅助板1003和封框1004设置在支撑板1001的远离筒体的一侧。换热管束中每个换热管中的流体能够通过相应的换热管孔1008、蜂窝单元和辅助板孔1018与筒体的外部连通。在图10A所示的实施例中，中间层1002和辅助板1003的形状也可以设置为类似于图2A所示的实施例中所示的圆形，中间层1002也可以设置为类似于图8所示的实施例中所示的形状。

在图10A所示的实施例中，与现有技术中较厚的单一材料管板相相比，支撑板1001的厚度较小，从而换热管的有效长度增加。图10A所示的实施例具有与图2A所示的实施例类似的技术效果。

尽管已经结合以上概述的实施例的实例描述了本公开，但是对于本领域中至少具有普通技术的人员而言，各种替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案，无论是已知的或是现在或可以不久预见的，都可能是显而易见的。另外，本说明书中所描述的技术效果和/或技术问题是示例性而不是限制性的；所以本说明书中的披露可能用于解决其他技术问题和具有其他技术效果。因此，如上陈述的本公开的实施例的实例旨在是说明性而不是限制性的。在不背离本公开的精神或范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本公开旨在包括所有已知或较早开发的替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于包括：

筒体(101)，所述筒体(101)具有筒体容腔(105)以及第一轴向端(111)和第二轴向端(112)；

多个换热管(118)，所述多个换热管(118)布置在所述筒体容腔(105)中；

第一管板(103)和第二管板(104)，所述第一管板(103)和第二管板(104)分别与所述筒体(101)的第一轴向端(111)和第二轴向端(112)连接，所述多个换热管(118)中每个换热管的两端分别与所述第一管板(103)和第二管板(104)连接；

其中，所述第一管板(103)和第二管板(104)中的至少一个管板包括支撑板、辅助板，以及设置在所述支撑板和所述辅助板之间的中间层，所述中间层为蜂窝状结构；

所述多个换热管(118)中每个换热管的端部与相应的所述支撑板连接，所述支撑板上设有多个换热管孔(308)，每个换热管孔(308)与所述多个换热管(118)中的相应换热管连通。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述的支撑板及所述的辅助板分别与中间层焊接或粘贴连接。

3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述中间层包括依次排列的多个蜂窝单元(521)，每个蜂窝单元(521)由相应的蜂窝侧壁(528)围成，所述蜂窝侧壁(528)从所述支撑板沿着垂直于所述支撑板的方向朝向所述辅助板延伸，并与所述辅助板连接。

4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述辅助板设置在所述筒体(101)内，所述多个换热管(118)穿过所述辅助板和所述中间层，所述多个换热管(118)中的至少一部分换热管与所述辅助板之间具有间隔，以使得所述筒体(101)内部能够与所述中间层流体连通。

5.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述辅助板与所述中间层位于所述第一管板(103)和第二管板(104)中相应的管板的支撑板的远离所述筒体(101)的一侧。

6.如权利要求4所述的换热器，其特征在于：

所述第一管板(103)和第二管板(104)中的至少一个管板还包括附加辅助板和附加中间层，所述附加辅助板和附加中间层位于相应的支撑板的远离所述筒体(101)的一侧，所述的附加辅助板与所述的中间层焊接连接。

7.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述支撑板包括与所述筒体容腔(105)对应的中心区域(365)，所述中间层与所述中心区域(365)对应。

8.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述支撑板包括与所述筒体容腔(105)对应的中心区域(865)，所述中心区域(865)包括与多个换热管(118)连接的第一部分(866)，以及与多个换热管(118)错开的第二部分(867)，所述中间层与所述第二部分(867)对应。

9.如权利要求3所述的换热器，其特征在于：

每个所述蜂窝单元(521)的横截面的尺寸大于所述多个换热管(118)中每个换热管的尺寸，以使得每个换热管能够穿过相应的蜂窝单元(521)。

10.如权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述第一管板(103)和第二管板(104)中的至少一个管板还包括封框，所述封框设置在所述支撑板和辅助板之间，并围绕所述中间层设置，所述封框能够密封所述支撑板和辅助板之间的间隔。