换热器和用于该换热器的壳体 |
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| 申请号 | CN201410112106.0 | 申请日 | 2014-03-24 | 公开(公告)号 | CN104279889B | 公开(公告)日 | 2017-11-21 |
| 申请人 | 韩华泰科株式会社; | 发明人 | 申东厚; 朴昊列; 朴弘基; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种换热器和用于该换热器的壳体。该换热器包括：壳体，包括多个室，所述多个室中的每个室被设置为彼此平行并具有向外部开口的室入口；多根换 热管 ，容纳在所述多个室中的每个室中，其中，每根换热管包括流入部分、流出部分和连接在流入部分和流出部分之间的中间部分，其中，所述多个室中的一个室的每根换热管被布置为使流入部分彼此对应或使流出部分彼此对应。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种换热器，包括： |
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| 说明书全文 | 换热器和用于该换热器的壳体技术领域[0002] 与示例性实施例一致的设备涉及一种换热器和用于该换热器的壳体，更具体地，涉及一种具有改善的换热性能和紧凑的结构的换热器和用于该换热器壳体。 背景技术[0004] 为了冷却用在流体机械系统（诸如具有多个压缩级的多级压缩机）中的流体，换热器也被设计为具有与各压缩级的数目对应的多个换热室。然而，在现有技术的包括多个换热室的换热器中，每个室具有室壁，相邻的换热室之间的间距很大，因此增大了换热器的整体尺寸。 [0005] 此外，尽管各个换热室均具有高温区和低温区，但是现有技术的换热器是在未考虑换热室的不同区域的热特性的情况下设计的，所以现有技术的换热器在改善换热性能方面存在局限性。 [0006] 现有技术的换热器还被构造为用于换热的换热流体流到换热室所经的通道从换热室突出出来，从而增大了换热器的整体尺寸。此外，由于在未考虑换热器的热特性的情况下在换热器中设置了用于润滑或其他目的的油通过所经的油通道，所以现有技术的换热器在换热性能方面存在局限性。发明内容 [0007] 一个或多个示例性实施例提供了一种适于提供改善的换热性能的换热器和用于该换热器的壳体，所述换热器具有紧凑的结构和减小的整体尺寸。 [0008] 一个或多个示例性实施例提供了一种考虑到换热发生所处的多个室的热特性而设计的换热器和用于该换热器的壳体。 [0009] 另外的方面将在后面的描述中进行一定程度地阐述，且在一定程度上将通过这样的描述而变得清楚，或者可以通过实施示例性实施例而获知。 [0010] 根据示例性实施例的一方面，提供了一种换热器，该换热器包括：壳体，包括多个室，所述多个室中的每个室被设置为彼此平行并具有向外部开口的室入口；多根换热管，容纳在所述多个室中的每个室中，其中，每根换热管包括：流入部分，沿换热室延伸的方向延伸，并允许外部引入的传热流体通过；中间部分，连接到流入部分，并朝向室入口弯曲；流出部分，连接到中间部分，沿室延伸的方向朝向室入口延伸，并将从流入部分和中间部分接收的传热流体排放到外部，其中，所述多个室的换热管被布置为使流入部分彼此对应或使流出部分彼此对应。 [0011] 所述多个室中的一个换热室的每根换热管的流入部分可被布置为关于设置在该一个换热室和所述多个室中的与其相邻的室之间的壁而与该相邻的换热室的每根换热管的流入部分成镜像，所述多个室中的该一个换热室的每根换热管的流出部分可被布置为关于设置在该一个换热室和所述多个室中的与其相邻的室之间的壁而与该相邻的换热室的每根换热管的流出部分成镜像。 [0012] 所述多个室中的每个室可与所述多个室中的与其相邻的室共用单个壁。 [0013] 壳体还可包括：流体入口，每个流体入口被构造为穿透每个室的至少一部分并将换热流体提供到所述多个室中的对应的室；流体出口，每个流体出口被构造为穿透过每个室的至少另一部分并将换热流体从所述多个室中的对应的室排放到外部。 [0014] 所述多个室中的各个室的流体入口和流体出口中的至少一个可包括四边形的截面。 [0015] 所述多个室中的各个室的流体入口和流体出口中的至少一个可包括延伸到所述多个室中的与其相邻的室的延伸部分。 [0016] 壳体还可包括设置在相邻的室之间的油通道。 [0017] 油通到可设置在低温区域处，低温区域可以是流入部分彼此对应所处的区域和流出区域彼此对应所处的区域中的一个区域。 [0018] 油通道可沿所述多个室中的每个室的延伸方向延伸，并可包括用于引入油的油入口和用于排放油的油出口。 [0019] 每根换热管的流入部分和流出部分可被设置为沿与所述多个室的布置方向对应的方向彼此平行，且在相邻的室中布置每根换热管的流入部分和流出部分所沿的方向可交替改变。 [0020] 每根换热管的流入部分和流出部分可对应于与所述多个室的布置方向垂直的方向被设置为彼此分开。 [0021] 根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种换热器的壳体，所述壳体包括多个室，所述多个室中的每个室具有向外部开口的室入口，其中，所述多个室中的每个室与每个室相邻的室共用单个壁，其中，所述多个室沿彼此平行的方向延伸。附图说明 [0022] 通过下面结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其他方面将会变得清楚和更容易理解： [0023] 图1是示出根据示例性实施例的换热器的零部件之间的结合关系的示意性透视图； [0024] 图2是示出根据示例性实施例的图1的换热器中的换热管组件的零部件之间的结合关系的示意性透视图； [0025] 图3是示出根据示例性实施例的图2中的换热管组件的零部件已被组装在一起的状态的后方透视图； [0026] 图4是根据示例性实施例的图3的换热管组件的剖视图； [0027] 图5是沿根据示例性实施例的图1的换热器的V-V线截取的剖视图； [0028] 图6是根据另一示例性实施例的换热器的剖视图； [0029] 图7是根据另一示例性实施例的换热器的平面图； [0030] 图8是根据另一示例性实施例的换热器的平面图； [0031] 图9是根据现有技术的示例的换热器的平面图； [0032] 图10是根据现有技术的图9的换热器的剖视图； [0033] 图11是根据现有技术的另一示例的换热器的剖视图； [0034] 图12是根据另一示例性实施例的换热器的剖视图。 具体实施方式[0035] 现在，将参照附图来详细描述根据示例性实施例的换热器和用于该换热器的壳体，其中，相同的标号自始至终指示相同的元件。关于这一点，示例性实施例可具有不同形式且不应被解释为限于这里阐述的描述。相应地，以下通过参照附图描述的示例性实施例仅仅为了解释本描述的多个方面。当诸如“……中的至少一个”的表述用在一系列元件之前时，其修饰的是该系列的全部元件，并不是修饰该系列中的单个元件。 [0036] 图1是示出根据示例性实施例的换热器1的零部件之间的结合关系的示意性透视图。 [0037] 参照图1，根据示例性实施例的换热器1包括具有多个室13和14的壳体10和容纳在各个室13和14中的换热管21。壳体10容纳用于传热的传热流体流入和排出所通过的换热管组件20，并包括分别从多个室13和14向外开口的多个室入口11和室入口12。壳体10可由具有传热特性的金属制成。 [0038] 室入口11和室入口12不仅用作在换热管组件20被安装到壳体10中时插入换热管组件20的换热管21所通过的通道，也用于支撑换热管组件20的盖41。 [0039] 室13和室14容纳换热管组件20的换热管21并限定换热发生所处的空间。室13和室14分别包括室入口11和室入口12，并被设置为彼此平行，从而向内延伸到壳体10中。 [0040] 虽然根据本示例性实施例的换热器1包括两个室13和14，但室的数量不限于此，并可根据换热器1的应用而变化。 [0041] 壳体10还包括流体入口17a和18a以及流体出口17b和18b，流体入口17a和18a设置在室13和室14的一部分上并穿过该部分以将换热流体提供到室13和室14，流体出口17b和18b设置在室13和室14的另一部分上并穿过该部分以将换热流体排放到外部。通过流体入口17a和18a提供到室13和室14的换热流体与室13和室14内的换热管21接触，以进行换热。 [0042] 当换热器1将通过换热而冷却的换热流体提供到多级压缩机中的每个压缩级时，室13和室14中的每一个可用于冷却被提供到多个压缩级之一的换热流体。例如，如果将气体作为换热流体通过具有四边形截面的流体入口17a提供到一个室13，则可以将在室13内通过换热而冷却的气体通过具有四边形截面的流体出口17b供给到多级压缩机中的一个压缩级中。如果还将作为换热流体的气体通过流体入口18a提供到另一个室14，则可以将在室14内通过换热而冷却的气体通过流体出口18b供给到另一压缩级中。 [0043] 具有四边形截面的流体入口17a和流体出口17b可被设计为分别具有与截面为圆形的流体入口18a和流体出口18b的面积相等的面积。 [0044] 由于一个室13的流体入口17a和另一个室14的流体出口18b被分别设置在室13和室14内并穿透室13和室14，所以流体入口17a和流体出口18b不从壳体10突出到外部。因此，流体入口17a和流体出口18b的这种布置不会时使壳体10的整体尺寸增加，从而实现紧凑的设计。 [0045] 图2是示出图1的换热器1中的换热管组件20的零部件之间的结合关系的示意性透视图。图3是示出根据示例性实施例的图2的换热管组件20的零部件已被组装在一起的状态的后方透视图。图4是根据示例性实施例的图3的换热管组件20的剖视图。 [0046] 参照图2，换热管组件20包括插入到壳体10的室13中的换热管21、设置在壳体10的外部从而支撑换热管21的支撑板42、以及设置在支撑板42的外表面上以限定允许传热流体流入换热管21或流出换热管21的空间的盖41。 [0047] 每根换热管21具有空心的圆柱形形状，从而传热流体能够流入换热管21中，并且每根换热管21均与支撑板42连接。每根换热管21被弯曲成大体U字形的形状，并可由具有传热特性的金属形成。 [0048] 参照图2和图4，盖41包括入口41a和出口42a，其中，传热流体引入到入口41a中，且传热流体从出口42a排放。盖41包括向支撑板42突出的阻挡肋46。支撑板42包括用于容纳阻挡肋46的端部的槽部47。当通过螺栓51连接盖41和支撑板42时，通过盖41和支撑板42之间的区域来限定流入空间43和流出空间44。 [0049] 换热管21包括：流入部分21b，沿壳体10的室13和室14延伸的方向延伸，并允许外部引入的传热流体通过；弯曲部分23，与流入部分21b连接，并向壳体10的室入口11和室入口12弯曲；流出部分22b，与弯曲部分23连接并沿室13和室14延伸的方向朝向室入口11和室入口12延伸。由于如上所述的构造，流入部分21b和流出部分22b被设置为沿室13在壳体10内延伸的方向且被设置为在室13内为彼此平行。 [0050] 换热管21的流入部分21b具有在其端部开口以将传热流体引入流入部分21b中的入口21a，流出部分22b具有在其端部开口以使传热流体从流出部分22b排出的出口22a。 [0051] 换热管21的入口21a和出口22a中的每个分别安装到它们相应的插入孔48和插入孔49中，从而使换热管21分别连接到由盖41和支撑板42形成的流入空间43和流出空间44。 [0052] 上支撑面板29a和下支撑面板29b分别设置在换热管21上方和下方。上支撑面板29a和下支撑面板29b通过支撑柱28彼此结合从而围绕换热管21。此外，垂直面板27设置在上支撑面板29a和下支撑面板29b之间，从而换热管21穿过垂直面板27。垂直面板27支撑换热管21。 [0053] 通过盖41的入口41a引入的传热流体（制冷剂；未显示）通过流入空间43流到换热管21的入口21a。已经通过换热管21的传热流体从换热管21的出口22a排出并通过流出空间44流到盖41的出口42a。 [0054] 图5是根据示例性实施例的沿图1的换热器1的V-V线截取的剖视图。参照图5，相邻的室13和室14共用它们之间的共用壁15。尽管室1具有在其左侧的左壁13a且室14具有在其右侧的右壁14a，但是只有共用壁15设置在室13和室14之间。 [0055] 如上所述，室13和室14形成在壳体10中以在它们之间具有共用壁15。此结构允许相邻的室13和室14之间进行热交换并减小壳体10的整体尺寸。 [0056] 参照图5，换热管21’和换热管21分别设置在相邻的室13和室14中。在考虑了由于换热管21和换热管21’中的热交换导致的热特性的情况下来布置换热管21和换热管21’。换句话说，由于布置在第一室13中的换热管21’的流入部分21b’和流出部分22b’与布置在第二室14中的换热管21的流入部分21b和流出部分22b的方向关于共用壁15成镜像布置，所以如图5所示，换热管21’和21中的流入部分21b’和21b在相邻的室13和室14中彼此面对。即，在第一室13中的换热管21’的流入部分21b’和流出部分22b’的方位相对于第二室14中的换热管21的流入部分21b和流出部分22b交换地改变了。 [0057] 更具体地讲，在设置在室14中的换热管21中，外部引入的传热流体穿过设置在室14的左部空间14c中的流入部分21b以进行换热，然后通过室14的右部空间14h中的流出部分22b排出。 [0058] 由于在传热流体从室14内的左部空间14c通过时换热在室14内的左部空间14c开始，所以当传热流体为低温的冷却剂时，左部空间14c与右部空间14h相比形成低温区域。另一方面，由于传热流体在热交换发生达一定程度之后经过室14中的右部空间14h，所以右部空间14h形成高温区域。 [0059] 同时，在设置在室13中的换热管21’中，外部引入的传热流体经过设置在室13的右部空间13c中的流入部分21b’以进行换热，然后通过室13的左部空间13h中的流出部分22b’排出。 [0060] 由于在传热流体经过室13内的右部空间13c时换热在室13内的右部空间13c处开始，所以当传热流体为低温的冷却剂时，右部空间13c与左部空间13h相比形成低温区域。另一方面，由于传热流体在热交换发生达一定程度之后经过室13中的左部空间13h，所以左部空间13h形成高温区域。 [0061] 根据室13和室14以及换热管21’和换热管21的以上布置，作为室13的低温区域的右部空间13c和作为室14的低温区域的左部空间14c被设置为彼此相邻并在它们之间具有共用壁15。即，从第一室13的左壁13a到第二室14的右壁14a，壳体10具有第一高温区域、第一低温区域、第二低温区域和第二高温区域。 [0062] 由于此结构，换热器1的壳体10中的室13和室14被构造为第一低温区域和第二低温区域（与右部空间13c和左部空间14c对应）聚集地位于室13和室14的整体构造的中心部分。室13和室14的第一低温区域和第二低温区域被布置为彼此相邻地设置并在它们之间具有共用壁15，从而增强换热器的换热特性。 [0063] 虽然换热管21’和21布置在室13和室14中从而使流入部分21b’和21b关于共用壁15彼此以镜像布置并且被设置为与流出部分22b’和22b相比更靠近共用壁15，但示例性实施例不限于此。即，流出部分22b和22b’可彼此镜像布置并被设置为比流入部分21b和21b’更靠近共用壁15，从而使高温区域（与右部空间14h和左部空间13h对应）彼此面对。 [0064] 参照图1和图5，第一室13的流体出口17b可向着与第一室13相邻的第二室14延伸，同时，第二室14的流体入口18a可向着第一室13延伸。如图5所示，流体出口17b包括作为共用壁15的一部分的延伸部分17b_1，其中，延伸部分17b_1向另一室14弯曲。由于流体出口17b的所述构造，使得可以在不增大壳体10的整体尺寸的情况下提供流量足够的传热流体。 类似地，第二室14的流体入口18a可向第一室13延伸。由于流体入口18a的所述构造，使得也可以在不增大壳体10的整体尺寸的情况下提供流量足够的传热流体。 [0065] 参照图1和图5，壳体10还包括设置在流入部分21b和21b’彼此面对所处的部分（即，低温区域所处的部分）上的油通道19。 [0066] 油通道19沿室13和室14延伸所沿的方向延伸，并包括用于引入油的油入口19a、用于排出油的油出口19c和用于连接油入口19a和油出口19c的路径19b。 [0067] 参照图1，根据示例性实施例，油通道19沿室13和室14之间的低温区域略微倾斜地延伸。然而，示例性实施例不限于此，油通道19可被设置为与室13和室14的延伸方向平行。 [0068] 由于油通道19的上述布置，随着油通过壳体10的油通道19，油流过壳体10的低温区域之间，从而使油冷却的效果最大化。 [0069] 例如，壳体10中的油通道19、室13和室14、流体入口17a和18a以及流体出口17b和18b可在单个铸造工艺中制造。在此情况下，不必与壳体10分开地制造油通道19并将油通道 19附至壳体10。此外，可实现利用壳体10冷却油的效果。 [0070] 图6是根据另一示例性实施例的换热器20的剖视图。 [0071] 参照图6，在根据本示例性实施例的换热器20中，壳体210包括三（3）个室113、114和115。第一室113与第二室114共用一个壁113a，第二室114与第三室115共用一个壁113b。因此，可使壳体210的整体大小最小化。 [0072] 换热管120’’、120’和120分别设置在三个室113、114和115中。换热管120’’和120’被布置为流出部分122b’’和122b’彼此面对，而换热管120’和120被布置为流入部分121b’和121b彼此面对。为形成这样的结构，交替地改变在三个室113、114和115中换热管120’’、120’和120所布置的方向。 [0073] 当传热流体为低温冷却剂时，在其中具有流入部分121b’’的第一室113的左侧的区域为低温区域113c，而在其中具有流出部分122b’’的右侧的区域为高温区域113h。类似地，在第二室114中，在其中具有流入部分121b’的右侧的区域为低温区域114c，在其中具有流出部分122b’的左侧的区域为高温区域114h。另外，在第三室115中，在其中具有流入部分121b的左侧的区域为低温区域115c，在其中具有流出部分122b的右侧的区域为高温区域 115h。 [0074] 由于换热管120’’、120’和120的上述布置，在相邻的第一室113和第二室114之间高温区域113h和114h被定位为彼此相对。在相邻的第二室114和第三室115之间低温区域114c和115c被定位为彼此相对。因此，可显著地增加换热器20的整体换热性能。 [0075] 壳体210还包括油通道119，其中，油经过油通道119。因为油通道119沿低温区域114c和115c延伸，所以可以实现油冷却效果。 [0076] 图7是根据另一示例性实施例的换热器30的平面图。 [0077] 参照图7，在根据本示例性实施例的换热器30中，壳体310包括第一室313至第三室315。第一室313与第二室314共用厚度为H2的单个壁313a。第二室314还与第三室315共用厚度为H3的单个壁314a。 [0078] 由于三个相邻的室313、314、315彼此共用壁313a和314a的所述结构，壳体310的总体尺寸H1可以被最小化。此外，该结构可以在三个相邻的室313、314、315之间通过在它们之间的壁313a和314a实现换热效果，因而增强换热器30的整体换热性能。 [0079] 图8是根据另一示例性实施例的换热器40的平面图。 [0080] 参照图8，在根据本示例性实施例的换热器40中，壳体410包括三个室413、414和415。第一室413与第二室414共用具有厚度为T3的单个壁413a。第二室414还与第三室415共用具有厚度为T2的单个壁414a。 [0081] 三个室413、414和415分别包括用于将换热流体提供到室413、414和415的流体入口417a、418a和419a。三个室413、414和415还分别包括用于将换热流体排放到外部的流体出口417b、418b和419b。油通道420被设置为沿相邻的第一室413和第二室414之间的低温区域，从而与第一室413和第二室414延伸的方向平行延伸。 [0082] 流体入口417a和流体出口419b分别设置在第一室413和第三室415内并穿透第一室413和第三室415。因此，流体入口417a和流体出口419b可在不从壳体410突出出来的情况下提供流量充足的换热流体。 [0083] 由于上述结构，壳体410的总长T1可被最小化，因此实现壳体410和换热器40的紧凑设计。 [0084] 图9是根据现有技术的示例的换热器的平面图，图10是根据现有技术的图9的换热器的剖视图。 [0085] 图9和图10示出了为了与根据示例性实施例的换热器进行对比而制造的换热器500。参照图9和图10，在换热器500的壳体510中，第一室513具有厚度为H5的壁，第二室514具有厚度为H6的壁。第一室513和第二室514彼此分开距离H7。 [0086] 第二室514还具有厚度为H8的壁，第三室515具有厚度为H9的壁。第二室514和第三室515彼此分开距离H10。 [0087] 此外，由于第一室513的流体入口517a和第三室515的流体入口519a的一部分从壳体510向外突出出来，所以壳体510的整体大小H4会增大。 [0088] 图11是根据现有技术的另一示例的换热器的剖视图。 [0089] 参照图11，换热器600的壳体610包括彼此相邻的两个室613和614。为了将在右边的室614的流体入口614a的大小增大V1，在左边的室613的壁613b必须与室614的壁614b隔开很大的距离Q。这样的结构会阻碍室613和614之间的换热。 [0090] 图12是根据另一示例性实施例的换热器70的剖视图。 [0091] 参照图12，在根据本示例性实施例的换热器70中，壳体710包括三个室713、714和715。第一室713与第二室714共用单个壁713a，第二室714和第三室715共用单个壁714b。这样，壳体710的整体大小可被最小化。 [0092] 换热管720’’、720’和720分别设置在三个室713、714和71中。换热管720’’、720’和720被布置为在第一室713和第二室714之间使流出部分722b’’和722b’彼此面对，并且在第二室714和第三室715之间使流出部分722b’和722b彼此面对。换热管720’’、720’和720还被布置为在第一室713和第二室714之间使流入部分721b’’和721b’彼此面对，并且在第二室 714和第三室715之间使流入部分721b’和721b彼此面对。 [0093] 为了形成上述结构，在与布置第一室713、第二室714、第三室715所沿的水平方向交叉的垂直方向上，流出部分722b’’、722b’和722b分别与流入部分721b’’、721b’和721b分开。在相邻的室713至715中换热管720’’、720’和720所布置的方向保持不变。 [0094] 当传热流体是低温冷却剂时，第一室713至第三室715中的流入部分721b’’、721b’和721b彼此面对所处的下部区域是低温区域713c、714c和715c。流出部分722b’’、722’和722b彼此面对所处的上部区域是高温区域713h、714h和715h。 [0095] 由于换热管720’’、720’和720的上述布置，在第一室713、第二室714、第三室715中，低温区域713c、714c和715c彼此相对，高温区域713h、714h和715h彼此相对，因而显著地改善了换热器的整体换热性能。 [0096] 应该理解的是，在此描述的示例性实施例被认为是仅为描述性的而非出于限制的目的。虽然已经参照附图描述了本发明的一个或多个实施例，但是本领域普通技术人员应该理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行各种形式和细节方面的改变。 |
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