本实用新型涉及换热技术领域，更具体地说，涉及一种卧式管壳式冷凝器及换热系统。
背景技术：
热泵系统和制冷系统可以统称为换热系统，热泵系统以及制冷系统实质上是一个系统，当需要利用系统中的热量时整个系统被称为热泵系统，当需要利用系统中的冷量时，整个系统又被称为制冷系统。
以制冷系统为例进行说明，制冷系统是一个封入了制冷剂的密闭系统，其通常包括从被冷却介质获取热量而使制冷剂蒸发的蒸发器，对由上述蒸发器蒸发的制冷剂蒸汽进行压缩而使其成为高压的制冷剂蒸汽的压缩机，向冷却介质释放热量而使制冷剂冷凝的冷凝器，对上述冷凝器冷凝后的制冷剂进行减压而使其膨胀的膨胀机构以及连接上述各部件的配管。
，卧式管壳式冷凝器是指换热器的轴线与水平面平行的换热器，传统的管壳式冷凝器通常包括壳体、设置在壳体内的传热管组以及设置在壳体两端的换热介质室，传热管组内流通有换热介质，壳体与传热管组的间隙以及相邻两根传热管之间的间隙供制冷剂流动，在管壳式冷凝器中，换热介质从一侧管板开始到另一侧的管板为止所形成的沿着壳体轴线方向的流路称为一个流程，若换热介质从进入到流出管壳式冷凝器需要在壳体的两端反复流动几个流程，则这几个流程的数量总和即称之为管壳式冷凝器的流程数。
换热器内换热介质的进出口温差与流程数的多少相关，例如以标准温差(换热介质在入口与出口的温度差为5℃)设计的换热器中，流程数为两条或者三条；而若需要大温差的冷凝器，则流程数就需要采用四条、五条甚至六条。
在图1至图4中，壳体01内的标号代表流程数，图1至图4分别为两流程、三流程、四流程和六流程的管壳式冷凝器的横截面示意图；目前冷凝器不同流程数的实现方式主要是变更壳体01内传热管组的排列，这导致产品的规格众多，不利于配件采购和生产过程中的生产资料管理，难以实现标准化生产，管理成本和生产成本居高不下。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种卧式管壳式冷凝器，以便在不改变壳体内换热管组布局的前提下，通过变更换热介质室内的隔板布置方式，达到变更管壳式冷凝器内流程数的目的，进而为实现标准化生产提供便利，降低管理和生产成本。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种卧式管壳式冷凝器，包括壳体和内置在所述壳体中并沿所述壳体轴向延伸的传热管，所述传热管在所述壳体内形成多个传热管组，任意相邻两个传热管组之间均具有分组间隙，所述壳体的两端分别设置有管板，换热介质室隔着所述管板配置于所述传热管组的两端，且至少一个所述换热介质室的内表面还设置有隔板，所述隔板嵌入所述分组间隙内后将所述传热管组分隔为所需的流程数。
优选地，所述分组间隙包括层间间隙和同层间隙，所述层间间隙为过壳体轴线并延伸至壳体端部的水平间隙，所述层间间隙将所述传热管组区分为上层传热管组和下层传热管组；所述上层传热管组和所述下层传热管组中相邻的两个所述传热管组之间具有所述同层间隙，所述同层间隙与竖直面之间的夹角为α，其中，0°≤α≤60°。
优选地，所述层间间隙的宽度为h1，所述同层间隙的宽度为h2，所述传热管的直径为d，其中，0＜h1≤2d，0＜h2≤2d。
优选地，所述传热管组为10～12个。
优选地，所述壳体为圆筒状，所述上层传热管组和所述下层传热管组关于所述壳体的中心线呈中心对称的形式分布。
优选地，所述上层传热管组和所述下层传热管组均包括5个所述传热管组，这5个所述传热管组中的一个所述换热管组为大管组，另外四个所述换热管组均为小管组，所述大管组与所述小管组中传热管的数量之比为1.5～2.5。
优选地，所述大管组呈梯形或三角形，所述小管组呈梯形或三角形。
优选地，所述上层传热管组和所述下层传热管组均包括6个所述传热管组，且其中一个所述传热管组中的传热管的数量为n，其余所述传热管组中的传热管的数量均为0.75n～1.25n。
优选地，所述壳体的顶部设置有制冷剂入口，所述壳体的底部设置有制冷剂出口。
本实用新型中所公开换热系统中，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、含膨胀机构的冷媒循环管路，并且所述冷凝器和所述蒸发器中至少一者为上述管壳式冷凝器。
本实用新型中所公开的卧式管壳式冷凝器预先使传热管分为多个传热管组，并布置于壳体内，壳体的两端设置有管板，换热介质室隔着管板配置在传热管组的两端，在换热介质室的内表面设置隔板，并使隔板嵌入到分组间隙内，两端的隔板相互配合即可将传热管组分隔为所需的流程数。
由此可见，本实用新型中所公开的卧式管壳式冷凝器，其壳体和内置在壳体中的传热管组是固定不变的，仅通过更改配置在传热管组两端的换热介质室上的隔板即可将传热管组分隔为多种不同的组合，从而兼顾管壳式冷凝器多种不同流程数的需求。由于壳体和内置在壳体中的传热管组是固定不变的，因此有效减少了产品的规格和种类，降低了管理难度和成本，同时该种管壳式冷凝器有利于大规模标准化生产，因而也就降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中两流程的卧式管壳式冷凝器的内部结构示意图；
图2为现有技术中三流程的卧式管壳式冷凝器的内部结构示意图；
图3为现有技术中四流程的卧式管壳式冷凝器的内部结构示意图；
图4为现有技术中六流程的卧式管壳式冷凝器的内部结构示意图；
图5为本实用新型实施例所公开的卧式管壳式冷凝器的纵剖示意图；
图6为本实用新型实施例中层间间隙和同层间隙的形成示意图；
图7为图6中的层间间隙和同层间隙缩小后的结构示意图；
图8为本实用新型实施例所公开的卧式管壳式冷凝器中传热管组在壳体内的分布示意图；
图9为从图5右侧观察两流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图10为从图5左侧观察两流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图11为从图5右侧观察三流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图12为从图5左侧观察三流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图13为从图5右侧观察四流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图14为从图5左侧观察四流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图15为从图5右侧观察五流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图16为从图5左侧观察五流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图17为从图5右侧观察六流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图18为从图5左侧观察六流程卧式管壳式冷凝器时的隔板分布示意图；
图19为本实用新型实施例所公开的卧式管壳式冷凝器中传热管组在壳体内的一种分布形状示意图；
图20为本实用新型实施例所公开的卧式管壳式冷凝器中传热管组在壳体内的另一种分布形状示意图；
图21为本实用新型实施例所公开的卧式管壳式冷凝器中传热管组在壳体内的再一种分布形状示意图；
图22为本实用新型实施例所公开的卧式管壳式冷凝器中传热管组在壳体内的又一种分布形状示意图；
图23为本实用新型实施例所公开的卧式管壳式冷凝器中传热管组在壳体内的第五种分布形状示意图；
图24为本实用新型一种实施例中所公开的换热系统的结构示意图；
图25为本实用新型另一种实施例中所公开的换热系统的结构示意图。
其中，
1为壳体，2为制冷剂出口，3为换热介质室，4为管板，5为传热管，6为支撑板，7为隔板，8为制冷剂入口，9为压缩机，10为含膨胀机构的冷媒循环管路，11为冷凝器，12为蒸发器，13为经济器，31为换热介质入口，32为换热介质出口。
具体实施方式
本实用新型的核心之一在于提供一种卧式管壳式冷凝器，以便在不改变壳体内换热管组布局的前提下，通过变更换热介质室内的隔板布置方式，达到变更管壳式冷凝器内流程数的目的，进而为实现标准化生产提供便利，降低管理和生产成本。
本实用新型的另一核心在于提供一种采用上述卧式管壳式冷凝器的换热系统。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请首先参考图5，本实用新型中所公开的卧式管壳式冷凝器，包括壳体1和内置在壳体1中的传热管5，传热管5沿壳体1的轴线延伸，请结合图8进行理解，传热管5在壳体1内形成了多个传热管组，任意相邻的两个传热管组之间均具有分组间隙，为了保证传热管的稳定性，壳体1内部还设置有用于稳定传热管的支撑板6，壳体1的两端分别设置有管板4，换热介质室3通过管板4固定连接在壳体1的两端，并且换热介质室3隔着管板4与传热管组的两端配合连接，至少一个换热介质室3的内表面上设置有隔板7，隔板7嵌入到分组间隙内后将传热管组重新分隔，两端的换热介质室3上的隔板7相配合就可以将传热管组分隔为所需要的流程数。
可以看出，上述实施例中所公开的卧式管壳式冷凝器，其壳体1和内置在壳体1中的传热管组是固定不变的，仅通过更改配置在传热管组两端的换热介质室3上的隔板7即可将传热管组分隔为多种不同的组合，从而兼顾管壳式冷凝器多种不同流程数的需求。由于壳体1和内置在壳体1中的传热管组是固定不变的，因此有效减少了产品的规格和种类，降低了管理难度和成本，同时该种卧式管壳式冷凝器有利于大规模标准化生产，因而也就降低了生产成本。
本实用新型实施例中所公开的卧式管壳式冷凝器中，相邻两个传热管组之间的分组间隙具体包括层间间隙和同层间隙，请参考图6和图8，层间间隙是过壳体1的轴线并延伸至壳体1端部的水平间隙，该层间间隙将传热管组区分为上层传热管组和下层传热管组，无论是上层传热管组中相邻的两个传热管组之间，还是在下层传热管组相邻的两个传热管组之间均具有上述同层间隙，同层间隙与竖直面之间具有夹角α，并且0°≤α≤60°，在上层传热管组和下层传热管组中，可以有一部分同层间隙与竖直面之间的夹角为0°，而另外一分部同层间隙与竖直面之间具有不大于60°的夹角，更为优选的方式为：任意一同层间隙与竖直面之间均具有不大于60°的夹角，α的数值可在0°～60°的范围内选取，例如30°、45°和60°均可。
该种倾斜的同层间隙至少具有以下优点：进入壳体1内的冷媒气体将沿着层间间隙快速流动，冷媒气体流的流向与竖直方向也存在上述夹角α，凝结在传热管上的冷媒液体将在冷媒气体的带动下向斜下方滴落，这一方面加速了液滴下落，另一方面解决了冷媒液体始终沿竖直方向下落而造成的下层传热液膜厚度增加换热效率较低的问题；同时，该种倾斜的同层间隙配合层间间隙还使得冷媒气体更加容易进入到传热管组内部，从而有效利用各个传热管的表面积，进一步提升冷凝器的换热效率。
请参考图6，本实用新型实施例中层间间隙的形成是通过去除水平方向的一排传热管后实现的，同层间隙是通过去除与竖直面具有一定夹角的倾斜方向上的一排传热管后实现的；当然，层间间隙和同层间隙的大小还可以调整，例如图7中就对层间间隙和同层间隙进行了适当缩小，从图7中可以看出，层间间隙和同层间隙均小于传热管的直径。当然，同层间隙和层间间隙还可以适当扩大，但是这会占用传热管的排布空间，不利于传热管数量的增加；同时，该种层间间隙和同层间隙的形成方式还尽量减少了传热管的去除数量，保证了管壳式冷凝器的整体换热效率。
请参考图8，图8中所示的卧式管壳式冷凝器的传热管组供包括10个，其中分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j，每一个字母代表一个传热管组，层间间隙的宽度为h1，同层间隙的宽度为h2，传热管的直径为d，0＜h1≤2d，0＜h2≤2d，层间间隙和同层间隙的宽度可以相等也可以不等。
图8中的g1代表同层间隙，g2代表层间间隙，g1和g2分别是从交错配置的传热管的水平及倾斜方向去除一列传热管后形成的，g1和g2共将壳体1内的传热管分成为10个传热管组，其中上层有五个传热管组，下层有5个传热管组，在圆筒状的壳体1中，上层传热管组和下层传热管组关于壳体1的中心线呈中心对称的形式分布，从图8中可以看出，传热管组e、j呈梯形或者大致呈梯形，其他传热管组的形状为三角形或者大致为三角形，为了保证不同流程数的情况下，每个流程内的传热管的数量相同或相近，将传热管组e、j设计为大管组，其余的传热管组均为小管组，各个大管组的传热管数量彼此相等，各个小管组的传热管数量彼此相等，并且一个大管组和一个小管组中传热管的数量之比为1.5～2.5(包括端点值)，作为优选的方式，大管组和小管组中传热管的数量之比为2，图8中的n表示传热管数量。
当然，各个大管组的传热管数量也可以彼此大致相等，例如其中一个大管组的传热管数量为2n，另一个大管组的传热管的数量为1.5n～2.5n；各个小管组的传热管的数量也可以彼此大致相等，例如其中一个小管组的数量为n，则其余小管组中传热管的数量为0.75n～1.25n。
结合图5，制冷剂从壳体1的上部的制冷剂入口8流入，从壳体1的下部的制冷剂出口2流出，换热介质从换热介质室3底部的换热介质入口31流入，从换热介质室3顶部的换热介质出口32流出，从而实现制冷剂和换热介质的逆向流动，一种情况下，换热介质可以为水，换热介质室3隔着管板4配置在上述传热管组的两端，然后在换热介质室3的内表面上设置隔板7，通过变更隔板7的位置和布置方式，实现卧式管壳式冷凝器流程数的切换，接下来，以图5中的传热管组的分别形式为例来对不同流程数的切换方法进行说明：
图9和图10中表示流程数为2时，传热管组与隔板7的位置关系图，如图9中所示，该方向上的隔板7位于上层传热管组f、g、h、i、j与下层传热管组a、b、c、d、e之间的层间间隙g2内，如图10中所示，该方向不设置隔板7，传热管组a、b、c、d、e组成第1流程，传热管组f、g、h、i、j组成第2流程。
图11和图12表示流程数为3时，传热管组与隔板7的位置关系图，如图11中所示，该方向的隔板7位于传热管组d与传热管组e之间的同层间隙g1，和上层传热管组h、i、j与下层传热管组a、b、c、d之间的层间空隙g2中，并且隔板7延伸至壳体1的内壁；如图12中所示，该方向的隔板7位于传热管组g与传热管组h之间的同层间隙g1，和上层传热管组h、i、j与下层传热管组a、b、c、d、e之间的层间间隙g2中，并且隔板7延伸至壳体1的内壁。传热管组a、b、c、d组成第1流程，传热管组e、f、g组成第2流程，传热管组h、i、j组成第3流程。
图13和图14表示流程数为4时，传热管组与隔板7的位置关系图，如图13中所示，该方向的隔板7位于传热管组j与传热管组h之间的同层间隙g1、传热管组c与传热管组d之间的同层间隙g1和上层传热管组h、i、j与下层传热管组a、b、c之间的层间间隙g2中，并且隔板7延伸至壳体1的内壁；如图14所示，该方向的隔板7位于上层传热管组f、g、h、i、j与下层传热管组a、b、c、d、e之间的层间间隙g2内。传热管组a、b、c组成第1流程，传热管组d、e组成第2流程，传热管组f、g、h组成第3流程，传热管组i、j组成第4流程。
图15和图16表示流程数为5时，传热管组与隔板7的位置关系图，如图15中所示，该方向的隔板7位于传热管组g与传热管组h之间的同层间隙g1、传热管组c与传热管组d之间的同层间隙g1、上层传热管组h、i、j与下层传热管组a、b、c、d、e之间的层间间隙g2中，并且隔板7延伸至壳体1的内壁；如图16所示，该方向的隔板7位于传热管组i与传热管组j之间的同层间隙g1、上层传热管组f、g、h、i、j与下层传热管组a、b、c、d、e之间的层间间隙g2中，并且隔板7延伸至壳体1的内壁。传热管组a、b、c组成第1流程，传热管组d、e组成第2流程，传热管组f、g组成第3流程，传热管组h、i组成第4流程，传热管组j组成第5流程。不同于其他几种流程数情况下，各流程内传热管数相同或相近，流程数为5时，第1流程、第2流程、第3流程、第4流程和第5流程的传热管数比为3:3:2:2:2(或接近该比值)。第1流程和第2流程换热介质温度和制冷剂温差大，换热良好，传热管数多，虽然使传热管内流速降低，管内传热系数减小也没有问题。后续流程，换热介质温度接近制冷剂温度，传热温差减小，传热管数少，可以使管内流速提高，从而提高管内传热系数，有利于提高冷凝器整体的传热效果。
图17和图18表示流程数为6时，传热管组与隔板7的位置关系图，如图17中所示，该方向的隔板7位于传热管组j与传热管组i之间的同层间隙g1、传热管组b与传热管组c之间的同层间隙g1、上层传热管组f、g、h、i、j与下层传热管组a、b、c、d、e之间的层间间隙g2中，所述隔板7延伸至所述壳体1的内壁；如图18所示，该方向的隔板7位于传热管组d与传热管组e之间的同层间隙g1、传热管组g与传热管组h之间的同层间隙g1、上层传热管组h、i、j与下层传热管组a、b、c、d、e之间的层间间隙g2中，所述隔板7延伸至所述壳体1的内壁。传热管组a、b组成第1流程，传热管组c、d组成第2流程，传热管组e组成第3流程，传热管组f、g组成第4流程，传热管组h、i组成第5流程，传热管组j组成第6流程。
从上述实施例中的介绍可以看出，仅通过改变两端换热介质室3内的隔板7的布置位置，就可以兼顾2条至6条流程数的管壳式冷凝器，当然，针对每一种流程数除了采用图9至图18中的隔板7布置方式外，本领域技术人员还可以采用其他隔板7的布置形式。
请参考图19至图22，其示出了传热管组为10个时，不同形状的传热管组的分布位置关系示意图，其中图20至图22中传热管组e、j均呈梯形或者大致呈梯形(也可呈三角形)，其余传热管组均呈三角形或者大致呈三角形(也可呈梯形)；图23是在图19的基础上衍生的一种排布方式，将传热管组e拆分为e-1、e-2，将传热管组j拆分为j-1、j-2，也可以达到同样的效果，图23中所公开的管壳式冷凝器中，内置在壳体1中的传热管组还可以为12个，上层传热管组和下层传热管组均包括6个传热管组，每一个传热管组中的传热管的数量相等或者大致相等，例如其中一个传热管组中的传热管的数量为n，其余传热管组中的传热管的数量均为0.75n～1.25n。各个传热管组的形状可以为梯形或三角形。
虽然本实用新型实施例中以传热管组为10和12个的情况进行了举例说明，但是本领域技术人员应当理解，传热管的数量也可以为其他数量，例如8个、11个等，只要任意相邻两个传热管组之间设置有供隔板嵌入的分组间隙，并能够被隔板分隔为所需的流程数即可。
除此之外，本实用新型中还公开了一种换热系统，该种换热系统尤其是指热泵系统，其包括压缩机9、冷凝器11、蒸发器12、含膨胀机构的冷媒循环管路10，如图24中所示，图24中的箭头代表制冷剂流向，压缩机9优选采用离心压缩机，该换热系统中的冷凝器11为上述实施例中所公开的管壳式冷凝器。
由于采用了上述卧式管壳式冷凝器，因此该换热系统兼具上述卧式管壳式冷凝器相应的技术优点，本文中对此不再进行赘述。
为了进一步优化上述换热系统，还可以在上述实施例的基础上增加经济器13，如图25中所示，图25中的箭头代表制冷剂流向，对一次膨胀后的制冷剂先进行闪蒸作用，随后制冷剂蒸汽进入压缩机，其余制冷剂实现制冷剂的二次膨胀，从而提高换热效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种卧式管壳式冷凝器，包括壳体(1)和内置在所述壳体(1)中并沿所述壳体(1)轴向延伸的传热管(5)，其特征在于，所述传热管(5)在所述壳体(1)内形成多个传热管组，任意相邻两个传热管组之间均具有分组间隙，所述壳体(1)的两端分别设置有管板(4)，换热介质室(3)隔着所述管板(4)配置于所述传热管组的两端，且至少一个所述换热介质室(3)的内表面还设置有隔板(7)，所述隔板(7)嵌入所述分组间隙内后将所述传热管组分隔为所需的流程数。
2.如权利要求1所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述分组间隙包括层间间隙和同层间隙，所述层间间隙为过壳体(1)轴线并延伸至壳体(1)端部的水平间隙，所述层间间隙将所述传热管组区分为上层传热管组和下层传热管组；所述上层传热管组和所述下层传热管组中相邻的两个所述传热管组之间具有所述同层间隙，所述同层间隙与竖直面之间的夹角为α，其中，0°≤α≤60°。
3.如权利要求2所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述层间间隙的宽度为h1，所述同层间隙的宽度为h2，所述传热管的直径为d，其中，0＜h1≤2d，0＜h2≤2d。
4.如权利要求2所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述传热管组为10～12个。
5.如权利要求2所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述壳体(1)为圆筒状，所述上层传热管组和所述下层传热管组关于所述壳体(1)的中心线呈中心对称的形式分布。
6.如权利要求5所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述上层传热管组和所述下层传热管组均包括5个所述传热管组，这5个所述传热管组中的一个所述换热管组为大管组，另外四个所述换热管组均为小管组，所述大管组与所述小管组中传热管的数量之比为1.5～2.5。
7.如权利要求6所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述大管组呈梯形或三角形，所述小管组呈梯形或三角形。
8.如权利要求5所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述上层传热管组和所述下层传热管组均包括6个所述传热管组，且其中一个所述传热管组中的传热管的数量为n，其余所述传热管组中的传热管的数量均为0.75n～1.25n。
9.如权利要求1-8任意一项所述的卧式管壳式冷凝器，其特征在于，所述壳体(1)的顶部设置有制冷剂入口(8)，所述壳体(1)的底部设置有制冷剂出口(2)。
10.一种换热系统，包括压缩机(9)、冷凝器(11)、蒸发器(12)、含膨胀机构的冷媒循环管路(10)，其特征在于，所述冷凝器(11)为如权利要求1-8任意一项所述的卧式管壳式冷凝器。
技术总结