本发明涉及换热器领域，尤其涉及一种壳管式换热器。
背景技术：
壳管换热器是由一组管束或盘管装在一壳体内构成的换热器。传递热量的两种介质，一种在管内，另一种在管外壳体内，通过管壁进行热量传递，一般为卧式。主要用于空调热泵行业的主机设备，可为蒸发器，也可作为冷凝器使用。其换热介质一般为水和冷媒介质(制冷剂)。相对其他形式换热器(套管换热器、板式换热器、高效罐换热器等)，壳管换热器水阻力和冷媒介质阻力小，且价格优势明显，广泛运用于水冷螺杆机组、水源热泵机组、水冷柜机、工业用冷水机组、户用别墅机组、模块机组等。
现有技术中的壳管换热器是如图1中所示的结构，壳管换热器壳体包括圆柱形筒体1，以及密封连接于筒体1端部上的端板2。如图中所示，圆柱形筒体1的开口边缘上均设有法兰盘11，端板通过多组螺栓连接在圆柱形筒体1的法兰盘11上，且法兰盘11与端板2之间设有密封垫圈12，用以保证端板与法兰盘11对接处的密封性。另外，壳管换热器壳体内设置有管程组件，管程组件中的管程支架端部固定在端板上，换热铜管安装在管程支架上。采用上述端板与筒体1的连接结构，可用于对于换热器内部零件检修和更换；但是也相应的导致了其连接结构复杂，连接零部件繁多且连接处密封性无法长期保证的问题。
另外如图1所示，这类卧式壳管换热器需要在圆柱形筒体1的外壁上焊接有两个支脚13，从而能够将换热器壳体放置于支撑面上；该支脚焊接安装也相对较为麻烦。
最后，目前换热器多数采用多流程换热器的形式，原因在于，如果采用单流程，此时随着管线的延长，沿着管线方向的压降升高，进而换热效率降低，故此现有技术中为了以降低制冷剂在换热管中流动的沿程压降，多采多流程换热器，以此提高空调能效。多流程换热器上需要设置分配器5将介质均匀的分配到各个换热管中，以及收集器6将各个换热管中的介质收集送出。现有的收集器6和分配器5多采用一体成型机加工的方式制造，加工难度较大；且目前的收集器6和分配器5多采用紫铜或黄铜材料制成，制造成本较高。
在此基础上，现有收集器6和分配器5的安装方式是通过螺固部件64拧紧固定在端板2上；具体如图1中所示，端板2上连接有分配器5和收集器6，分配器5和收集器6采用螺固部件64拧紧固定在端板2上，此处附图中结构没有细化但具体可参考公告号为“cn203731927u”的中国实用新型专利文本中记载的《一种适用于壳管式换热器的收集器固定结构》。此方案结构复杂，零部件较多且存在着密封泄漏的风险。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种壳管式换热器，该壳管式换热器具有简化结构、便于加工、降低成本和保证密封性的优势。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
壳管式换热器，包括换热器壳体，以及设置在换热器壳体内腔中的管程组件；所述管程组件包括管束支架，以及设置在管束支架上的铜管，以及与铜管端部分别连接的分配器和收集器；所述换热器壳体上设有与其内腔相通的进液口和出液口；所述换热器壳体包括筒体，以及密封焊接在筒体两端部的开口边缘上的端板。
本发明采用上述技术方案，该技术方案涉及壳管式换热器，包括换热器壳体及其内部的管程组件；其中的换热器壳体包括筒体和端板，而此处的端板是通过焊接方式密封连接在筒体端部上。相比于现有结构，该方案至少具有以下几方面的优势：
1，该方案取消了筒体端部的法兰盘，简化筒体制作难度。尤其是现有技术中在筒体端部焊接法兰盘，需要保证法兰盘一定的厚度和连接强度，以及要求法兰盘连接面平整，否则无法保证其密封性。
2，该方案取消端板上的连接孔，简化端板结构，可适当的减小端板厚度和径向尺寸，降低成本。
3，取消装配用螺栓、垫圈等多个连接部件，连接结构简化，加工方便。
4，保证筒体端部与端板的密封性，不存在泄漏的问题。
作为优选，所述端板是由板材冲压成型或切割成型；所述端板焊接在筒体的开口边缘上。如上所述，采用焊接方式可简化端板结构；在此基础上，本方案进一步对于端板的成型方式进行限定，该端板具体可采用板材冲压成型或切割成型的方式制造而成，板材冲压成型的端板一般呈内凹状，其边缘设有沿边；切割成型的端板一般呈平板状。
作为优选，所述端板边缘设置有沿边；端板的沿边套设在筒体的端部外壁上且沿边内侧壁与筒体的外壁焊接固定；或者是端板的沿边与筒体的开口端面相抵并焊接；或者是端板的沿边伸入筒体的开口且沿边外侧壁与筒体的内壁焊接固定。在端板边缘设有沿边的基础上，端板与筒体的焊接方式可采用如上所述的三种方案之一，一般来说较为优选的方案是采用端板边缘设置有沿边；端板的沿边套设在筒体的端部外壁上且沿边内侧壁与筒体的外壁焊接固定。此方案中，端板边缘的沿边可增加焊接面积，提升连接强度和焊接密封性。
作为优选，在任意径向方向上，端板的边缘均大于或等于筒体端部的开口边缘；所述筒体端部的开口边缘贴合在端板上并与其焊接固定，端板至少在其下端部超出所述筒体端部的开口边缘，端板的下端部向外翻折构成下折弯部，下折弯部作为支脚。该技术方案中的端板边缘可全面覆盖筒体端部的开口，从而保证其密封性能。并且区别于现有的换热器壳体，本方案中的端板的下端部向外翻折构成下折弯部，即该方案中的端板通过折弯直接构成了支脚，而取消了筒体上连接的支脚；具有简化结构，降低成本的优势。
作为优选，所述端板的上端部向外翻折构成上折弯部。该方案在端板上方构成上折弯部可用于连接其它部件，使该部件能够连接固定在换热器壳体上。
作为优选，端板的下折弯部和/或上折弯部上设有安装固定孔。无论是换热器壳体安装在支撑面(地面)上，还是其它部件连接固定在换热器壳体上；均可采用螺固组件(螺栓、螺母组合)穿过安装固定孔进行连接固定。
作为优选，所述端板是整块板材折弯构成，筒体端部的开口边缘贴合在端板上并与其密封焊接固定。该技术方案限定了端板采用钣金制作得到，通过钣金折弯可得到下折弯部和/或上折弯部，且由钣金制成的端板采用直接焊接连接在筒体端部上，整体上大大简化了端板与筒体的连接结构，以及端板上的下折弯部和上折弯部的成型结构。
作为优选，所述分配器和收集器穿过所述端板，螺固部件连接在端板外侧的分配器和收集器上，分配器和收集器通过螺固部件连接在端板上，螺固部件与端板之间设有密封圈。传统方案将密封圈设置在端板内侧壁，但上述方案已经采用端板焊接在筒体端部的方案，该方案考虑到端板与筒体端部焊接时会产生大量热量，如在此方案中还是将密封圈设置在端板内侧壁，则势必需要先安装密封圈，焊接时的热量容易融化或使密封圈变形，影响其密封性。因此，该方案将密封圈设置在螺固部件与端板外侧壁之间，安装时先将端板焊接在筒体端部上然后在装入密封圈，从而不会产生上述问题。
作为优选，所述分配器和收集器均焊接固定在端板上。该方案一方面有利于简化连接结构，减少零部件，降低加工成本；另一方面又可保证分配器、收集器与端板连接位置的密封性。
作为优选，所述收集器包括收集盘、收集管以及处于端板外侧与外部管路连接的外接管；所述收集管的内端口径大于外端口径，收集管穿过端板且其外壁与所述端板密封焊接，收集管的内端部连接在收集盘的开口处。该技术方案涉及收集器，相比于传统一体成型后机加工的收集器，该方案将收集器分成收集盘，以及与收集盘连接的收集管；收集盘和收集管单独制造，有利于简化加工工艺。在此基础上，可将收集盘和收集管分别采用不同材料制作，减少贵重金属用量；如收集盘可仍然采用紫铜，而收集管部分可采用钢材料。如此既节省了材料成本，又降低了收集管与端板之间的焊接难度。
所述收集管是变径管，变径管包括直管段，以及处于直管段内侧的变径段，变径段连接在收集盘的侧围部开口处，变径管的直管段穿过端板且其外壁与所述端板密封焊接。
作为优选，所述收集盘包括由板材冲压得到的盘体；所述盘体包括底面部，以及沿所述底面部边缘设置的侧围部；所述盘体的底面部上设有用于与多根铜管分别连接的多个接口，盘体的侧围部开口处连接变径管的内端部。该收集盘是由板材冲压得到；冲压过后，盘体呈内凹状，包括底面部和侧围部。其中的底面部上设置多个接口用于与多根铜管分别连接，起到将多根铜管中的液体集中汇流的作用，侧围部所围合的区域则作为汇流腔，且其开口能与收集管对接构成收集器。相比于分配器需要大大分配均匀的目的，收集器的要求较低。在此情况下，本方案将收集器的关键部分——收集盘采用板材冲压得到，结构简单、制作工艺简化。
作为优选，所述底面部的端面上设有多个接口，且沿接口边缘设有对接孔壁，铜管的端部能够伸入或套接在对接孔壁上；所述盘体的侧围部在其开口处设置有扩口端，扩口端与侧围部之间形成有定位阶面；所述变径管的内端伸入所述扩口端且其端面抵靠在定位阶面上。该技术方案中，对接孔壁的设置使接口的轴向长度增大，铜管的端部插入或套接对接孔壁上时与对接孔壁的接触面积变大。铜管与收集器一般采用焊接方式连接，此时整个焊接面也增大，从而保证接口与铜管连接的密封性。另外，盘体的扩口端相比于侧围部的其他区域孔径较大，在口径渐变过程中形成了定位阶面，定位阶面可使收集管伸入所述扩口端进行定位，从而精确控制收集管伸入的深度，配合其它连接方式，如焊接即可实现收集管与收集盘的连接。
附图说明
图1为现有技术中的壳管式换热器结构示意图。
图2为本发明创造涉及的第一种壳管式换热器结构示意图。
图3为图2所示的壳管式换热器局部剖开图。
图4为本发明创造涉及的第二种壳管式换热器结构示意图。
图5为图4所示的壳管式换热器局部剖开图。
图6为本发明创造涉及的第三种壳管式换热器结构示意图。
图7为本发明创造涉及的第四种壳管式换热器结构示意图。
图8为端板套接在筒体上的示意图。
图9为端板与筒体对接的示意图。
图10为端板插入筒体的示意图。
图11为新结构的收集器示意图。
图12为收集盘结构示意图一。
图13为收集盘结构示意图二。
图14为分配器、收集器采用螺固连接方式的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图2～14所示，本实施例涉及一种壳管式换热器，包括换热器壳体，以及设置在换热器壳体内腔中的管程组件。所述管程组件包括管束支架3，以及设置在管束支架3上的铜管4，以及与铜管4端部分别连接的分配器5和收集器6。所述换热器壳体包括筒体1和端板2，该壳管式换热器中，筒体内腔用于存放水；换热器壳体上设有与其内腔相通的进液口和出液口，用于放入或排出水。铜管4内部流通的是冷媒，通过冷媒与水进行热交换达到换热目的。
此方案中的端板2是通过焊接方式密封连接在筒体1端部的开口边缘上。相比于现有结构，该方案至少具有以下几方面的优势：
1，该方案取消了筒体1端部的法兰盘，简化筒体1制作难度。尤其是现有技术中在筒体1端部焊接法兰盘，需要保证法兰盘一定的厚度和连接强度，以及要求法兰盘连接面平整，否则无法保证其密封性。
2，该方案取消端板2上的连接孔，简化端板2结构，可适当的减小端板2厚度和径向尺寸，降低成本。
3，取消装配用螺栓、垫圈等多个连接部件，连接结构简化，加工方便。
4，保证筒体1端部与端板2的密封性，不存在泄漏的问题。
如上所述，采用焊接方式可简化端板2结构。在上述方案基础上，如图2-5所示；所述端板2是由板材冲压成型或切割成型，端板2焊接在筒体1的开口边缘上。此处本方案进一步对于端板2的成型方式进行限定，该端板2具体可采用板材冲压成型或切割成型的方式制造而成，
切割成型的端板2一般呈平板状，其与筒体1焊接的连接方式可参考附图3和4所示。
板材冲压成型的端板2一般呈内凹状，其边缘设有沿边21。在端板2边缘设有沿边21的基础上，端板2与筒体1的焊接方式可采用以下三种方案之一：
方案一如图2、3和8所示，端板2的沿边21套设在筒体1的端部外壁上且沿边21内侧壁与筒体1的外壁焊接固定。
方案二如图9所示，端板2的沿边21与筒体1的开口端面相抵并焊接。
方案三如图10所示，端板2的沿边21伸入筒体1的开口且沿边21外侧壁与筒体1的内壁焊接固定。
一般来说较为优选的方案是采用端板2边缘设置有沿边21。端板2的沿边21套设在筒体1的端部外壁上且沿边21内侧壁与筒体1的外壁焊接固定。此方案中，端板2边缘的沿边21可增加焊接面积，提升连接强度和焊接密封性。
另如图6和7所示，在任意径向方向上，端板2的边缘均大于或等于筒体1端部的开口边缘。所述筒体1端部的开口边缘贴合在端板2上并与其焊接固定；如此端板2边缘可全面覆盖筒体1端部的开口，从而保证其密封性能。在具体的实施方案中，端板2至少在其下端部超出所述筒体1端部的开口边缘，端板2的下端部向外翻折构成下折弯部22，下折弯部22作为支脚。即该方案中的端板2通过折弯直接构成了支脚，而取消了筒体1上连接的支脚。具有简化结构，降低成本的优势。在如图所示的方案中，除了下折弯部22外，端板2的上端部向外翻折构成上折弯部23。该方案在端板2上方构成上折弯部23可用于连接其它部件，使该部件能够连接固定在换热器壳体上。
在实际生产中，所述端板2是整块板材折弯构成，筒体1端部的开口边缘贴合在端板2上并与其密封焊接固定。该技术方案限定了端板2采用钣金制作得到，通过钣金折弯可得到下折弯部22和/或上折弯部23，且由钣金制成的端板2采用直接焊接连接在筒体1端部上，整体上大大简化了端板2与筒体1的连接结构，以及端板2上的下折弯部22和上折弯部23的成型结构。并且，上述的端板2的下折弯部22和/或上折弯部23上设有安装固定孔24。无论是换热器壳体安装在支撑面【地面】上，还是其它部件连接固定在换热器壳体上。均可采用螺固组件【螺栓、螺母组合】穿过安装固定孔24进行连接固定。
在进一步的实施方案中，本方案中的分配器5和收集器6的装配方案可采用如下三种之一：
第一种实施方案如图2-6所示，分配器5和收集器6均为一体件，直接焊接在端板22上。该方案一方面有利于简化连接结构，减少零部件，降低加工成本。另一方面又可保证分配器5、收集器6与端板2连接位置的密封性。
第二种实施方案如图11-13所示，该方案与第一种实施方案的区别主要在于收集器6的结构不同。此方案中，所述收集器6包括收集盘61、收集管62，以及处于端板2外侧与外部管路连接的外接管63。所述收集管62的内端口径大于外端口径，收集管62穿过端板2且其外壁与所述端板2密封焊接，收集管62的内端部连接在收集盘61的开口处。进一步的所述收集管62是变径管，变径管包括直管段，以及处于直管段内侧的变径段，变径段连接在收集盘61的侧围部开口处，变径管的直管段穿过端板2且其外壁与所述端板2密封焊接。此技术方案涉及收集器6，相比于传统一体形成的收集器6，该方案将收集器6分成收集盘61，以及与收集盘61连接的收集管62。收集盘61和收集管62单独制造，有利于简化加工工艺。在此基础上，可将收集盘61和收集管62分别采用不同材料制作，减少贵重金属用量。如收集盘61可仍然采用紫铜，而收集管62部分可采用钢材料。如此既节省了材料成本，又降低了收集管62与端板2之间的焊接难度。
所述收集盘61包括由板材冲压得到的盘体。所述盘体包括底面部611，以及沿所述底面部611边缘设置的侧围部612。所述盘体的底面部611上设有用于与多根铜管4分别连接的多个接口，盘体的侧围部612开口处连接变径管的内端部。该收集盘61是由板材冲压得到。冲压过后，盘体呈内凹状，包括底面部611和侧围部612。其中的底面部611上设置多个接口613用于与多根铜管4分别连接，起到将多根铜管4中的液体集中汇流的作用，侧围部612所围合的区域则作为汇流腔614，且其开口能与收集管62对接构成收集器6。相比于分配器5需要大大分配均匀的目的，收集器6的要求较低。在此情况下，本方案将收集器6的关键部分——收集盘61采用板材冲压得到，结构简单、制作工艺简化。
所述底面部611的端面上设有多个接口，且沿接口613边缘设有对接孔壁615，铜管4的端部能够伸入或套接在对接孔壁615上。所述盘体的侧围部612在其开口处设置有扩口端616，扩口端616与侧围部612之间形成有定位阶面617。所述变径管的内端伸入所述扩口端616且其端面抵靠在定位阶面617上。该技术方案中，对接孔壁615的设置使接口613的轴向长度增大，铜管4的端部插入或套接对接孔壁615上时与对接孔壁615的接触面积变大。铜管4与收集器6一般采用焊接方式连接，此时整个焊接面也增大，从而保证接口613与铜管4连接的密封性。另外，盘体的扩口端相比于侧围部612的其他区域孔径较大，在口径渐变过程中形成了定位阶面617，定位阶面617可使收集管62伸入所述扩口端进行定位，从而精确控制收集管62伸入的深度，配合其它连接方式，如焊接即可实现收集管62与收集盘61的连接。
第三种实施方案如图7和14所示，所述分配器5和收集器6穿过所述端板2，分配器5和收集器6通过螺固部件连接在端板2上，螺固部件64连接在端板2外侧的分配器5和收集器6上，且螺固部件64与端板2之间设有密封圈65。传统方案将密封圈65设置在端板2内侧壁，但上述方案已经采用端板2焊接在筒体1端部的方案，该方案考虑到端板2与筒体1端部焊接时会产生大量热量，如在此方案中还是将密封圈65设置在端板2内侧壁，则势必需要先安装密封圈65，焊接时的热量容易融化或使密封圈65变形，影响其密封性。因此，该方案将密封圈65设置在螺固部件64与端板2外侧壁之间，安装时先将端板2焊接在筒体1端部上然后在装入密封圈65，从而不会产生上述问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
1.壳管式换热器，包括换热器壳体，以及设置在换热器壳体内腔中的管程组件；所述管程组件包括管束支架(3)，以及设置在管束支架(3)上的铜管(4)，以及与铜管(4)端部分别连接的分配器(5)和收集器(6)；所述换热器壳体上设有与其内腔相通的进液口和出液口；其特征在于：所述换热器壳体包括筒体(1)，以及密封焊接在筒体(1)两端部的开口边缘上的端板(2)。
2.根据权利要求1所述的壳管式换热器，其特征在于：所述端板(2)是由板材冲压成型或切割成型；所述端板(2)焊接在筒体(1)的开口边缘上。
3.根据权利要求2所述的壳管式换热器，其特征在于：所述端板(2)边缘设置有沿边(21)；端板(2)的沿边(21)套设在筒体(1)的端部外壁上且沿边(21)内侧壁与筒体(1)的外壁焊接固定；或者是端板(2)的沿边(21)与筒体(1)的开口端面相抵并焊接；或者是端板(2)的沿边(21)伸入筒体(1)的开口且沿边(21)外侧壁与筒体(1)的内壁焊接固定。
4.根据权利要求1所述的壳管式换热器，其特征在于：在任意径向方向上，端板(2)的边缘均大于或等于筒体(1)端部的开口边缘；所述筒体(1)端部的开口边缘贴合在端板(2)上并与其焊接固定，端板(2)至少在其下端部超出所述筒体(1)端部的开口边缘，端板(2)的下端部向外翻折构成下折弯部(22)，下折弯部(22)作为支脚。
5.根据权利要求1所述的壳管式换热器，其特征在于：所述分配器(5)和收集器(6)穿过所述端板(2)，分配器(5)和收集器(6)通过螺固部件(64)连接在端板(2)上；螺固部件(64)连接在端板(2)外侧的分配器(5)和收集器(6)上，且螺固部件(64)与端板(2)之间设有密封圈(65)。
6.根据权利要求1所述的壳管式换热器，其特征在于：所述分配器(5)和收集器(6)均焊接固定在端板(2)上。
7.根据权利要求6所述的壳管式换热器，其特征在于：所述收集器(6)包括收集盘(61)、收集管(62)以及处于端板(2)外侧与外部管路连接的外接管(63)；所述收集管(62)的内端口径大于外端口径，收集管(62)穿过端板(2)且其外壁与所述端板(2)密封焊接。
8.根据权利要求7所述的壳管式换热器，其特征在于：所述收集盘(61)包括由板材冲压得到的盘体；所述盘体包括底面部(611)，以及沿所述底面部(611)边缘设置的侧围部(612)；所述盘体的底面部(611)上设有用于与多根铜管(4)分别连接的多个接口(613)，盘体的侧围部(612)开口处连接变径管的内端部。
9.根据权利要求8所述的壳管式换热器，其特征在于：所述底面部(611)的端面上设有多个接口，且沿接口(613)边缘设有对接孔壁(615)，铜管(4)的端部能够伸入或套接在对接孔壁(615)上；所述盘体的侧围部(612)在其开口处设置有扩口端(616)，扩口端(616)与侧围部(612)之间形成有定位阶面(617)；所述变径管的内端伸入所述扩口端(616)且其端面抵靠在定位阶面(617)上。
技术总结