1.本实用新型涉及气体冷凝器技术领域，特别是涉及非共沸制冷剂分段加热管壳式冷凝器。
背景技术：
2.热泵是一种将低温热源的热能转换为高温热源的热能的装置，它利用低沸点的工质作为制冷剂，从自然界的空气、水或土壤等低温热源中获得热能后，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高温热源的热能。热泵的制冷剂以前一般为氟利昂，但氟利昂对地球大气臭氧有破坏作用，为了保护地球的生态环境，r404a、r407c、r407f等非共沸制冷剂逐渐取代了氟利昂。此外相比于纯组分制冷剂，非共沸制冷剂在相变的过程中存在明显的温度滑移，因此可以通过制冷剂与换热流体的温度匹配来提高热泵系统的循环效率。
3.冷凝器是热泵系统的重要组成部分。管壳式换热器是热泵系统最常用的冷凝器型式，水从换热器顶部流入，冲刷若干加热管，吸收加热管内制冷剂蒸汽凝结释放的热量，实现了制冷剂蒸汽的冷凝。
4.但现有的管壳式冷凝器在使用的过程中，管外水的温度变化与焓差之间呈线性变化，而管内非共沸制冷剂蒸汽在冷凝过程中冷凝温度并不恒定，而是沿换热管有明显下降，即温度滑移，非共沸制冷剂的温度变化与焓差之间呈非线性变化。因此沿换热管方向，非共沸制冷剂与水的换热温差并不均匀，而是存在温度夹点，换热温差的不均匀性增加了冷凝器的不可逆热损失。因此，亟需非共沸制冷剂分段加热管壳式冷凝器来解决。
技术实现要素：
5.本实用新型的目的是提供非共沸制冷剂分段加热管壳式冷凝器，以解决上述问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.非共沸制冷剂分段加热管壳式冷凝器，包括壳体,所述壳体内侧固接有分段管板，所述分段管板将壳体内分隔成第一腔室和第二腔室，所述第一腔室侧壁与所述第二腔室侧壁通过中间进水管道连通，所述中间进水管道中部设有流量调节部，所述壳体的两端分别固接有进气组件和排液组件，所述进气组件位于靠近所述第二腔室一侧，所述进气组件和所述排液组件之间连通有加热组件，所述加热组件贯穿所述分段管板，所述第一腔室连通有进水组件，所述第一腔室和所述第二腔室均连通有排水组件。
8.优选的，所述第一腔室的侧壁分别设置有第一段冷却水进口和第一段冷却水出口，所述第一段冷却水进口和所述第一段冷却水出口中心对称设置，所述第一段冷却水进口与所述进水组件连通，所述第一段冷却水出口与所述中间进水管道的一端连通，所述中间进水管道的另一端与所述第二腔室连通，所述第一段冷却水出口与所述排水组件连通。
9.优选的，所述第二腔室的侧壁分别设置有第二段冷却水进口和第二段冷却水出口，所述第二段冷却水进口和所述第二段冷却水出口中心对称设置，所述第二段冷却水进
口与所述中间进水管道远离所述第一段冷却水出口的一端连通。
10.优选的，所述流量调节部包括中间进水泵和流量调节阀，所述第一段冷却水出口与所述中间进水泵进水端连通，所述中间进水泵的出水端与所述流量调节阀的进水端连通，所述流量调节阀的出水端与所述第二段冷却水进口连通。
11.优选的，所述加热组件包括若干的加热管，若干所述加热管贯穿所述分段管板，所述加热管侧壁与所述分段管板固接，所述加热管的两端分别与所述进气组件和所述排液组件连通。
12.优选的，进气组件包括进气腔，所述进气腔位于所述第二腔室的一侧，所述进气腔与所述壳体的端部固接，所述进气腔远离所述壳体一侧中部连通有进气口，所述进气腔与若干所述加热管的一端连通。
13.优选的，所述排液组件包括排液腔，所述排液腔位于所述第一腔室的一侧，所述排液腔与所述壳体的端部固接，所述排液腔的底部连通有排液口，所述排液腔与若干所述加热管的一端连通。
14.优选的，所述进水组件包括初始进水管道，所述初始进水管道的出水端与所述第一段冷却水进口连通，所述初始进水管道的进水端连通有初始进水泵的出水端，所述初始进水泵的进水端连通有初始进水阀。
15.优选的，所述排水组件包括第一冷却水出口管道和第二冷却水出口管道，所述第一冷却水出口管道的进水端连通有第一冷却水出口阀，所述第一冷却水出口阀与所述第一段冷却水出口连通，所述第二冷却水出口管道的进水端连通有第二冷却水出口阀，所述第二冷却水出口阀与所述第二段冷却水出口连通，所述第一冷却水出口管道和所述第二冷却水出口管道的出水端均连通在排水总管上。
16.本实用新型具有如下技术效果：通过进水组件持续输入冷却水，冷却水先在第一腔室内与加热组件位于第一腔室内的部分产生热交换，吸收了热量的冷却水部分进入到排水组件，部分通过中间进水管道进入到第二腔室内，通过流量控制部控制进入到第二腔室内的冷却水的质量流量，进入到第二腔室内的冷却水与加热组件位于第二腔室内的部分继续产生热交换，随后在将冷却水通过排水组件排出，通过这样设置，改善了冷热流体在换热过程中的温度匹配，降低温度夹点导致的传热温差不均匀的影响，减小了传热过程的不可逆热损失。
附图说明
17.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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
18.图1为本实用新型结构示意图；
19.其中，1、壳体；2、进气口；3、排液口；4、第一段冷却水进口；5、第二段冷却水进口；6、第一段冷却水出口；7、第二段冷却水出口；8、进气腔；9、排液腔；10、加热管；11、第一腔室；12、固定管板；13、分段管板；14、初始进水阀；15、初始进水管道；16、中间进水管道；17、第一冷却水出口管道；18、第二冷却水出口管道；19、第一冷却水出口阀；20、第二冷却水出
口阀；21、流量调节阀；22、中间进水泵；23、初始进水泵；24、第二腔室。
具体实施方式
20.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。
21.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
22.参考图1，本实用新型提供非共沸制冷剂分段加热管壳式冷凝器，包括壳体1,壳体1内侧固接有分段管板13，分段管板13将壳体1内分隔成第一腔室11和第二腔室24，第一腔室11侧壁与第二腔室24侧壁通过中间进水管道16连通，中间进水管道16中部设有流量调节部，壳体1的两端分别固接有进气组件和排液组件，进气组件位于靠近第二腔室24一侧，进气组件和排液组件之间连通有加热组件，加热组件贯穿分段管板13，第一腔室11连通有进水组件，第一腔室11和第二腔室24均连通有排水组件。
23.分段管板13将壳体1分隔成互不干涉的第一腔室11与第二腔室24，初次使用时，将排水组件关闭，通过进水组件向第一腔室11内注入冷却水，冷却水充满第一腔室11后通过中间进水管道16和流量调节部进入到第二腔室24内，使第二腔室24内也注满冷却水，随后将制冷剂蒸汽通过进气组件进入到加热组件内，制冷剂蒸汽通过加热组件时与冷却水产生热交换，制冷剂蒸汽冷凝成液态后进入到排液组件并排出，吸收热量的冷却水经排水组件排出。
24.通过进水组件持续输入冷却水，冷却水先在第一腔室11内与加热组件位于第一腔室11内的部分产生热交换，吸收了热量的冷却水部分进入到排水组件，部分通过中间进水管道16进入到第二腔室24内，通过流量控制部控制进入到第二腔室24内的冷却水的质量流量，进入到第二腔室24内的冷却水与加热组件位于第二腔室24内的部分继续产生热交换，随后在将冷却水通过排水组件排出，通过这样设置，改善了冷热流体在换热过程中的温度匹配，降低温度夹点导致的传热温差不均匀的影响，减小了传热过程的不可逆热损失。
25.进一步优化方案，第一腔室11的侧壁分别设置有第一段冷却水进口4和第一段冷却水出口6，第一段冷却水进口4和第一段冷却水出口6中心对称设置，第一段冷却水进口4与进水组件连通，第一段冷却水出口6与中间进水管道16的一端连通，中间进水管道16的另一端与第二腔室24连通，第一段冷却水出口6与排水组件连通。
26.如图1所示，第一段冷却水进口4位于第一腔室11的左上方，冷却水通过第一段冷却水进口4进入到第一腔室11内，并将位于第一腔室11内的加热组件部分完全浸没，使通入到加热组件内的制冷剂蒸汽与第一腔室11内的冷却水产生热交换，第一段冷却水进口4和第一段冷却水出口6中心对称设置，以确保冷却水在流动时能够完全覆盖加热组件位于第一腔室11内的部分，提高热交换的效果。
27.初步发生热交换的冷却水通过第一段冷却水出口6排出后，部分经过中间进水管道16和流量调节部进入到第二腔室24内，部分进入到排水组件中去。
28.进一步优化方案，第二腔室24的侧壁分别设置有第二段冷却水进口5和第二段冷
却水出口7，第二段冷却水进口5和第二段冷却水出口7中心对称设置，第二段冷却水进口5与中间进水管道16远离第一段冷却水出口6的一端连通。
29.如图1所示，第二段冷却水进口5设置在第二腔室24的左上方，冷却水通过中间进水管道16和流量调节部通过第二段冷却水进口5进入到第二腔室24内，冷却水在第二腔室24内与位于第二腔室24内的部分加热组件继续产生热交换，随后经过第二段冷却水出口7进入到排水组件中去。
30.进一步优化方案，流量调节部包括中间进水泵22和流量调节阀21，第一段冷却水出口6与中间进水泵22进水端连通，中间进水泵22的出水端与流量调节阀21的进水端连通，流量调节阀21的出水端与第二段冷却水进口5连通。
31.中间进水泵22用于将第一腔室11内的冷却水泵入至第二腔室24内，流量调节阀21用于控制冷却水的质量流量。
32.进一步优化方案，加热组件包括若干的加热管10，若干加热管10贯穿分段管板13，加热管10侧壁与分段管板13固接，加热管10的两端分别与进气组件和排液组件连通。
33.为了保证加热的效果以及加热的均匀性，加热管10设置有若干层，每层并列设置有若干根，相邻两根加热管10之间留有间隙，以方便水的完全浸没加热管，保证加热效果。
34.本实用新型的加热管10的布管形式可选为矩阵布置、倒三角型布置或三角形等，多种布管形式均可应用于本实用新型。
35.本实用新型优选为若干加热管10矩阵布置。
36.进一步优化方案，进气组件包括进气腔8，进气腔8位于第二腔室24的一侧，进气腔8与壳体1的端部固接，进气腔8远离壳体1一侧中部连通有进气口2，进气腔8与若干加热管10的一端连通。
37.进一步优化方案，排液组件包括排液腔9，排液腔9位于第一腔室11的一侧，排液腔9与壳体1的端部固接，排液腔9的底部连通有排液口3，排液腔9与若干加热管10的一端连通。
38.壳体1的两端分别固接有固定管板12，固定管板12用于若干加热管10的固定，进气腔8和排液腔9分别固接在固定管板12远离壳体1的一侧，使得进气腔8和排液腔9不与壳体1的内部连通，避免壳体1内的冷却水进入到进气腔8和排液腔9。
39.加热管10的两端分别与进气腔8和排液腔9连通，通过进气口2进入到进气腔8的制冷剂蒸汽进入到若干加热管10内，在加热管10内与壳体1内的冷却水发生热交换，制冷剂蒸汽冷凝成液态后流入到排液腔9内，并通过其底部设置的排液口3排出。
40.进一步优化方案，进水组件包括初始进水管道15，初始进水管道15的出水端与第一段冷却水进口4连通，初始进水管道15的进水端连通有初始进水泵23的出水端，初始进水泵23的进水端连通有初始进水阀14。
41.初始进水阀14用于控制冷却水的通入，初始进水泵23用于将冷却水通过初始进水管道15泵入至第一腔室11内。
42.进一步优化方案，排水组件包括第一冷却水出口管道17和第二冷却水出口管道18，第一冷却水出口管道17的进水端连通有第一冷却水出口阀19，第一冷却水出口阀19与第一段冷却水出口6连通，第二冷却水出口管道18的进水端连通有第二冷却水出口阀20，第二冷却水出口阀20与第二段冷却水出口7连通，第一冷却水出口管道17和第二冷却水出口
管道18的出水端均连通在排水总管上。
43.第一冷却水出口阀19用于控制第一冷却水出口管道17中冷却水的排放，第二冷却水出口阀20用于控制第二冷却水出口管道18中冷却水的排放，第一冷却水出口管道17和第二冷却水出口管道18均连通在排水总管上，由排水总管上将参与热交换的冷却水统一排放。
44.对于本实用新型中分段管板13的位置，在实际应用中，可以根据加热管10内非共沸制冷剂蒸汽沿着加热管10长度方向冷凝时，非共沸制冷剂与水的换热温差的最小值点来确定。
45.为了解决非共沸制冷剂与冷却水之间换热温差不均匀，导致不可逆热损失增大的问题，对于任意一个加热管10的加热段，即加热管10的任意一个微元段上，加热管10外冷却水的质量流量需要匹配该加热管10的加热段内非共沸制冷剂蒸汽的单位温度的焓变，即尽可能满足下式
[0046][0047]
其中，mc为该微元段上加热管10外冷却水的质量流量，δhc为该微元段上加热管10外冷却水的焓变，δtc为该微元段上加热管10外冷却水的温度变化值，mh为该微元段上加热管10内非共沸制冷剂蒸汽的质量流量，δhh为该微元段上加热管10内非共沸制冷剂蒸汽的焓变，δth为该微元段上加热管10内非共沸制冷剂蒸汽的温度变化值。
[0048]
加热管10被分段管板13分割成两个加热段，两个加热段分别位于第一腔室11和第二腔室24内，在进行非共沸制冷剂蒸汽的冷凝时，质量流量mh的非共沸制冷剂蒸汽从进气口2通入加热管10内，依次通过加热管10位于第二腔室24内的加热段和加热管10位于第一腔室11内的加热段，共沸制冷剂蒸汽换热后产生的冷凝液从排液口3排出。
[0049]
质量流量为m
c1
的冷却水通过初始进水管道15被初始进水泵23通过第一段冷却水进口4送入第一腔室11中并充满，在第一腔室11内的局部加热管10内的制冷剂蒸汽的质量流量为mh，质量流量为mh的制冷剂蒸汽中的一部分发生凝结放热，进而对冷却水进行加热，加热后的冷却水m
c1
通过第一段冷却水出口6分为两部分，其中，调节流量调节阀21开度使得质量流量m
c2
的冷却水通过中间进水管道16，从第二段冷却水进口5进入到第二腔室24内，使冷却水充满第二腔室24。
[0050]
在第一腔室11内的部分加热管10内未发生凝结放热的部分残余制冷剂蒸汽会在第二腔室24内的部分加热管10内完成全部凝结放热，进而使第二腔室24内的冷却水吸收位于第二腔室24内的部分加热管10内的残余制冷剂蒸汽发生凝结放热所释放出的热量；其余质量流量m
c1-m
c2
的冷却水通过第一冷却水出口管道17排出。第二腔室24内的加热后的质量流量为m
c2
的冷却水通过第二冷却水出口管道18排出。
[0051]
例如，在凝结压力为3mpa时，质量流量10kg/h，入口温度62.6℃的饱和非共沸制冷剂蒸汽r236fa/r32(30％/70％)从进气口2通入加热管10内，依次通过第一腔室11和第二腔室24内的换热段，饱和冷凝液从排液口3排出。
[0052]
入口温度30℃，质量流量为87.3kg/h的冷却水通过初始进水管道15被初始进水泵23通过第一段冷却水进口4送入第一腔室11中，充满第一腔室11，利用第一腔室11内的加热管10内的质量流量10kg/h的制冷剂蒸汽一部分发生凝结放热并对冷却水进行加热。
[0053]
第一腔室11内加热后的冷却水通过第一段冷却水出口6分为两部分：
[0054]
调节流量调节阀21开度使得质量流量36.8kg/h的冷却水通过中间进水管道16，从第二段冷却水进口5进入第二腔室24内，充满第二腔室24的空间，吸收第二腔室24内部分加热管10内的残余制冷剂蒸汽凝结放热所放出的热量；其余质量流量50.5kg/h，温度32℃的冷却水通过第一段冷却水出口6排出。
[0055]
第二腔室24内部分加热管10加热后的质量流量为36.8kg/h的冷却水通过第二段冷却水出口7排出。
[0056]
冷热流体温度夹点出现在非共沸制冷剂冷却到57℃左右的位置，此时冷却水升温到32℃，分段管板13设置于该处。非共沸制冷剂入口温度为62.6℃，分段管板处非共沸制冷剂温度为57℃，排液口3处非共沸制冷剂温度55℃；第一段冷却水进口4处冷却水温度30℃，分段管板13处冷却水温度32℃，第二段冷却水出口7处冷却水温度39.2℃，由此得到第一腔室11内冷热流体平均温差25℃，第二腔室24内冷热流体平均温差24.2℃。
[0057]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型，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实用新型的限制。
[0058]
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。