蒸髮式冷卻裝置的製作方法

2023-07-25 05:24:51

專利名稱：蒸髮式冷卻裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及換熱器領域，特別是涉及一種蒸髮式冷卻裝置。
背景技術：
冷卻裝置例如冷凝器是製冷系統主要的熱交換設備之一，其作用是將壓縮機排出的高溫、過熱蒸氣冷卻成液態製冷 劑。根據冷卻介質和冷卻方式的不同，常用的冷凝器一般可分為水冷式(又分為殼管式、套管式、沉浸式等)、空氣冷卻式(或稱風冷式)及蒸髮式(製冷劑在管內冷凝，管外同時受到水及空氣的冷卻)三種。與前兩種冷凝器相比，蒸髮式冷凝器具有節水、節電和結構緊湊、佔地面積小等優點，其循環水流量僅為水冷式冷凝器的10%，水泵的能耗也明顯降低。因此，從20世紀70年代起，國際上發達國家開始用蒸髮式冷凝器代替傳統的水冷式冷凝器，並廣泛應用於電力、化工、鋼鐵、食品等工業部門。蒸髮式冷凝器的工作原理如圖I所示，冷卻水由噴淋水泵107送至冷凝盤管108的上方，經噴淋設備102噴淋至冷凝管組外表面形成水膜往下流動，由於水膜中部分水蒸發時吸收熱量而使管內高溫、高壓的製冷劑蒸氣冷凝成液體。空氣則由箱體109下方的進風口 105進入，沿冷凝管組的下部向上流動，並將冷凝盤管108外的水蒸氣帶走。未蒸發的水仍返回至箱底水池106中，依此循環工作。同時，頂端的鼓風機101維持冷凝器上部的負壓狀態，促使空氣向上流動，強化冷卻效果。然而，傳統的蒸髮式冷凝器存在一些難以克服的技術缺陷。首先，冷凝盤管108為了保持其強度，必須具有足夠的壁厚，這樣在對管子進行彎曲加工時，彎頭部分必須具有一定的彎轉半徑，這就使得加工完成的冷凝盤管108的尺寸會非常大。而為了適應冷凝盤管108的較大尺寸，噴淋水泵107、鼓風機101、噴淋設備102以及冷凝器的整體尺寸也都需要相應增大，從而造成最終產品的尺寸和質量都非常大。這不僅僅會造成原材料的大量浪費，而且由於蒸髮式冷凝器常常需要吊裝到高處，例如建築物的頂端，因此也造成安裝成本的大幅度提升。其次，在噴淋的水流沿著管壁流下的過程中，在冷凝盤管108的管壁下表面上會存在靜止的水滴，很容易生成水垢，從而大大影響盤管的換熱效率。另一方面，由於各個管子之間的間隙非常有限，而且無論如何設計管子的排布，都必然會形成衝洗的死角，因此，對冷凝盤管108表面水垢和汙潰進行衝洗和清理變得非常困難。通常的做法是，將各排冷凝盤管108從整臺冷凝器上拆下來，清洗完成後再將這些冷凝盤管108安裝回去。由於如全文所述，蒸髮式冷凝器常常需要吊裝到高處，這就使得設備的維護成本變得非常高，也限制了蒸髮式冷凝器的使用。除了上面舉例所提到的蒸髮式冷凝器以外，常見的蒸髮式冷卻裝置還包括閉式冷卻塔。傳統的閉式冷卻塔的熱交換主體結構與蒸髮式冷凝器相似，也採用的是類似於盤管的結構，因此也會存在上述技術問題。發明內容本發明的目的就是要通過提供一種新型的蒸髮式冷卻裝置來解決上述技術問題。根據本發明的一個方面，提供一種蒸髮式冷卻裝置，包括箱體和位於所述箱體中的換熱器組件、風機、噴淋系統。其中，噴淋系統位於換熱器組件上方，用於向換熱器組件的外表面噴灑冷卻液，風機位於噴淋系統的上方，用於將經過換熱器組件的冷卻液蒸氣排出箱體，此外，換熱器組件包括若干個夾層換熱板，夾層換熱板具有內部空間，以供製冷劑在其中流動，其周緣密封，並且在密封的周緣上包括供製冷劑流入和流出的製冷劑入口和出口。其中的冷卻液包括水。另外，需要注意的是，這裡所說的風機位於噴淋系統的上方是指風機的高度高於噴淋系統，而非指必須位於噴淋系統的正上方。事實上，如下文所述，風機位於噴淋系統側上方的技術方案正是本發明的優選實施方式之一。 可選地，夾層換熱板大致沿著平行於從換熱器組件到風機的方向設置。這樣的設置可以使得來自於風口的氣流順暢地從夾層換熱板的表面流過而無阻礙，從而提高換熱的效率。而如果像傳統的盤管冷凝器中盤管的布置方式一樣，將夾層換熱板橫向於換熱器組件到風機的方向布置，那麼將大大影響氣流流動，從而使得換熱效率大大降低。可選地，夾層換熱板包括兩塊金屬薄板，周緣具有焊接部分。可選地，兩塊金屬薄板之間包括若干個結合點。進一步地，這些結合點可以均勻分布，或採用其它的分布形式。再進一步地，這些結合點可以包括焊接部分，例如通過點焊機或者雷射焊機形成。可選地，製冷劑的入口可以高於出口，這樣便於製冷劑冷凝後流出。可選地，在換熱器組件的下方，還可以設置有填料塔。其中，蒸髮式冷卻裝置可以是蒸髮式冷凝器，也可以是閉式冷卻塔。

圖I顯示的是現有的蒸髮式冷卻裝置(例如蒸髮式冷凝器)的工作原理圖；圖2顯示的是根據本發明的蒸髮式冷凝器中所採用的夾層換熱板的主視圖；圖3顯示的是如圖2中所示的夾層換熱板沿著A-A方向的局部橫截面視圖；圖4顯示的是根據本發明的一個優選實施方式的蒸髮式冷凝器被局部剖開的立體圖；圖5顯示的是如圖4中所示的蒸髮式冷凝器被局部剖開的立體圖，其換熱器組件採用縱向布置方案，並且換熱器組件的第一塊夾層換熱板也被切去了一部分，以示出所述蒸髮式冷凝器工作時的第一條氣流通道；圖6顯示的是換熱器組件採用橫向布置方案的蒸髮式冷凝器；圖7顯示的根據本發明的另一個優選實施方式的蒸髮式冷卻器被局部剖開的立體圖。
具體實施方式
下面將結合附圖詳細介紹本發明的一種優選實施方式。附圖2、3顯示了在本發明中用於代替傳統冷凝盤管108的夾層換熱板10。如圖2中所示，所述夾層換熱板10主要包括兩塊疊置在一起的金屬薄板11，在金屬薄板11的最外側環繞著一圈周緣密封部分16，從而使得兩層金屬薄板11之間形成了一個密閉的空間。該周緣密封部分16可以通過任意現有的常規技術手段，例如焊接，特別是雷射焊接形成，只要其能承受一定的壓強。該壓強的大小將在下文中予以進一步的說明。此外，在周緣密封部分16上還可以選擇性地包括若干個分布在整個周長上的加強點13，以進一步強化周緣密封部分16的密封強度和可靠性。在周緣密封部分16上還設置有製冷劑的入口 14和出口 15，它們一端與兩層金屬薄板11之間的密閉空間聯通，另一端呈現管狀，並且在埠具有連接裝置，從而可以方便地與製冷劑管路結合或分開。製冷劑入口 14和出口 15的位置沒有非常特別的要求，但是一般認為，出口 15可以設置在相對靠下的位置，從而方便凝結成液體的製冷劑從出口 15流出。入口 14的位置相對比較靈活，可以根據需要布置，例如如圖所示設置在與出口 15同側邊緣的上方。而在周緣密封部分16的內部，兩塊金屬薄板11上包括若干個呈現一定排布，例如 均勻分布的結合點12。如圖3所示，在結合點12處，兩塊金屬薄板11緊密地結合在一起，而在其它部分，兩塊金屬薄板11相互分離，從而形成了供製冷劑流動的通道17。並且，由於結合點12的存在，形成了製冷劑流動的障礙物，從而使得製冷劑在結合點12處形成了強烈的湍流，從而極大地加強了換熱效率。與傳統的冷凝盤管108相比，由於不再需要確保盤管彎曲部分的尺寸，因此換熱部分的尺寸大大減少，也進一步使得設備整體的尺寸大大減少。這樣不僅可以節省很多原材料，使得設備的製造成本大為降低，而且可以顯著降低整體設備的質量，使得特別是在高處的安裝成本大為降低。而尺寸和質量的減少，又使得整體設備的運輸成本大為降低，這對於一些運用於特殊場合，需要經常運輸的蒸髮式冷凝器來說，顯得尤為重要。例如，根據煤礦行業的特點，蒸髮式冷凝器每隔6-8個月就需要變更一次作業地點，運輸非常頻繁。這時，運輸費用在總的運營費用中將顯得非常重要。另一方面，由於作為單個換熱單元的夾層換熱板10都是由兩塊金屬薄板11形成，因此在夾層換熱板10上並不存在類似於冷凝盤管108的管壁下表面的死角區，形成水垢的難度大大增加。並且，即使確實形成了水垢或者存在汙物，影響到了換熱效率，但是由於夾層換熱板10的表面基本呈現平坦狀，不存在管子排布而形成的死角，因此通過用清水或者清洗劑衝刷夾層換熱板10的表面，可以非常容易地去除表面的水垢或汙物。從加工的角度來說，夾層換熱板10的加工方法並不複雜。在完成了周緣密封部分16的密封結合，並且完成了入口 14和出口 15的安裝後，首先通過點焊機或者雷射焊機等設備在夾層換熱板10的中間部位的選定位置形成所述若干個結合點12，然後通過液壓機或者氣壓機對金屬薄板11之間的密閉空間加壓，使得金屬薄板11向外鼓起，從而形成供製冷劑流動的通道17。加壓的大小隻要不超過周緣密封部分16和結合點12的結合強度即可。可選地，在通過加壓形成通道17時，還可以在夾層換熱板10的外側設置預先形成的模具，以限制金屬薄板11的形變，防止在加壓時由於壓力分布不均勻或者板片厚度分布不均勻造成的局部變形過大，從而造成生產事故或者為未來的使用埋下安全隱患。此外，除了在焊接完成後通過加壓形成通道17以外，還可以首先對金屬薄板11進行衝壓或通過其它方法使其形成形變，然後將形變完成的兩塊金屬薄板11對置，再通過焊接等手段形成周緣密封部分16和結合點12等。[0033]在將上文所述的多個夾層換熱板10並聯在一起後，就形成了夾層換熱板10的組件，從而可以被安裝到蒸髮式冷凝器中。圖4顯示了根據本發明優選實施方式的蒸髮式冷凝器20。其中，多個夾層換熱板10並聯在一起，用作換熱器組件45，這些夾層換熱板10共用一個製冷劑總入口 52和總出口 51，並且總入口 52位於換熱器組件45的最高處，總出口 51位於換熱器組件45的最低處。在換熱器組件45的正下方，設置有呈現蜂窩狀的填料塔42，其用於循環水的二次冷卻，具體過程將在下文中詳細描述。在換熱器組件45的上方，設置有噴淋系統44，其通過水管與位於填料塔42正下方的循環水池43相連，從而可以通過水泵34將循環水池43中的冷水輸送到換熱器組件45的上方，並通過噴淋系統44噴灑在換熱器組件45上，從而實現與換熱器組件45中流動的製冷劑的熱交換。 在換熱器組件45和填料塔42的側方，還包括有風道46，以供完成熱交換後的溼熱空氣流動。在風道46的上方，還設置有風機40，其不停地向外抽氣，以維持出風口的負壓，便於溼熱空氣流出。在風道46和換熱器組件45、填料塔42之間，還分別設置有除水器41，用於將溼熱空氣中帶有的一部分未完全氣化的小水珠擋住，避免其隨著氣流流出系統之外，從而減少了補充水的消耗量。此外，還是如圖4所示，蒸髮式冷凝器20還包括箱體31、檢修門32、水位控制器33和電子除垢儀35等輔助部件。這些輔助部件與前面提到的部件一起，構成了根據本實施方式的蒸髮式冷凝器20。這裡將以申請人的兩款產品為例進行對比，以顯示依據本發明的冷凝器的優異性能。例如，採用傳統的盤管換熱裝置的SWL-2245型冷凝器的外形尺寸大約為5600mmX3030mmX 4965mm，而採用了本發明中的夾層換熱板的SWLG-2200型冷凝器的外形尺寸僅為大約3350mmX 2100mmX 4130mm,體積減少了超過60%。如果需要運輸，傳統型SWL-2245蒸髮式冷凝器的標準排熱量為2245KW，設備長5600mm、寬3030mm，需要分上下兩箱體運輸，一輛長13. 5米的普通車輛是無法運輸的，因為該設備已超寬，只能考慮17. 5米的長車。而一臺直流式新型的SWL-2200的蒸髮式冷凝器，其標準排熱量為2200KW，設備長3350mm，寬度2100mm，一輛長13. 5米的普通車能運同規格的設備兩臺，運輸費用能節省40 %。從運營成本來說，由於設備實現了小型化，使得風機和水泵的功率都可以大大降低。因此，設備的日常運營成本也就大大降低。例如，傳統型SWL-2245蒸髮式冷凝器的標準排熱量為2245KW，需要三臺7. 5kff的風機和一臺5. 5kff的水泵，總功率達到了 28. Okff,每千瓦日耗電約為O. 3KW/KW ·日。SWLG-2200型冷凝器的標準排熱量為2200KW，僅需要一臺
7.5kff的風機和一臺4. Okff的水泵，總功率僅為11. 5kff,每千瓦日耗電O. 126KW/KW 日，省電接近60%。圖5顯示了蒸髮式冷凝器20工作時的氣流狀況，其中，箭頭表示氣流的方向。如圖5所示，可以清楚地看出當蒸髮式冷凝器20工作時，會形成兩條清晰的氣流通道[0045]第一條從位於換熱器組件45上方的風口開始，經過換熱器組件45的夾層換熱板10的表面之間形成的通道以後，又穿過位於換熱器組件45側面的除水器41，然後經過風道46的上半部分，最後從風機40處流出。這一路氣流的主要作用是加強換熱器組件45表面上的熱交換效率，從而使得製冷劑完成冷凝。[0046]第二條從位於填料塔42側面的新風47開始，經過填料塔42後，又穿過位於填料塔42側面的除水器41，然後經過整個風道46，最後從風機40處流出。這一路氣流的主要作用是使得從噴淋系統44噴出後流過換熱器組件45的熱水在填料塔42處實現二次冷卻，從而降低和控制循環水的溫度。需要特別注意的是，實驗證明，當上述兩路氣流均正常流動時，即夾層換熱板10採用平行於第一路氣流方向的縱向布置時，蒸髮式冷凝器20將處於更優的工作狀態，換熱能力約為傳統盤管冷凝器的熱換能力的150%。。如果因為某種原因，影響了第一路氣流的流動，那麼整個冷凝器的工作性能將會大大降低。例如,如圖6所不，當換熱器組件45的夾層換熱板10米用橫向於第一路氣流方向的橫向布置時，夾層換熱板10會將第一條氣流通道基本截斷，只有少量氣流能夠通過夾層換熱板10的外側空間而流過第一路氣流通道，剩餘的氣流只能繼續向下，通過填料塔42以後從第二路氣流通道流出冷凝器。該結構的換熱能力明顯下降，只能達到傳統盤管冷凝器熱換能力的70%。這樣的錯誤是非常容易發生的，因為橫向布置是傳統的盤管式冷凝器中所採用的布置方式，技術人員在設計新的冷凝器時，很容易受到傳統思想的限制而沿用橫向布置方式。對比實驗的結果也驗證了上述結論。在對比實驗中，SWLG-2200將作為兩路氣流均正常流動的例子(如圖5所示)，而對比例將採用如圖6所示的布置方案，其第一條氣流通道大致被夾層換熱板10截斷。實驗結果如下表所示
權利要求1.一種蒸髮式冷卻裝置，包括箱體(31)和位於所述箱體(31)中的換熱器組件(45)、風機(40)、噴淋系統(44)，其中， 所述噴淋系統(44)位於所述換熱器組件(45)上方，用於向所述換熱器組件(45)的外表面噴灑冷卻液， 所述風機(40)位於所述噴淋系統(44)的上方，用於將經過所述換熱器組件(45)的冷卻液蒸氣排出所述箱體(31)， 其特徵在於，所述換熱器組件(45)包括若干個夾層換熱板(10)，所述夾層換熱板(10)具有內部空間，以供製冷劑在其中流動，其周緣密封，並且在密封的周緣上包括供製冷劑流入和流出的製冷劑入口(14)和出口(15)。
2.如權利要求I所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述夾層換熱板(10)大致沿著平行於從換熱器組件(45)到所述風機(40)的方向設置。
3.如權利要求I或2所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述夾層換熱板(10)包括兩塊金屬薄板(11)，周緣具有焊接部分。
4.如權利要求3所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述兩塊金屬薄板(11)之間包括若干個結合點(12)。
5.如權利要求4所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述結合點(12)均勻分布。
6.如權利要求1-5中任意一項所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述結合點(12)包括焊接部分。
7.如權利要求6所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，製冷劑的所述入口(14)高於所述出口(15)。
8.如權利要求6所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，在換熱器組件(45)的下方，設置有填料塔(42)。
9.如權利要求6所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述冷卻液包括水。
10.如權利要求6所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述蒸髮式冷卻裝置是蒸髮式冷凝器。
11.如權利要求6所述的蒸髮式冷卻裝置，其特徵在於，所述蒸髮式冷卻裝置是閉式冷卻塔。
專利摘要一種蒸髮式冷卻裝置，包括箱體和位於所述箱體中的換熱器組件、風機、噴淋系統。其中，噴淋系統位於換熱器組件上方，用於向換熱器組件的外表面噴灑冷卻液，風機位於噴淋系統的上方，用於將經過換熱器組件的冷卻液蒸氣排出箱體，此外，換熱器組件包括若干個夾層換熱板，夾層換熱板具有內部空間，以供製冷劑在其中流動，其周緣密封，並且在密封的周緣上包括供製冷劑流入和流出的製冷劑入口和出口。根據該結構的蒸髮式冷卻裝置可以節省大量的原材料和空間，顯著降低使用和運輸成本，並且還能夠輕易地進行清洗。
文檔編號F25B39/04GK202660820SQ20112046127
公開日2013年1月9日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者彭兆春, 李雅 申請人:浙江萬亨機械製造有限公司