滿液型緊湊管束蒸發換熱器的製作方法

2023-07-19 18:03:11 2

專利名稱：滿液型緊湊管束蒸發換熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種滿液型緊湊管束蒸發換熱器，該蒸發換熱器通過一種特殊的管束排列結構，可有效地提高蒸發換熱效率。
背景技術：
降低能量和資源的消耗是生產與應用工程領域的一項重大課題。在很多熱工和化工的換熱工藝過程中，降低能耗的一種有效方法就是在過程的進行當中，減小系統運行的驅動溫差。
工業中最常用的一種熱交換設備就是蒸發換熱器，而如何提高蒸發換熱器的換熱效率則一直是設計人員研究的一項重要的課題。目前，工業中用到的蒸發換熱器主要有兩大類，一類是降膜型蒸發換熱器，另一類是滿液型蒸發換熱器。在海水淡化設備、太陽能吸收式冷卻器、化工設備中，這兩種類型的換熱器都很常用。
降膜型蒸發換熱器的主要結構包括供液器、管束、儲液箱和循環系統四個部分。工作時，液體從供液器流經管束，在其表面換熱之後進入儲液箱，然後再流入供液器循環使用。降膜型蒸發換熱器主要用在一些利用低品質熱量的換熱設備中。(Experimental study of a falling-film evaporative heat exchangercomposed of compact and high-efficiency horizontal tube banks；劉振華，張彤；熱能動力工程2004年3月第19期；P160～162。)該類型換熱器的特點是在管外的工質流量小、管壁和工質間的溫差小的情況下，其換熱係數卻很大；而且，工質流量和熱負荷的變化對換熱係數的影響很小，運行工況相當穩定。但是，該種類型換熱器需要一套複雜的供液裝置，而且，為了保證流體能夠在管束之間流動，管與管之間的間距必須足夠大，這就使得整個換熱器的體積增大。
與降膜型蒸發換熱器相對的另外一種類型的蒸發換熱器為滿液型蒸發換熱器。滿液型蒸發換熱器主要應用於高熱量、高過熱度的情況。它的基本的形式就是水平管束全部放置在飽和液體中。與降膜型蒸發換熱器相比，滿液型蒸發換熱器的結構要簡單得多。然而，為了使受熱表面能產生沸騰換熱，該型換熱器所需要的溫差比較大。在利用低品質熱量的海水淡化設備和換熱器當中，由於壁面溫度以及熱流量都很低，目前使用的滿液型蒸發換熱器由於管間距比較大，傳熱管表面不會產生沸騰，因此換熱效率很低。如果要強化換熱，使之產生核態沸騰，一般的方法是使用各種特殊的強化管束。這樣一來，不僅使得設備成本大幅度增加，而且傳熱管也難以清洗。

發明內容
本發明的目的在於針對以上現有技術的不足，提供一種新型結構的滿液型緊湊管束蒸發換熱器，結構簡單緊湊，能在低溫差的條件下發生強烈的沸騰現象，提高換熱性能。
為實現這樣的目的，本發明採用一種特殊的管束排列結構來提高蒸發換熱效率。蒸發換熱器主要由供液器，儲液箱、箱中布設的管子組成，供液器從儲液箱的上部連通儲液箱，蒸汽出口設置在儲液箱的上部，出液口設置在儲液箱的下部，儲液箱內部緊湊排列的管子浸沒在液體中。本發明的結構特徵主要在於管束排列方式，相鄰兩列管束保持一個2mm的最佳間距，同時，同一列垂直管束間的各管子緊密接觸，或者保持其間距小於2mm。
運行時，管束整個浸沒在冷流體中，熱流體從管子中間流過。根據沸騰強化傳熱機理，管子以這種方式排列，容易在管子外側的窄縫空間產生沸騰傳熱以及氣液兩相流擾動兩種強化換熱，滿液型蒸發換熱器使用一般的光滑管依然能在低壁溫、低熱流密度條件下(熱流密度範圍約在103～105kW/m2之間)產生沸騰傳熱現象，從而可以大大強化了換熱能力。根據實驗，這種新型滿液型蒸發換熱器對於水和氟利昂這兩種工質，都能有效增加蒸發換熱效率，其換熱效率比普通蒸發換熱器提高1～2倍。
本發明的蒸發換熱器供液裝置簡單，結構緊湊，不增加設備加工成本，而且在低溫差的條件下也能發生強烈的沸騰現象，從而使得換熱性能大大提高。另外，本發明的換熱器加工製作方便，排列方式簡單，容易實現，而且也很容易清洗。


圖1為本發明蒸發換熱器管束接觸型排列結構示意圖。
圖2為本發明蒸發換熱器管束小間距型排列結構示意圖。
圖1、圖2中，1為蒸汽出口，2為供液器，3為流體，4為管子，5為儲液箱，6為出液口。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的技術方案作進一步描述。
本發明蒸發換熱器結構如圖1、圖2所示，主要由供液器2，儲液箱5、箱中布設的管子4組成，供液器2從儲液箱5的上部連通儲液箱5，蒸汽出口1設置在儲液箱5的上部，出液口6設置在儲液箱5的下部，儲液箱5內部緊湊排列的管子4浸沒在液體中。
本發明的結構特徵主要在於管束排列方式，在同一列垂直管束間的各管子緊密接觸，如圖1所示，或者同一列垂直管束間的各管子間距小於2mm，如圖2所示。同時，相鄰兩列管束保持一個十分小的最佳距離，一般間距可取2mm。
在本發明的實施例中，管束中所有管子4的外徑均為18mm，整個管束中的管子以順排方式排列。上下管子之間緊密接觸或者間距小於1～2mm，左右管束之間的距離為2mm。管子之間距離的調整可以通過兩側管板來調整。整個管束浸沒在液體之中。在熱流密度為103kW/m2之時，該實施例的換熱器較之普通的滿液型蒸發換熱器，換熱係數可以增加2倍。
權利要求
1.一種滿液型緊湊管束蒸發換熱器，由供液器(2)，儲液箱(5)、箱中布設的管子(4)組成，其特徵在於供液器(2)從儲液箱(5)的上部連通儲液箱(5)，蒸汽出口(1)設置在儲液箱(5)的上部，出液口(6)設置在儲液箱(5)的下部，儲液箱(5)內部緊湊排列的管子(4)浸沒在液體中，同一列垂直管束間的各管子(4)緊密接觸或保持小於2mm的間距，相鄰兩列管束距離為2mm。
全文摘要
一種滿液型緊湊管束蒸發換熱器，採用一種特殊的管束排列結構來提高蒸發換熱效率。蒸發換熱器主要由供液器，儲液箱、儲液箱中布設的管子組成，供液器從儲液箱的上部連通儲液箱，蒸汽出口設置在儲液箱的上部，出液口設置在儲液箱的下部，儲液箱內部緊湊排列的管子浸沒在液體中。儲液箱中相鄰兩列管束保持一個2mm的最佳間距，同時，同一列垂直管束間的各管子緊密接觸或者保持其間距小於2mm。本發明的蒸發換熱器供液裝置簡單，結構緊湊，在低溫差的條件下也能發生強烈的沸騰現象，從而使得換熱性能大大提高。
文檔編號F28D1/047GK1667338SQ20051002494
公開日2005年9月14日 申請日期2005年4月7日 優先權日2005年4月7日
發明者劉振華, 秋雨豪 申請人:上海交通大學