一種分液式螺旋管結構的冷凝器的製作方法
2023-11-03 20:22:47 2
專利名稱：一種分液式螺旋管結構的冷凝器的製作方法
技術領域：
本發明屬於換熱及傳熱技術領域，特別涉及一種分液螺旋管結構的冷凝器。
背景技術：
工業過程中釋放大量低品位餘熱(如煙氣餘熱、蒸汽餘熱等)有待利用，其熱量主要包含顯熱和潛熱兩部分。以燃煤鍋爐煙氣為例，其中水蒸氣體積份額約為8%，攜帶潛熱熱量佔餘熱總量的30%左右，而燃氣和燃油鍋爐煙氣中水蒸氣體積份額高達18%，攜帶潛熱熱量佔餘熱總量的65%左右；可見利用冷凝換熱技術回收餘熱中的潛熱，能夠大幅度提高熱能回收利用率。同時，螺旋管式熱換熱器與一般直管管殼式換熱器相比，具有傳熱係數大，結構緊湊，易於清洗，汙垢熱阻小等優點，雖然造價比同樣傳熱面積的管殼式換熱器高，可是因為傳熱係數大，容易維修，同時螺旋換熱管呈蛇形盤管狀，具有彈簧作用，沒有熱應力造成的破壞漏失，所以廣泛使用。螺旋管換熱器與直管換熱器相比具有較高的換熱效率，其根本原因在於流體在彎管中流動時產生離心力，該離心力導致管內垂直流動方向上產生二次流， 從而增強流體的擾動實現強化換熱；與普通的水平彎管相比，螺旋管的螺旋上升結構(螺旋上升角)使得流體在流動方向上受到扭轉作用，該扭轉作用也會顯著影響流動和換熱； 此外，浮升力引起的管內混合對流也會影響螺旋管的換熱特性；總之，由於螺旋管具有螺旋上升結構，使得螺旋管內的流動受到離心力、扭轉力以及浮升力的共同作用，導致螺旋管內的邊界層發展、截面溫度分布、層流向湍流轉換、換熱係數及摩擦阻力等特性與常規的直管不同。而在螺旋管內發生冷凝相變過程時，其管內存在汽液兩相流體。由於其密度、體積的不同，導致各自受到的離心力、扭轉力以及浮生力不同；使得氣體靠近內壁面區，冷凝液靠近外壁面區，造成冷凝液膜在圓周截面方向上厚度不均勻，截面兩相流型表現出顯著的不對稱性。同時由於螺旋上升結構的存在汽液兩相流流速差異增大，兩相區之間的剪切力增大，促使冷凝流型彈狀流中的汽彈空間在螺旋通道內近內壁區拉長，而在螺旋外圓周側存留較長的液橋區。這些螺旋管相變流型上的特點使得局部壁面的傳熱性能具有本身的獨特性，對其流型和局部傳熱性能的考察及基於此特點的合理調控為設計高效螺旋管換熱器提供了新思路，同時對於相變傳熱學科領域具有深遠的學術價值。目前國內外強化冷凝換熱研究主要針對光滑直管或者內翅片、內螺旋、內凹槽的直管的研究，而對於螺旋管內冷凝相變傳熱的強化研究尚未報導。本發明即針對螺旋管冷凝器中螺旋換熱管內汽液兩相流在受到離心力、扭轉力和浮升力共同作用下表現出的流動不對稱性，利用在螺旋換熱管外圓周側設置微細導液管，將分布在外圓周壁面處的厚液膜及時導離，從而調整截面流型對稱度的同時，形成薄液膜傳熱，達到提高螺旋管冷凝器換熱效率的目的
發明內容
本發明的目的在於提供一種分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，在分液螺旋管結構的冷凝器的殼體內固定螺旋換熱管，螺旋換熱管外圓周上分布導液管，螺旋換熱管上端為冷凝工質進口管，下端為冷凝工質出口管；殼體外圓周上端為冷卻水出口，下端為冷卻水進口。所述螺旋換熱管外圓周上分布與殼體軸線同嚮導液管，具有三種結構形式，其一為導液管通過微細管與螺旋換熱管的每圈相連，不與殼體內側接觸；其二為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環形的積液腔，所述垂直於殼體軸線的微細管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環形的積液腔相聯通；在螺旋管外圓周壁面的半圓範圍內加工3個壁面大孔，絲網包覆在3個壁面大孔的表面，絲網在此主要起分液作用；其三為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環形的積液腔，所述垂直於殼體軸線的微細管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環形的積液腔相聯通；在螺旋管外圓周壁面的半圓範圍內加工3-7個壁面微孔，在此微孔起分液作用。所述螺旋換熱管外圓周上分布導液管為等距離或非等距離分布；至少在兩根以上。所述微細管的當量直徑、起主要分液作用的絲網孔徑和壁面微孔的當量孔徑均用 d表示，其
權利要求
1.一種分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，在分液螺旋管結構的冷凝器的殼體內固定螺旋換熱管，螺旋換熱管外圓周上分布導液管，螺旋換熱管上端為冷凝工質進口管，下端為冷凝工質出口管；殼體外圓周上端為冷卻水出口，下端為冷卻水進口。
2.根據權利要求1所述分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，所述螺旋換熱管外圓周上分布導液管與殼體軸線同向，分液螺旋管結構具有三種結構形式其一為導液管通過微細管與螺旋換熱管的每圈相連，不與殼體內側接觸；其二為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環形的積液腔，所述垂直於殼體軸線的微細管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環形的積液腔相聯通；在螺旋管外圓周壁面的半圓範圍內加工3個壁面大孔，絲網包覆在3個壁面大孔的表面，絲網在此主要起分液作用；其三為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環形的積液腔，所述垂直於殼體軸線的微細管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環形的積液腔相聯通；在螺旋管外圓周壁面的半圓範圍內加工3-7個壁面微孔。
3.根據權利要求1所述分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，所述所述螺旋換熱管外圓周上分布導液管為等距離或非等距離分布；至少在兩根以上。
4.根據權利要求1所述分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，所述微細管的當量直徑、起主要分液作用的絲網孔和壁面微孔的當量孔徑均用d表示，其
5.根據權利要求1所述分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，所述螺旋換熱管材料為碳鋼、銅及銅合金、不鏽鋼或鎳及鎳合金材料。
6.根據權利要求1所述分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，所述螺旋換熱管採用外表面光滑的管或採用外表面有徑向低翅片管繞成螺旋換熱管。
7.根據權利要求1所述分液螺旋管結構的冷凝器，其特徵在於，所述殼體材料採用鑄鐵、青銅碳鋼或不鏽鋼製造。
全文摘要
本發明公開了屬於換熱、傳熱技術領域的一種分液螺旋管結構的冷凝器。在分液螺旋管結構的冷凝器的殼體內固定螺旋換熱管，螺旋換熱管外圓周上分布導液管，螺旋換熱管上端為冷凝工質進口管，下端為冷凝工質出口管；殼體外圓周上端為冷卻水出口，下端為冷卻水進口。在冷凝過程中利用表面張力、毛細力和離心力的共同作用將分布在螺旋外圓周側壁面處厚液膜非能動導出，促進冷凝相變過程的薄液膜傳熱；降低螺旋管外圓周側冷凝液膜熱阻，從而顯著提高冷凝相變管側換熱性能。此分液式高效螺旋管冷凝器主要靠離心力和毛細力分離冷凝液，不受重力影響，在地面及微重力環境下均可顯著提高冷凝換熱係數。
文檔編號F28F1/12GK102313404SQ20111025921
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年9月5日
發明者張偉, 徐進良, 陳宏霞 申請人:華北電力大學