雙相變潛熱換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙相變潛熱換熱器，包括換熱單元，換熱單元包括密封殼體，殼體內(nèi)上下間隔設(shè)有上、下密封擋板，上、下密封擋板之間設(shè)有若干豎管，豎管與上、下密封擋板之間的殼體圍成中間腔室，上密封擋板上方設(shè)有蒸汽腔室，各豎管的頂部開口與蒸汽腔室相連通；各豎管底部均與一液體腔室相連通；豎管的長徑比小于20；蒸汽腔室處的殼體上設(shè)有第一蒸汽進出口，中間腔室的殼體上設(shè)有第二蒸汽進出口，中間腔室底部的殼體上設(shè)有第一液體進出口，液體腔室處的殼體上設(shè)有第二液體進出口。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)雙相變潛熱換熱的正常進行，大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸并節(jié)省了95%以上的單相變換熱時冷卻工質(zhì)輸送時消耗的能量。
【專利說明】雙相變潛熱換熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及換熱器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)換熱器在工作時，其換熱面兩側(cè)的介質(zhì)一般不發(fā)生相變，比如液/液、氣/氣、氣/液換熱?；驌Q熱面一側(cè)的介質(zhì)發(fā)生相變，比如蒸汽/液、蒸汽/氣加熱器。無相變換熱器只能傳遞物料的顯熱，單側(cè)相變加熱器的蒸汽端發(fā)生冷凝相變放出潛熱，而另一側(cè)液體或氣體物料沒有相變，只是溫度被提升。通常物料的顯熱量要比潛熱量小得多，所以同樣的熱交換量，傳統(tǒng)換熱器通常需要很大的設(shè)備尺寸，以及大量的液體或氣體輸送能耗。
[0003]常用的換熱器有兩種:板式換熱器與管殼式換熱器。之所以沒有出現(xiàn)換熱面兩側(cè)的介質(zhì)均發(fā)生相變的換熱器，是因為現(xiàn)有的兩種換熱器均不適應(yīng)雙相變的工作狀況，并且對此缺乏規(guī)律性的認(rèn)識。
[0004]經(jīng)過本申請發(fā)明人的創(chuàng)造性研究，對現(xiàn)有兩種換熱器不適應(yīng)雙相變工作的原因有了規(guī)律性的認(rèn)識，即物料發(fā)生相變時，必然伴隨著體積流量的劇烈變化，板式換熱器換熱面之間的間隙較小，所以難以適應(yīng)這種變化，不能用作雙相變換熱器；管殼式換熱器的殼程通常是長度大于直徑，單管長徑比(長徑比指管內(nèi)沸騰液位深度與管子直徑之比。)普遍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20 ;這種情況下沸騰相變側(cè)必然造成氣液劇烈混和狀態(tài)，冷凝相變側(cè)風(fēng)阻損失大、管束效應(yīng)明顯、液膜熱阻效應(yīng)強，這些因素綜合在一起，導(dǎo)致長管(長管指長徑比大于20的的管子)設(shè)計無法穩(wěn)定發(fā)生相變傳熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠大幅縮小換熱器體積、降低介質(zhì)輸送能耗的雙相變潛熱換熱器。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的雙相變潛熱換熱器包括換熱單元，換熱單元包括密封殼體，殼體內(nèi)上下間隔設(shè)有上密封擋板和下密封擋板，上、下密封擋板之間均勻設(shè)有若干豎管，豎管與上、下密封擋板之間的殼體圍成中間腔室，上密封擋板上方設(shè)有蒸汽腔室，各豎管的頂部開口與蒸汽腔室相連通；各豎管底部均與一液體腔室相連通，液體腔室位于下密封擋板下方并與下密封擋板相臨；所述豎管的長徑比小于20 ;所述蒸汽腔室處的殼體上設(shè)有第一蒸汽進出口，所述中間腔室頂部的殼體上設(shè)有第二蒸汽進出口，所述中間腔室底部的殼體上設(shè)有第一液體進出口，所述液體腔室處的殼體上設(shè)有第二液體進出口。
[0007]所述換熱單元上下堆疊設(shè)有兩個以上。
[0008]所述堆疊在一起的各換熱單元皆置于一罩體內(nèi)，各換熱單元與罩體圍成蒸汽空腔，罩體內(nèi)設(shè)有蒸汽管，蒸汽管選擇連通第一蒸汽進出口或第二蒸汽進出口，且蒸汽管的頂部向上伸出罩體；罩體內(nèi)設(shè)有液管，液管選擇連通第一液體進出口或第二液體進出口，且液管的底部向下伸出罩體；所述罩體的側(cè)壁中部設(shè)有罩體蒸汽進口，所述罩體的底端連通有罩體液體出口。[0009]最頂部的換熱單元的殼體頂部呈封頭結(jié)構(gòu)，最底部的換熱單元的殼體底部呈封頭結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明具有如下的優(yōu)點:
豎管的長徑比小于20，能夠避免沸騰相變一側(cè)造成氣液劇烈混和現(xiàn)象，避免冷凝相變側(cè)風(fēng)阻損失大、管束效應(yīng)明顯、液膜熱阻效應(yīng)強等現(xiàn)象，從而保證穩(wěn)定的冷凝或沸騰，保證換熱效率。本發(fā)明能夠保證雙相變換熱的正常進行，采用豎管內(nèi)外的兩種工作介質(zhì)均發(fā)生相變(即管程和殼程的工作介質(zhì)均發(fā)生相變)的工作方式，本發(fā)明大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸，有效實現(xiàn)潛熱高密度換熱，同時也節(jié)省了 95%以上的液體或氣體(即工作介質(zhì))輸送時消耗的能量。
[0011]基本單元使用短管，占地面積通常較大；使用堆疊的方法，把多個換熱單元上下堆疊集合在一起，這樣不僅占地面積小，而且各換熱單元之間的壓力相互平衡，壓力容器更容易設(shè)計。
[0012]如果沒有設(shè)置罩體，則每個換熱單元都要對外連接4根管道，造成外部管道又多又亂，增大連接難度并使降低設(shè)備的緊湊程度。由于設(shè)置了罩體，體積流量最大的汽態(tài)流就可以取消分布管路。這樣做不但流量分布更加均勻，同時整體設(shè)備外觀緊湊，綜合換熱效率也高；用于內(nèi)凝外沸式時，單元的圓周表面也可用于冷凝換熱，換熱面積顯著提高。最后，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和使用。
[0013]總之，本發(fā)明能夠保證雙相變換熱的正常進行，大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸并節(jié)省了 95%以上的工作介質(zhì)輸送時消耗的能量。上下堆疊設(shè)置多個換熱單元，并設(shè)置罩體，可以簡化本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)，使整體設(shè)備更加緊湊，并使工作介質(zhì)的流量分布地更加均勻，提高綜合換熱效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明中換熱單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是三個換熱單元上下堆疊在一起的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是設(shè)有罩體時本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的雙相變潛熱換熱器包括換熱單元，換熱單元包括密封殼體1，殼體I內(nèi)上下間隔設(shè)有上密封擋板2和下密封擋板3，上、下密封擋板2、3之間均勻設(shè)有若干豎管4，豎管4與上、下密封擋板2、3之間的殼體I圍成中間腔室5，上密封擋板2上方設(shè)有蒸汽腔室6，各豎管4的頂部開口與蒸汽腔室6相連通；各豎管4底部均與一液體腔室7相連通，液體腔室7位于下密封擋板3下方并與下密封擋板3相臨；所述豎管4的長徑比小于20，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以依據(jù)不同物料性質(zhì)選取不同的長徑比。
[0016]所述蒸汽腔室6處的殼體I上設(shè)有第一蒸汽進出口 8，所述中間腔室5頂部的殼體I上設(shè)有第二蒸汽進出口 9，所述中間腔室5底部的殼體I上設(shè)有第一液體進出口 10，所述液體腔室7處的殼體I上設(shè)有第二液體進出口 11。第一、第二液體進出口 10、11的管徑小于第一、第二蒸汽進出口 8、9的管徑。
[0017]所述換熱單元上下堆疊設(shè)有兩個以上。所述堆疊在一起的各換熱單元皆置于一罩體12內(nèi)，各換熱單元與罩體12圍成蒸汽空腔13。
[0018]罩體12內(nèi)設(shè)有蒸汽管14，蒸汽管14選擇連通第一蒸汽進出口 8或第二蒸汽進出口 9，且蒸汽管14的頂部向上伸出罩體12。
[0019]罩體12內(nèi)設(shè)有液管15，液管15選擇連通第一液體進出口 10或第二液體進出口11，且液管15的底部向下伸出罩體12。
[0020]所述罩體12的側(cè)壁中部設(shè)有罩體蒸汽進口 16，所述罩體12的底端連通有罩體液體出口 17。
[0021]最頂部的換熱單元的殼體I頂部呈封頭結(jié)構(gòu)，最底部的換熱單元的殼體I底部呈封頭結(jié)構(gòu)。
[0022]本發(fā)明所采用的工作介質(zhì):發(fā)生相變的介質(zhì)有不同選擇，例如:水、氨、二氧化碳等；各類單質(zhì)制冷劑或非共沸混合制冷劑(CFC類，HCFC類，HFC類，R400等);各類碳?xì)浠衔?丙烷、乙醇、乙烯、丙酮等)。基于本發(fā)明的技術(shù)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力根據(jù)實際應(yīng)用的需要選擇合適的工作介質(zhì)。
[0023]本發(fā)明適用于各類低溫蒸汽回收場合，特別是與機械壓縮式熱泵系統(tǒng)相結(jié)合。
[0024]用在熱泵機組的蒸發(fā)器上，可以直接回收低溫蒸汽的潛熱，取消了水冷凝器的水耗、水輸送能耗以及涼水塔投資及運轉(zhuǎn)費用，并且提高了回收溫度進而提高了熱泵機組整機效率。
[0025]用在熱泵機組的冷凝器上，可直接生產(chǎn)蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)線。特別是用在各類傳統(tǒng)蒸發(fā)濃縮設(shè)備上。傳統(tǒng)蒸發(fā)濃縮設(shè)備都大量消耗外來鍋爐蒸汽，并且使用冷凝器結(jié)合涼水塔把末級低溫蒸汽直接排放到大氣中。利用本發(fā)明，把蒸發(fā)濃縮設(shè)備的末級低溫蒸汽引入熱泵機組的蒸發(fā)器，把熱泵機組冷凝器生產(chǎn)的高溫蒸汽直接送回蒸發(fā)濃縮設(shè)備，這樣可以完全取消外來鍋爐蒸汽的使用，從而大大降低能源消耗量。在本發(fā)明的基礎(chǔ)上還可采用各類表面強化換熱技術(shù)，提升整機效率，減少傳熱溫差，降低投資成本。
[0026]使用時，本發(fā)明的雙相變潛熱換熱器既可以采用外凝內(nèi)沸(指各豎管4內(nèi)的介質(zhì)由液態(tài)吸熱后蒸發(fā)為氣態(tài)，同時各豎管4外、中間腔室5內(nèi)的介質(zhì)即管外殼程介質(zhì)則由氣態(tài)放熱后冷凝為液態(tài))的工作方式，也可以采用內(nèi)凝外沸的工作方式。
[0027]采用外凝內(nèi)沸的工作方式時，如圖3所示，蒸汽管14連通第一蒸汽進出口 8，同時液管15連通第二液體進出口 11。換熱過程是:高溫蒸汽由罩體蒸汽進口 16進入蒸汽空腔13，然后通過各換熱單元的第二蒸汽進出口 9進入中間腔室5，與各豎管4內(nèi)的蒸發(fā)介質(zhì)進行換熱后得到冷凝，冷凝后形成的液體由第一液體進出口 10流出中間腔室5，然后落在蒸汽空腔13的底部，并通過罩體液體出口 17流出罩體12 ;與此同時，液態(tài)的蒸發(fā)介質(zhì)由罩體液體出口 17流入罩體12,通過液管15后進入各換熱單元的第二液體進出口 11 ;然后,液態(tài)的蒸發(fā)介質(zhì)經(jīng)過液體腔室7流入各豎管4，流經(jīng)豎管4時，液態(tài)的蒸發(fā)介質(zhì)得到管外冷凝介質(zhì)的熱量后蒸發(fā)，蒸發(fā)后形成的氣體依次經(jīng)蒸汽腔室6、第一蒸汽進出口 8和蒸汽管14后流出罩體12。
[0028]采用外沸內(nèi)凝的工作方式時，蒸汽管14連通第二蒸汽進出口 9，同時液管15連通第一液體進出口 10。換熱過程是:蒸發(fā)介質(zhì)的高溫蒸汽由罩體蒸汽進口 16進入蒸汽空腔13，然后通過各換熱單元的第一蒸汽進出口 8進入中間腔室5，與各豎管4內(nèi)的蒸發(fā)介質(zhì)進行換熱后得到冷凝，冷凝后形成的液體由第二液體進出口 11流出中間腔室5，然后落在蒸汽空腔13的底部，并通過罩體液體出口 17流出罩體12 ;與此同時，液態(tài)的蒸發(fā)介質(zhì)由罩體液體出口 17流入罩體12,通過液管15后進入各換熱單元的第一液體進出口 10 ;然后,液態(tài)的蒸發(fā)介質(zhì)經(jīng)過液體腔室7流入各豎管4，流經(jīng)豎管4時，液態(tài)的蒸發(fā)介質(zhì)得到管外冷凝介質(zhì)的熱量后蒸發(fā)，蒸發(fā)后形成的氣體依次經(jīng)蒸汽腔室6、第二蒸汽進出口 9和蒸汽管14后流出罩體12。
[0029]本發(fā)明能夠保證雙相變換熱的正常進行，大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸并節(jié)省了 95%以上的工作介質(zhì)輸送時消耗的能量。上下堆疊設(shè)置多個換熱單元，并設(shè)置罩體12，可以簡化本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)，使整體設(shè)備更加緊湊，并使工作介質(zhì)的流量分布地更加均勻，提高綜合換熱效率。
[0030]以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.雙相變潛熱換熱器，其特征在于:包括換熱單元，換熱單元包括密封殼體，殼體內(nèi)上下間隔設(shè)有上密封擋板和下密封擋板，上、下密封擋板之間均勻設(shè)有若干豎管，豎管與上、下密封擋板之間的殼體圍成中間腔室，上密封擋板上方設(shè)有蒸汽腔室，各豎管的頂部開口與蒸汽腔室相連通；各豎管底部均與一液體腔室相連通，液體腔室位于下密封擋板下方并與下密封擋板相臨；所述豎管的長徑比小于20 ； 所述蒸汽腔室處的殼體上設(shè)有第一蒸汽進出口，所述中間腔室頂部的殼體上設(shè)有第二蒸汽進出口，所述中間腔室底部的殼體上設(shè)有第一液體進出口，所述液體腔室處的殼體上設(shè)有第二液體進出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙相變潛熱換熱器，其特征在于:所述換熱單元上下堆疊設(shè)有兩個以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙相變潛熱換熱器，其特征在于:所述堆疊在一起的各換熱單元皆置于一罩體內(nèi)，各換熱單元與罩體圍成蒸汽空腔， 罩體內(nèi)設(shè)有蒸汽管，蒸汽管選擇連通第一蒸汽進出口或第二蒸汽進出口，且蒸汽管的頂部向上伸出罩體； 罩體內(nèi)設(shè)有液管，液管選擇連通第一液體進出口或第二液體進出口，且液管的底部向下伸出罩體； 所述罩體的側(cè)壁中部設(shè)有罩體蒸汽進口，所述罩體的底端連通有罩體液體出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的雙相變潛熱換熱器，其特征在于:最頂部的換熱單元的殼體頂部呈封頭結(jié)構(gòu)，最底部的換熱單元的殼體底部呈封頭結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】F28D19/00GK103791744SQ201410026528
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】付紅曉 申請人:鄭州四維淀粉技術(shù)開發(fā)有限公司