專利名稱：包括降膜式蒸發(fā)器和制冷劑分配系統(tǒng)的熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明旨在改進(jìn)熱交換器的性能，具體地說，涉及一種用于降膜式熱交換器的改進(jìn)型分配系統(tǒng)。
在具有蒸汽壓縮冷卻器的水平殼管降膜式熱交換器中，利用噴嘴將熱交換流體噴灑在形成管組件的第一層管子的頂部上。在這些情況中，通常都采用了一錯(cuò)列式管心距。當(dāng)蒸汽向上通過所述堆疊起來的管子時(shí)，尤其是蒸汽壓縮冷卻器時(shí)，錯(cuò)列式管心距容易在管子的蒸汽側(cè)上產(chǎn)生較大的壓降。為了對(duì)此加以校正，制造商采用自由的管心距以降低壓降。這樣就使得殼體直徑較大，從而使得設(shè)備的成本較高。此外，為了以一種順列式方式來設(shè)置各管子，以將壓降損失減至最低限度，其它一些制造商采用了一些復(fù)雜的滴流式分配系統(tǒng)，它們非常容易受機(jī)加工水平的影響并且設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的成本高。兩相制冷劑分配中還會(huì)發(fā)生另一問題，其中所使用的各噴嘴經(jīng)常不能提供均勻的液體分配，從而降低了熱交換器的性能。錯(cuò)列式管束排列的另一缺點(diǎn)是可用的流體流分配在大量管子上方。這樣就導(dǎo)致了膜流率相對(duì)較低，并且局部再循環(huán)率(定義為膜流率除以蒸汽生產(chǎn)率)較低，從而增大了風(fēng)干的可能性，并且顯著減小了熱傳遞系數(shù)。一種順列式管束排列可以以較高的膜流率進(jìn)行工作，以改善上述弱點(diǎn)。但是，雖然可以這樣作，但是，所分配的液體的某些部分仍不能到達(dá)熱傳遞表面，而這正是本發(fā)明需要改進(jìn)之處。
在轉(zhuǎn)讓給美國標(biāo)準(zhǔn)公司的美國專利5,645,124中示出了一種最新的降膜式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的例子，它具有一制冷劑分配系統(tǒng)。在該專利中示出了制冷劑分配器的幾個(gè)實(shí)施例，其中一較佳實(shí)施例在一分配器和各管子之間采用了一網(wǎng)篩式界面，另一較佳實(shí)施例采用了一種套管式設(shè)置方案，以將制冷劑分配到所述網(wǎng)篩和熱交換管組件上。
如圖7所示，制冷劑流過一內(nèi)管，并通過一頂孔流入一外管。制冷劑向下滴落在內(nèi)管的側(cè)面上、通過一底部開口滴在所述網(wǎng)篩上，然后滴落在蒸發(fā)器管上。圖中還示出了蒸發(fā)器管的另一種設(shè)計(jì)，它不再是一種真實(shí)的圓柱形結(jié)構(gòu)，所述管子在底面上包括一V點(diǎn)，以將制冷劑液滴導(dǎo)引至設(shè)置在下方的蒸發(fā)器管子上。在另一實(shí)施例中，除了所述V點(diǎn)以外，所述蒸發(fā)器管子還包括一冷卻區(qū)，用來收集制冷劑并隨后對(duì)制冷劑進(jìn)行分配，以便對(duì)分配情況加以更多的控制。
所述網(wǎng)篩放置得與管組件的最頂上的蒸發(fā)器管子相接觸或很靠近它。所述網(wǎng)篩呈波紋狀或波形，形成有一些凸峰和凹谷，這樣，每一凹谷就大體上平行于并直接位于最上方的蒸發(fā)器管子之一的縱向軸線的上方。以此方式，沿著所述網(wǎng)篩的各凹谷就會(huì)軸向地形成液體制冷劑池，直到重力克服表面吸引力為止，所述表面吸引力可使液體制冷劑懸浮在網(wǎng)篩表面上。然后，制冷劑下落并滴落在最頂上的蒸發(fā)器管子上。當(dāng)網(wǎng)篩與各管子相接觸時(shí)，制冷劑流到管子上。雖然使用網(wǎng)篩可以最大程度地減少制冷劑的飛濺現(xiàn)象和吸入到壓縮機(jī)內(nèi)的制冷劑量，但是，所述網(wǎng)篩顯著阻礙了制冷劑流至蒸發(fā)器管子。
因此，需要為降膜式熱交換器提供一種改進(jìn)型制冷劑分配系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可以以順列式設(shè)置管子，并且可以均勻地分配制冷劑，而且可以將蒸發(fā)器管子兩端的壓降減至最低。
本發(fā)明的主要目的是提供一種用于降膜式熱交換器的改進(jìn)型分配系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于降膜式熱交換器的改進(jìn)型分配系統(tǒng)，其中一順列式熱交換管系統(tǒng)可以與一簡單的分配系統(tǒng)一起使用，從而可以降低壓降并提高制冷劑分配效率。
本發(fā)明的又一目的是提供一種用于降膜式熱交換器的改進(jìn)型制冷劑分配系統(tǒng)，其中各噴嘴可用于分配作業(yè)，并設(shè)置有一可將制冷劑準(zhǔn)確地導(dǎo)引至順列式排列的熱交換管的機(jī)構(gòu)，以有效地分配制冷劑。
本發(fā)明的再一目的是提供一種用于降膜式熱交換器的改進(jìn)型制冷劑分配系統(tǒng)，所述降膜式熱交換器藉助使用順列式管束可提供局部膜流率，其中，局部再循環(huán)率(定義為膜流率除以蒸汽生產(chǎn)率)被增大，以提高可濕性和熱傳遞系數(shù)。
本發(fā)明的前述目的和優(yōu)點(diǎn)是由一種可用作一降膜式蒸發(fā)器和制冷劑分配系統(tǒng)的水平的殼管式熱交換器來實(shí)現(xiàn)的。所述系統(tǒng)包括一以降膜蒸發(fā)模式工作的順列式熱交換管束，它包括多列非錯(cuò)列的熱交換管，其中，所述各列與將各列分隔開的空間是基本垂直對(duì)齊的；以及一用來提供制冷劑的供給管。至少一個(gè)分配機(jī)構(gòu)與所述供給管流體連通，并在所述多列熱交換管附近具有一制冷劑出口，多個(gè)擋板設(shè)置在所述制冷劑出口處。每一擋板均與所述空間之一相對(duì)齊，在所述各空間之一的上方延伸，以將來自所述分配機(jī)構(gòu)出口和離開所述各空間之一的制冷劑導(dǎo)引至基本垂直對(duì)齊的各列熱交換管上。


圖1a是本發(fā)明噴灑分配系統(tǒng)和熱交換器的前視示意圖，它們采用了根據(jù)本發(fā)明原理的分配器擋板和順列式管束；圖1b是沿圖1a中線1b-1b截取的側(cè)視圖；圖2是一用于已有技術(shù)熱交換器的錯(cuò)列管束的示意圖；圖3a是圖1所示的噴灑分配系統(tǒng)的各擋板的放大前視圖；以及圖3b是沿圖3a中線3b-3b截取的、圖1所示噴灑分配系統(tǒng)的各擋板的放大側(cè)視圖。
請(qǐng)參閱圖1，圖中示出了本發(fā)明改良型制冷劑分配系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的示意圖，所述分配系統(tǒng)由數(shù)字10總的示出。所述系統(tǒng)大體上包括一些噴嘴12、一些擋板14和一管束15。
噴嘴12是以一種在本技術(shù)領(lǐng)域中已知的方式來設(shè)計(jì)和起作用的，并可將制冷劑向下噴灑在以垂直對(duì)齊非錯(cuò)列方式進(jìn)行設(shè)置的熱交換管系統(tǒng)上。如圖1所示，每一噴嘴12復(fù)覆了一噴灑區(qū)域A上，制冷劑越過該區(qū)域向下噴灑到各熱交換管上。在一種典型的設(shè)置情況中，將各熱交換管16非錯(cuò)列設(shè)置，制冷劑可以在彼此隔開的各熱交換管之間的相當(dāng)大的空間內(nèi)流動(dòng)，從而可以利用可用制冷劑來影響管子覆蓋率。這就是為什么要采用錯(cuò)列式熱交換管排列的主要原因，例如在圖2中示出了這種錯(cuò)列式設(shè)置方案。藉此方式，下一列管子就可以利用下落在熱交換管之間的制冷劑，該列管子與前列和后列管子是錯(cuò)列設(shè)置的。但是，如背景技術(shù)部分所指出的，這種錯(cuò)列式設(shè)置方案具有這樣一個(gè)缺點(diǎn)除了所描述的許多其它東西之外，會(huì)產(chǎn)生不為人們所希望的壓降現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明的原理，將一些擋板14設(shè)置在噴嘴12的邊緣，并使它們相互隔開，從而使它們定位在各熱交換管之間的空間上方。也就是，以這種較佳的非錯(cuò)列的、垂直排列的方式來設(shè)置各熱交換管，使各擋板14與熱交換管之間的空間相對(duì)齊，例如空間18上方的擋板14a。為了便于將制冷劑朝著其間設(shè)置有每一擋板的各熱交換管的方向?qū)б?，所述擋板最好呈人字形形狀，并具有一向上朝著各噴嘴的窄端或尖端，這樣，各擋板的腿部22和其表面24就基本上指向著其間設(shè)置有所述人字形擋板的兩個(gè)熱交換管的縱向上表面中心23。此外，每一擋板的底緣25均呈齒形，如圖3所示，這樣，各齒狀凸起就面朝著順列式管束，如圖所示的那樣。在所示的較佳實(shí)施例中，齒狀凸起28的尖端26之間的間距是一預(yù)定的節(jié)距P。節(jié)距P被選擇得小于制冷劑的自然節(jié)距，所述自然節(jié)距是當(dāng)制冷劑離開所述熱交換管的各水平管滴落呈液柱時(shí)測得的距離。所述液柱的自然節(jié)距由以下等式得出，(1) 2*π*[(2*sigma)/(rho*g)]0.5式中，sigma＝表面張力，rho＝液體制冷劑密度，以及g＝重力加速度。
在一實(shí)施例中，各齒狀凸起的尖端的較佳節(jié)距是由等式(1)確定的值的百分之六十至百分之八十五(60-85％)的范圍內(nèi)，更佳的是百分之七十五(75％)。但是，所用制冷劑的類型和其它因素，包括冷卻器的類型和所使用的其它設(shè)備，會(huì)影響最佳百分比。在所有情況中，各齒狀凸起的節(jié)距應(yīng)該小于由等式(1)確定的值。通過使齒狀凸起的節(jié)距小于液柱的自然節(jié)距，可以便于液體制冷劑的快速分布。此外，所述齒狀凸起可以為蒸汽提供通道，以使蒸汽逸散離開所述管束，而不會(huì)有很大的壓降，否則很大的壓降會(huì)使吸入壓力降低并使冷卻器效率降低。
在工作中，當(dāng)制冷劑自各噴嘴向下噴灑時(shí)，離開對(duì)準(zhǔn)各空間18的各噴嘴或與所述空間相碰撞的制冷劑就向下流到擋板14的腿部22的背緣24上，經(jīng)過邊緣25并通過各齒28，并且被導(dǎo)引至熱交換管周圍的頂部中心23。然后，制冷劑圍繞各熱交換管流動(dòng)，經(jīng)過熱交換管的外表面，一直到它到達(dá)熱交換管的下表面并且重力將制冷劑和熱交換管之間的表面粘合力斷開以使保留的未汽化的制冷劑移動(dòng)至底層熱交換管。雖然圖中示出的是一人字形擋板，但也可以使用其它形狀，諸如C形、V形和半八邊形。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是它為降膜式熱交換器提供了一種改進(jìn)型分配系統(tǒng)。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是它為降膜式熱交換器提供了這樣一種改進(jìn)型分配系統(tǒng)，其中，一順列式熱交換管系統(tǒng)可以與一簡單的分配系統(tǒng)一起使用，從而可以降低壓降，并提高制冷劑的分配效率。本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是它為降膜式熱交換器提供了這樣一種改進(jìn)型制冷劑分配系統(tǒng)，其中，采用了一些噴嘴來進(jìn)行分配，并且設(shè)置了一機(jī)構(gòu)，以將制冷劑準(zhǔn)確導(dǎo)引至所述順列式熱交換管，以有效地分配制冷劑。本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)是它提供了這樣一種改進(jìn)型分配系統(tǒng)，它使用了一順列式管束，并可以提高膜流率和被分配流體的局部再循環(huán)率。
雖然已結(jié)合本發(fā)明的最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了圖示和描述，但是，應(yīng)予理解的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的那些熟練人員來說，還可以對(duì)本發(fā)明作出不背離本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的前述和其它各種形式上和具體細(xì)節(jié)上的變化、增刪。
權(quán)利要求
1.一種水平的殼管式熱交換器，它具有一降膜式蒸發(fā)器和制冷劑分配系統(tǒng)，它包括一以降膜蒸發(fā)模式工作的順列式熱交換管束，它包括多列非錯(cuò)列的熱交換管，其中，所述各列是與將各列分隔開的空間是基本垂直對(duì)齊的；一用來提供制冷劑的供給管；至少一個(gè)制冷劑分配機(jī)構(gòu)，它與所述供給管流體連通，并在所述多列熱交換管附近具有一制冷劑出口；以及多個(gè)設(shè)置在所述制冷劑出口處的擋板，其中，每一擋板均與所述空間之一相對(duì)齊，在所述各空間之一的上方延伸，以將來自所述分配機(jī)構(gòu)出口和離開所述各空間之一的制冷劑導(dǎo)引至基本垂直對(duì)齊的各列熱交換管。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，每一所述擋板均具有一寬端和一窄端，所述窄端設(shè)置得最靠近所述制冷劑出口。
3.如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其特征在于，所述擋板呈人字形，以將制冷劑導(dǎo)引至各熱交換管。
4.如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其特征在于，所述擋板具有一齒形表面，以與離開所述噴灑機(jī)構(gòu)的制冷劑相接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的熱交換器，其特征在于，所述齒形表面包括多個(gè)齒形凸起，這些齒形凸起沿著制冷劑流出所述噴灑機(jī)構(gòu)的方向延伸。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其特征在于，所述制冷劑以具有一自然節(jié)距的液柱方式流動(dòng)離開所述熱交換管，所述多個(gè)齒狀凸起的每一齒狀凸起均具有一尖端，所述尖端的預(yù)定節(jié)距小于所述自然節(jié)距。
7.如權(quán)利要求7所述的熱交換器，其特征在于，所述預(yù)定節(jié)距所具有的尺寸在所述自然節(jié)距的60-85％范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的熱交換器，其特征在于，所述預(yù)定節(jié)距是所述自然節(jié)距的75％。
9.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述制冷劑是一低表面張力制冷劑。
10.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于，所述分配系統(tǒng)包括一噴嘴系統(tǒng)。
全文摘要
本文揭示了一種用作一降膜式蒸發(fā)器和制冷劑分配系統(tǒng)的水平的殼管式熱交換器。所述系統(tǒng)包括:一以降膜蒸發(fā)模式工作的順列式熱交換管束,它包括多列非錯(cuò)列的熱交換管,其中,所述各列與將各列分隔開的空間是基本垂直對(duì)齊的;以及一用來提供制冷劑的供給管。至少一個(gè)制冷劑分配機(jī)構(gòu)與所述供給管流體連通,并在所述多列熱交換管附近具有一制冷劑出口,多個(gè)擋板設(shè)置在所述制冷劑出口處。每一擋板均與所述空間之一相對(duì)齊,在所述各空間之一的上方延伸,以將來自所述分配機(jī)構(gòu)出口和離開所述各空間之一的制冷劑導(dǎo)引至基本垂直對(duì)齊的各列熱交換管上。
文檔編號(hào)B01D1/04GK1264819SQ0010194
公開日2000年8月30日 申請(qǐng)日期2000年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月16日
發(fā)明者N·S·格普緹 申請(qǐng)人:開利公司