一种高效双侧相变换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种高效双侧相变换热器，其蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体为主体，若干根换热管竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，换热管的管腔形成蒸发侧通道；高压冷凝筒体的上壁连接进气管，下壁连接出液管，并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔，该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管，所述毛细管的两个端口均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁。本发明专利技术提高了双侧相变换热器的换热效率，若将蒸发冷凝器与液膜发生器结合使用在换热器中，能够更有效地提高双侧相变换热器的换热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效双侧相变换热器
本专利技术涉及换热器领域，更具体地，本专利技术涉及一种换热管两侧均有相变发生的高效双侧相变换热器。
技术介绍
换热器(heatexchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热器可分为：间壁式换热器；蓄热式换热器；流体连接间接式换热器；直接接触式换热器和复式换热器。间壁式换热器可分为液液式换热器、液气式换热器、气气式换热器、单侧相变换热器和双侧相变换热器。双侧相变换热器是指在换热间壁两侧均有相变发生，一侧是气体冷凝过程，另一侧是液体蒸发过程。双侧相变换热器传热效率极高，近年来在化工、医药、空调、食品及其它许多行业得到应用。例如蒸发冷制冷机的冷凝器，一侧是氟利昂的冷凝过程，另一侧是水的蒸发过程。再例如化工、医药、食品中广泛应用的物料蒸发浓缩器，一侧是蒸汽的冷凝过程，另一侧是物料中水的蒸发过程。双侧相变换热器其结构上相对比较原始，换热间壁还是采用光滑表面，例如内外表面都光滑的铜管。长久以来，在双侧相变换热器效率上并没有太多进展，其原因有两个：一是双侧相变换热器传热效率已经很高，在过去必要性不大；二是提高双侧相变换热器效率的难度太大。但是随着双侧相变换热器应用面的扩大，已经发现双侧相变换热器的传热效率并不足够高，有些行业使用不能满足工艺的需求。同时，节能减排对效率的追求是无止境的。提高双侧相变换热器传热效率的必要性已经出现。另一方面，我们剖析一下提高双侧相变换热器效率的难度来自什么地方。间壁式换热器传热效率由传热系数和传热面积决定，传热系数由间壁的换热系数和间壁两侧的换热系数决定。间壁两侧的换热系数往往不一致，当这两个换热系数相差较大时，换热系数较低的一侧就成为换热器传热效率的影响就非常大，即换热系数较低的一侧成为换热器传热效率提高的瓶颈。那么，换热系数较低的一侧的技术突破才能实现换热器效率的突破。液气式换热器，气侧是换热器传热效率的瓶颈。单侧相变换热器，非相变侧是换热器传热效率的瓶颈。双侧相变换热器，由于蒸发侧可以通过提高蒸发表面的风速以及均匀分布液膜等方式来提高换热系数，而冷凝侧则没有更多的手段来提高换热系数。目前，大部分双侧相变换热器，冷凝侧是换热器传热效率的瓶颈。目前，提高换热系数的方法很多。比如：液气式换热器，在气侧加设翅片，通过增加气侧的换热面积来提高换热系数；单侧相变换热器，在非相变侧加设导流凹槽，通过改变流体流态提高换热系数。但是，这些措施没有一个适合在双侧相变换热器中应用。例如：加设翅片可以增加该侧换热面积，从而提高该侧的换热系数。但是，在蒸发侧，翅片结垢问题无法解决；在冷凝侧，翅片会阻挡冷凝液的降落，导致效率下降。同时，双侧相变换热器中蒸发侧提高换热系数的方法也不适合用在冷凝侧。例如：提高风速，利于蒸发，不利于冷凝。那么，双侧相变换热器效率的唯一途径是：抛弃原有的全部提高换热系数的方法，创新出一种适合冷凝侧的方法。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种高效双侧相变换热器，以期望通过提高双侧相变换热器冷凝侧及蒸发侧换热系数，来提高双侧相变换热器效率。为解决上述的技术问题，本专利技术采用的最基本的而一种技术方案是：一种高效双侧相变换热器，包括：换热器外框，蒸发冷凝器，液膜发生器，风机及消声器等。所述蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体为主体，若干根换热管竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，所述换热管的上端端口与高压冷凝筒体的上壁齐平或者凸出于该上壁，所述换热管的下端端口与高压冷凝筒体的下壁齐平或者凸出于该下壁，换热管的管腔形成蒸发侧通道；所述高压冷凝筒体的上壁连接进气管，下壁连接出液管，并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔，该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管，所述毛细管的两个端口均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁。换热管内侧为蒸发侧，换热管外侧为冷凝侧。换热管可采用DN100换热管。换热管内空间小，气体流速高，利于蒸发，因此蒸发侧气体流速可以为20-50m/s，满足升膜的形成；高压冷凝筒体内空间大，气体流速低时利于冷凝，因此冷凝侧气体流速可以为0.1-1m/s。换热管竖向布置，换热管与换热管之间存在缝隙。换热管上设置了较多的毛细管，一方面毛细管可以增大换热面积，另一方面毛细管可以抽吸高压冷凝筒体下端的温度较低的液态流体到高压冷凝筒体上部蒸发，从而减小冷凝侧的温度梯度，有利于提高传热效率。毛细管竖向布置是因为竖向设置的毛细管不会影响冷凝液的降落，从而提高冷凝侧换热系数。不可取的方法是在冷凝侧设置换热翅片，因为该方法虽然增大了换热面积，但会阻挡冷凝液的降落，反而会造成冷凝侧换热系数降低，而竖向设置毛细管解决了该问题。为了使换热器的效率更高，一种更好的技术方案是：将蒸发冷凝器和液膜发生器结合使用在换热器中。液膜发生器的类型包括升膜式液膜发生器、降膜式液膜发生器、升降膜式液膜发生器。升膜式液膜发生器的成膜位置在其下部，膜形成后上升，降膜式液膜发生器的成膜位置在其上部，膜形成后下降，而升降膜式液膜发生器的成膜位置在发生器的上部和下部，下部的液膜形成后逐渐上升，然后部分蒸发，未蒸发的液体以降膜的方式向下运动。双侧相变换热器的换热量主要由升膜蒸发产生。采用升膜蒸发有两个好处，其一实现逆流传热，其二传热温差对升膜式蒸发的传热速率影响不大，从而可以降低冷凝温度。对于冷凝温度直接影响系统效率的设备，例如制冷机，降低冷凝温度，可以直接提高制冷机效率。降膜蒸发的作用是降低回水温度，同时完成少量换热。本专利技术将蒸发冷凝器和升降膜式液膜发生器结合使用在换热器中的一种技术方案如下：除了上述基本结构外，所述高效双侧相变换热器还包括上水箱和下水箱，所述上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀，所述上水箱设置补水管；所有的换热管的下端插入下水箱中，所有的换热管的下端端口正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口，并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在间隙即成膜间隙，这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；所述高效双侧相变换热器还包括外框，所述高压冷凝筒体设置在外框中，高压冷凝筒体侧壁外表面与外框之间的缝隙为气流通道，高压冷凝筒体侧壁外表面为降膜发生通道；升膜换热管中形成的液膜上升后未蒸发的部分从降膜发生通道回到上水箱中，所述降膜发生通道、升膜换热管、上水箱、下水箱、成膜间隙、补水管、空气进气口和电动放水阀形成升降膜式液膜发生器。本专利技术将蒸发冷凝器和升降膜式液膜发生器结合使用在换热器中的另一种技术方案如下：除了上述基本结构外，所述高效双侧相变换热器还包括高位水箱，上水箱和下水箱，所述上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀，所述上水箱设置补水管；一部分换热管的下端插入下水箱中，其下端端口正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口，并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在间隙即成膜间隙，这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；另一部分换热管的下端端口下方不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效双侧相变换热器，其特征在于包括蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体(1)为主体，若干根换热管(2)竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，所述换热管的上端端口(2‑1)与高压冷凝筒体的上壁齐平或者凸出于该上壁，所述换热管的下端端口(2‑2)与高压冷凝筒体的下壁齐平或者凸出于该下壁，换热管的管腔形成蒸发侧通道；所述高压冷凝筒体的上壁连接进气管(3)，下壁连接出液管(4)，并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔(5)，该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管(6)，所述毛细管的两个端口(6‑1、6‑2)均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁。

【技术特征摘要】
1.一种高效双侧相变换热器，其特征在于包括蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体(1)为主体，若干根换热管(2)竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，所述换热管的上端端口(2-1)与高压冷凝筒体的上壁齐平或者凸出于该上壁，所述换热管的下端端口(2-2)与高压冷凝筒体的下壁齐平或者凸出于该下壁，换热管的管腔形成蒸发侧通道；所述高压冷凝筒体的上壁连接进气管(3)，下壁连接出液管(4)，并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔(5)，该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管(6)，所述毛细管的两个端口(6-1、6-2)均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁。2.根据权利要求1所述的高效双侧相变换热器，其特征在于所述高效双侧相变换热器还包括上水箱(7)和下水箱(8)，所述上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀(10)，所述上水箱设置补水管(9)；所有的换热管(2)的下端插入下水箱(8)中，所有的换热管(2)的下端端口(2-2)正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口(11)，并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在间隙即成膜间隙(12)，这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；所述高效双侧相变换热器还包括外框，所述高压冷凝筒体设置在外框中，高压冷凝筒体侧壁外表面与外框之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈清瑶，胡芳琴，陈科，
申请(专利权)人：四川辉腾智汇机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51