一种高效的壳管式冷凝器制造技术

本发明专利技术公开了一种高效的壳管式冷凝器，包括传热管管束和壳体，其特征在于：传热管管束由两种或两种以上的传热管构成；传热管管束根据气体去过热、气体冷凝和液体过冷三个不同的换热过程，选配各自适应的传热管。本发明专利技术的有益效果是：对于冷凝器中，气体过热管束、气体冷凝上层管束、冷凝下层管束、过冷管束的不同的换热过程和特点采用与之相适应的最佳传热管，相对于传统设计采用同种换热管仅对于冷凝上层管束换热优化，有效地提高了冷凝器的换热效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种冷凝器，具体为一种壳管式冷凝器，其具有较高换热 系数，属于传热设备

技术介绍
在制冷与空调及其相关工业，水冷式冷凝器得到了广泛的应用。它们大多为壳管式换热器，在冷凝器中，主要有三种换热过程，包括1) 过热气体的降温(去过热)；2) 气体冷凝成液体；3) 液体被进 一 步冷却至过冷状态。这其中，1)、 3)为没有气液状态变化的显热热交换过程，而2)为状态变 化的潜热热交换过程。尽管这些过程换热有很大差异，但目前在冷凝器中， 均釆用统一冷凝型换热管。而这种换热管通常对于去过热及过冷过程，换热 系数较低。另外，在冷凝过程2)中，制冷剂在管外冷凝相变换热，冷却剂(例如水) 在管内流动换热。传热管按一定的规律(如正三角形排列)形成管東被排列 在管板之间，制冷剂通过较低温度的管東被冷凝，在传热管管壁形成冷凝液， 由于重力作用往下滴落，很容易逐层在冷凝管上累积，形成上层管束下小雨, 下层管東下大雨的情形。而膜状冷凝的换热系数很大程度上决定于管表面的 冷凝液膜厚度，液膜越薄，冷凝换热系数越好。为减小冷凝液膜的厚度，现 有设计会釆用更高效的传热管来代替光管，这些传热管具有一些特殊的冷凝 型三维表面(如锯齿状，参考图4c)，有利于减薄液膜和冷凝液的滴落。但是 在冷凝器的管排数量显著增加时，位于下层区域的传热管由于滴落在表面的 冷凝液量更大，而且新型传热管容易因为三维表面的表面张力的作用附积在 表面而降低换热效率，因此传热管排数越大，换热衰减越多。这样，下层区域的换热管的换热较差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了提供一种高效的壳管式冷凝器，以解决现有产品及设计中存在的上述问题。针对冷凝器的3个不同换热过程，通过釆用各 自适用的传热管来强化换热性能，来达到提高整个冷凝器性能，进一步提升 冷冻机整机性能。本专利技术的专利技术目的可以通过以下技术方案来实现一种高效的壳管式冷凝器，包括传热管管束和壳体，其特征在于传热 管管束由两种或两种以上的传热管构成；传热管管東根据气体去过热、气体 冷凝和液体过冷三个不同的换热过程，选配各自适应的传热管。所述的冷凝器顶部用于气体降温的管束釆用2维强化换热的传热管，其 实际外表面积/光管面积大于3. 0而小于6. 0。过冷器冷凝液相对换热管垂直流动换热时，所述的冷凝器底部用于液体 过冷的管東采用2维强化换热的传热管，其实际外表面积/光管面积大于3. 0 而小于6. 0。过冷器冷凝液相对换热管轴向流动换热时，冷凝器底部用于液体过冷的 管東釆用轴向流体流动强化传热的3维强化换热的传热管。气体降温的管束和液体过冷的管束之间为气体冷凝的管東，气体冷凝的 管束为上下两层，冷凝器用于气体冷凝的下层管束釆用不同于上层管束的传 热管。例如，冷凝器用于冷凝的上层管束釆用3维强化换热的传热管，用于 冷凝的下层管束釆用2维强化换热的传热管。管程数为两程或以上时，冷却液优先经过下层管束再进入上层管束。各 管程管東的换热管支数并不一定相同，而按照管内阻力及换热热流密度进行 优化分配。本专利技术的有益效果是对于冷凝器中，气体过热管東、气体冷凝上层管 東、冷凝下层管東、过冷管束的不同的换热过程和特点釆用与之相适应的最 佳传热管，相对于传统设计釆用同种换热管仅对于冷凝上层管東换热优化， 有效地提高了冷凝器的换热效果。按照釆用制冷剂R134a冷凝实际的试验结果，应用1758kw的冷冻机组测 试，本专利技术与现有技术相比较，整体的饱和温度提高了 0.85'C，过冷度由2.5'C 增加到4. 3°C。下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术的技术特点； 附图说明图1是壳管式冷凝器圆筒截面图； 图2是壳管式冷凝器正视剖面图1; 图3是本专利技术冷凝器正视剖面图2;图4是传热管形式的示意图，4a.—维表面换热管，4b.二维表面换热管， 代号Tl， 4c.冷凝型三维表面换热管代号T2，4d，轴向流动传热强化的三维表 面换热管代号T3;图5是在降温用管東中的换热性能曲线；图6是在冷凝用上层管束的换热性能曲线；图7是在冷凝用下层管東的换热性能曲线；图8是在过冷用管束的换热性能曲线；图中1-冷凝器 2-冷凝器壳体3-传热管管束(3a，降温用；3b,冷凝用上层；3c冷凝用下层；3d过冷用；)4-管板 5-支撑板 6-水室 7-蒸汽入口 8-冷凝液出口 9-冷却剂入口 10-冷却剂出 口 11-管程隔板位置具体实施例方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本专利技术。壳管式冷凝器的常规结构如图1，2，3所示，通常冷却液走于管内，壳体 内，制冷剂过热气体从上部接口 7进入，经过传热管管東3时，因管内的冷 却液体温度较低，首先气体通过管束3a被冷却到接近饱和，再通过管束3b 进一步冷凝成液体。在管束3b，3c中由于重力作用，冷凝液逐渐从管上滴落，再由于冷凝器的管间距通常较小，这样冷凝液很容易逐层在管上累积，形成上层管束3b区域下小雨，下层管東3c区域下大雨的情形。而膜状冷凝的换 热系数很大程度上决定于管表面的冷凝液膜厚度，液膜越薄，冷凝换热系数 越好。通常的设计中，减少管排数，可有效提高平均冷凝换热系数，但每排 的管技数要增加，显然这会受到壳体直径的限制。通常，在冷凝器中为了提 高系统的效率，在底部液位以下会设置传热管束3d,让冷凝液体进一步过冷。 这样整个冷凝器的换热至上而下按照不同位置及不同的换热特点可分为 四个区域，分别为降温管東3a，上层冷凝管東3b，下层冷凝管束3c和过冷 管束3d。其中3a，3d为没有状态变化显热换热(3a管外为气体降温，3d管外 为液体过冷的变化)；3b,3c为介质从气体冷凝为液体的潜热换热。尽管这些 过程换热有很大差异，但目前在冷凝器中，人们制作此类换热器时，会釆用 同一种高效传热管来代替光管，这些传热管具有一些特殊的冷凝型三维表面 (如锯齿状，参考图4c),有利于减薄液膜和冷凝液相下的滴落。但是，这种 换热管通常对于单纯气体降温及液体过冷过程，换热系数较低；而且这种传热 管因为三维外表面的表面张力的作用容易附积在管外表面而降低换热效率， S北传热管排数越大，换热衰减越多，这样导致下层的换热管東3c的换热也 较差。常见的冷凝传热管主要有一维型表面(如光管，参考图4a ),两维型表面 (Tl管，即低翅片管，参考图4b),和现有技术为提高单管冷凝性能而推荐 的三维冷凝型换热表面(T2管，如锯齿状管，花瓣管，外表滚花型…参考图 3c)，另外一种换热管T3如图4d,是为了在管外流体轴向流动时强化传热的， 在轴向外翅片之间留出了供流体流动的通道。按照图5和图8，在管束3a和3d中釆用低翅管Tl (参照图4b ),对比 于三维冷凝型传热管T2可以提高显热换热的性能。因为低翅管能够提供显热 传热要求更高的外表面积比，当二维强化表面管T2的外表面积比上同外径光 管面积比P为IO倍以上时，这种强化更为明显。但为保证穿管方便，传热 管外径通常小于管孔径，这样翅片高度限制在3mm以下，又因为机加工的限 制，翅片的轴向密度通常不超过2500个/m，这样面积比P通常小于6. 0。按照图6，在冷凝上层管東3b中，釆用的是一种三维换热表面T2管(商品名Tu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效的壳管式冷凝器，包括传热管管束和壳体，其特征在于：传热管管束由两种或两种以上的传热管构成；传热管管束根据气体过热、气体冷凝和液体过冷三个不同的换热过程，选配各自适应的传热管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠，邱亚林，
申请(专利权)人：高克联管件上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]