本发明专利技术提出了一种蒸汽冷凝装置及冷凝方法，包括：壳体，壳体内具有相互独立进液腔室、出液腔室和冷凝腔室，壳体顶面设置有与冷凝腔室相连通的蒸汽入口，壳体底面设置有与冷凝腔室相连通的冷凝液出口，壳体上设置有冷却液入口和冷却液出口，冷却液入口与进液腔室相连通，冷却液出口与出液腔室相连通；冷凝换热管，在冷凝腔室内阵列设置有若干个，冷凝换热管的两端分别与进液腔室和出液腔室相连通，冷凝换热管外表面沿其长度方向交替设置有环形结构的疏液条纹和亲液条纹。本发明专利技术可以在疏液条纹区域和亲液条纹区域协同地分别进行滴状冷凝和膜状冷凝，实现维持和增强稳定地滴状冷凝的同时，增强膜状冷凝换热，可靠地增强整体冷凝换热、减少蒸汽冷凝器体积。减少蒸汽冷凝器体积。减少蒸汽冷凝器体积。
【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽冷凝装置及冷凝方法
[0001]本专利技术涉及蒸汽动力
，尤其涉及一种蒸汽冷凝装置及冷凝方法。
技术介绍
[0002]蒸汽冷凝是蒸汽动力系统中的重要过程，部分蒸汽冷凝器由于场地限制等原因需要缩小体积。在冷凝换热总量一定的情况下，减少换热面积是一种有效的方式。蒸汽冷凝过程可以按照冷凝换热面上的冷凝液形态分为膜状冷凝和滴状冷凝两种。其中膜状冷凝虽然冷凝换热能力相对较低、体积相对较大，但经过大量的工业实践经验积累，膜状冷凝易于设计、工作相对稳定，是目前业内广泛使用的蒸汽冷凝方法。滴状冷凝可以大幅提高冷凝换热效果，是一种潜在的蒸汽冷凝强化手段。
[0003]业内对通过滴状凝结强化换热进行了较多研究，但滴状冷凝方法还难以实现大规模的工业应用，通常的原因为：一是达到滴状冷凝对工况的控制要求高，达到这种状态不易；二是滴状凝结很容易转换为膜状冷凝，如液滴之间的相互团聚，导致传热恶化；三是一些单纯将膜状冷凝转换为滴状冷凝的手段还存在一些原理上的问题，如疏液处理，会导致表面不仅对冷凝液、而且对该液体的蒸汽也有所排斥，进入稳定工作前的传热能力反而有所下降。因此，传统的滴状冷凝方法不适用于蒸汽冷凝强化。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种蒸汽冷凝装置及冷凝方法，在冷凝换热管表面上进行滴状冷凝和膜状冷凝的协同工作，实现维持和增强稳定地滴状冷凝的同时，增强膜状冷凝换热，从而可靠地增强整体冷凝换热、减少蒸汽冷凝器体积。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种蒸汽冷凝装置，包括：
[0007]壳体，所述壳体内具有相互独立进液腔室、出液腔室和冷凝腔室，壳体顶面设置有与冷凝腔室相连通的蒸汽入口，壳体底面设置有与冷凝腔室相连通的冷凝液出口，壳体上设置有冷却液入口和冷却液出口，冷却液入口与进液腔室相连通，冷却液出口与出液腔室相连通；
[0008]冷凝换热管，在所述冷凝腔室内阵列设置有若干个，冷凝换热管的两端分别与进液腔室和出液腔室相连通，冷凝换热管外表面沿其长度方向交替设置有环形结构的疏液条纹和亲液条纹。
[0009]在上述技术方案的基础上，优选的，所述疏液条纹为疏水涂层，所述亲液条纹为亲水涂层。
[0010]在上述技术方案的基础上，优选的，所述疏液条纹采用的疏水涂层中掺杂有导热材料。
[0011]进一步，优选的，所述导热材料和冷凝换热管的基材材质相同。
[0012]在上述技术方案的基础上，优选的，所述疏液条纹在冷凝换热管的顶面处具有渐
变部，所述渐变部的宽度尺寸沿冷凝换热管径向方向由冷凝换热管的顶部向底部逐渐增大。
[0013]在上述技术方案的基础上，优选的，若干冷凝换热管上的疏水条纹宽度尺寸沿冷凝腔室纵向方向从上往下逐渐增大。
[0014]在上述技术方案的基础上，优选的，所述进液腔室和出液腔室位于冷凝腔室的一端，进液腔室和出液腔室之间相互隔开，冷凝腔室的另一端所在的壳体内还设置有连通腔室，若干冷凝换热管的其中一端与连通腔室相连通，若干冷凝换热管中其中一部分冷凝换热管远离连通腔室的一端与进液腔室连通，若干冷凝换热管中剩余部分冷凝换热管远离连通腔室的一端与出液腔室连通。
[0015]优选的，所述进液腔室位于出液腔室下方。
[0016]在上述技术方案的基础上，优选的，所述冷凝腔室沿壳体轴向方向位于壳体内中部，蒸汽入口和冷凝液出口设置于壳体径向中心处，所述壳体内还设置有第一隔板和第二隔板，第一隔板竖直设置在冷凝腔室中心处，并由冷凝换热管水平穿过，第一隔板的两端分别朝蒸汽入口和冷凝液出口方向延伸，第二隔板水平设置在冷凝腔室中心处，且第二隔板的两端分别朝冷凝腔室长度方向两端延伸。
[0017]另一方面，本专利技术还公开了一种蒸汽冷凝方法，利用了所述的蒸汽冷凝装置，包括如下步骤：
[0018]S1、通过冷却液入口和冷却液出口，在进液腔室、若干冷凝换热管及出液腔室之间循环通入冷却液，使冷凝换热管表面处于低温状态；
[0019]S2、通过蒸汽入口向冷凝腔室内通入蒸汽，蒸汽冲刷冷凝换热管表面，蒸汽接触到疏液条纹，形成液滴并聚合由亲液条纹吸附，使疏液条纹所在的区域重新暴露于蒸汽环境，循环进行冷凝、聚合及并被吸附，亲液条纹表面冷凝蒸汽形成凝水，同时吸附疏液条纹中聚合的液滴，加速冷凝液聚集过程和冷凝液的滴落过程；
[0020]S3、冷凝换热管表面凝结为冷凝液后，经冷凝液出口流出壳体外部。
[0021]本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术公开的蒸汽冷凝装置，通过将壳体分割为进液腔室、出液腔室和冷凝腔室，并在冷凝腔室内阵列设置若干冷凝换热管，冷凝换热管的两端分别和进液腔室和出液腔室连通，进液腔室、冷凝换热管及出液腔室之间循环通入冷却液，使冷凝换热管表面处于低温状态，通过蒸汽入口向冷凝腔室内通入高温蒸汽，蒸汽冲刷冷凝换热管表面，通过在冷凝换热管表面轴向方向交替设置疏液条纹和亲液条纹，在疏液条纹区域和亲液条纹区域协同地分别进行滴状冷凝和膜状冷凝。利用亲液条纹区域的液体吸引其两侧的疏液条纹区域滴状冷凝所产生的液滴，加快疏液条纹区域表面液滴的刷新，减小大尺度液滴对滴状冷凝的热阻，并避免疏液条纹区域液滴过多、连成液膜从而破坏滴状冷凝、形成膜状冷凝，在疏液条纹区域上实现稳定地的滴状冷凝换热、并增强其换热效果；(2)通过将疏液条纹在冷凝换热管的顶面处设置渐变部，并使渐变部的宽度尺寸沿冷凝换热管径向方向由冷凝换热管的顶部向底部逐渐增大，由此一来，减少疏液条纹区域顶面液滴的聚集量，使液滴在由上往下滑落，加快疏液条纹区域液滴的集合程度，并被亲液条纹进行吸附，实现疏液条纹区域快速暴露在冷凝环境中，从而达到调控疏水区最大液滴尺寸的同时，增强亲液条纹膜状冷凝效果；
[0023](3)本专利技术中亲液条纹区域的液膜吸收疏液条纹区域的液滴，在重力作用下加快其液膜的排液速度、增强液膜的扰动，增强液膜和亲液条纹区域表面的对流换热，实现增强亲液条纹区域膜状冷凝的效果；
[0024](4)通过在疏液条涂层中掺杂有导热材料，并使导热材料和冷凝换热管的基材材质相同，可以提高疏液条纹导率性能的同时，消除涂层与冷凝换热管基材之间的电势差，避免了釆用与基材不同材质的其它导热性能较好材料与基材之间造成电化学腐蚀、引起失效；
[0025](5)通过使冷凝换热管上的疏水条纹宽度尺寸沿冷凝腔室纵向方向从上往下逐渐增大，可以减少冷凝腔室上方的冷凝换热管表面疏水条纹区域的冷凝液聚集，使蒸汽能够更多在冷凝腔室下方的冷凝换热管表面进行冷凝并形成冷凝水，从而更快的实现冷凝液排出，提高冷凝效率；
[0026](6)通过使设置连通腔室，可以增大冷凝换热管在冷凝腔室内的换热冷却时间，充分利用冷却液的冷却能量，避免能量浪费，大大提高冷凝换热效率；
[0027](7)通过使进液腔室位于出液腔室下方，一方面，保证冷凝腔室内上下设置的冷凝换热管热膨胀均匀，并使得冷凝换热管表面的涂层服役寿命均本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种蒸汽冷凝装置，其特征在于，包括：壳体(1)，所述壳体(1)内具有相互独立的进液腔室(10)、出液腔室(12)和冷凝腔室(13)，壳体(1)顶面设置有与冷凝腔室(13)相连通的蒸汽入口(14)，壳体(1)底面设置有与冷凝腔室(13)相连通的冷凝液出口(15)，壳体(1)上设置有冷却液入口(16)和冷却液出口(17)，冷却液入口(16)与进液腔室(10)相连通，冷却液出口(17)与出液腔室(12)相连通；冷凝换热管(2)，在所述冷凝腔室(13)内阵列设置有若干个，冷凝换热管(2)的两端分别与进液腔室(10)和出液腔室(12)相连通，冷凝换热管(2)外表面沿其长度方向交替设置有环形结构的疏液条纹(21)和亲液条纹(22)。2.如权利要求1所述的蒸汽冷凝装置，其特征在于：所述疏液条纹(21)为疏水涂层，所述亲液条纹(22)为亲液涂层。3.如权利要求2所述的蒸汽冷凝装置，其特征在于：所述疏液条纹(21)采用的疏水涂层中掺杂有导热材料。4.如权利要求3所述的蒸汽冷凝装置，其特征在于：所述导热材料和冷凝换热管的基材材质相同。5.如权利要求2或4所述的蒸汽冷凝装置，其特征在于：所述疏液条纹(22)在冷凝换热管(2)的顶面处具有渐变部(211)，所述渐变部(211)的宽度尺寸沿冷凝换热管(2)径向方向由冷凝换热管(2)的顶部向底部逐渐增大。6.如权利要求5所述的蒸汽冷凝装置，其特征在于：若干冷凝换热管(2)上的疏水条纹(21)宽度尺寸沿冷凝腔室纵向方向从上往下逐渐增大。7.如权利要求1所述的蒸汽冷凝装置，其特征在于：所述进液腔室(10)和出液腔室(12)位于冷凝腔室(13)的一端，进液腔室(10)和出液腔室(12)之间相互隔开，冷凝腔室(13)的另一端所在的壳体(1)内还设置有连通腔室(18)，若干冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，游卓，徐子祁，张煜，吴涛，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：
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