一种分段式汽液相变换热器的汽液分离方法及换热器技术

本发明专利技术涉及一种分段式汽液相变换热器的汽液分离方法及换热器，其特征在于：其包括以下内容：１）在至少一组换热管的两端分别设置一直通的联箱，在两所述联箱内交错设置有若干可镶嵌入所述联箱内的漏液阻汽装置，将两所述联箱分隔为顺序连通的多个分液空间，所述漏液阻汽装置上设置有至少一个当量主孔和若干个当量辅助孔；２）当所述分液空间内的积液较少时，主孔和辅助孔顶部形成的液膜可阻止汽体进入同侧下一级联箱的分液空间；３）当一个所述分液空间内的积液积累较多时，在压力作用下积液会首先穿破孔径较大的主孔流出，而直径较小的辅助孔继续由顶部形成的液膜封住；４）当一个所述分液空间内的积液层厚度增大，在压力作用下会逐步穿破孔径较小的辅助孔，同时从所述主孔和辅助孔流出。本发明专利技术有效地解决了现有技术换热器中排液量受到限制的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽液相变换热器，特别是关于一种分段式汽液相变换热器的 汽液分离方法及换热器。
技术介绍
汽液相变换热器广泛应用于能源系统、动力工程、化工和石油化工、汽车工 业等行业，比如火力电站空气冷凝器、空调工程、车用空调及化工工艺中的蒸发和冷凝器等等。传统空冷式汽液相变换热器多采用蛇形管流程，依靠空气在管外对流换热， 工质流体在管内冷凝或蒸发。管内凝结换热中，随着冷凝的进行，壁面凝结液逐 步增加，随后成膜阻碍了蒸汽与壁面的接触，是凝结换热的主要热阻所在。凝结 过程中液膜逐渐增厚，在以后相当长的管程内为液体逐步增多的复杂两相流，热 阻逐渐增加，冷凝效果严重变差；同时随着蒸汽的凝结，蒸汽量逐渐降低，管内 蒸汽流速明显下降，凝结效果急剧退化，换热系数减小；单一管内流程冷凝过程 也导致了复杂的汽液两相流，对系统运行稳定性、流动阻力和系统的调控等，都 有很不利的影响。空气侧，由于管内冷凝换热热阻增加，外管壁温度下降，导致 肋片的利用率下降。为解决上述存在的问题，传统空气冷却式冷凝器以加大换热 面积来满足换热量的需求，但是体积、重量较大，且制作和运行成本高。对于蒸 发器来说也有类似的问题。本申请人在专利号为ZL200610113304.4，名称为"分液式空气冷凝器"(如 图l所示)，以及专利申请号为200710064952. X，名称为"多级冷却中间分液式空 气冷凝器"(如图2所示)的专利技术专利中提出了采用多级蒸汽冷凝、中间自动汽 液分离和排液、集中聚集冷凝液过冷的技术方案，从而保证了各管程都以纯蒸汽 进入并被冷却，有效减小了凝结过程中液膜的厚度和消除不利的两相流型；充分 利用了短换热管，使各管程均能处于短管珠状或不稳定的薄液膜凝结，或通过蒸 汽对液膜的影响作用促进液膜失稳与断裂，形成膜状凝结与珠状凝结共存的溪流 状凝结，增强膜状凝结换热效果，提高管内凝结换热系数。上述两专利中的联箱2都是使用单根排液管作为漏液阻汽装置30，这种较细 的排液管可以较好地防止联箱中分离的气体从排液管泄漏，但是这种结构又带来 以下问题首先排液管直径比联箱直径小，冷凝液流量范围受到较大的限制，有后一项专利中采用了由实心顶盖31、多孔芯体32和排液管壁面33组成的分液装置(如图3所示)，但是由于分液装置上表面 采用实心顶盖，冷凝器运行中冷凝液与分液装置接触面为多孔介质侧表面，因此 分液装置的分液驱动力主要是多孔芯体的毛细抽吸力，而抽吸力的大小是由所选 用多孔介质的结构参数决定，自主调节能力较弱，当冷凝液量较大时，可能会存 在抽吸力不够的问题，影响到分液的效果；另外分液装置结构比较复杂，在工业生产中规模化生产以及后续的安装工作都会带来一定的困难。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的是提供一种能够更有效地进行汽液分离的分段 式汽液相变换热器的汽液分液方法及换热器。为了实现上述目的，本技术采取以下技术方案 一种分段式汽液相变换 热器的汽液分离方法，其特征在于其包括以下内容1)在至少一组换热管的两 端分别设置一直通的联箱，在两所述联箱内交错设置有若干可镶嵌入所述联箱内 的漏液阻汽装置，将两所述联箱分隔为顺序连通的多个分液空间，所述漏液阻汽 装置上设置有至少一个当量主孔和若干个当量辅助孔；2)当所述分液空间内的积 液较少时，主孔和辅助孔顶部形成的液膜可阻止汽体进入同侧下一级联箱的分液 空间；3)当一个所述分液空间内的积液积累较多时，在压力作用下积液会首先穿 破孔径较大的主孔流出，而直径较小的辅助孔继续由顶部形成的液膜封住；4)当 一个所述分液空间内的积液层厚度增大，在压力作用下会逐步穿破孔径较小的辅 助孔，同时从所述主孔和辅助孔流出。所述的主孔当量直径为2 5mra，辅助孔当量直径小于2咖。所述漏液阻汽装置的流通能力由孔隙率S表征5 = ^/4，其中冉，^分别 为主孔和辅助孔总流通面积与漏液阻汽装置表面积的比值，孔隙率S为汽液相变 换热器系统循环流量的20 50%。一种应用上述方法的分段式汽液相变换热器，其特征在于它包括至少一组换热管，在所述换热管的两端分别连通一直通的联箱，在两所述联箱内交错设置 有若干漏液阻汽装置，将两所述联箱分隔为顺序连通的多个分液空间，第一级所 述分液空间连接一进汽管，两端最底部的所述分液空间并联连接一出液管，漏液 阻汽装置上设置有至少一个主孔和若干个辅助孔。所述漏液阻汽装置为一可镶嵌入所述联箱内的基板，所述基板上设置有至少一个当量直径为2 5mm的主孔和若干个当量直径小于2mm的辅助孔。所述基板上的所述主孔和辅助孔分别为上、下当量直径相同的直型孔。所述基板上的主孔和辅助孔分别为锥台孔，也可以为变截面通孔。所述基板上的若干辅助孔与所述主孔边缘相交，形成一整体的梅花状孔。在所述整体的梅花状孔与所述基板的边缘之间设置有若干独立的辅助孔。在所述主孔和辅助孔中设置有多孔介质芯。所述基板的材料为金属材料。所述基板的材料为多孔介质材料。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术在一组换热管的 两端设置直通的联箱，在联箱中通过嵌入的漏液阻气装置将两联箱分隔成顺序连 通的多个分液空间，同时在漏液阻气装置的基板上设置至少一个主孔和若干辅助 孔，因此当换热器联箱上游换热管中产生的冷凝液体较少时，由联箱分离出来的 液体就会在主孔和辅助孔表面形成一层水膜，阻止汽体从主孔和辅助孔中流出； 当液量稍增大时，孔径较大的主孔会首先渗液，相当于现有技术中的单根排液管 排液；当分离出来的液量较大时，液体的压力会破坏覆盖在辅助孔表面的液膜， 而从辅助孔也渗出，从而相当于增加了为多根排液管排液，解决了现有技术中排 液量受到限制的问题。2、本专利技术由于在基板上设置了多个可以漏液的孔，且孔的 当量直径大小可以根据设计要求有所变化，因此每个孔的当量孔径虽然比较小， 但是整体漏液总量较大，特别是不同当量孔径孔的设置可以根据积液量的变化， 自动调节漏液孔径的数量，结构设计非常巧妙。3、本专利技术由于在基板上的开孔数 量多，因此当量孔径可以较小，较小的当量孔径分布能够产生较大表面张力，从 而有效地保证了本专利技术的阻汽能力，同时多孔的基板在解决系统内机油堵塞分液 芯方面也具有明显的优势。4、本专利技术由于在主孔和辅助孔中设置了多孔介质芯， 因此即使是冷凝液流量非常小时，也可以通过多孔介质芯更小的孔隙结构来保证 孔结构的阻汽能力，本专利技术在不改变孔结构的条件下填充多孔介质芯，可有效增 强孔隙表面张力作用，强化阻汽能力。同时由于多孔介质芯的抽吸作用也可以较 好的保证冷凝液的流通，实现小制冷剂流量下的分液功能。5、本专利技术将漏液阻汽装置直接镶嵌在联箱中，与现有技术相比，无论从前期加工、运行稳定性及后期维护上都具有其优势，适应于产业化模块生产的要求。6、当本专利技术的汽液分离方法被应用在传统空冷式汽液相变换热器或蒸发器中时，可以显著地改善换热器的 漏液汽液分离效果，本专利技术可以广泛应用于能源系统、动力工程、化工和石油化 工、汽车工业等行业，比如火力电站空气冷凝器、空调工程及化工系统、车用空 调汽液相变换热器等等。 附图说明图1是已有技术的分液式空气冷凝器 图2是已有技术的多级冷凝、中间分液的空气冷凝器图3是图2中的漏液阻汽装置的结构示意图图4、图5是本专利技术漏液阻汽装置在左本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分段式汽液相变换热器的汽液分离方法，其特征在于：其包括以下内容：　１）在至少一组换热管的两端分别设置一直通的联箱，在两所述联箱内交错设置有若干可镶嵌入所述联箱内的漏液阻汽装置，将两所述联箱分隔为顺序连通的多个分液空间，所述漏液阻汽 装置上设置有至少一个当量主孔和若干个当量辅助孔；　２）当所述分液空间内的积液较少时，主孔和辅助孔顶部形成的液膜可阻止汽体进入同侧下一级联箱的分液空间；　３）当一个所述分液空间内的积液积累较多时，在压力作用下积液会首先穿破孔径较大 的主孔流出，而直径较小的辅助孔继续由顶部形成的液膜封住；　４）当一个所述分液空间内的积液层厚度增大，在压力作用下会逐步穿破孔径较小的辅助孔，同时从所述主孔和辅助孔流出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆规，彭晓峰，王珍，吴迪，张易阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]