CN101140119A - 分液式套管冷凝器 - Google Patents
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Abstract
分液式套管冷凝器，属于热工设备技术领域。包括冷却水进口(1)、第1级联箱(2)、冷凝器进汽口(3)、最后一级联箱(5)、冷却水出口(6)、内管(12)等；内管(12)两端接有集水(汽)头(4)；冷凝器进汽口(3)连接第1级联箱(2)，再通过第一组换热套管(11)及其中每根两端的集水(汽)头(4)与第2级联箱(9)连接；第2级联箱(9)通过另一组换热套管(11)及其两端集水(汽)头(4)再与下一级联箱相通；…；直到最后一级联箱(5)。本发明有效减小凝结过程中液膜的厚度和不利的两相流型；增强膜状凝结换热效果，提高管内凝结换热系数；改善了性能，节省材料，加工简单，降低了冷凝器制作和运行成本的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种分液式套管冷凝器，属于热工设备技术领域。
背景技术
套管式冷凝器是一类热工设备，在动力、化工、空调工程和制冷工程中应用得非常广泛，如冰箱，冷柜，空调系统中。
图1所示为传统套管式冷凝器，由同心的内管和外套管组成。如图1，图(a)为传统套管式冷凝器俯视图；图(b)为传统套管式冷凝器侧视图。其中，100-制冷剂蒸汽入口，200-冷却水出口，300-制冷剂冷凝液出口，400-冷却水入口，500-外套管。传统套管式冷凝器为节省空间，多采用螺旋型布置，依靠冷却水在套管与内管间隙内的对流换热，制冷剂蒸汽在管内冷凝。冷凝器的冷凝管入口为纯蒸汽，经过全管长冷凝出口基本为纯液体，实现全部冷凝。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，是凝结换热主要的热阻所在。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气液两相流，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。
发明内容
发明目的：本发明提供一类新型分液式套管冷凝器，该分液式套管冷凝器是一种具有高效冷凝能力，高传热系数，小换热器体积和金属消耗的新型套管式冷凝器。主要有三种基本形式，双向式单流程中间分液型套管冷凝换热器、单流程分液式套管冷凝换热器和双流程分液式套管冷凝换热器，此处流程指内管流程。
一种单流程分液式套管冷凝器，如图2所示，包括1.冷却水进口、2.第1级联箱、3.冷凝器进汽口、4.集水(汽)头、5.最后一级联箱、6.冷却水出口、7.冷凝液出口、8.排液管、9.第2级联箱、10.外套管导液管、11.换热套管、12.内管、13.外套管。
每根换热套管(11)由数根内管(12)及外套管(13)组成，内管两端接有集水(汽)头(4)，与两端联箱或进出口相接；冷凝器进汽口(3)连接第1级联箱(2)，第1级联箱(2)通过第一组换热套管(11)及其中每根两端的集水(汽)头(4)与第2级联箱(9)连接；第2级联箱(9)通过另一组换热套管(11)及其两端集水(汽)头(4)再与下一级联箱相通；…；直到最后一级联箱(5)；
同侧联箱通过联箱间排液管(8)相连；(第1级和最后一级除外)
最后一级联箱(5)通过单根换热套管(11)与冷凝液出口(7)相连；另一侧最后一级联箱通过联箱间排液管(8)与冷凝液出口(7)相连。
蒸汽通过冷凝器进汽口(3)进入第一级联箱(2)后，被均匀的送入第一组换热套管(11)中的每一根进行冷凝。汽液混合物流入第二级联箱(9)，实现汽液分离，液体经联箱间的排液管(8)排入同侧下级联箱，蒸汽则进入第二组换热套管；以此下去经适当次数来回进入最后一级联箱(5)，蒸汽已被全部冷凝，且已将本侧冷凝液汇集，流入单根换热套管(11)内进行过冷，与另一侧联箱汇集的冷凝液在冷凝液出口(7)处汇合，排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入内管(12)与外套管(13)间隙，在其间流动冲刷内管以冷凝管内制冷剂蒸汽，并通过连接相邻单根换热套管的外套管导液管(10)流入下一根换热套管，直至最后一根，最终经冷却水出口(6)排出。
对应用于大换热功率情况下的套管式冷凝器，可以依据此原理进行设计，采用多台图2中所示分液式套管冷凝器并联达到，如图3所示。包括1.单个单流程分液式套管换热器单元、2.冷却水进口联箱、3.冷却水进口、4.冷凝器进汽联箱、5.冷凝器进汽口、6.冷却水出口联箱、7.冷却水出口、8.冷凝液出口、9.冷凝液出口联箱。冷却水进口联箱(2)、冷却水出口联箱(6)、冷凝器进汽联箱(4)、冷凝液出口联箱(9)与各单个单流程分液式套管换热器单元(1)相连，使其成为具有一个冷却水进口(3)、冷却水出口(7)、冷凝器进汽口(5)、冷凝液出口(8)的并联整体。蒸汽通过冷凝器进汽口(5)进入冷凝器进汽联箱(4)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷凝，最终汇聚于冷凝液出口联箱(9)导入冷凝液出口(8)排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入冷却水进口联箱(2)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷却，最终汇聚于冷却水出口联箱(6)导入冷却水出口(7)排出。
图2中所示每根换热套管(11)中的内管数目一定，且经集水(汽)头(4)完整的包含在一个联箱内，事实上，根据分液流程设计需要，可以将单根换热套管中的内管经集水(汽)头(4)分配至同侧相邻两个联箱内，以使得结构更加紧凑。
一种双流程分液式套管冷凝器，如图4所示，包括1.冷却水进口、2.集水(汽)头、3.第二级联箱、4.冷凝液出口、5.排液管、6.第一级联箱、7.冷凝器进汽口、8.冷却水出口、9.最后一根换热套管、10.第二根换热套管、11.第一根换热套管、12.内管、13.外套管、14.U型封头、15.外套管导液管。
单根换热套管由数根内管(12)及外套管(13)组成，呈‘U’型结构，且弯头处直径逐级减小；每根换热套管内管(12)的一端通过集水(汽)头(2)与联箱连接，另一端接U型封头(14)，封头个数为内管数目一半；第一根换热套管(11)一半内管通过集水(汽)头(2)与冷凝器进汽口(7)相连，另一半内管与第二根换热套管(10)同侧的半数内管通过集水(汽)头(2)共同连接到第一级联箱(6)内，第二根换热套管(10)另一半内管再与第三根换热套管的一半连接到第二级联箱(3)；…；直到最后一根换热套管(9)；
联箱均通过排液管(5)与冷凝液出口(4)相连；
制冷剂蒸汽由冷凝器进汽口(7)进入，通过集水(汽)头(2)被均匀分配到第一根换热套管中的半数内管(12)，进行冷凝，再经此根换热套管另一侧的‘U’型封头(14)折流，在另一半内管内冷凝。随后，汽液混合物流入第一联箱(6)，实现汽液分离；液体经联箱内的排液管(5)排入冷凝液出口(4)，蒸汽则再次通过集水(汽)头(2)均匀分配至第二根换热套管半数内管内冷凝，再经另一端‘U’型封头(14)折流，返回至次级联箱，将蒸汽送入下一根换热套管进行冷凝；…以此下去经适当次数来回进入最后一根换热套管(9)，经另一端‘U’型封头折流后，已完全冷凝为液体，通过集水(汽)头(2)，与其他联箱汇集的冷凝液在冷凝液出口(4)处汇合，排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入内管(12)与外套管(13)间隙，在其间流动冲刷内管以冷凝管内制冷剂蒸汽，并通过连接相邻单根换热套管的外套管导液管(15)流入下一根换热套管，直至最后一根，最终经冷却水出口(8)排出。
对应用于大换热功率情况下的套管式冷凝器，可以依据此原理进行设计，采用多台图4中所示分液式套管冷凝器并联达到，如图5中所示。包括1.单个单流程分液式套管换热器单元、2.冷却水进口联箱、3.冷却水进口、4.冷凝器进汽联箱、5.冷凝器进汽口、6.冷却水出口联箱、7.冷却水出口、8.冷凝液出口、9.冷凝液出口联箱。冷却水进口联箱(2)、冷却水出口联箱(6)、冷凝器进汽联箱(4)、冷凝液出口联箱(9)与各单个单流程分液式套管换热器单元(1)相连，使其成为具有一个冷却水进口(3)、冷却水出门(7)、冷凝器进汽口(5)、冷凝液出口(8)的并联整体。蒸汽通过冷凝器进汽口(5)进入冷凝器进汽联箱(4)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷凝，最终汇聚于冷凝液出口联箱(9)导入冷凝液出口(8)排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入冷却水进口联箱(2)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷却，最终汇聚于冷却水出口联箱(6)导入冷却水出口(7)排出。
该冷凝换热器还可以弯管的立式和平卧式放置分为立式和卧式二种，也可根据实际需要以任何角度安排成侧卧或倾斜式。
图4中所示每根换热套管中的内管经集水(汽)头(2)完整的包含在一个联箱内，事实上，根据分液流程设计需要，可以将单根换热套管中的内管经集水(汽)头(2)分配至同侧相邻两个联箱内，以使得结构更加紧凑。
本发明利用分段蒸汽冷凝、中间自动汽液分离和排液、集中聚集冷凝液过冷技术，保证各管程都以纯蒸汽进入并被冷却，有效减小凝结过程中液膜的厚度和消除不利的两相流型；充分利用短换热管，使各管程均能处于短管珠状或薄液膜凝结，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；利用联箱进行蒸汽分程，实现汽液分离，保证最佳排液效果，且不漏汽或出现蒸汽短路等现象；最终，通过上述技术改善了整体冷凝换热器的性能，与传统冷凝器相比节省材料30％或更高，降低了冷凝器制作和运行成本的效果。本发明加工简单，与传统冷凝器相比不需增加任何特殊加工工艺。
附图说明
图1中所示为传统套管式冷凝器。其中，图(a)为传统套管式冷凝器俯视图；图(b)为传统套管式冷凝器侧视图。
图2为本发明单流程分液式套管冷凝器示意图。
图3为本发明单流程分液式套管冷凝器多个并联示意图。
图4为本发明双流程分液式套管冷凝器示意图。
图5为本发明双流程分液式套管冷凝器多个并联示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
图2为本发明单流程分液式套管冷凝器示意图。其中，1.冷却水进口、2.第1级联箱、3.冷凝器进汽口、4.集水(汽)头、5.最后一级联箱、6.冷却水出口、7.冷凝液出口、8.排液管、9.第2级联箱、10.外套管导液管、11.换热套管、12.内管、13.外套管。每根换热套管(11)由数根内管(12)及外套管(13)组成，内管两端接有集水(汽)头(4)，与两端联箱或进出口相接；冷凝器进汽口(3)连接第1级联箱(2)，第1级联箱(2)通过第一组换热套管(11)及其中每根两端的集水(汽)头(4)与第2级联箱(9)连接；第2级联箱(9)通过另一组换热套管(11)及其两端集水(汽)头(4)再与下一级联箱相通；…；直到最后一级联箱(5)；同侧联箱通过联箱间排液管(8)相连；(第1级和最后一级除外)最后一级联箱(5)通过单根换热套管(11)与冷凝液出口(7)相连；另一侧最后一级联箱通过联箱间排液管(8)与冷凝液出口(7)相连。蒸汽通过冷凝器进汽口(3)进入第一级联箱(2)后，被均匀的送入第一组换热套管(11)中的每一根进行冷凝。汽液混合物流入第二级联箱(9)，实现汽液分离，液体经联箱间的排液管(8)排入同侧下级联箱，蒸汽则进入第二组换热套管；以此下去经适当次数来回进入最后一级联箱(5)，蒸汽已被全部冷凝，且已将本侧冷凝液汇集，流入单根换热套管(11)内进行过冷，与另一侧联箱汇集的冷凝液在冷凝液出口(7)处汇合，排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入内管(12)与外套管(13)间隙，在其间流动冲刷内管以冷凝管内制冷剂蒸汽，并通过连接相邻单根换热套管的外套管导液管(10)流入下一根换热套管，直至最后一根，最终经冷却水出口(6)排出。
图3为本发明单流程分液式套管冷凝器多个并联示意图。其中，1.单个单流程分液式套管换热器单元、2.冷却水进口联箱、3.冷却水进口、4.冷凝器进汽联箱、5.冷凝器进汽口、6.冷却水出口联箱、7.冷却水出口、8.冷凝液出口、9.冷凝液出口联箱。冷却水进口联箱(2)、冷却水出口联箱(6)、冷凝器进汽联箱(4)、冷凝液出口联箱(9)与各单个单流程分液式套管换热器单元(1)相连，使其成为具有一个冷却水进口(3)、冷却水出口(7)、冷凝器进汽口(5)、冷凝液出口(8)的并联整体。蒸汽通过冷凝器进汽口(5)进入冷凝器进汽联箱(4)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷凝，最终汇聚于冷凝液出口联箱(9)导入冷凝液出口(8)排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入冷却水进口联箱(2)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷却，最终汇聚于冷却水出口联箱(6)导入冷却水出口(7)排出。
图4为本发明双流程分液式套管冷凝器示意图。其中，1.冷却水进口、2.集水(汽)头、3.第二级联箱、4.冷凝液出口、5.排液管、6.第一级联箱、7.冷凝器进汽口、8.冷却水出口、9.最后一根换热套管、10.第二根换热套管、11.第一根换热套管、12.内管、13.外套管、14.U型封头、15.外套管导液管。单根换热套管由数根内管(12)及外套管(13)组成，现‘U’型结构，且弯头处直径逐级减小；每根换热套管内管(12)的一端通过集水(汽)头(2)与联箱连接，另一端接U型封头(14)，封头个数为内管数目一半；第一根换热套管(11)一半内管通过集水(汽)头(2)与冷凝器进汽口(7)相连，另一半内管与第二根换热套管(10)同侧的半数内管通过集水(汽)头(2)共同连接到第一级联箱(6)内，第二根换热套管(10)另一半内管再与第三根换热套管的一半连接到第二级联箱(3)；…；直到最后一根换热套管(9)；联箱均通过排液管(5)与冷凝液出口(4)相连；制冷剂蒸汽由冷凝器进汽口(7)进入，通过集水(汽)头(2)被均匀分配到第一根换热套管中的半数内管(12)，进行冷凝，再经此根换热套管另一侧的‘U’型封头(14)折流，在另一半内管内冷凝。随后，汽液混合物流入第一联箱(6)，实现汽液分离；液体经联箱内的排液管(5)排入冷凝液出口(4)，蒸汽则再次通过集水(汽)头(2)均匀分配至第二根换热套管半数内管内冷凝，再经另一端‘U’型封头(14)折流，返回至次级联箱，将蒸汽送入下一根换热套管进行冷凝；…以此下去经适当次数来回进入最后一根换热套管(9)，经另一端‘U’型封头折流后，已完全冷凝为液体，通过集水(汽)头(2)，与其他联箱汇集的冷凝液在冷凝液出口(4)处汇合，排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入内管(12)与外套管(13)间隙，在其间流动冲刷内管以冷凝管内制冷剂蒸汽，并通过连接相邻单根换热套管的外套管导液管(15)流入下一根换热套管，直至最后一根，最终经冷却水出口(8)排出。
图5为本发明双流程分液式套管冷凝器多个并联示意图。其中，1.单个单流程分液式套管换热器单元、2.冷却水进口联箱、3.冷却水进口、4.冷凝器进汽联箱、5.冷凝器进汽口、6.冷却水出口联箱、7.冷却水出口、8.冷凝液出口、9.冷凝液出口联箱。冷却水进口联箱(2)、冷却水出口联箱(6)、冷凝器进汽联箱(4)、冷凝液出口联箱(9)与各单个单流程分液式套管换热器单元(1)相连，使其成为具有一个冷却水进口(3)、冷却水出口(7)、冷凝器进汽口(5)、冷凝液出口(8)的并联整体。蒸汽通过冷凝器进汽口(5)进入冷凝器进汽联箱(4)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷凝，最终汇聚于冷凝液出口联箱(9)导入冷凝液出口(8)排出。冷却水经由冷却水进口(1)进入冷却水进口联箱(2)，而后被均匀分配到各单个单流程分液式套管换热器单元(1)进行冷却，最终汇聚于冷却水出口联箱(6)导入冷却水出口(7)排出。
以上所述为本发明的实施例，本发明的保护范围不局限于此，任何基于本发明原理和技术方案上的等效变换均属于本发明有效保护范围之内。
Claims (4)
1.一种分液式套管冷凝器，其特征在于，该冷凝器包括冷却水进口(1)、第1级联箱(2)、冷凝器进汽口(3)、集水(汽)头(4)、最后一级联箱(5)、冷却水出口(6)、冷凝液出口(7)、排液管(8)、第2级联箱(9)、外套管导液管(10)、换热套管(11)、内管(12)、外套管(13)；
每根换热套管(11)由数根内管(12)及外套管(13)组成，内管两端接有集水(汽)头(4)，与两端联箱或进出口相接；冷凝器进汽口(3)连接第1级联箱(2)，第1级联箱(2)通过第一组换热套管(11)及其中每根两端的集水(汽)头(4)与第2级联箱(9)连接；第2级联箱(9)通过另一组换热套管(11)及其两端集水(汽)头(4)再与下一级联箱相通；…；直到最后一级联箱(5)；
第1级和最后一级除外，同侧联箱通过联箱间排液管(8)相连；
最后一级联箱(5)通过单根换热套管(11)与冷凝液出口(7)相连；另一侧最后一级联箱通过联箱间排液管(8)与冷凝液出口(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种分液式套管冷凝器，其特征在于，所述分液式套管冷凝器并联，冷却水进口联箱(2)、冷却水出口联箱(6)、冷凝器进汽联箱(4)、冷凝液出口联箱(9)与各单个单流程分液式套管换热器单元(1)相连，使其成为具有一个冷却水进口(3)、冷却水出口(7)、冷凝器进汽口(5)、冷凝液出口(8)的并联整体。
3.一种分液式套管冷凝器，其特征在于，该冷凝器包括冷却水进口(1)、集水(汽)头(2)、第二级联箱(3)、冷凝液出口(4)、排液管(5)、第一级联箱(6)、冷凝器进汽口(7)、冷却水出口(8)、最后一根换热套管(9)、第二根换热套管(10)、第一根换热套管(11)、内管(12)、外套管(13)、U型封头(14)、外套管导液管(15)；
单根换热套管由数根内管(12)及外套管(13)组成，呈‘U’型结构，且弯头处直径逐级减小；每根换热套管内管(12)的一端通过集水(汽)头(2)与联箱连接，另一端接U型封头(14)，封头个数为内管数目一半；第一根换热套管(11)一半内管通过集水(汽)头(2)与冷凝器进汽口(7)相连，另一半内管与第二根换热套管(10)同侧的半数内管通过集水(汽)头(2)共同连接到第一级联箱(6)内，第二根换热套管(10)另一半内管再与第三根换热套管的一半连接到第二级联箱(3)；…；直到最后一根换热套管(9)；
联箱均通过排液管(5)与冷凝液出口(4)相连。
4.根据权利要求3所述的一种分液式套管冷凝器，其特征在于，所述分液式套管冷凝器并联，冷却水进口联箱(2)、冷却水出口联箱(6)、冷凝器进汽联箱(4)、冷凝液出口联箱(9)与各单个单流程分液式套管换热器单元(1)相连，使其成为具有一个冷却水进口(3)、冷却水出口(7)、冷凝器进汽口(5)、冷凝液出口(8)的并联整体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100120 Termination date: 20150629 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |