CN101782345A - 板壳式换热器及其制造方法以及板壳蒸发式凝汽设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板壳式换热器，包括下管板以及以直列方式焊接于其上的换热板束，在最外侧换热板束上设有流道入口和流道出口，每个换热板束包括至少两个互相对称叠合焊接的换热板片，换热板片表面均布有横向和纵向开设的凹槽和/或凸缘，换热板片顶端设有锯齿状结构。本发明同时提供了应用该板壳式换热器的板壳蒸发式凝汽设备，包括相互联接的上箱体、下箱体以及水泵和循环水管路，上箱体上方设置有进风口，在进风口下方设置有喷淋装置，板壳式换热器位于喷淋装置下方通过螺栓固定至上箱体。本发明同时也公开了该板壳式换热器的制造方法。本发明提供的板壳式换热器及其制造方法以及板壳蒸发式凝汽设备换热效率高、便于清洗、加工简单且成本低。

Description

板壳式换热器及其制造方法以及板壳蒸发式凝汽设备

技术领域

本发明涉及制冷设备领域，尤其涉及一种板壳式换热器及其制造方法以及板壳蒸发式凝汽设备。

背景技术

板壳蒸发式凝汽设备是一种结合了板壳式换热器、蒸发冷凝技术优点的新型凝汽设备，它是利用非饱和蒸发冷却技术设计的新型凝汽装置，突破了电厂传统凝汽设备中管式或翅式换热器的结构特点，以新型的板壳式换热器替代了传统的盘管换热器，实现了冷凝与散热一体化，其结构紧凑、体积小、耐高压及传热效率高，从而可在电站、余热发电系统应用，以替代传统采用湿式冷却塔的凝汽系统。目前，在电厂常规发电系统中，无论从设备的材料消耗量，还是设备的耗水耗电量来看，采用湿式冷却塔的凝汽器产生高消耗问题都是一个非常瞩目的问题。然而在过去几十年中，凝汽系统的研究并未受到应有的重视，其最主要的两项改变也仅为新型冷却塔填料的引入和钛涂层以及不锈钢管在凝汽器中的推广，而蒸发冷凝技术能将凝汽器和冷却塔合二为一，具有优越的强化传热和节能节水效果。根据这一思想，针对发电系统中凝汽设备低密度蒸汽冷凝的技术要求和设备在低真空下工作、凝结水需快速排出的特点，提出了一种结合板壳式换热技术和蒸发式冷凝技术的板壳蒸发式凝汽设备，以替代传统电厂、余热发电系统的凝汽器与冷却塔系统。当前，国际上比较先进的换热器主要是板式换热器、板壳式换热器或板式空冷器，但其传热元件多采用波纹板片，并以焊接密封方式代替普通板式换热器胶垫密封，虽提高了板式设备的使用温度及承压能力，但板片结构多为人字型波纹，一旦焊接成板束，形成较为复杂的流道，两侧介质无法呈交错方向流动，换热效果较差，且无法实现机械清洗。

中国专利200820122512.5公开了一种板式蒸发冷却器，它内部设置的蒸发板式换热组由多个异型板片组成，每两个异型板片组成一个腔体，所述异型板片形成腔体的流道截面可以是圆形、梯形、方形等，但是由于异型板形成的腔体的流道是单方向的，即纵向的流道，则水流由喷淋装置喷出后，迅速流经纵向通道，落入PVC填充层，以及箱体底部的水槽中，这样在异型板中停留的时间相对较短，两侧介质无法呈交错方向流动，甚至很多情况下无法形成连续的水膜，因而其换热冷却效果较差，而且，喷淋装置将水喷淋至异型板时，由于受喷淋范围的大小，水流的速度不同，或其他一些随机因素的影响，经常会出现在异型板上的水流分布不均匀的情况，这也很大的影响了其换热和冷却效果，降低了换热效率。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种换热效率高的、便于清洗的、加工简单成本低的板壳式换热器及其制造方法以及板壳蒸发式凝汽设备。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种板壳式换热器，包括带通孔的下管板以及以直列方式焊接于其上的换热板束，在最外侧换热板束的顶端和底端分别设有流道入口和流道出口，所述每个换热板束包括至少两个互相对称叠合焊接的换热板片，所述换热板片表面均布有横向和纵向开设的凹槽和/或凸缘，所述换热板片顶端设有锯齿状结构。独特的换热板束的表面设计，使得水在换热板片表面能形成均匀薄膜并连续沉降，完全覆盖传热壁面，增大有效传热面积，且在水流动过程中，水膜沉降速度会逐渐增大，气液两相流相对速度对应提高，非饱和蒸发热湿传递加剧，可提高冷却效果。换热板束采用直列形式焊接，流体阻力小，而且板和板之间的间距较小，结构紧凑，大大减小设备占地面积。

所述流道入口和流道出口位于所述最外侧换热板束同侧位置且其连线和铅垂线共面。这样设置可以保证换热效率最高。

在所述换热板束顶端还焊接有一个带通孔的上管板。

将该板壳式换热器应用到板壳蒸发式凝汽设备中，包括相互联接的上箱体、下箱体，以及水泵和循环水管路，所述上箱体上方设置有进风口，在进风口下方设置有喷淋装置，在下箱体底部设有集水槽，喷淋装置由水泵通过循环水管路与所述集水槽连接，在所述上箱体或下箱体上还设有出风口，板壳式换热器位于喷淋装置下方通过螺栓固定至上箱体。

所述下箱体的外壁低于板壳式换热器的位置设有出风口，所述下管板和水平面的夹角小于90°。

所述上箱体顶端设有出风口，所述下管板和水平面的夹角小于90°。

所述下箱体设有PVC填料，所述板壳式换热器和所述PVC填料之间设有可将流出板壳式换热器的喷淋水导向所述PVC填料顶部的挡水板。

一种用于制造该板壳式换热器的方法，包括以下步骤：

A、冲压换热板片，形成横向和纵向凹槽和/或凸缘，将其顶端加工为锯齿结构；

B、将所述换热板片凸缘对凸缘，凹槽对凹槽对称叠合，将换热板片纵向边沿、横向边沿对应焊接，形成换热板束；

C、将所述换热板束凸缘对凸缘，凹槽对凹槽对称叠合，将换热板束纵向边沿、横向边沿对应焊接；

D、在最外侧换热板束顶端和底端分别焊接流道入口和流道出口；

E、在焊接好的多个换热板束顶端和底端分别焊接上管板和下管板，形成板壳换热器。

步骤B中，所述凹槽截面为半椭圆形。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的板壳式换热器及其制造方法以及采用了板壳式换热器的板壳蒸发式凝汽设备中，将传统的板壳式换热器中的换热板片的表面设置横向和纵向的凹槽，从而在板壳式换热器内部同时形成横向和纵向的流道，同时又在换热板片顶端设有锯齿状结构，以及与其连接的带通孔的上管板，因而冷却水喷淋在换热板束上时，更容易产生连续均匀的水膜，也便于冷却水均匀的分布至各个换热板束。而且在板壳式换热器上设置的流道入口和流道出口位于最外侧换热板束同侧位置且其连线和铅垂线共面，这样使得换热效果更好。综上，本发明提供的板壳蒸发式凝汽设备及其制造方法换热效率较一般板式换热器换热效率高、其机械结构也便于清洗，采用普通机械清洗方式即可，加工简便，成本较低。

附图说明

图1是本发明的并流式板壳蒸发式凝汽设备结构示意图；

图2是本发明的横流式板壳蒸发式凝汽设备结构示意图；

图3是本发明的并流式板壳蒸发式凝汽设备的A-A向剖面图；

图4是本发明的单个换热板束结构图；

图5是本发明的单个换热板束的B-B截面图；

图6为换热板束的流向示意图。

附图中的标记如下：1、风机2、挡水板3、喷淋装置4、上管板5、换热板束6、板壳式换热器7、PVC填料8、下管板9、分气管10、集液管11、出风栅格12、浮球阀13、集水槽14、水泵15、循环水管路17、凹槽和凸缘18、锯齿状结构

具体实施方式

本发明的板壳蒸发式凝汽设备，根据空气与水膜流动方向的不同，主要有并流式和横流式两种，能实现机组凝汽温度和压力更低、真空度更佳。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

下面结合附图1对本发明中的并流式板壳蒸发式凝汽设备加以描述。

如图1所示，本发明的板壳蒸发式凝汽设备包括形状为长方体的上箱体、下箱体和板壳式换热器6。上箱体顶部设置有进风口，在进风口下方依次设置有风机1、喷淋装置3，用以实现本凝汽设备的空气循环和水分布；板壳式换热器6位于喷淋装置3下方，通过螺栓或者焊接方式与上箱体连接；下箱体下部低于板壳式换热器6的位置设有出风栅格11，可使湿空气及时移出下箱体，同时在下箱体底部还设有集水槽13以及设置于其内的浮球阀12；，板壳式换热器6的下管板8和水平面的夹角为3°。此外，顶部喷淋装置3由水泵14通过循环水管路15与集水槽13连接。

如图1所示，板壳式换热器6包括带通孔的下管板8以及以直列方式焊接于其上的多个换热板束5，在最外侧换热板束上顶端和底端分别设有流道入口和流道出口，且它们位于所述最外侧换热板束同侧位置，其连线和铅垂线共面。这里的流道入口和流道出口分别和分气管9和集液管10相连，如图4、5所示为每个换热板束5的结构，包括两个互相对称叠合焊接的换热板片，所述换热板片表面均布有横向和纵向开设的凹槽和/或凸缘17，这样在不同的换热板束5叠合并将其边沿焊接后，可以形成狭长的纵向流道以及横向流道。这样换热板片内外介质呈交错流动，可强化换热板片内外的传热。换热板束5内利用水的非饱和蒸发带走热量，单位面积热负荷比传统立式的光管冷凝器高20％-30％；同时，在换热板片的顶端设有锯齿状结构18，在其上还设有水平设置的带通孔的上管板4，换热板束5以锯齿型的形式伸出至上管板4的顶端边缘，其目的在于让喷淋装置3喷出的冷却水既能均匀的喷洒到每个换热板束5上，又能沿着每个换热板束5的内壁均匀流下。如图1所示。此外这样的设计既增大换热板片表面液膜的铺展面积，同时又大大的减薄边界层厚度和增加液膜内的扰动，从而强化了空气与液膜之间的传热和传质，增强冷却效果。

本发明的工作原理和过程如下：汽轮机排汽由分气管9进入板壳式换热器6内，并与换热板束5内的冷却水进行换热，充分换热后的冷却水沿换热板束5内壁迅速流下，并在下管板8的倾斜作用下顺利流至集水槽13，而集水槽13中的冷却水由离心水泵14通过循环水管道15打至顶部的喷淋装置3并在重力的作用下流至上管板4上，然后通过换热板束5顶端锯齿型结构18使冷却水均匀分配到换热板束5内壁的横向和纵向通道内。换热板束5内冷却水沿换热器板片壁形成稳定连续的螺旋状水膜，在重力作用下完全覆盖换热板片内壁并与壁面充分换热，吸收汽轮机排汽冷凝热量，并通过部分水分蒸发将热量再传给空气，未蒸发的水分流出换热板束5，下落到集水槽13内，进行下一次循环冷却。空气与水的流动可以为并流或横流，在风机1的作用下，空气由装置底部的圆筒状出风栅格11流出箱体，在换热板束5中与快速下落的水膜在一个连续的汽液界面上进行充分的非饱和蒸发，带走蒸发潜热。

实施例2

如图2所示，为横流式的板壳蒸发式凝汽设备，本实施例和实施例1类似，不同之处在于，出风口以及风机1的位置设于上箱体顶端，进风口的旁边位置，同时在板壳式换热器6下面还设有一段PVC填料层7，当湿热的循环水经过填料层时，延长其与填料层7的接触时间，从而更好的降低了循环水温，同时在PVC填料层7和板壳式换热器6靠近出风口的一侧还设有挡水板2，用以将流出板壳式换热器6的喷淋水导向所述PVC填料。

实施例3

本发明的带有板壳式换热器的并式板壳蒸发式凝汽设备制造过程包括下述步骤：

A、先将不锈钢板进行冲压，形成横向和纵向凹槽和/或凸缘，将其一端加工为锯齿结构，得到一个换热板片单元；

B、然后取两个换热板片单元，将所述换热板片凸缘对凸缘，凹槽对凹槽对称叠合，将换热板片相邻的纵向边沿、横向边沿对应焊接成一体，形成单个换热板束，如图4、5所示；

C、取多个板壳式换热板束5，将所述换热板束凸缘对凸缘，凹槽对凹槽对称叠合，将板束相邻的换热板束纵向边沿、横向边沿对应焊接成一体；

D、在最外侧换热板束顶端和底端分别焊接流道入口和流道出口；

E、在焊接好的多个换热板束上底端分别焊接上管板和下管板，形成板壳换热器6；

F、将板壳换热器6焊接于上箱体中，并将其流道入口与分气管9焊接，出口与集液管10焊接；

G、上箱体与下箱体连接在一起，并自上而下安装风机1、喷淋装置3、出风栅格11、浮球阀12、集水池13、循环水泵14，以及循环水管路15就可以得到整个板壳蒸发式凝汽设备，其结构图如图1。

采用同样的方式可以得到横流式板壳蒸发式凝汽设备。

此外，本发明的板壳式换热器还可为其它的结构，例如换热片表面可为传热强化板，其表面结构可以是凹凸的，也可以是其他表面强化结构，但须按统一的标准机械压制；各换热板片单元的尺寸规格、结构均一样。这样的变换均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种板壳式换热器，包括带通孔的下管板以及以直列方式焊接于其上的换热板束，在最外侧换热板束的顶端和底端分别设有流道入口和流道出口，其特征在于：所述每个换热板束包括至少两个互相对称叠合焊接的换热板片，所述换热板片表面均布有横向和纵向开设的凹槽和/或凸缘，所述换热板片顶端设有锯齿状结构。

2.根据权利要求1所述的板壳式换热器，其特征在于：所述流道入口和流道出口位于所述最外侧换热板束同侧位置且其连线和铅垂线共面。

3.根据权利要求2所述的板壳式换热器，其特征在于：在所述换热板束顶端还焊接有一个带通孔的上管板。

4.一种带有权利要求3的板壳式换热器的板壳蒸发式凝汽设备，包括相互联接的上箱体、下箱体，以及水泵和循环水管路，所述上箱体上方设置有进风口，在进风口下方设置有喷淋装置，在下箱体底部设有集水槽，喷淋装置由水泵通过循环水管路与所述集水槽连接，在所述上箱体或下箱体上还设有出风口，其特征在于：板壳式换热器位于喷淋装置下方通过螺栓固定至上箱体。

5.根据权利要求4所述的板壳蒸发式凝汽设备，其特征在于：所述下箱体的外壁低于板壳式换热器的位置设有出风口，所述下管板和水平面的夹角小于90°。

6.根据权利要求4所述的板壳蒸发式凝汽设备，其特征在于：所述上箱体顶端设有出风口，所述下管板和水平面的夹角小于90°。

7.根据权利要求6所述的板壳蒸发式凝汽设备，其特征在于：所述下箱体设有PVC填料，所述板壳式换热器和所述PVC填料之间设有可将流出板壳式换热器的喷淋水导向所述PVC填料顶部的挡水板。

8.一种用于制造权利要求3的板壳式换热器的方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、冲压换热板片，形成横向和纵向凹槽和/或凸缘，将其顶端加工为锯齿结构；

B、将所述换热板片凸缘对凸缘，凹槽对凹槽对称叠合，将换热板片纵向边沿、横向边沿对应焊接，形成换热板束；

C、将所述换热板束凸缘对凸缘，凹槽对凹槽对称叠合，将换热板束纵向边沿、横向边沿对应焊接；

D、在最外侧换热板束顶端和底端分别焊接流道入口和流道出口；

E、在焊接好的多个换热板束上底端分别焊接上管板和下管板，形成板壳换热器。

9.根据权利要求8所述的板壳式换热器的制造方法，其特征在于：步骤B中，所述凹槽截面为半椭圆形。

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