CN101846477A

CN101846477A - 蒸发式换热器强化传热方法及换热盘管组件

Info

Publication number: CN101846477A
Application number: CN 201010198338
Authority: CN
Inventors: 周兴东; 徐雄冠; 邓凯翔; 江磊; 姜文俊
Original assignee: B A C DALIAN Co Ltd
Current assignee: B A C DALIAN Co Ltd
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明属于蒸发式热交换设备领域，蒸发式换热器强化传热方法，经盘管换热的气态工质流动方式是从盘管上接口进入，冷凝冷却后的工质由下接口流出，在部分管程或全部管程的盘管管束内加装强化传热部件，提高传热效率。本发明盘管组件中根据冷凝或冷却工质的特性及管阻要求，对盘管进行部分或全部的内翅化扩展换热表面处理，翅片由特制模具单独加工，翅片的结构及形状可调；翅片采用直接插入的安装方式，方便灵活，加工制造成本低；由芯管提供的支撑作用，能够充分保证翅片与外管间的接触面积，最大限度降低了内翅片的接触热阻。采用内翅片式强化传热部件的盘管组件，单位体积换热量大，换热效率高，整机外形尺寸更小，节约占用空间。

Description

蒸发式换热器强化传热方法及换热盘管组件

技术领域

本发明属于蒸发式热交换设备领域，特别涉及其换热方法，另外本发明还涉及其换热盘管组件。

背景技术

蒸发式换热器包括蒸发式冷凝器及蒸发式流体冷却器，如图1，图2及图3所示，是将传统水冷换热设备与循环水冷却塔结合到一起的换热设备，通过在换热盘管表面喷淋低温循环水，实现管内外工质的热交换过程，并由强制对流的干冷空气，使喷淋水部分蒸发，维持较低循环水温度，最终带走管内热流体所放出的热量。由于其耗水量小、节约能耗，设备紧凑，安装方便，维护简单等优点，得到了广泛的应用。尤其对工业制冷系统，相对于传统管壳式换热器，蒸发式冷凝器的冷凝温度更接近环境湿球温度，系统冷凝压力更低，节约压缩机能耗和循环水的能耗，而且附加连接管路少，设备维护方便、运行稳定，优势明显，可以完全替代传统管壳式冷凝器。但是受加工条件等因素限制，目前应用的换热盘管主要采用的还是光管形式，对于实际应用中很多情况下的热工质是处于过热状态，进入冷凝器盘管的过热气体工质首先需要冷却到饱和蒸气温度，然后才能够实现冷凝，放出潜热完成焓值降低过程；另外，有很多混合气体冷凝工艺，由于气体冷却传热系数较低，必然消耗很大一部分盘管面积来满足气体工质的冷却过程，造成盘管体积较大，安装到蒸发式换热器箱体内占用较大空间，导致设备的运输、安装以及占用运行系统空间等方面的成本增加很多。现有蒸发式换热器，特别针对管内气体工质对流换热系数较低的特点，目前应用得比较好的方式是在排风口处加装一组外翅片管，利用排出的空气流预冷气态过热制冷工质，其优点是额外能耗增加较小，但是整机高度和制造成本明显升高。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种蒸发式换热器强化传热方法，增加管内对流换热面积，强化管内气态工质的对流换热过程，提高盘管换热效率，强化管内工质冷凝或对流传热效率，同时减少设备体积。另外本发明还提供一种蒸发式换热器换热盘管组件，结构简单，减少盘管用量，使产品结构更紧凑，占用空间更小，降低设备运输及安装体积，提高传热效率。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：蒸发式换热器强化传热方法，经盘管换热的气态工质流动方式是从盘管上接口进入，冷凝或冷却后的工质由下接口流出，在部分管程或全部管程的盘管管束内加装强化传热部件，提高传热效率。

所述对冷凝、冷却传热系数较大的过热工质，采用对第1、2管程的盘管管束内安装强化传热部件；对冷凝、冷却过程传热系数相对较小的工质，如醇、醚、氟利昂或其他气体工质，采用全部管程的管束内安装强化传热部件。

蒸发式换热器换热盘管组件，盘管采用多管程，管程数为2～12，每管程采用2～8回路，盘管内安装有强化传热部件。

所述强化传热部件采用内翅片，扩展管内工质换热面积。

所述盘管的管体内安装有两端封闭的支撑芯管，盘管管体与支撑芯管之间安装有内翅片，根据工艺流体管阻要求，翅化比为3～12；芯管管径范围为Φ4～8mm。

所述盘管管体可采用碳钢或不锈钢材质管体，内翅片采用薄板不锈钢或碳钢，经模具轧制成锯齿状或波纹状翅片。

所述换热盘管组件是由盘管管束、管束排布的隔板、隔管、管束集管、进口和出口接管，及其他支撑件组成。

本发明的强化传热方法是根据蒸发式换热器的热交换特点，管外喷淋水蒸发过程的换热效率相对管内气体工质的冷却换热过程高，管内对流换热系数较小，是整个热量传递过程的控制阻力，采用内翅片方法扩展管内气体工质的对流换热面积，提高气体工质在管内的换热效率，改变管内外气-液介质间热量传递过程中阻力不相匹配的现象，增加管内对流换热面积，强化管内气态工质的对流换热过程，使管内外传热系数平衡。

本发明盘管组件中根据冷却或冷凝工质的特性及管阻要求，对盘管进行部分或全部的内翅化处理，翅片由特制模具单独加工，翅片的结构及形状可调；翅片采用直接插入的安装方式或采用钎焊方法加入，方便灵活，加工成本低；由芯管提供的支撑作用，能够充分保证翅片与外管间的接触面积，最大限度降低了内翅片的接触热阻。采用内翅片式强化传热部件的盘管组件，单位体积换热量大，换热效率高，因此换热器的整机外形尺寸更小，节约了设备的占用空间。

采用本发明盘管组件的蒸发式换热器，可以根据冷却或冷凝工质的特性调节喷淋水量及空气流量，盘管结构对蒸发式换热器型式无影响。对气态工质的冷却过程，可以调节管束外径、内翅片结构和翅化比等参数满足流速及压降要求。

附图说明

图1是全盘管式蒸发式换热器；

图2是上盘管下填料型式蒸发式换热器；

图3是带预冷外翅片盘管的蒸发式换热器；

图4是普通蒸发式换热器的换热盘管组件图；

图5是本发明安装有强化传热部件的盘管横截面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明内容进一步详细说明。

实施例1：采用氨制冷工质的制冷系统，冷凝温度35.7℃，压缩机出口处的氨蒸气的过热度40℃，蒸发式冷凝器采用图2结构，上盘管下填料形式,换热盘管组件是由盘管管束1、管束排布的隔板2、隔管3、管束集管4、进口5和出口6接管，及其他支撑件组成，共计10管程，盘管外表面换热面积250m²，过热段管内的对流传热热阻比例占75%。

采用在部分管程（对盘管入口处第1、2管程）的盘管管束内加装强化传热部件，强化传热效果。具体对盘管入口处第1、2管程采用的盘管如图4、5所示，盘管的管体7是几何尺寸Φ26.7×1.5(mm)的碳钢管，管体7内安装有不锈钢芯管8，芯管的几何尺寸为Φ7×1(mm)，管体与芯管之间安装有内翅片9，翅化比为6.5，内翅片9采用波纹状不锈钢翅片,其他结构及水泵风机等参照常规产品。

经试验，与常规光管产品相比，采用此种强化传热方法，盘管换热效率可提高4%～6%。相同排热量下，盘管面积和宽度可减小约5%，整机宽度可降低3%～4%，产品加工、运输成本及安装空间也相应得到降低。

实施例2：采用氟利昂（R22a）制冷工质的制冷系统，压缩机出口处蒸气过热度为30℃，冷凝温度40℃，蒸发式冷凝器采用图2结构，上盘管下填料形式,换热盘管组件是由盘管管束1、管束排布的隔板2、隔管3、管束集管4、进口5和出口6接管，及其他支撑件组成，共计10管程，盘管外表面换热面积250m²，过热段管内的对流传热热阻比例占70%。

采用在部分管程（对盘管入口处第1、2管程）的盘管管束内加装强化传热部件，强化传热效果。具体对盘管入口处第1、2管程采用的盘管如图4、5所示，盘管的管体7是几何尺寸Φ26.7×1.5(mm)的碳钢管，管体7内安装有不锈钢芯管8，芯管的几何尺寸为Φ6×1(mm)，管体与芯管之间安装有内翅片9，翅化比为4.5，内翅片9采用锯齿状不锈钢翅片，翅片与外管内壁接触，与芯管胀紧连接，其他结构及水泵风机等参数不变。

经试验，与常规光管产品相比，采用此种强化传热方法，盘管换热效率可提高3%～5%。相同排热量下，盘管面积和宽度可减小约4%，整机宽度可降低3%～4%，产品加工、运输成本及安装空间也相应得到降低。

实施例3：压缩机出口空气冷却器，采用图1全盘管蒸发式冷却热器，换热盘管组件是由盘管管束1、管束排布的隔板2、隔管3、管束集管4、进口5和出口6接管，及其他支撑件组成，盘管结构为2管程U形结构,8回路,管长3.5m。

采用在全部管程的盘管管束内加装强化传热部件，强化管内气体传热效率。具体盘管如图4、5所示，盘管的管体7是几何尺寸Φ32×1.0(mm)的不锈钢管，管体内安装有不锈钢芯管8，芯管的几何尺寸为Φ8×1(mm)，管体与芯管之间安装有内翅片9，翅化比为7，其他结构及水泵风机等参数参照常规产品标准配置。

经试验，与常规光管产品相比，采用此种强化传热方法，盘管内传热系数195W/m²℃,总换热效率可提高60%～70%。相同排热量下，综合管内阻力情况，盘管面积和宽度可减小约30%，整机宽度可降低20%，产品加工、运输成本及安装空间也相应得到降低。

实施例4：

按实施例3所述的条件，不同的是全部管程盘管管束7内安装内翅片9，翅化比为12，其他结构及水泵风机等参数不变。

经试验，采用此种强化传热方法，盘管内传热系数可达240W/m²℃,总换热效率可提高70%～80%。相同排热量下，综合管内阻力情况，盘管面积和宽度可减小约35%，整机宽度可降低25%以上，产品加工、运输成本及安装空间也相应得到降低。

实施例5：

按实施例3所述的条件，全部管程盘管管束7内安装内翅片9，不同的是采用三管程，翅化比为5，其他结构及水泵风机等参数不变。

经试验，采用此种强化传热方法，盘管内传热系数180W/m²℃,总换热效率可提高50%～60%。相同排热量下，综合管内阻力情况，盘管面积和宽度可减小约20%～25%，整机宽度可降低15%～20%，产品加工、运输成本及安装空间也相应得到降低。

本发明的上述实施例仅限于说明本发明的内容，而不是将本发明具体限制在实施例所说明的方式和应用领域。相关领域的技术人员会理解包括本发明实施例内容及以外不背离本发明实质和范围的修改和完善。

Claims

1.蒸发式换热器强化传热方法，经盘管换热的气态工质流动方式是从盘管上接口进入，冷凝或冷却后的工质由下接口流出，其特征是：在部分管程或全部管程的盘管管束内加装强化传热部件，提高传热效率。

2.根据权利要求1所述的蒸发式换热器强化传热方法，其特征是：对冷凝、冷却传热系数较大的过热工质，采用对入口端第1、2管程的盘管管束内安装强化传热部件。

3.根据权利要求1所述的蒸发式换热器强化传热方法，其特征是：对冷凝、冷却过程传热系数相对较小的工质，如醇、醚、氟利昂或其他气体工质，采用多管程或对全部管程的管束内安装强化传热部件。

4.蒸发式换热器换热盘管组件，盘管采用多管程，管程数为2～12，每管程采用2～8回路，其特征是：盘管内安装有强化传热部件。

5.根据权利要求4所述的蒸发式换热器换热盘管组件，其特征是：强化传热部件采用内翅片。

6.根据权利要求4或5所述的蒸发式换热器换热盘管组件，其特征是：盘管的管体内安装有两端封闭的支撑芯管，盘管管体与支撑芯管之间安装有内翅片，根据工艺流体管阻要求，翅化比为3～12；芯管管径范围为Φ4～8mm。

7.根据权利要求5所述的蒸发式冷凝器换热盘管组件，其特征是：盘管管体可采用碳钢或不锈钢材质管体，内翅片采用薄板不锈钢或碳钢，经模具轧制成锯齿状或波纹状翅片。

8.根据权利要求4或5所述的蒸发式冷凝器换热盘管组件，其特征是：换热盘管组件是由盘管管束、管束排布的隔板、隔管、管束集管、进口和出口接管，及其他支撑件组成。