CN102155854B - 一种管外垂直降膜换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管外垂直降膜换热器，它包括换热器壳体、强化换热管束、布膜装置、管程容腔、视镜及流体进出口管路等部分组成。在换热器顶部设置双层布膜装置，一种流体经布膜装置沿管外壁均匀成膜状流下，带走换热管内另一流体的热量或将热量传递给换热管内另一流体，从而实现两种不同流体的热交换。换热器采用切向流的进液方式和独特的双层布膜装置，解决了传统降膜换热器布膜不均匀、有效换热面积低等问题。该装置能有效降低流体的传质阻力，显著提升换热器传热和传质能力，可广泛应用于化工、热工、轻工、食品、制药、冶金和海水淡化等行业。

Description

一种管外垂直降膜换热器

技术领域

本发明涉及一种新型管外垂直降膜换热器，适用于具有多种组分的换热介质的传热传质过程，可应用于化工、热工、轻工、食品、制药、冶金和海水淡化等领域。

背景技术

近年来，随着社会对节能要求的提高，各种化工、制冷设备对换热器的要求也越来越高。降膜换热器作为一种高效的换热装置广泛地被应用在蒸发、蒸馏和冷凝设备中。现有的降膜换热器一般以水平管降膜、板式降膜和竖直管内降膜为主，这些结构的降膜换热器往往都存在布膜不均、膜厚不均匀或热惰性大等缺点。而普通的竖直管外降膜换热器布膜装置复杂，加工工艺也较为复杂，制作成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有降膜型换热器存在的布膜不均匀、换热效果低等缺点，提供一种易于加工、结构简单、传热传质效果好的新型管外垂直降膜换热器。

本发明专利采用独特设计的双层布膜装置和切向流进液方式，使得换热器管束上的液膜更加均匀，显著增加了换热面积，提高了换热器的传热传质效果。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种管外垂直降膜换热器，包括换热器壳体，在换热器壳体内竖直设有强化换热管束，换热器壳体的底部连接有管程下容腔，便于系统清洗，在管程下容腔上连接有与强化换热管束相通的热源/冷源进口，在换热器壳体的下侧上连接有溶液出口；换热器壳体的顶端连接有管程上容腔，在管程上容腔上设有与强化换热管束相通的热源/冷源出口，换热器壳体上部设有溶液进口和气体出/入口，在所述溶液进口和气体出/入口之间的换热器壳体内设有与强化换热管束水平相接的双层布膜装置，该双层布膜装置的上层为布液板，下层为可接受布液板渗漏的液滴的布膜板。

在所述布液板的表面布设有多个穿管孔，在每个穿管孔的周侧开设有穿液孔，穿液孔与布膜板相通；所述布膜板与强化换热管束之间形成有布膜孔隙。

所述溶液进口与换热器壳体相连接处具有使溶液切向流入的断面。溶液进口的溶液切向流入换热器壳体，沿壳体内壁面均匀接触到布液板上，并形成一定液位。

所述布膜孔隙内设有定位卡箍，将强化换热管束定位在布膜孔隙中间。

在所述换热器壳体外设置有两个透明的视镜。便于观察溶液在换热管外壁的成膜状况以及稳定换热器壳体内溶液的液位。

所述换热器壳体内强化换热管束的内外壁面均采用高效强化措施，增强流体的扰动，显著提升换热管的传热传质性能。

所述换热器壳体外设置有方形的支撑架，用于支撑换热器同时可与其他相关设备连接。

本发明的工作原理是：

①该换热器作为蒸发器(或发生器)用时，冷流体由溶液进口切向进入换热器壳体上部，沿内壁迅速分布在布液板上，并形成一定液位，并经过布液板上的穿液孔均匀淋到布膜板上，再通过布膜板与强化换热管束形成的布膜孔隙在强化换热管外壁面形成均匀的液膜，被从热源/冷源进口流入管程下容腔分配到强化传热管束的热流体加热后，部分热蒸汽通过气体出/入口排出，而被加热的冷流体液态部分则从壳体底部溶液出口排出，同时热流体降温后进入管程上容腔从热源/冷源出口排出，从而实现热流体的降温和冷流体的加热蒸发。

②该换热器作为冷凝器(或吸收器)用时，热流体由溶液进口切向进入换热器壳体上部，沿内壁迅速分布在布液板上，并形成一定液位，并经过布液板上的穿液孔均匀淋到布膜板上，再通过布膜板与强化换热管束形成的布膜孔隙在强化换热管外壁面形成均匀的液膜，吸收自气体出/入口进入的蒸汽，释放的热量被从热源/冷源进口流入管程下容腔分配到强化传热管束的冷流体带走，而被冷却的热流体则从壳体底部溶液出口排出，同时加热后的冷流体进入管程上容腔从热源/冷源出口排出，从而实现热流体的吸收冷却和冷流体的加热。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

①通过采用溶液进口切向流、双层布膜装置结构，使得各换热管的外壁面成膜均匀，增加了换热面积。

②双层布膜装置采用独特的设计，上层布液板通过穿液孔使得各换热管的液膜均等，下层布膜板采用定位卡箍保证布膜孔隙在1.5-2mm之间，对液膜的形成起关键作用。

③采用内外壁面强化后的换热管增加流动扰动，显著提升换热管的总体传热系数，同时降低传质阻力，保证换热器的高效传热传质效果。

附图说明

图1为管外垂直降膜换热器结构示意图；

图2为管外垂直降膜换热器A-A剖面图；

图3为布液板结构示意图；

图4为布膜板结构示意图(一)；

图5为布膜板结构示意图(二)；

图6为图4的X部分放大示意图；

附图标记说明：1、热源/冷源进口；2、强化换热管束；3、支撑架；4、视镜；5、布膜板；6、布液板；7、管程上容腔；8、热源/冷源出口；9、法兰；10、溶液进口；11、换热器壳体；12、气体出/入口；13、视镜；14、溶液出口；15、法兰；16、管程下容腔；17、底座；18、穿管孔；19、穿液孔；20、布膜孔隙；21、定位卡箍，30、断面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1所示，一种管外垂直降膜换热器，包括换热器壳体11，换热器壳体11中部外设有支撑架3，在换热器壳体11内竖直设有强化换热管束2，换热器壳体11的底部通过法兰15连接有管程下容腔16，管程下容腔16底部设有底座17，在管程下容腔16上连接有与强化换热管束2相通的热源/冷源进口1，在换热器壳体11的下侧上连接有溶液出口14；换热器壳体11的顶端通过法兰9连接有管程上容腔7，在管程上容腔7上设有与强化换热管束2相通的热源/冷源出口8，换热器壳体11上部设有溶液进口10和气体出/入口12，在溶液进口10和气体出/入口12之间的换热器壳体11内设有与强化换热管束2水平相接的双层布膜装置，该双层布膜装置的上层为布液板6，下层为可接受布液板6渗漏的液滴的布膜板5。

在布液板6的表面均匀布设有多个穿管孔18，在每个穿管孔18的周侧开设有穿液孔19，穿液孔19与布膜板5相通；在布膜板5与强化换热管束2之间形成有布膜孔隙20。

溶液进口10的溶液切向流入换热器壳体；溶液进口10与换热器壳体11相连接处具有使溶液切向流入的断面30。

布膜孔隙20内设有定位卡箍21，将强化换热管束2定位在布膜孔隙20中间。

在换热器壳体11外设置有两个透明的视镜4，13。

本实施例的工作原理是：

①该换热器作为蒸发器(或发生器)用时，冷流体由溶液进口10切向进入换热器壳体11上部，沿内壁迅速分布在布液板6上，并形成一定液位，并经过布液板6上的穿液孔19均匀淋到布膜板5上，再通过布膜板5与强化换热管束2形成的布膜孔隙20在强化换热管外壁面形成均匀的液膜，被从热源/冷源进口1流入管程下容腔16分配到强化传热管束2的热流体加热后，部分热蒸汽通过气体出/入口12排出，而被加热的冷流体液态部分则从壳体底部溶液出口14排出，同时热流体冷却后进入管程上容腔7从热源/冷源出口8排出，从而实现热流体的降温和冷流体的加热蒸发。

②该换热器作为冷凝器(或吸收器)用时，热流体由溶液进口10切向进入换热器壳体11上部，沿内壁迅速分布在布液板6上，并形成一定液位，并经过布液板6上的穿液孔19均匀淋到布膜板5上，再通过布膜板5与强化换热管束2形成的布膜孔隙20在强化换热管外壁面形成均匀的液膜，吸收自气体出(入)口12进入的蒸汽，释放的热量被从热源/冷源进口1流入管程下容腔16分配到强化传热管束2的冷流体带走，而被冷却的热流体则从壳体底部溶液出口14排出，同时加热后的冷流体进入管程上容腔7从热源/冷源出口8排出，从而实现热流体的吸收冷却和冷流体的加热。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种管外垂直降膜换热器，包括换热器壳体(11)，在换热器壳体(11)内竖直设有强化换热管束(2)，换热器壳体(11)的底部连接有管程下容腔(16)，在管程下容腔(16)上连接有与强化换热管束(2)相通的热源/冷源进口(1)，在换热器壳体(11)的下侧上连接有溶液出口(14)；换热器壳体(11)的顶端连接有管程上容腔(7)，在管程上容腔(7)上设有与强化换热管束(2)相通的热源/冷源出口(8)，换热器壳体(11)上部设有溶液进口(10)和气体出/入口(12)，其特征在于：在所述溶液进口(10)和气体出/入口(12)之间的换热器壳体(11)内设有与强化换热管束(2)水平相接的双层布膜装置，该双层布膜装置的上层为布液板(6)，下层为接受布液板(6)渗漏的液滴的布膜板(5)；在所述布液板(6)的表面布设有多个穿管孔(18)，在每个穿管孔(18)的周侧开设有穿液孔(19)，穿液孔(19)与布膜板(5)相通；所述布膜板(5)与强化换热管束(2)之间形成有布膜孔隙(20)；所述溶液进口(10)与换热器壳体(11)相连接处具有使溶液切向流入的断面(30)；所述布膜孔隙(20)内设有将强化换热管束(2)定位在布膜孔隙(20)中间的定位卡箍(21)。

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