CN104990316A - 一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器及其方法 - Google Patents

一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器及其方法 Download PDF

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刘金平
陈志勤
许雄文
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Abstract

本发明公开了一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器及其方法，包括蛇形过热蒸气冷却段、水平布置的上集气管、水平布置的下集液管、竖降膜冷凝换热管；竖降膜冷凝换热管有多根，并且相互间隔分布在上集气管与下集液管之间；蛇形过热蒸气冷却段为U型管，该U型管的进口连接压缩机，出口连接上集气管，各竖降膜冷凝换热管的上端均套装有一个带斜槽的导流布水器，冷却水通过斜槽沿斜切线方向流出，并分布在竖降膜冷凝换热管的外表面上。本冷凝换热器的各竖降膜冷凝换热管中的制冷剂冷凝液膜厚度减薄，积存的制冷剂液体量减少，使制冷剂充灌量减少。同时使得制冷剂侧冷凝换热系数增大，换热效率提高。

Description

一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器及其方法
技术领域
本发明涉及蒸发式冷凝器，尤其涉及一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器及其方法。
背景技术
蒸发式冷凝器主要是利用换热管外喷淋冷却水蒸发时的气化潜热而使盘管内制冷剂蒸气凝结的。将传统的水冷和风冷冷却塔的二次冷却换热过程合二为一，省去了不必要的冷却塔及中间过程的换热器，其传热效率高、结构紧凑、体积小、循环水量少，减少了设备的初投资，在动力、化工、食品、制冷等行业日益推广，并取得了很大的成功。蒸发式冷凝器主要由换热器、水循环系统及风机三部分组成。
现有蒸发式冷凝器包括两种基本形式。一种为不带填料的逆流型蒸发式冷凝器，另一种为带填料的蒸发式冷凝器。其冷凝器换热核心部件均以“横管”为主，对其研究主要集中在高效传热管的研制及改进和管表面的处理方面，采用椭圆管、扭曲管等各种强化传热管代替现有的光滑圆管，并采用纳米流体技术，其传热效果得到了很大的提高；以强化传热管为基础，提高蒸发式冷凝器传热效果已经很难在技术上取得突破。
不带填料的逆流型蒸发式冷凝器由于没有填料，在冷凝换热器部分，空气和水的换热采用逆流形式，由于水与空气接触面积小，换热效果并不明显。较高温的水直接进入集水池，使集水池内水的温度升高，喷淋在冷凝器上的水的温度较高，换热效率低，能耗高。
填料蒸发式冷凝器将冷凝器和冷却塔合二为一，在冷凝盘管下部保留一段有填料的热交换层。在盘管部分水流和空气流平行同方向流入，再错流流出；而空气流在填料热交换层部分主要采用错流形式。这种冷凝器在填料热交换层中空气和水进行了二次热质交换，大大降低了冷却水温，进而提高了冷凝盘管的单位面积换热量，但体积增大，占地面积增大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器及其方法，可增大制冷剂过热蒸气的强迫对流换热系数，减小所占用的换热面积，显著减少制冷剂充灌量，提高制冷剂冷凝换热性能以及机组总体性能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器，包括蛇形过热蒸气冷却段1、水平布置的上集气管2、水平布置的下集液管4、竖降膜冷凝换热管3；
所述竖降膜冷凝换热管3有多根，并且相互间隔分布在上集气管2与下集液管4之间；
所述竖降膜冷凝换热管3的上端连通上集气管2；
所述竖降膜冷凝换热管3的下端连通下集液管4；
所述下集液管4的端口设置有液封装置5；
所述蛇形过热蒸气冷却段1为U型管，该U型管的进口连接压缩机，出口连接上集气管2。
各竖降膜冷凝换热管3的上端均套装有一个带斜槽6-1的导流布水器6，冷却水通过斜槽6-1沿斜切线方向流出，并分布在竖降膜冷凝换热管3的外表面上，使冷却水以螺旋线状沿竖降膜冷凝换热管3的外壁向下流动。
所述竖降膜冷凝换热管3的轴线垂直于上集气管2和下集液管4。
来自压缩机的过热蒸气先进入U型管，并被冷却为饱和蒸气后进入上集气管2，制冷剂蒸气由上集气管2分配进入到各个竖降膜冷凝换热管3中，并与竖降膜冷凝换热管3的管外冷却水换热，制冷剂蒸气在竖降膜冷凝换热管3内被冷凝成液体向下流动至下集液管4汇合后经液封装置5流至节流机构；
此时，下集液管4及液封装置5处形成液封，冷凝的制冷剂液体流出冷凝器，与此同时未冷凝的制冷剂蒸气不能流出冷凝器，则竖降膜冷凝换热管3内仅部分制冷剂蒸气冷凝为液体，使得竖降膜冷凝换热管3中被冷凝的制冷剂液体量减小，即冷凝器中积存的制冷剂液体量减少。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
来自压缩机的过热蒸气在蛇形过热蒸气冷却段以较高的流速流动，可保持较大的强迫对流换热系数，减小所占用的换热面积。被冷却为饱和蒸气后进入水平布置的上集气管，制冷剂蒸气由上集气管分配进入到各个竖降膜冷凝换热管中，并与竖降膜冷凝换热管外冷却水换热，制冷剂蒸气被冷凝成液体向下流动至下集液管汇合后经液封装置流至节流机构；
本发明下集液管及液封装置处形成液封，冷凝的制冷剂液体流出冷凝器，与此同时未冷凝的制冷剂蒸气不能流出冷凝器，则竖降膜冷凝换热管内仅部分制冷剂蒸气冷凝为液体。由于各竖降膜冷凝换热管中的制冷剂冷凝液膜厚度减薄，使得制冷剂侧的冷凝换热热阻减小、冷凝换热系数增大，总传热系数增大，换热效率提高。
本发明各竖降膜冷凝换热管的上端均套装有一个带斜槽的导流布水器，冷却水通过斜槽沿斜切线方向流出，并分布在竖降膜冷凝换热管的外表面上，使冷却水以螺旋线状沿竖降膜冷凝换热管的外壁向下流动。这样，在竖降膜冷凝换热管的外壁面能够很好地形成一层水膜，不但可以提高冷凝器的冷却效果，还可以节省冷却水量。
本发明采用的技术手段，可增大制冷剂过热蒸气的强迫对流换热系数、减小所占用的换热面积，显著减少制冷剂充灌量、提高制冷剂冷凝换热性能以及机组总体性能，还可以节省冷却水量。加工制造简单、成本低廉。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中带斜槽的导流布水布置示意图。
图3为图2中带斜槽的导流布水器截面示意图。
图4为图2中带斜槽的导流布水器俯视示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至4所示。本发明过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器，包括蛇形过热蒸气冷却段1、水平布置的上集气管2、水平布置的下集液管4、竖降膜冷凝换热管3；
所述竖降膜冷凝换热管3有多根，并且相互间隔分布在上集气管2与下集液管4之间；
所述竖降膜冷凝换热管3的上端连通上集气管2；
所述竖降膜冷凝换热管3的下端连通下集液管4；
所述下集液管4的端口设置有液封装置5；
所述蛇形过热蒸气冷却段1为U型管，该U型管的进口连接压缩机，出口连接上集气管2。
各竖降膜冷凝换热管3的上端均套装有一个带斜槽6-1的导流布水器6，冷却水通过斜槽6-1沿斜切线方向流出，并分布在竖降膜冷凝换热管3的外表面上，使冷却水以螺旋线状沿竖降膜冷凝换热管3的外壁向下流动。这样，在竖降膜冷凝换热管3的外壁面能够很好地形成一层水膜，不但可以提高冷凝器的冷却效果，还可以节省冷却水量。
所述竖降膜冷凝换热管3的轴线垂直于上集气管2和下集液管4。
上述蒸发式冷凝换热器的冷凝器中积存制冷剂液体量减少的方法，可通过如下步骤实现：
来自压缩机的过热蒸气先进入U型管，并被冷却为饱和蒸气后进入上集气管2，制冷剂蒸气由上集气管2分配进入到各个竖降膜冷凝换热管3中，并与竖降膜冷凝换热管3的管外冷却水换热，制冷剂蒸气在竖降膜冷凝换热管3内被冷凝成液体向下流动至下集液管4汇合后经液封装置5流至节流机构；
此时，下集液管4及液封装置5处形成液封，冷凝的制冷剂液体流出冷凝器，与此同时未冷凝的制冷剂蒸气不能流出冷凝器，则竖降膜冷凝换热管3内仅部分制冷剂蒸气冷凝为液体，使得竖降膜冷凝换热管3中被冷凝的制冷剂液体量减小，即冷凝器中积存的制冷剂液体量减少。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器，其特征在于：包括蛇形过热蒸气冷却段（1）、水平布置的上集气管（2）、水平布置的下集液管（4）、竖降膜冷凝换热管（3）；
所述竖降膜冷凝换热管（3）有多根，并且相互间隔分布在上集气管（2）与下集液管（4）之间；
所述竖降膜冷凝换热管（3）的上端连通上集气管（2）；
所述竖降膜冷凝换热管（3）的下端连通下集液管（4）；
所述下集液管（4）的端口设置有液封装置（5）；
所述蛇形过热蒸气冷却段（1）为U型管，该U型管的进口连接压缩机，出口连接上集气管（2）。
2.根据权利要求1所述的过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器，其特征在于：各竖降膜冷凝换热管（3）的上端均套装有一个带斜槽（6-1）的导流布水器（6），冷却水通过斜槽（6-1）沿斜切线方向流出，并分布在竖降膜冷凝换热管（3）的外表面上，使冷却水以螺旋线状沿竖降膜冷凝换热管（3）的外壁向下流动。
3.根据权利要求1或2所述的过热段和冷凝段分置的蒸发式冷凝换热器，其特征在于：所述竖降膜冷凝换热管（3）的轴线垂直于上集气管（2）和下集液管（4）。
4.权利要求1、2或3所述蒸发式冷凝换热器的冷凝器中积存制冷剂液体量减少的方法，其特征在于如下步骤：
来自压缩机的过热蒸气先进入U型管，并被冷却为饱和蒸气后进入上集气管（2），制冷剂蒸气由上集气管（2）分配进入到各个竖降膜冷凝换热管（3）中，并与竖降膜冷凝换热管（3）的管外冷却水换热，制冷剂蒸气在竖降膜冷凝换热管（3）内被冷凝成液体向下流动至下集液管（4）汇合后经液封装置（5）流至节流机构；
此时，下集液管（4）及液封装置（5）处形成液封，冷凝的制冷剂液体流出冷凝器，与此同时未冷凝的制冷剂蒸气不能流出冷凝器，则竖降膜冷凝换热管（3）内仅部分制冷剂蒸气冷凝为液体，使得竖降膜冷凝换热管（3）中被冷凝的制冷剂液体量减小，即冷凝器中积存的制冷剂液体量减少。
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