CN105157441B - 多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，包括第一联箱、第二联箱和换热管，在安装所述进口管的联箱内设置隔板，在所述第一联箱和第二联箱内设置气液分离器；所述换热管的出口管段伸入联箱的空腔内，且出口管段的端部向下弯曲；或者所述换热管的出口管段伸入联箱的空腔内，所述换热管的出口管段从直径处开始向下斜切成一个斜口。本发明的有益技术效果是：改善冷凝器的传热流动性能，有效提升工质分配的均匀性，大幅度降低流动阻力并维持高效换热；防止冷凝液带出联箱，从而大幅度改善两端联箱分液效果；可在冷凝器尾部和更低截面流量的条件下维持管内高效换热流态，提高基于分液冷凝原理强化传热的效果。

Description

多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器

【技术领域】

本发明涉及冷凝器领域，尤其是一种多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器。

【背景技术】

现有应用分液技术的冷凝器，都是仅限于单排换热管，而不是多管排的分液冷凝器。现有分液冷凝器都是采用单管排结构，换热管管径为常规尺度，并没有考虑微尺度管径换热管(微通道)，同时由于常规的联箱和换热管末端结构存在着换热能力局限大(单管排)，液态工质随气相工质带出量大(常规的联箱和换热管末端结构)和气液分离器不能根据工况合理分液(开孔截面固定)等问题，使得分液技术的效果以及冷凝器应用范围受到极大的约束。而目前分液冷凝器没出现过多管排共用的一体式联箱结构(所谓一体式联箱结构就是多列换热管并联进入同一个联箱，使流体混合的结构)，而且现有联箱(管插入面为弧形)不利于多列冷凝器的加工以及防液体被气体带出的效果较差。另外，多列空冷式微通道冷凝器由于前后管排换热的不均匀性，导致的后续冷凝过程管排间的流动与传热恶化。

【发明内容】

本发明的目的在于针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种改善后续管程的流动和换热性能的多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，包括第一联箱、第二联箱和换热管，若干所述换热管排布于所述第一联箱和第二联箱之间，所述换热管的内腔与所述第一联箱和第二联箱的内腔连通，在所述第一联箱或者第二联箱上安装进口管和出口管，在安装所述进口管的联箱内设置隔板，在所述第一联箱和第二联箱内设置气液分离器；所述换热管的出口管段伸入所述第一联箱或者第二联箱内的空腔内；所述换热管的出口管段伸入所述第一联箱或者第二联箱的空腔内，且出口管段的端部向下弯曲；或者所述换热管的出口管段伸入所述第一联箱或者第二联箱的空腔内，所述换热管的出口管段从直径处开始向下斜切成一个斜口。

所述换热管插入联箱内部的出口管段的端部向下弯曲一个角度形成弯头。

联箱内与换热管的进口管段和出口管段相对的壁面安装若干肋片，所述肋片为倾斜向上的方式在联箱的侧壁上设置，相邻间的肋片上部设置有开口，用于引流，相邻间的肋片根部开有适当的缺口。

所述气液分离器可以是自动调节气液分离器，自动调节气液分离器由排液挡板、可伸缩弹簧、支架隔板、通液小孔以及形成中央内斜面和锥形通口的金属片构成。排液挡板与支架隔板之间安装可伸缩弹簧，使排液挡板具有向上封住锥形通口的弹力；支架隔板上设置若干通液小孔；支架隔板和金属片与联箱内表面无缝连接。

当换热管采用错排偶数排布置时，前后两排换热管与Y形三通弯头连接，Y形三通弯头的汇合管申入联箱内形成进口管段或出口管段。

当换热管采用错排奇数排布置时，从空气进口侧开始前后换热管两两用Y形三通弯头连接，直到剩下最后一排奇数管排单独成排。

所述换热管截面形状可为矩形、三角形、梯形，内表面可为光滑表面或微翅表面的换热管。

本发明解决了多列空冷式微通道冷凝器由于前后管排换热的不均匀性，导致的后续冷凝过程管排间的流动与传热恶化的问题，同时有效维持换热管中的雾状流至环状流的高效换热流态。通过一体式联箱结构(一体式联箱结构就是多列换热管并联进入同一个联箱，使流体混合的结构)并配合最优换热管插入联箱长度，使同一流程多管排的两相流体进入联箱混合均匀，并改变联箱中出口管排的末端结构和在联箱内壁安装百叶窗阻液肋片，防止联箱中的液滴被高速气流带出联箱，有效改善分液效果，从而改善后续管程的流动与换热性能。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：避免传统多列冷凝器各列独立联箱间的固定及管道焊接，简化了生产工艺；改善冷凝器的流动性能，提高多排冷凝器的工质分配均匀性，大幅度降低流动阻力并维持高效换热；简化多列冷凝器的结构，较少耗材，便于加工；联箱内壁面安装百叶窗阻液肋片，出口管采用进口朝下(微通道管)或出口管进口端朝下开缺口(常规圆管)的工艺，有效防止液体工质随气态带出联箱，大幅度改善两端联箱分液效果；换热管包括细小通道及微通道：细小通道及微通道冷凝拥有比常规尺度(dh＞3mm)更广阔的高效换热区域，可在更低干度及更低截面流量的条件下维持高效换热流态(雾状流及环状流)，提高基于分液冷凝原理强化传热的效果，自动适应工况调节分液量，拓宽了分液冷凝器的适用工况范围。

【附图说明】

图1为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器的整体结构示意图；

图2为本发明换热管顺排结构示意图；

图3为本发明换热管错排结构示意图；

图4为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例1的A-A剖视图；

图5为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例1的局部剖视图；

图6为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例2管排结构图；

图7为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例2的A-A剖视图；

图8为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例2的局部剖视图；

图9为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例3的A-A部剖视图；

图10为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例3的局部剖视图；

图11为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例3的B-B剖视图；

图12为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例4的A-A部剖视图；

图13为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例4的局部剖视图；

图14为本发明多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器实施例4的B-B剖视图。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述说明。

多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，如图1-5所示，包括第一联箱41、第二联箱42和换热管3，若干所述换热管3平行排布于所述第一联箱41和第二联箱42之间，所述换热管3的内腔与所述第一联箱41和第二联箱42内腔连通，在所述第一联箱41或者第二联箱42上安装进口管1和出口管2，在安装所述进口管1的联箱(第一联箱41或者第二联箱42)内设置隔板5，在所述第一联箱41和第二联箱42内设置气液分离器6；所述换热管3的出口管段8(介质流出口处)伸入所述第一联箱41或者第二联箱42的空腔内，且出口管段的端部向下弯曲(当多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器竖立放置时)。所述换热管3采用是微通道换热管(如微通道铝扁管等)，所述换热管3插入联箱(第一联箱41或者第二联箱42)内部的出口管段的端部向下弯曲一个角度形成弯头12。角度可以是以0°-90°之间的任意角度。优选的，弯曲的角度为60°或者90°，此结构使气相工质从下往上进入换热管3，而液相工质由于从上往下的运动的任意角度都无法进入换热管3，且在重力作用下落到隔板5上面，从而有效“阻液排气”。在被冷凝工质进入换热管3时，首先具有集流并有均匀分配作用，其中全封闭的隔板5安装在第一管程与第二管程之间的进口联箱(安装进口管1和出口管2的联箱)中。每一个管程冷凝后两相流体汇集到第一联箱41或第二联箱42中，由于自身的重力作用,液体将会往下汇集并经气液分离器6往下排走，而气体则通过下一管程的换热管3继续冷凝，最后两相流体或者纯液体从出口管2流出。

如图2-5所示，所述换热管3为可以压制多通道扁管(dh＜3mm)，若干所述压制多通道扁管组成的管排根据现有工艺标准可直接作顺排(图2所示)排列或者错排(图3所示)排列。多排换热管3的进口管段7和多排换热管3的出口管段8的排数可为2排或大于2排的任意管排数，而且进入联箱内的进口管段7数与出口管段8排数可相同亦可不同，联箱(第一联箱41或者第二联箱42)与所述换热管3连接一侧的侧面为光滑平面9。联箱(第一联箱41或者第二联箱42)的横截面可为半圆形、矩形、梯形以及其他各种具有最少单侧平面的形状。联箱(第一联箱41或者第二联箱42)内与换热管3的进口管段7和出口管段8相对的壁面安装若干肋片15，所述肋片15为倾斜向上的方式在联箱的侧壁上设置，相邻间的肋片15上部设置有开口，用于引流，相邻间的肋片15根部开有适当的缺口16。出口管段8在联箱内部的为“阻液排气”结构。联箱内安装气液分离器6，所述气液分离器6可以是自动调节气液分离器，自动调节气液分离器由排液挡板10、可伸缩弹簧11、支架隔板12、通液小孔13以及形成中央内斜面和锥形通口的金属片14构成。排液挡板10与支架隔板12之间安装可伸缩弹簧11，使排液挡板10具有向上封住锥形通口的弹力；支架隔板12上设置若干通液小孔13，所述通液小孔13孔径为0.5-5mm之间。支架隔板12和金属片14与联箱内表面无缝贴合/焊合，排液挡板10可由伸缩弹簧11控制上下运动，根据两相工质的流量变化产生的液相重力大小以及不同流量管内快速流动造成的气液分离器上下的压力差大小自动控制锥形通道的开度和闭合，然后冷凝液通过支架小孔13群往下排走，金属片14在气液分离器的上部形成一个向中央倾斜的凹面，有利于气液分离器排液挡板10四周形成液封和防止冷凝液在气液分离器上部产生积液。

如图6-8所示，所述换热管3可以采用是常规管径圆管(dh≥3mm)，当若干换热管3组成管排，且按顺排布置时，所有换热管3直接连接联箱(第一联箱41或者第二联箱42)。插入联箱内部的出口管段8的端口封闭并从直径处开始向下斜切成一个斜口20，此结构斜口侧沿联箱轴向向下，此结构同样使液相随气相从上往下运动的任意角度都无法进入换热管3，有效防止液体被带出联箱(第一联箱41或者第二联箱42)。

如图9-11所示，换热管3采用是常规管径圆管(dh≥3mm)，当换热管采用错排偶数排23布置时，前后两排换热管与Y形三通弯头22连接，Y形三通弯头22的汇合管申入联箱内形成进口管段7或出口管段8，使用Y型弯头连接错排排列圆管可有效防止由于错排排列导致的纵向混合管距过小无法安装气液分离器6以及由于管程最低端换热管与分液装置垂直距离过小导致的液体从换热管流出从而分液效果不佳。采用Y形三通弯头22的汇合管连接联箱(第一联箱41或者第二联箱42)，可有效简化联箱部分的结构。

如图12-14所示，换热管3采用是常规管径圆管(dh≥3mm)，当换热管采用错排奇数排23布置时，从空气进口侧开始前后换热管两两用Y形三通弯头22连接，直到剩下最后一排奇数管排24单独成排。采用此连接布置可改善由于不同管排换热能力的差别造成的流量不均匀性。通过Y形三通弯头22连接的管排，以Y形三通弯头22的汇合管与联箱相连。单独成排管排24则直接通过延长管段25连接联箱。

以上所述各种管型和管排布置的多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，当管排数为n时，其基本的不可分割的一个单位换热管26数量应为n。

本发明的冷凝器在工作时是进口在上出口在下竖直放置。为更清楚的说明，下面以多列分液冷凝器在工质冷凝过程所起的作用机制进行阐述。

当气相工质从进口管1进入冷凝器后，首先在进口联箱处减速并均匀分配到第一管程的多列换热管3，经过一个管程冷凝换热后，多排换热管3中的两相工质同时汇入式联箱，此时联箱4中发生这样一个过程：由于多列管间换热能力的差异性，经过一个管程换热后，冷凝工质在每列换热管出口时的干度都不一样，汇入联箱时，不同干度工质将会充分混合，工质从换热管3汇入联箱，流速将会明显下降，气流中夹带的液态工质由于重力作用，部分下落到气液分离器上，大部分撞击换热管相对的联箱内壁并被百叶窗阻液肋片15所捕获并往隔板汇集，还有极少部分液滴在联箱腔体内做无规则运动。此外两相工质流进联箱后从上往下运动，由于换热管特殊的开口往下的换热管结构，有效减少由于壁面溅射被气流带出联箱的液体。通过重力和上下隔板上下端压差作用，多孔气液分离器将汇集的冷凝液从小孔往下排走，同时气相工质经过联箱的混合和再分配，均匀地进入下一管程多列换热管3。后接管程重复上述过程，最后所有气/液相工质从出口管2汇集并导出。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (5)

1.多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，包括第一联箱、第二联箱和换热管，其特征在于，若干所述换热管排布于所述第一联箱和第二联箱之间，所述换热管的内腔与所述第一联箱和第二联箱内腔连通，在所述第一联箱或者第二联箱上安装进口管和出口管，在安装所述进口管的联箱内设置隔板，在所述第一联箱和第二联箱内设置气液分离器；所述换热管的出口管段伸入所述第一联箱或者第二联箱的空腔内，且出口管段的端部向下弯曲；或者所述换热管的出口管段伸入所述第一联箱或者第二联箱的空腔内，所述换热管的出口管段从直径处开始向下斜切成一个斜口；所述气液分离器是自动调节气液分离器，所述自动调节气液分离器由排液挡板、可伸缩弹簧、支架隔板、通液小孔以及形成中央内斜面和锥形通口的金属片构成；排液挡板与支架隔板之间安装可伸缩弹簧，使排液挡板具有向上封住锥形通口的弹力；支架隔板上设置若干通液小孔,所述通液小孔孔径为0.5-5mm；所述支架隔板和金属片与联箱内表面无缝连接；金属片在气液分离器的上部形成一个向中央倾斜的凹面。

2.按照权利要求1所述的多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，其特征在于，所述换热管插入联箱内部的出口管段的端部向下弯曲一个角度形成弯头。

3.按照权利要求1所述的多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，其特征在于，联箱内与换热管的进口管段和出口管段相对的壁面安装若干肋片，所述肋片为倾斜向上的方式在联箱的侧壁上设置，相邻间的肋片上部设置有开口，用于引流，相邻间的肋片根部开有适当的缺口。

4.按照权利要求1所述的多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，其特征在于，当换热管采用错排偶数排布置时，前后两排换热管与Y形三通弯头连接，Y形三通弯头的汇合管伸入联箱内形成进口管段或出口管段。

5.按照权利要求1所述的多管排一体式联箱自动调节分液冷凝器，其特征在于，当换热管采用错排奇数排布置时，从空气进口侧开始前后换热管两两用Y形三通弯头连接，直到剩下最后一排奇数管排单独成排。