CN105546882A - 具有气道的满液式壳管蒸发器 - Google Patents

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Abstract

一种制冷与低温技术领域的具有气道的满液式壳管蒸发器，包括：管封头、壳程筒体和换热管，其中：壳程筒体两端设有管封头，换热管以管束的方式设置于壳程筒体内部；所述的壳程筒体按横截面将壳程筒体分为底层区域、中间层区域和顶层区域，层与层之间设有横向气道，顶层区域设有若干个纵向气道。本发明能够降低气泡带来的额外热阻对换热管性能的影响，保证各区域的换热管都能充分发挥其换热能力，从而提高蒸发器的换热性能。

Description

具有气道的满液式壳管蒸发器
技术领域
本发明涉及一种制冷与低温领域的技术，具体是一种具有气道的满液式壳管蒸发器。
背景技术
满液式壳管蒸发器具有结构紧凑、换热性能好、安全可靠的优点，因而在冷水机组中具有广泛的应用。换热管作为其中最重要的换热元件，一般是通过等管距的紧凑排布方式来最大限度地提高管束的换热面积。然而满液式蒸发器在实际工作过程中会不断生成气泡，这些气泡无法及时导出会形成额外的管外热阻从而削弱管外换热能力，特别地，蒸发器顶部区域大量积聚的气泡会严重降低管外换热系数，从而造成蒸发器整体换热能力下降，整机换热性能无法得到充分发挥。因此，为了进一步提高蒸发器的换热性能，需要充分考虑减小气泡对换热管换热能力的影响。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104819604A，公开(公告)日为2015年8月5日，公开了一种分层式的满液式蒸发器，该满液式蒸发器将管束排布进行分层处理，虽然能够减少制冷剂充注量，但是每层换热管的紧密排布方式会导致气泡容易堵塞在各换热管之间；同时由于每排换热管之间还设置有长度与横向管排总长一致的托盘，使得每层换热管表面生成的气泡无法立即导出，而是需要沿着较长的托盘向两侧流走，这样就无法保证每一层换热管的换热能力得到充分的发挥。
中国专利文献号CN203489538U，公开(公告)日为2014年3月19日，公开了一种新型高效满液式蒸发器，该满液式蒸发器通过改进分配器的结构来实现制冷剂的均匀分配，但换热管的排布仍然采用紧密的等边三角形排布，整个蒸发器底部和中部区域生成的气泡将无法快速导出，从而大量气泡将积聚在蒸发器顶部并导致整机换热能力下降。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种具有气道的满液式壳管蒸发器，能够降低气泡带来的额外热阻对换热管性能的影响，保证各区域的换热管都能充分发挥其换热能力，从而提高蒸发器的换热性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明包括：管封头、壳程筒体和换热管，其中：壳程筒体两端设有管封头，换热管以管束的方式设置于壳程筒体内部；
所述的壳程筒体按横截面将壳程筒体分为底层区域、中间层区域和顶层区域，层与层之间设有横向气道，顶层区域设有若干个纵向气道。
所述的底层区域设有等距排布的换热管。
所述的中间层区域和顶层区域设有非等距排布的换热管，其中：换热管之间的横向间距和纵向间距相比于底层区域均增大，横向间距的增大幅度比纵向间距大，且顶层区域的横向间距和纵向间距的增大幅度比中间层区域大。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过在各区域之间增加横向气道，并在顶层区域增加纵向气道，同时采用换热管非等距排布的方案，减少了换热管上附着的气泡数量，从而降低气泡带来的额外热阻对换热管换热能力的影响，保证了蒸发器内各区域换热能力的充分发挥，显著提高了蒸发器的换热性能。
附图说明
图1为本发明中壳程筒体的横截面示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明中气泡流动示意图，其中：箭头表示气泡流动的方向；
图中：壳程进口1、管程进口2、壳程出口3、管程出口4、管封头5、壳程筒体6、换热管7、底层区域8、中间层区域9、顶层区域10、横向气道11、纵向气道12。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例包括：管封头5、壳程筒体6和换热管7，其中：壳程筒体6两端设有管封头5，换热管7以管束的方式设置于壳程筒体6内部；
所述的壳程筒体6按横截面将壳程筒体分为底层区域8、中间层区域9和顶层区域10，层与层之间设有横向气道11，顶层区域10设有若干个纵向气道12。
所述的底层区域8设有等距排布的换热管7，底层区域8内的换热管7结构紧凑、单位体积内的换热面积大，能够迅速将过冷制冷剂液体升温至蒸发温度，充分保证底层区域8的换热需求。
所述的等距排布包括：等边三角形排布、正方形排布和圆形排布，本实施例优选为等边三角形排布。
所述的中间层区域9和顶层区域10设有非等距排布的换热管7，其中：位于中间层区域9的换热管7之间的横向间距相比于底层区域8增大20％，纵向间距相比于底层区域8增大15％；位于顶层区域10的换热管7之间的横向间距相比于底层区域8增大40％，纵向间距相比于底层区域8增大25％，保证了中间层区域9和顶层区域10的换热需求。
所述的纵向气道12是通过在顶层区域10内每隔1～3列换热管7设置一个缺列实现的；缺列的设置根据气泡运动规律来决定，由于气泡主要往壳程筒体6两侧运动，因此缺列主要布置在顶层区域10两侧，缺列数量不限于本实施例中的4个。
所述的横向气道11越靠近顶层区域10，其高度越大，其中：所述的底层区域8与中间层区域9之间的横向气道11的高度为2倍的换热管管径，所述的中间层区域9与顶层区域10之间的横向气道11的高度为3倍的换热管管径。
本装置的工作原理如下：
制冷剂液体从壳程进口1进入壳程筒体6，载冷剂从管程进口2进入换热管7，制冷剂通过换热管7与载冷剂进行换热，在壳程筒体6内沸腾蒸发，制冷剂蒸汽从壳程出口3离开，冷却的载冷剂从管程出口4离开；
底层区域8：制冷剂从壳程进口1进入壳程筒体6，在此过程中吸热蒸发并产生少量微小气泡，这部分气泡通过布置在底层区域8和中间层区域9之间的横向气道11流向壳程筒体6的两侧，减少了对中间层区域9和顶层区域10换热能力的影响；
中间层区域9：中间层区域9内换热管7表面生成的微小气泡与流动上来的底层区域8内未被导向壳程筒体6两侧的微小气泡结合，形成数量较多的小气泡，同时部分小气泡结合成大气泡；这些数量较多的小气泡以及部分大气泡能够在增大了间距的换热管7之间快速流动，并通过布置在中间层区域9和顶层区域10之间的横向气道11流向壳程筒体6的两侧，从而降低气泡对换热管7换热能力的影响，保证中间层区域9的换热能力得到充分发挥；
顶层区域10：顶层区域10内换热管7表面生成的气泡和流动上来的其余区域未被导向壳程筒体6两侧的气泡积聚在一起，气泡数量显著增多、体积明显增大；这些数量众多、体积增大的气泡能够在进一步增大了间距的换热管7之间迅速流出，进入壳程出口3，同时大气泡能通过纵向气道12及时排走，避免气泡在换热管7之间联结形成气膜，严重恶化换热，从而降低气泡对换热管7换热能力的影响，保证顶层区域10的换热能力得到充分发挥。
通过对优化后的样机进行实验对比，本发明所涉及的满液式壳管蒸发器结构与未设置气道的满液式壳管蒸发器相比，管外平均换热系数能够提高11.8％。

Claims (5)

1.一种具有气道的满液式壳管蒸发器，其特征在于，包括：管封头、壳程筒体和换热管，其中：壳程筒体两端设有管封头，换热管以管束的方式设置于壳程筒体内部；
所述的壳程筒体按横截面将壳程筒体分为底层区域、中间层区域和顶层区域，层与层之间设有横向气道，顶层区域设有若干个纵向气道。
2.根据权利要求1所述的具有气道的满液式壳管蒸发器，其特征是，所述的纵向气道是通过在顶层区域每隔1～3列换热管设置一个缺列来实现的。
3.根据权利要求1所述的具有气道的满液式壳管蒸发器，其特征是，所述的中间层区域设置若干个横向气道，气道高度从底层区域往上至顶层区域逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的具有气道的满液式壳管蒸发器，其特征是，所述的底层区域设有等距排布的换热管。
5.根据权利要求1所述的具有气道的满液式壳管蒸发器，其特征是，所述的中间层区域和顶层区域设有非等距排布的换热管，其中：中间层区域换热管之间的横向间距相比于底层区域增大10％～30％，纵向间距相比于底层区域增大10％～20％；顶层区域换热管之间的横向间距相比于底层区域增大30％～50％，纵向间距相比于底层区域增大20％～30％。
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