CN106839829B - 双干度分流换热蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双干度分流换热蒸发器，包括连通有进口管的第一联箱、连通有出口管的第二联箱、及连通于第一联箱和第二联箱之间且平行布置的若干换热管，第一联箱和第二联箱内均设有依次间隔布置的有孔隔板和无孔隔板，有孔隔板和无孔隔板将第一联箱和第二联箱的内部均分隔成若干分流腔，且紧邻有孔隔板布置并靠近进口管一侧的换热管为低干度分流换热管，低干度分流换热管的进口段伸入分流腔内、并与分流腔的内壁之间存在间隙。在多管程蒸发器换热过程中实现两相流体的“高、低干度分离分流换热”蒸发，高干度流显著强化传热，并能大幅度降低流动阻力，可根据流量，一定程度自动调节进入高干度分流换热管内的两相工质干度。

Description

双干度分流换热蒸发器

技术领域

本发明涉及蒸发器分流换热技术领域，特别涉及一种双干度分流换热蒸发器。

背景技术

现有换热管式蒸发器，基本以蛇形管流动布置或者以若干无孔隔板构建多管程平行流式布置。同时由于换热管在低干度蒸发过程存在换热效率不高，而且蛇形管换热布置时，蒸发后期随着气相工质比例大，流速快，蒸发器存在管内压力损失严重等缺点。多管程平行流式蒸发器，由于其管程中的换热管数随着蒸发过程的深入而适当增多，因此管内压力损失较小，然而基于蒸发换热规律，平行流式蒸发器依然存在低干度蒸发时换热效率较低，高干度蒸发时由于采用平行流布置，换热效率下降明显等缺点。最后由于蒸发换热在高干度的核态沸腾区换热效率最高，因此蛇形管式以及平行流式蒸发器在蒸发换热后期的换热效果显著增强，从而导致蒸发器管程间整体换热明显不均，蒸发器换热效果因而受到限制

发明内容

本发明的目的在于提供一种双干度分流换热蒸发器，能够改善阻力压降和换热性能。

为实现本发明的目的，采取的技术方案是：

一种双干度分流换热蒸发器，包括连通有进口管的第一联箱、连通有出口管的第二联箱、及连通于第一联箱和第二联箱之间且平行布置的若干换热管，第一联箱和第二联箱内均设有依次间隔布置的有孔隔板和无孔隔板，有孔隔板和无孔隔板将第一联箱和第二联箱的内部均分隔成若干分流腔，且紧邻有孔隔板并靠近进口管一侧的换热管为低干度分流换热管，低干度分流换热管的进口段伸入分流腔内、并与分流腔的内壁之间存在间隙。

液态工质或者低干度工质从进口管进入蒸发器，并依次重复经过第一联箱和第二联箱换热后，从第二联箱的出口管排出。蒸发换热过程中，工质每经过一个管程的换热管换热，都会形成干度较低的两相工质，然后进入其中一个联箱，来流两相工质进入其中一个联箱的分流腔后，流速迅速降低，由于工质气、液相密度差异明显，分流腔内的两相工质将一定程度发生相分离以及相分层，其中气相主要在上方，液相主要在下方。由无孔隔板和有孔隔板组成双隔板管程结构，由于低干度分流换热管的进口段伸进分流腔内，可有效阻碍气相工质由于运动惯性直接通过低干度分流换热管排出，且该低干度分流换热管紧邻有孔隔板布置且靠近进口管一侧，而与该有孔隔板相邻且靠近出口管一侧的无孔隔板和该有孔隔板之间的换热管则为高干度分流换热管，通过该联箱内相邻两个分流腔的压力差，大部分气相将混合部分液相，通过有孔隔板进入相邻的分流腔内，然后再进入与相邻分流腔连通的高干度分流换热管内继续蒸发换热，低干度工质进入低干度分流换热管内继续蒸发换热，使来流工质在该联箱内完成高干度流和低干度流的分流，经过一个管程换热后，低干度流和高干度流通过换热管进入另外一个联箱的分流腔内并混合，继续进行下一管程的双干度分流换热。由于蒸发过程中气相工质不断增多，液相工质不断减少，因此沿流动方向，当管程数递增时，管程中高干度分流换热管管数趋于增加，而管程中低干度分流管管数趋于减少，利用高干度核态沸腾高效换热远离，强化增强发起的整体换热，且采用平行流多换热管分流布置，改善蒸发器的流动性能，提高多管程蒸发器的工质分配均匀性，大幅度降低流动阻力，改善蒸发器阻力压降以及换热性能。

下面对技术方案进一步说明：

进一步的是，有孔隔板设有通孔，通孔内套接有调节管，调节管朝向低干度分流换热管的一端伸入分流腔内。通过控制调节管的长度，使不同干度的两相工质排至下一个分流腔内，调节进入高干度分流换热管内的两相工质干度，提高分流换热效果。

进一步的是，通孔至少有两个，每个通孔内均套接有调节管，每个调节管朝向低干度分流换热管的一端伸入分流腔内的长度不同。通过不同的调节管排出不同干度的两相工质至下一个分流腔内，进一步调节进入高干度分流换热管内的两相工质干度。

进一步的是，每个通孔的孔径不同。不同孔径的通孔通过的工质流量不同，不同孔径的通孔，加上每个通孔对应的调节管朝向低干度分流换热管的一端伸入分流腔内的长度不同，可根据流量一定程度自动调节进入高干度分流换热管内的两相工质干度，以达到将大部分的气相工质以及少部分液相工质分流进高干度分流换热管段中。

进一步的是，低干度分流换热管伸入分流腔的一端和与其相邻的调节管在沿调节管中心轴线方向的投影不重叠。由于通孔下方没有换热管的阻碍，便于通孔的孔径以及其上调节管的长度可进行大范围的优化设计。

进一步的是，每个换热管与所述第一联箱连通的位置均靠近第一联箱的第一侧壁，位于第一联箱内的所述通孔均靠近第一联箱的第二侧壁，第一侧壁与第二侧壁相对布置，每个换热管与第二联箱连通的位置均靠近第二联箱的第三侧壁，位于第二联箱内的通孔均靠近第二联箱的第四侧壁，第三侧壁与第四侧壁相对布置。换热管排以偏侧安装方式，与联箱内腔在靠近一侧处连接，有孔隔板上的通孔开凿在靠近没有连接换热管的另一侧，通孔上连接贯穿的调节管，进一步确保通孔下方没有换热管的阻碍，便于通孔的孔径以及其上调节管的长度可进行大范围的优化设计。

进一步的是，每个换热管与第一联箱连通的位置均位于第一联箱的第一内壁上，第一联箱还设有与第一内壁平行设置的第二内壁，第一内壁和第二内壁之间的间距为H，低干度分流换热管伸入第一联箱的长度为h，其中，2H/3≤h＜H；每个换热管与第二联箱连通的位置均位于第二联箱的第三内壁上，第二联箱还设有与第三内壁平行设置的第四内壁，第三内壁和第四内壁之间的间距为T，低干度分流换热管伸入第二联箱的长度为t，其中，2T/3≤t＜T。在确保来流工质可进入低干度分流管进行蒸发换热，更好地阻碍气相工质由于运动惯性直接通过低干度分流换热管排出。

进一步的是，每根换热管的两端均分别与第一联箱的第一安装面、第二联箱的第二安装面连通，第一安装面和第二安装面均为平面。采用平面作为换热管安装面，便于生产安装定位，简化生产工艺。

进一步的是，有孔隔板和无孔隔板的外周均呈矩形，且有孔隔板和无孔隔板的四个边角均为圆角。有利于促进联箱内工质流动，防止边角滞液。

进一步的是，第一联箱靠近底部的一侧连通有进口管，第二联箱靠近顶部的一侧连通有出口管。进一步提高分流进高干度分流换热管段中的气相工质，提高换热效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明改善蒸发器的传热和流动性能，在多管程蒸发器换热过程中实现原两相流体的“高、低干度分离分流换热”蒸发，通过低干度流维持换热效率，高干度流显著强化传热，并能大幅度降低流动阻力；低干度分流换热管的进口段深入伸进联箱分流腔内，阻碍联箱中的气相随惯性大量进入低干度分流换热管；通过安装在有孔隔板通孔上的调节管长度和管径，可根据流量，一定程度自动调节进入高干度分流换热管内的两相工质干度。

附图说明

图1是本发明实施例双干度分流换热蒸发器的结构示意图；

图2为图1的I处放大图；

图3为图2的A向视图；

图4是本发明实施例双干度分流换热蒸发器的局部结构示意图。

附图标记说明：

10.进口管，20.第一联箱，210.第一内壁，220.第二内壁，230.第一侧壁，240.第二侧壁，30.出口管，40.第二联箱，410.第三内壁，420.第四内壁，430.第三侧壁，440.第四侧壁，50.换热管，510.低干度分流换热管，511.进口段，520.高干度分流换热管，60.有孔隔板，610.通孔，70.无孔隔板，80.分流腔，90.调节管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，一种双干度分流换热蒸发器，包括连通有进口管10的第一联箱20、连通有出口管30的第二联箱40、及连通于第一联箱20和第二联箱40之间且平行布置的若干换热管50，第一联箱20和第二联箱40内均设有依次间隔布置的有孔隔板60和无孔隔板70，有孔隔板60和无孔隔板70将第一联箱20和第二联箱40的内部均分隔成若干分流腔80，且紧邻有孔隔板60布置并靠近进口管10一侧的换热管50为低干度分流换热管510，低干度分流换热管510的进口段511伸入分流腔80内、并与分流腔80的内壁之间存在间隙，有孔隔板60安置于依来流方向的无孔隔板70的前方。

液态工质或者低干度工质从进口管10进入蒸发器，并依次重复经过第一联箱20和第二联箱40换热后，从第二联箱40的出口管30排出，当进口工质为单相液态时，进口管10所在第一联箱20的第一组隔板仅为无孔隔板70，除此以外，后续每一管程无孔隔板70以及有孔隔板60均组合使用。蒸发换热过程中，工质每经过一个管程的换热管50换热，都会形成干度较低的两相工质，然后进入其中一个联箱，来流两相工质进入其中一个联箱的分流腔80后，流速迅速降低，由于工质气、液相密度差异明显，分流腔80内的两相工质将一定程度发生相分离以及相分层，其中气相主要在上方，液相主要在下方。由无孔隔板70和有孔隔板60组成双隔板管程结构，如图2所示，由于低干度分流换热管510的进口段511伸进分流腔80内，可有效阻碍气相工质由于运动惯性直接通过低干度分流换热管510排出，且该低干度分流换热管510紧邻有孔隔板60布置且靠近进口管10一侧，而与该有孔隔板60相邻且靠近出口管30一侧的无孔隔板70和该有孔隔板60之间的换热管50则为高干度分流换热管520，通过该联箱内相邻两个分流腔80的压力差，大部分气相将混合部分液相，通过有孔隔板60进入相邻的分流腔80内，然后再进入与相邻分流腔80连通的高干度分流换热管520内继续蒸发换热，低干度工质进入低干度分流换热管510内继续蒸发换热，使来流工质在该联箱内完成高干度流和低干度流的分流，经过一个管程换热后，低干度流和高干度流通过换热管50进入另外一个联箱的分流腔80内并混合，继续进行下一管程的双干度分流换热。由于蒸发过程中气相工质不断增多，液相工质不断减少，因此沿流动方向，当管程数递增时，管程中高干度分流换热管520管数趋于增加，而管程中低干度分流管管数趋于减少，利用高干度核态沸腾高效换热远离，强化增强发起的整体换热，且采用平行流多换热管50分流布置，改善蒸发器的流动性能，提高多管程蒸发器的工质分配均匀性，大幅度降低流动阻力，改善蒸发器阻力压降以及换热性能。

在本实施例中，第一联箱20靠近底部的一侧连通有进口管10，第二联箱40靠近顶部的一侧连通有出口管30，进一步提高分流进高干度分流换热管520段中的气相工质，提高换热效率。

如图4所示，第一联箱20和第二联箱40采用大横截面积设计，使进入联箱内的流体显著减速，实现气、液相分离，以管内雷诺数≤10000为约束；且每根换热管50的两端均分别与第一联箱20的第一安装面、第二联箱70的第二安装面连通，第一安装面和第二安装面均为平面，采用平面作为换热管安装面，便于生产安装定位，简化生产工艺。在本实施例中，第一联箱20和第二联箱40的横截面呈矩形，第一联箱20和第二联箱40的横截面还可以根据实际需要采用圆柱、D型、梯形等形状。

如图4所示，有孔隔板60和无孔隔板70的外周与联箱的横截面配合，也呈矩形，且有孔隔板60和无孔隔板70的四个边角均为圆角，第一联箱20和第二联箱40的横截面的四个边角也为圆角，有利于促进联箱内工质流动，防止边角滞液。

如图1和图4所示，第一联箱20设有与换热管连接的第一内壁210、与第一内壁210平行设置的第二内壁220，在第一内壁210和第二内壁220之间的间距为H，低干度分流换热管510伸入第一联箱20的长度为h，其中，2H/3≤h＜H；第二联箱40设有与换热管连接的第三内壁410、与第三内壁410平行设置的第四内壁420，每个换热管与第二联箱40连通的位置均位于第二联箱40的第三内壁410上，第二联箱40还设有与第三内壁410平行设置的第四内壁420，第三内壁410和第四内壁420之间的间距为T，低干度分流换热管510伸入第二联箱40的长度为t，其中，2T/3≤t＜T。在确保来流工质可进入低干度分流管进行蒸发换热，更好地阻碍气相工质由于运动惯性直接通过低干度分流换热管510排出。低干度分流换热管510伸入分流腔80的长度还可以根据实际需要设置为其他值。

如图2和图4所示，有孔隔板60设有通孔610，通孔610内套接有调节管90，调节管90朝向低干度分流换热管510的一端伸入分流腔80内。通过控制调节管90的长度，使不同干度的两相工质排至下一个分流腔80内，调节进入高干度分流换热管520内的两相工质干度，提高分流换热效果。

在本实施例中，通孔610有三个，每个通孔610内均套接有调节管90，每个调节管90朝向低干度分流换热管510的一端伸入分流腔80内的长度不同，且每个通孔610的孔径不同，通孔610的孔径可在3-10mm范围内优化组合。通过不同的调节管90排出不同干度的两相工质至下一个分流腔80内，不同孔径的通孔610通过的工质流量不同，不同孔径的通孔610，加上每个通孔610对应的调节管90朝向低干度分流换热管510的一端伸入分流腔80内的长度不同，可根据流量一定程度自动调节进入高干度分流换热管520内的两相工质干度，以达到将大部分的气相工质以及少部分液相工质分流进高干度分流换热管520段中。通孔610还可以根据实际需要设置一个以上，孔径还可以根据实际需要设置为其他值，通孔610的孔径以及调节管90的长度可根据蒸发器的设计流量以及负荷优化设计成其他组合形式。

低干度分流换热管510伸入分流腔80的一端和与其相邻的调节管90在沿调节管90中心轴线方向的投影不重叠，由于通孔610下方没有换热管的阻碍，便于通孔610的孔径以及其上调节管90的长度可进行大范围的优化设计。

在本实施例中，如图3和图4所示，第一联箱20还包括设于第一内壁210和第二内壁220之间的第一侧壁230和第二侧壁240，每个换热管50与第一联箱20连通的位置均靠近第一联箱20的第一侧壁230，位于第一联箱20内的所述通孔610均靠近第一联箱20的第二侧壁240，第一侧壁230与第二侧壁240相对布置；参照第一联箱20内换热管、通孔610的布置方式，第二联箱40还包括设于第三内壁410和第四内壁420之间的第三侧壁430和第四侧壁440，每个换热管与第二联箱40连通的位置均靠近第二联箱40的第三侧壁430，位于第二联箱40内的通孔610均靠近第二联箱40的第四侧壁440，第三侧壁430与第四侧壁440相对布置。换热管排以偏侧安装方式，与联箱内腔在靠近一侧处连接，有孔隔板60上的通孔610开凿在靠近没有连接换热管的另一侧，通孔610上连接贯穿的调节管90，进一步确保通孔610下方没有换热管的阻碍，便于通孔610的孔径以及其上调节管90的长度可进行大范围的优化设计。换热管排还可以根据实际需要采用其他安装方式，保证低干度分流换热管510伸入分流腔80的一端和与其相邻的调节管90在沿调节管90中心轴线方向的投影错开布置。

本发明克服了蛇形管流动布置或者以普通多管程平行流式布置蒸发器共同存在的低干度蒸发过程中换热效率不高，和由于蒸发过程后期，换热效果明显增强，从而导致蒸发器管程间整体换热不均的缺点；而且改善了蛇形管流动布置蒸发器由于管数恒定的蛇形流动布置造成的管内压力损失严重的缺点；改善了平行流式蒸发器由于平行流布置，导致在高干度核态沸腾区域工质流速降低，换热效率下降明显等缺点。与现有技术相比，本发明采用平面做换热管安装面，便于生产安装定位，简化了生产工艺；采用多管程双干度蒸发换热方式，利用高干度核态沸腾高效换热原理，强化蒸发器的整体换热；采用平行流多换热管分流布置，改善蒸发器的流动性能，提高多管程蒸发器的工质分配均匀性，大幅度降低流动阻力；低干度分流管进口段511深入伸进联箱分流腔80内，阻碍联箱中的气相随惯性大量进入低干度流换热管；通过安装在有孔隔板60小孔上的调节管90长度和管径，可根据流量，一定程度自动调节进入高干度分流换热管520内的两相工质干度，保证强化传热效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种双干度分流换热蒸发器，其特征在于，包括连通有进口管的第一联箱、连通有出口管的第二联箱、及连通于所述第一联箱和所述第二联箱之间且平行布置的若干换热管，所述第一联箱和所述第二联箱内均设有依次间隔布置的有孔隔板和无孔隔板，所述有孔隔板和所述无孔隔板将所述第一联箱和所述第二联箱的内部均分隔成若干分流腔，且紧邻所述有孔隔板并靠近所述进口管一侧的所述换热管为低干度分流换热管，而与该有孔隔板相邻且靠近出口管一侧的无孔隔板和该有孔隔板之间的换热管则为高干度分流换热管，此低干度分流换热管的入口和此高干度分流换热管的入口分别与由该有 孔隔板上孔连通的两个分流腔连通，此低干度分流换热管的出口和此高干度分流换热管的出口与同一分流腔连通，所述低干度分流换热管的进口段伸入所述分流腔内、并与所述分流腔的内壁之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，所述有孔隔板设有通孔，所述通孔内套接有调节管，所述调节管朝向所述低干度分流换热管的一端伸入所述分流腔内。

3.根据权利要求2所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，所述通孔至少有两个，每个所述通孔内均套接有所述调节管，每个所述调节管朝向所述低干度分流换热管的一端伸入所述分流腔内的长度不同。

4.根据权利要求3所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，每个所述通孔的孔径不同。

5.根据权利要求2所述的双干度分流 换热蒸发器，器特征在于，所述通孔的孔径为3mm～10mm。

6.根据权利要求2所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，所述低干度分流换热管伸入所述分流腔的一端和与其相邻的所述调节管在沿所述调节管中心轴线方向的投影不重叠。

7.根据权利要求6所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，每个所述换热管与所述第一联箱连通的位置均靠近所述第一联箱的第一侧壁，位于所述第一联箱内的所述通孔均靠近所述第一联箱的第二侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁相对布置，每个所述换热管与所述第二联箱连通的位置均靠近所述第二联箱的第三侧壁，位于所述第二联箱内的所述通孔均靠近所述第二联箱的第四侧壁，所述第三侧壁与所述第四侧壁相对布置。

8.根据权利要求1所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，每个所述换热管与所述第一联箱连通的位置均位于所述第一联箱的第一内壁上，所述第一联箱还设有与所述第一内壁平行设置的第二内壁，所述第一内壁和所述第二内壁之间的间距为H，所述低干度分流换热管伸入所述第一联箱的长度为h，其中，2H/3≤h＜H；每个所述换热管与所述第二联箱连通的位置均位于所述第二联箱的第三内壁上，所述第二联箱还设有与所述第三内壁平行设置的第四内壁，所述第三内壁和所述第四内壁之间的间距为T，所述低干度分流换热管伸入所述第二联箱的长度为t，其中，2T/3≤t＜T。

9.根据权利要求1至8任一项所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，每根所述换热管的两端均分别与所述第一联箱的第一安装面、所述第二联箱的第二安装面连通，所述第一安装面和所述第二安装面均为平面。

10.根据权利要求9所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，所述有孔隔板和所述无孔隔板的外周均呈矩形，且所述有孔隔板和所述无孔隔板的四个边角均为圆角。

11.根据权利要求1至8任一项所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，所述第一联箱靠近底部的一侧连通有所述进口管，所述第二联箱靠近顶部的一侧连通有所述出口管。

12.根据权利要求1至8任一项所述的双干度分流换热蒸发器，其特征在于，沿工质流动方向，管程中高干度分流换热管管数趋于增加，而管程中低干度分流管管数趋于减少。

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