CN106949672B - 一种盘管式双干度分流换热蒸发器 - Google Patents

Abstract

一种盘管式双干度分流换热蒸发器，包括换热管组、进口管和出口管；换热管组包括高干度换热管、低干度换热管和离心分流管，其中，离心分流管内设置有高干度流道和低干度流道，高干度流道的侧壁与低干度流道的侧壁相互连通；高干度换热管的进口端连通进口管或上一组换热管组中的高干度流道；低干度换热管的进口端连通进口管或上一组换热管组中的低干度流道；高干度换热管的出口端连通出口管或下一组换热管组中的高干度流道；低干度换热管的出口端连通出口管或下一组换热管组中的高干度流道。本发明具有结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、节能环保、制造成本低、易生产、易实现、安全可靠、实用性强等特点。

Description

一种盘管式双干度分流换热蒸发器

技术领域

本发明涉及一种蒸发器，特别涉及一种盘管式双干度分流换热蒸发器。

背景技术

盘管式蒸发器广泛应用于食品在真空条件下的低温浓缩，以及医药、化工等领域的物料浓缩。现有盘管式蒸发器主要是由无外翅片的换热管排(部分会带翅片)构成。相对于其他高效蒸发器，普通盘管式蒸发器存在单管换热效率较低，管内流动压降较大，盘管外壁容易结垢等缺点，因此提升盘管式蒸发器的热力性能具有充分的工程需求。由于普通盘管式蒸发器中，低干度工质在换热管的蒸发过程换热效率较低，在蒸发后期随着气相工质比例大、流速快，盘管式蒸发器特别是单流道盘管式蒸发器存在管内压力损失严重的缺点。中国专利文献号CN202660739U于2013年1月9日公开了一种高效盘管式油水换热蒸发器，具体公开了包括筒体和盘管，所述盘管为内层螺旋盘管和外层螺旋盘管组成的双盘管，双盘管设置在直立筒体内部，筒体上部装有水位计和安全阀，筒体顶部中间装有人孔装置，筒体下部装有排污阀，内外层螺旋盘管的进出口与导热油管连接，筒体底部连接供水装置。该结构存在上述问题，因此，有必要对现有的换热蒸发器做进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、节能环保、制造成本低、易生产、易实现且安全可靠的盘管式双干度分流换热蒸发器，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种盘管式双干度分流换热蒸发器，包括一组或两组以上相互连通的换热管组，首组换热管组的进口端连接有进口管，尾组换热管组的出口端连接有出口管；其特征在于：所述换热管组包括高干度换热管、低干度换热管和离心分流管，其中，离心分流管内设置有高干度流道和低干度流道，高干度流道的侧壁与低干度流道的侧壁相互连通；高干度换热管的进口端连通进口管或上一组换热管组中的高干度流道；低干度换热管的进口端连通进口管或上一组换热管组中的低干度流道；高干度换热管的出口端连通出口管或下一组换热管组中的高干度流道；低干度换热管的出口端连通出口管或下一组换热管组中的高干度流道。

本结构还包括分流联箱，分流联箱内设有一个以上高低干度分流室，高低干度分流室又分为互不连通的高干度室和低干度室；高干度换热管的进口端通过高干度室与上一组换热管组中的高干度流道连通，低干度换热管的进口端通过低干度室或上一组换热管组中的低干度流道连通。

本结构还包括混合联箱，混合联箱内设有一个以上高低干度混合室，高干度换热管的出口端和低干度换热管的出口端分别通过高低干度混合室连通下一组换热管组中的高干度流道。

所述分流联箱内设有进口室，首组换热管组中的高干度换热管进口端和低干度换热管进口端分别通过进口室连通进口管；所述混合联箱内设有出口室，尾组换热管组中的高干度换热管出口端和低干度换热管出口端分别通过出口室连通出口管。

所述分流联箱包括分流管壁、高低干度隔板和一块以上分流流程隔板；分流流程隔板将分流管壁内腔分隔有进口室和一个以上高低干度分流室；高低干度隔板设置于相应的高低干度分流室内，且将所在的高低干度分流室内腔分隔有高干度室和低干度室。

所述混合联箱包括混合管壁和一块以上混合流程隔板；混合流程隔板将混合管壁内腔分隔有出口室和一个以上高低干度混合室。

一个以上所述的高低干度分流室层叠式设置于进口室上方；一个以上所述的高低干度混合室层叠式设置于出口室下方。

所述离心分流管包括离心分流管壁和离心分流隔板；离心分流隔板将离心分流管壁内腔分隔有高干度流道和低干度流道，离心分流隔板上设置有若干通孔；低干度流道的进口端封闭有进口挡板。

所述离心分流隔板的截面呈弧形设置，凹陷侧为高干度流道，凸起侧为低干度流道；通孔的面积沿离心分流隔板的中心向上下两端递减。

一组以上所述的换热管组呈螺旋状卷设；其中，所述高干度换热管与低干度换热管相互并排设置，高干度换热管、低干度换热管和离心分流管分别呈U形弯曲。

本发明通过上述结构的改良，有效地克服了普通盘管式蒸发器中液体蒸发换热过程存在的低干度蒸发换热效率不高，以及蒸发过程中后期管程流体流速增大，气液相界面剪切力增大，导致压降显著增大的缺点。本结构能使高干度核态沸腾的高效换热区在各管程中的高干度换热管内提前实现，从而提高整体换热效率，降低了阻力压降。与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：基于蒸发换热原理，在盘管式蒸发器的工质蒸发过程，以“高、低干度分流换热”的方式蒸发，低干度流维持换热效率，高干度流强化换热，从而提高蒸发器的整体换热效率；通过高、低干度流体的分流，减弱两相流体中气、液界面的剪切力，降低管侧的阻力压降，并最终减小蒸发器的体积，节约耗材和能源。综合而言，其具有结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、节能环保、制造成本低、易生产、易实现、安全可靠、实用性强等特点。

附图说明

图1为本发明一实施例的俯视图。

图2为本发明一实施例的左视图。

图3为图1中A-A方向的剖视图。

图4为本发明一实施例中高干度换热管、低干度换热管、分流联箱和离心分流管连接状态的局部俯视图(剖视)。

图5为本发明一实施例中低干度换热管、分流联箱、离心分流管和进口管连接状态的局部侧视图(剖视)。

图6为本发明一实施例中高干度换热管、低干度换热管、混合联箱和离心分流管连接状态的局部俯视图(剖视)。

图7为本发明一实施例中高干度换热管、混合联箱、离心分流管和出口管连接状态的局部侧视图(剖视)。

图8为本发明一实施例中离心分流管的截面图。

图9为本发明一实施例中离心分流管的平面图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图9，本盘管式双干度分流换热蒸发器，包括六组相互连通的换热管组，首组换热管组的进口端连接有进口管15，尾组换热管组的出口端连接有出口管16，换热管组内通蒸发液；具体是，换热管组包括一高干度换热管11、一低干度换热管12和一离心分流管17，其中，离心分流管17内设置有高干度流道34和低干度流道35，高干度流道34的侧壁与低干度流道35的侧壁相互连通；首组换热管组中的高干度换热管11的进口端连通进口管15，其余换热管组中的高干度换热管11的进口端连通上一组换热管组中的高干度流道34；首组换热管组中的低干度换热管12的进口端连通进口管15，其余换热管组中的高干度换热管11的进口端连通上一组换热管组中的低干度流道35；尾组换热管组中的高干度换热管11的出口端连通出口管16，其余换热管组中的高干度换热管11的出口端连通下一组换热管组中的高干度流道34；尾组换热管组中的低干度换热管12的出口端连通出口管16，其余换热管组中的高干度换热管11的出口端连通下一组换热管组中的高干度流道34。

进一步说，高干度换热管11进口端和低干度换热管12进口端与离心分流管17之间设置有分流联箱13；该分流联箱13内设有五个高低干度分流室，高低干度分流室又分为互不连通的高干度室24和低干度室25；高干度换热管11的进口端通过高干度室24与上一组换热管组中的高干度流道34连通，低干度换热管12的进口端通过低干度室25或上一组换热管组中的低干度流道35连通。

进一步说，高干度换热管11出口端和低干度换热管12出口端与离心分流管17之间设置有混合联箱14，混合联箱14内设有五个高低干度混合室26，高干度换热管11的出口端和低干度换热管12的出口端分别通过高低干度混合室26连通下一组换热管组中的高干度流道34。

进一步说，分流联箱13内设有进口室27，首组换热管组中的高干度换热管11进口端和低干度换热管12进口端分别通过进口室27连通进口管15；混合联箱14内设有出口室28，尾组换热管组中的高干度换热管11出口端和低干度换热管12出口端分别通过出口室28连通出口管16。

进一步说，分流联箱13包括分流管壁21、高低干度隔板23和五块分流流程隔板22；分流流程隔板22将分流管壁21内腔分隔有一个进口室27和五个高低干度分流室；高低干度隔板23设置于相应的高低干度分流室内，且将所在的高低干度分流室内腔分隔有高干度室24和低干度室25。

进一步说，混合联箱14包括混合管壁21’和五块混合流程隔板22’；混合流程隔板22’将混合管壁21’内腔分隔有一个出口室28和五个高低干度混合室26。

进一步说，五个高低干度分流室层叠式设置于进口室27上方；五个高低干度混合室26层叠式设置于出口室28下方。

进一步说，离心分流管17包括离心分流管壁31和离心分流隔板32；离心分流隔板32将离心分流管壁31内腔分隔有高干度流道34和低干度流道35，离心分流隔板32上设置有若干通孔41；低干度流道35的进口端封闭有进口挡板33。离心分流管17的横截面可为圆形、矩形、三角形等，为了方便加工和安装，优选地，截面以矩形为宜。

进一步说，离心分流隔板32的截面呈弧形设置，凹陷侧为高干度流道34，凸起侧为低干度流道35；通孔41的面积沿离心分流隔板32的中心向上下两端递减。

进一步说，五组换热管组呈螺旋状卷设；其中，高干度换热管11与低干度换热管12相互平行并排设置，高干度换热管11内通高干度蒸发流体，低干度换热管12内通低干度蒸发流体；高干度换热管11、低干度换热管12和离心分流管17分别呈U形弯曲；分流联箱13和混合联箱14分别垂直放置；高干度流道34与低干度流道35在平面上并列设置，其中高干度流道34在圆弧内侧，低干度流道35在圆弧外侧。

下面详细阐述本发明的工作原理：

蒸发液从进口管15进入，在分流联箱13中进行混合，由于初始进入蒸发器的蒸发液没有气相，因此与进口管15连通的进口室27中不需设置高低干度隔板23分隔，随后蒸发液平行分流进入高干度换热管11和低干度换热管12进行蒸发；当蒸发液在第一流程的高干度换热管11和低干度换热管12进行蒸发后，获得一定干度的两相流体，然后高、低干度换热管中的蒸发液进入高低干度混合室26中进行混合，随后统一进入高干度流道34进行离心分流。离心分流过程如下：低干度的两相流体经过弧形的高干度流道34时，由于气、液相密度差和离心力作用，液相积聚于弧形高干度流道34外侧的离心分流隔板32凹侧表面，气相则被挤到弧形高干度流道34的内侧，此时由于离心分流隔板32上开设若干通孔41，因此蒸发液在压力差和动量的共同作用下迅速通过通孔41分流到低干度流道35，通过设置通孔41面积有序变化，大部分蒸发液被分流到低干度流道35形成低干度流，几乎所有气体以及部分蒸发液滞留于高干度流道34形成高干度流。随后获得的高干度流和低干度流分别进入下一流程分流联箱13的高干度室24和低干度室25，并随之分别进入后续的高干度换热管11和低干度换热管12进行换热。在蒸发器各部件中不断重复上述的分流换热过程，直至蒸发液完全蒸发完毕，从而实现了蒸发液的全程高、低双干度蒸发强化换热机制，其换热效率将明显提升，阻力压降将明显降低。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种盘管式双干度分流换热蒸发器，包括一组或两组以上相互连通的换热管组，首组换热管组的进口端连接有进口管（15），尾组换热管组的出口端连接有出口管（16）；其特征在于：所述换热管组包括高干度换热管（11）、低干度换热管（12）和离心分流管（17），其中，离心分流管（17）内设置有高干度流道（34）和低干度流道（35），高干度流道（34）的侧壁与低干度流道（35）的侧壁相互连通；高干度换热管（11）的进口端连通进口管（15）或上一组换热管组中的高干度流道（34）；低干度换热管（12）的进口端连通进口管（15）或上一组换热管组中的低干度流道（35）；高干度换热管（11）的出口端连通出口管（16）或下一组换热管组中的高干度流道（34）；低干度换热管（12）的出口端连通出口管（16）或下一组换热管组中的高干度流道（34）；还包括分流联箱（13）和混合联箱（14），分流联箱（13）内设有一个以上高低干度分流室，高低干度分流室又分为互不连通的高干度室（24）和低干度室（25）；高干度换热管（11）的进口端通过高干度室（24）与上一组换热管组中的高干度流道（34）连通，低干度换热管（12）的进口端通过低干度室（25）或上一组换热管组中的低干度流道（35）连通；混合联箱（14）内设有一个以上高低干度混合室（26），高干度换热管（11）的出口端和低干度换热管（12）的出口端分别通过高低干度混合室（26）连通下一组换热管组中的高干度流道（34）；所述离心分流管（17）包括离心分流管壁（31）和离心分流隔板（32）；离心分流隔板（32）将离心分流管壁（31）内腔分隔有高干度流道（34）和低干度流道（35），离心分流隔板（32）上设置有若干通孔（41）；低干度流道（35）的进口端封闭有进口挡板（33）；一组以上所述的换热管组呈螺旋状卷设。

2.根据权利要求1所述盘管式双干度分流换热蒸发器，其特征在于：所述分流联箱（13）内设有进口室（27），首组换热管组中的高干度换热管（11）进口端和低干度换热管（12）进口端分别通过进口室（27）连通进口管（15）；所述混合联箱（14）内设有出口室（28），尾组换热管组中的高干度换热管（11）出口端和低干度换热管（12）出口端分别通过出口室（28）连通出口管（16）。

3.根据权利要求2所述盘管式双干度分流换热蒸发器，其特征在于：所述分流联箱（13）包括分流管壁（21）、高低干度隔板（23）和一块以上分流流程隔板（22）；分流流程隔板（22）将分流管壁（21）内腔分隔有进口室（27）和一个以上高低干度分流室；高低干度隔板（23）设置于相应的高低干度分流室内，且将所在的高低干度分流室内腔分隔有高干度室（24）和低干度室（25）。

4.根据权利要求3所述盘管式双干度分流换热蒸发器，其特征在于：所述混合联箱（14）包括混合管壁（21’）和一块以上混合流程隔板（22’）；混合流程隔板（22’）将混合管壁（21’）内腔分隔有出口室（28）和一个以上高低干度混合室（26）。

5.根据权利要求4所述盘管式双干度分流换热蒸发器，其特征在于：一个以上所述的高低干度分流室层叠式设置于进口室（27）上方；一个以上所述的高低干度混合室（26）层叠式设置于出口室（28）下方。

6.根据权利要求5所述盘管式双干度分流换热蒸发器，其特征在于：所述离心分流隔板（32）的截面呈弧形设置，凹陷侧为高干度流道（34），凸起侧为低干度流道（35）；通孔（41）的面积沿离心分流隔板（32）的中心向上下两端递减。

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