CN108721926A - 一种水平管降膜蒸发器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水平管降膜蒸发器，包括壳体，壳体上有进液口和出气口，进液口与进液管相连，出气口与出气管相连，壳体内包括布液器、第一导流布液装置、第二导流布液装置、一级换热管群、二级换热管群和三级换热管群，进液管与布液器连通，布液器的下方自上而下分别为一级换热管群、第一导流布液装置、二级换热管群、第二导流布液装置和三级换热管群，一级换热管群、二级换热管群和三级换热管群的换热管内均安装有扰流螺旋扭带。本发明可以使得管内载冷剂温度分布更加均匀，提升换热效果；本发明收集上一流程流下的液态工质并进行导流再分配，有利于下部管束的液态工质可以更加均匀分配。

Description

一种水平管降膜蒸发器
技术领域
本发明属于蒸发器技术领域，具体为一种水平管降膜蒸发器。
背景技术
水平管降膜蒸发器，属于壳管式换热器的范畴。换热管内运行冷媒介质；换热管外，来自节流阀的低温低压制冷剂液体，均匀地喷淋在传热管束上，并在管壁上铺展成膜，吸收管内流体热量而部分蒸发。在重力作用下降膜到蒸发器底部的制冷剂液体浸没一部分换热管，这部分称为降膜蒸发器的浸没区。蒸发产生的蒸气经挡液板等气液分离装置后，被吸入压缩机，从而继续制冷循环。
相比于传统的满液式蒸发器，水平管式降膜蒸发器有很多优点：
(1)制冷剂充注量少：制冷剂的充注量要比满液式蒸发器节约25％左右，一方面降低了制冷剂的投入，和维护成本，另一方面也大大降低了制冷剂泄漏的概率，从而使制冷剂的筛选范围扩大。
(2)传热系数高：由于溶液沿管壁呈传热效果较好的膜状流动，液膜很薄，且有波动性质，有利于液膜与管壁间的传热。并且在液固、气液界面上都可能发生相变，所以降膜蒸发表现出很高的换热性能。
(3)传热温差小：因为降膜蒸发器没有液位静压引起的沸点升高而带来的温差损失。避免了蒸发器壳体的直径较大时液体静压力对蒸发温度的影响。另外对于密度较大的制冷剂，静压高度的影响会更加显著。
(4)结构更加紧凑：较高的传热性能允许蒸发温度升高，改善了系统的循环效率；另外高的传热系数可以减小蒸发器体积，节省空间投入成本。
虽然理论上降膜式蒸发器在效率、经济性和环保上都有很大的优势，但是在实际工程应用中仍然存在许多问题：由于布液器安装偏差、不同流程制冷剂蒸发程度不同以及工质蒸汽的流动都会导致换热管表面出现局部干涸区域，使得传热系数降低；同时，由于降膜蒸发的特点使得每根换热管上部的液体冲击区域局部传热系数最高，导致管内载冷剂温度分布不均匀，一定程度上也降低了换热的效率。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种能够改善局部干涸区和管内载冷剂温度分布不均的水平管降膜蒸发器。
技术方案：本发明所述的一种水平管降膜蒸发器，包括壳体，壳体上有进液口和出气口，进液口与进液管相连，出气口与出气管相连，壳体内包括布液器、第一导流布液装置、第二导流布液装置、一级换热管群、二级换热管群和三级换热管群，进液管与布液器连通，布液器的下方自上而下分别为一级换热管群、第一导流布液装置、二级换热管群、第二导流布液装置和三级换热管群，一级换热管群、二级换热管群和三级换热管群的换热管内均安装有扰流螺旋扭带，可以使得管内载冷剂温度分布更加均匀，提升换热效果。
一级换热管群、二级换热管群和三级换热管群的管径自上而下逐渐减小且同一管群的管径相同。一级换热管群的管径为19.05mm～28.6mm，第二级换热管群的管径为12.7mm～25.4mm，第三级换热管群的管径为9.52mm～19.05mm。
第一导流布液装置的长度等于一级换热管群的长度，第二导流布液装置的长度等于二级换热管群的长度。第一导流布液装置、第二导流布液装置的横截面为连续“Y”字型结构。第一导流布液装置、第二导流布液装置的两侧边缘的引流翼有一定程度延长，延长的倍数为原引流翼长度的3～6倍，其具体尺寸根据换热器尺寸进行调整，可以避免蒸汽气流对换热管壁液膜的影响，减少换热管束上制冷剂液体的局部堆积或干涸区域的出现。第一导流布液装置、第二导流布液装置的下方为倒梯形锯齿导流结构，且导流锯齿延伸长度根据其与正下方换热管的距离进行调整，收集上一流程流下的液态工质并进行导流再分配，使得下部管束的液态工质可以更加均匀分配。第一导流布液装置、第二导流布液装置、一级换热管群、二级换热管群和三级换热管群均通过焊接方式与壳体相连。
工作原理：制冷剂液体从进液管进入布液器，由布液器进行均匀分配后，竖直下落至一级换热管群进行流动蒸发换热，然后由第一导流布液装置收集一级换热管群流下的制冷剂液体并进行二次布液，以减少制冷剂在流动过程中由于蒸发和偏移流动带来的布液不均的现象，制冷剂液体竖直下落至二级换热管群进行流动蒸发，接着由第二导流布液装置收集二级换热管群流下的制冷剂液体并进行三次布液，制冷剂液体竖直下落至三级换热管群进行流动蒸发，制冷剂液体在各级换热管群蒸发成气体之后，由第一导流布液装置和第二导流布液装置引导向上流动，并最终通过出气管离开壳体。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：本发明的换热管内插入扰流纽带，可以使得管内载冷剂温度分布更加均匀，提升换热效果；本发明通过在水平管降膜蒸发器内设置第一导流布液装置、第二导流布液装置，收集上一流程流下的液态工质并进行导流再分配，有利于下部管束的液态工质可以更加均匀分配；本发明的第一导流布液装置、第二导流布液装置的横截面为连续“Y”字型结构，且换热管群的两侧边缘延长的引流翼可以避免蒸汽气流对换热管壁液膜的影响，减少换热管束上制冷剂液体的局部堆积或干涸区域的出现；本发明的自上而下递减的换热管管径设计，有利于使得供液量较少的下部管群有较好的布膜效果；本发明结构简单，便于加工和安装，成本低，设备改造适应性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的第一导流布液装置5的立体图；
图3是本发明的一级换热管群7内部的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，进液管2道的下端连接布液器4并与之相通，制冷剂液体受重力作用从布液器4竖直向下流动，布液器4下方自上而下分别为一级换热管群7、第一导流布液装置5、二级换热管群8、第二导流布液装置6和三级换热管群9，第一导流布液装置5、第二导流布液装置6、一级换热管群7、二级换热管群8和三级换热管群9均通过焊接方式与壳体1相连。一级换热管群7、二级换热管群8和三级换热管群9的管径自上而下逐渐减小且同一管群的管径相同，这样处理可以使得在上一级换热管群7蒸发掉部分制冷剂之后，依然可以通过适当减小管径，在本级换热管群实现良好的布膜效果，减少干涸区域的出现，提高换热性能。一级换热管群7的管径为19.05mm～28.6mm，第二级换热管群8的管径为12.7mm～25.4mm，第三级换热管群9的管径为9.52mm～19.05mm。使用时，出气管3与压缩机相连。第一导流布液装置5的长度等于一级换热管群7的长度，第二导流布液装置6的长度等于二级换热管群8的长度，第一导流布液装置5、第二导流布液装置6的横截面为连续“Y”字型结构，每一个“Y”字型结构导流布液装置都正对上方的换热管，第一导流布液装置5、第二导流布液装置6的两侧边缘的引流翼有一定程度延长，延长的倍数为原引流翼长度的3～6倍，其具体尺寸根据换热器尺寸进行调整，这样的设计可以收集到上一级换热管群7由于液体飞溅而脱离管群区域的制冷剂，同时延长的引流翼可以引导制冷剂蒸汽在蒸发器内部两侧向上流出，减少对换热管表面液膜的影响。具体实施中，可以根据蒸发器内部的流动情况，为部分换热管群的换热管单独设置“Y”字型结构导流布液单元，既有设备改造适应性强。
如图2，第一导流布液装置5的下方为倒梯形锯齿导流结构，第二导流布液装置6的下方也为倒梯形锯齿导流结构，齿顶距离为1～2个波长λΓ。导流锯齿延伸长度根据其与正下方换热管的距离进行调整，波长λΓ定义如下：
σ为制冷剂液体的张力系数，N·m-1；为制冷剂液体密度，kg·m-3；g为重力加速度，m·s-2；其中，n根据换热管壁制冷剂液体形成的液膜的厚度取不同值，若膜相对较薄，取为2，相对较厚取3。
如图3，一级换热管群7、二级换热管群8和三级换热管群9的换热管内均安装有扰流螺旋扭带10，螺旋纽带两端与换热管焊接安装，这样处理是由于一级换热管群7、二级换热管群8和三级换热管群9的管内流体容易上下温度分布不均，加入扰流螺旋扭带10可以进行强制扰流，增加管内载冷剂的流动混合，改善管内流动温度分布，强化换热性能，可以使得管内载冷剂温度分布更加均匀，提升换热效果。

Claims (8)

1.一种水平管降膜蒸发器，包括壳体(1)，所述壳体(1)上有进液口和出气口，所述进液口与进液管(2)相连，所述出气口与出气管(3)相连，其特征在于：所述壳体(1)内包括布液器(4)、第一导流布液装置(5)、第二导流布液装置(6)、一级换热管群(7)、二级换热管群(8)和三级换热管群(9)，所述进液管(2)与布液器(4)连通，所述布液器(4)的下方自上而下分别为一级换热管群(7)、第一导流布液装置(5)、二级换热管群(8)、第二导流布液装置(6)和三级换热管群(9)，所述一级换热管群(7)、二级换热管群(8)和三级换热管群(9)的换热管内均安装有扰流螺旋扭带(10)。
2.根据权利要求1所述的一种水平管降膜蒸发器，其特征在于：所述一级换热管群(7)、二级换热管群(8)和三级换热管群(9)的管径自上而下逐渐减小且同一管群的管径相同。
3.根据权利要求2所述的一种水平管降膜蒸发器，其特征在于：所述一级换热管群(7)的管径为19.05mm～28.6mm，第二级换热管群(8)的管径为12.7mm～25.4mm，第三级换热管群(9)的管径为9.52mm～19.05mm。
4.根据权利要求1所述的一种水平管降膜蒸发器，其特征在于：所述第一导流布液装置(5)的长度等于一级换热管群(7)的长度，所述第二导流布液装置(6)的长度等于二级换热管群(8)的长度。
5.根据权利要求1所述的一种水平管降膜蒸发器，其特征在于：所述第一导流布液装置(5)、第二导流布液装置(6)的横截面为连续“Y”字型结构。
6.根据权利要求1所述的一种水平管降膜蒸发器，其特征在于：所述第一导流布液装置(5)、第二导流布液装置(6)的两侧边缘的引流翼有一定程度延长，所述延长的倍数为原引流翼长度的3～6倍。
7.根据权利要求1所述的一种水平管降膜蒸发器，其特征在于：所述第一导流布液装置(5)、第二导流布液装置(6)的下方为倒梯形锯齿导流结构。
8.根据权利要求1所述的一种水平管降膜蒸发器，其特征在于：所述第一导流布液装置(5)、第二导流布液装置(6)、一级换热管群(7)、二级换热管群(8)和三级换热管群(9)均通过焊接方式与壳体(1)相连。
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