CN108759180B - 一种水平管降膜蒸发器用换热器 - Google Patents

一种水平管降膜蒸发器用换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水平管降膜蒸发器用换热器，包括布液器和换热管群，换热管群包括管板和若干根平行并列设置的曲面换热管，每根曲面换热管均包括进水管、出水管、挡板和隔板；曲面换热管为中空结构，隔板密封盖合在曲面换热管的两个曲面侧，挡板设在中空结构中，挡板上均布有若干个通水孔；曲面换热管的纵截面为关于纵轴对称的对称曲面，对称曲面包括n个圆形和n‑1个颈形，其中，n≥2；圆形的凸弧与颈形的凹弧相切过渡连接；颈形的两个凹弧凹点与圆形的圆心之间所呈的圆心角为α；换热管群中相邻两个曲面换热管的圆形与颈形交错布设。本发明能够保证制冷剂流动的稳定性，有效解决圆管底端液膜堆积和液膜偏流的问题。

Description

一种水平管降膜蒸发器用换热器
技术领域
本发明涉及空调领域，特别是一种水平管降膜蒸发器用换热器。
背景技术
近年来，水平管降膜蒸发器在制冷系统上广泛采用，与常规的干式和满液式等蒸发器相比，其水平管降膜蒸发器具有以下优势：
1.传热性能好。
2.制冷剂灌注量较少（约为满液式的50%～70%）。
3.机组回油性能好。
但是，现有水平管降膜蒸发器用换热管结构多为圆管，实际运行中很难保证液体流动的稳定性、均匀性。如图1所示，一方面，由于圆形管局部液膜表面分布不均，液膜容易在底端堆积，会导致液膜过厚，严重影响了换热管换热效果。另一方面，液体流动过程中易产生偏流现象。
因而，降膜蒸发器换热管表面能否保证液体流动的稳定性、均匀性，成为提高换热管换热效果的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种水平管降膜蒸发器用换热器，该水平管降膜蒸发器用换热器能够保证制冷剂流动的稳定性，有效解决圆管底端液膜堆积和液膜偏流的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种水平管降膜蒸发器用换热器，包括布液器和位于布液器下方的换热管群，换热管群包括管板和若干根平行并列设置的曲面换热管，每根曲面换热管均包括进水管、出水管、挡板和隔板。
曲面换热管为中空结构，进水管设置在曲面换热管的一个曲面侧底端，出水管设置在曲面换热管的另一个曲面侧顶端；进水管和出水管分别与管板相连接。
隔板密封盖合在曲面换热管的两个曲面侧，挡板设置在曲面换热管的中空结构中，挡板和隔板的外形与曲面换热管的纵截面相同，挡板上均布有若干个通水孔。
曲面换热管的纵截面为关于纵轴对称的对称曲面，对称曲面包括n个圆形和n-1个颈形，其中，n≥2；颈形位于上下两个相邻圆形之间，圆形的凸弧与颈形的凹弧相切过渡连接。
颈形的两个凹弧凹点与圆形的圆心之间所呈的圆心角为α。
换热管群中相邻两个曲面换热管的圆形与颈形交错布设。
换热管群中曲面换热管的布设间距为0.3～0.35D0，其中D0为对称曲面中圆形直径。
换热管群中曲面换热管的布设间距为5～30mm。
圆心角α的取值范围为30°～50°。
挡板有两块，两块挡块将曲面换热管沿水流方向分隔为三个空腔。
本发明具有如下有益效果：
1.制冷剂经布液器分布在曲面换热管顶端，液膜均匀的沿着曲面换热管的曲面向两边扩散往下流动，经过多段曲面，液膜均匀的汇聚到曲面换热管的底端。多段曲面有效解决了每根圆管底端液膜堆积的问题，从而提高管体的换热效率。
2.曲面换热管的曲面结构也避免了因液膜流动速度过快而引起的偏流现象。
3.换热管的内部两块挡板结构有效解决管内局部区域水流动性差问题。曲面换热管能够有效保证液体流动的稳定性、均匀性。
4.曲面管外液体易于成膜且曲面结构更好的保证薄膜厚度适中，使管壁受热均匀，有效解决了结焦、干壁、蒸发量降低等问题，加强了传热性能。
5.曲面换热管的曲面管传热性能要比圆管高10%～15%。若要达到相同的传热要求，曲面结构换热器更高效，结构占用空间更小，紧凑。另外，曲面管相比于其他强化管结构较为简单，便于生产制造。
附图说明
图1显示了现有技术中水平管降膜蒸发器用换热器存在问题示意图。
图2显示了本发明一种水平管降膜蒸发器用换热器的布设结构示意图。
图3显示了本发明一种水平管降膜蒸发器用换热器中换热管群的布设结构示意图。
图4显示了曲面换热管的立体结构示意图。
图5显示了曲面换热管的纵截面示意图。
图6显示了挡板的结构示意图。
图7显示了隔板的结构示意图。
图8显示了相邻两根曲面换热管的布设位置示意图。
图9显示了曲面换热管未设挡板时的冷冻水走向图。
图10显示了本发明中曲面换热管增设挡板后的冷冻水走向图。
其中有：
10.曲面换热管；11，进水管；12.出水管；13.挡板一；131.通水孔；14.挡板二；15.隔板；151.过水孔；16.空腔一；17.空腔二；18.空腔三；
191.纵轴；192.圆形；193.颈形；194.凸弧；195.凹弧；196.圆心；197.凹弧凹点；
20.布液器；30.换热管群；40.二级布液器；50.二级换热管群；60.管板；70.液膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，一种水平管降膜蒸发器用换热器，包括布液器20、位于布液器下方的换热管群30、两个二级布液器40和两个二级换热管群50，每个二级布液器下方设置一个二级换热管群。
布液器20、换热管群30、两个二级布液器40和两个二级换热管群50的设置位置为现有技术，具体参照申请人于2017年申报的申请号为201710545425,4的中国专利申请。
如图2和图3所示，换热管群和每个二级换热管群50均包括管板60和若干根平行并列设置的曲面换热管10。
如图4所示，每根曲面换热管均包括进水管11、出水管12、挡板和隔板15。
曲面换热管为中空结构，进水管设置在曲面换热管的一个曲面侧底端，出水管设置在曲面换热管的另一个曲面侧顶端；进水管和出水管分别与管板相连接。
如图7所示，隔板密封盖合在曲面换热管的两个曲面侧，每个隔板上均优选设置有过水孔151，过水孔能使进水管或出水管穿过。
如图6所示，挡板设置在曲面换热管的中空结构中，挡板和隔板的外形与曲面换热管的纵截面相同，挡板上均布有若干个通水孔131。
挡板优选有两块，分别为挡板一13和挡板二14.两块挡块将曲面换热管沿水流方向分隔为三个空腔，三个空腔分别为空腔一16、空腔二17和空腔三17。
如图9所示，显示了曲面换热管未设挡板时的冷冻水走向。从图9可以看出，未设置挡板时，局部区域流体速度场均匀性差，甚至存在局部滞流区和局部流速极大区，局部滞流区会导致该区域管内外换热性能恶化，换热系数锐减；而局部流速极大区，会导致该区域管内外换热性能出现极大值，管外表面液膜蒸发过快，易出现局部干斑现象。
如图10所示，显示了曲面换热管增设挡板后的冷冻水走向。从图10可以看出，在压力差作用下，两块挡板结构有效解决管内局部区域水流动均匀性问题，管内冷冻水整体流动均匀，从而使管壁受热均匀，有利于管外液膜均匀蒸发，可大大减少出现局部干斑的几率。
如图5所示，曲面换热管的纵截面为关于纵轴191对称的对称曲面，对称曲面包括n个圆形192和n-1个颈形193，其中，n≥2。
颈形位于上下两个相邻圆形之间，圆形的凸弧194与颈形的凹弧195相切过渡连接。
颈形的两个凹弧凹点197与圆形的圆心196之间所呈的圆心角为α，α的取值范围优选为30°～50°，
确定α即可以确定圆心角颈形的两个凹弧凹点之间的间距m值。此时颈形的凹弧较为平缓，有利于液膜的流动，防止出现液膜在凹点处堆积，停留时间过长，影响换热效果。
换热管群中相邻两个曲面换热管的圆形与颈形交错布设，也即相邻曲面换热管之间沿曲面轨迹贴合摆放。
如图8所示，换热管群中曲面换热管的布设间距S1为0.3～0.35D0，其中D0为对称曲面中圆形直径，也即D0=2R，R为圆形半径，D0优选为5～30mm。相邻两根曲面换热管中圆形的圆心间距S=S1+2R。
换热管群中曲面换热管的间距设置，能形成稳定的气流通道，有利于蒸发气体排出，防止有液滴从间隙中直接落下，从而有利于液膜充分换热。结构布置紧凑，空间较小。
当制冷系统运行时，制冷剂经布液器分布在曲面换热管顶端，液膜70均匀的沿着曲面向两边扩散往下流动。冷冻水先从进水管口进入空腔一，经挡板一上通水孔流入到空腔二，冷冻水再经过挡板二上通水孔流入到空腔三，此过程与管外液膜充分进行换热后从空腔三流出。也即经过多段曲面，液膜均匀的汇聚到曲面换热管的底端。
本发明多段曲面有效解决了每根圆管底端液膜堆积的问题，从而提高管体的换热效率。曲面结构也避免了因液膜流动速度过快而引起的偏流现象。此外，换热管的内部两块挡板结构有效解决管内局部区域水流动性差问题，使管内冷冻水整体流动均匀，从而使管壁受热均匀，有效解决了结焦、干壁、蒸发量降低等问题，加强了传热性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水平管降膜蒸发器用换热器，包括布液器和位于布液器下方的换热管群，其特征在于：换热管群包括管板和若干根平行并列设置的曲面换热管，每根曲面换热管均包括进水管、出水管、挡板和隔板；
曲面换热管为中空结构，进水管设置在曲面换热管的一个曲面侧底端，出水管设置在曲面换热管的另一个曲面侧顶端；进水管和出水管分别与管板相连接；
隔板密封盖合在曲面换热管的两个曲面侧，挡板设置在曲面换热管的中空结构中，挡板和隔板的外形与曲面换热管的纵截面相同，挡板上均布有若干个通水孔；
曲面换热管的纵截面为关于纵轴对称的对称曲面，对称曲面包括n个圆形和n-1个颈形，其中，n≥2；颈形位于上下两个相邻圆形之间，圆形的凸弧与颈形的凹弧相切过渡连接；
颈形的两个凹弧凹点与圆形的圆心之间所呈的圆心角为α；
换热管群中相邻两个曲面换热管的圆形与颈形交错布设。
2.根据权利要求1所述的水平管降膜蒸发器用换热器，其特征在于：换热管群中曲面换热管的布设间距为0.3～0.35D0，其中D0为对称曲面中圆形直径。
3.根据权利要求2所述的水平管降膜蒸发器用换热器，其特征在于：换热管群中曲面换热管的布设间距为5～30mm。
4.根据权利要求1所述的水平管降膜蒸发器用换热器，其特征在于：圆心角α的取值范围为30°～50°。
5.根据权利要求1所述的水平管降膜蒸发器用换热器，其特征在于：挡板有两块，两块挡块将曲面换热管沿水流方向分隔为三个空腔。
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