CN108895724A - 一种立式蒸发器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式蒸发器结构，蒸发器壳体上部与上端管板连接；上端管板上方固定设置上端管箱，上端管箱由空心的内封头和空心外封头固定套接而成，内封头和外封头之间设置气态制冷剂通道，内封头内为载冷剂通道，气态制冷剂通道通过外封头顶部设置的出气口与外部管路连通；气态制冷剂通道还通过上端管板的气态制冷剂通道与蒸发器壳体内连通；载冷剂通道通过换热管与载冷剂进出口连通。特定的上端管板和上端管箱相结合形成制冷剂的气相空间；降低了制冷剂的充装量，并使整机的结构更加紧凑，有利于提高材料的利用率。

Description

一种立式蒸发器结构

技术领域

本发明属于工业制冷换热技术领域，具体涉及一种冷水机组用立式蒸发器结构。

背景技术

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

换热器在形式上可分为卧式换热器与立式换热器两种，它们的区别主要有：

卧式换热器：稳定安全，能承受较高的工作压力和温度；占地大，安装空间净高要求不高，维护和清理方便，一般不需要平台；冷热两种流体可逆流、顺流；传热系数中等，加热停留时间短,换热效果中等。

立式换热器：稳定安全，需要垂直铺设，通常采用塔状结构；占地少，安装空间净高要求高，结构紧凑，配管容易；冷热两种流体一般逆流；传热系数较大，加热滞留时间短，换热效果较好。

蒸发器是将液态制冷剂蒸发为气态的设备，液态制冷剂在换热过程中会出现剧烈沸腾的情况；通常在液态与气态制冷剂之间设计一定的空间高度，来保证蒸发器出气不带液；对于卧式管壳式蒸发器而言，通常为保证这样的空间高度，固定换热管的管板截面上布管率不高(约50％)，从而造成换热器体积大，材料成本高的缺点；而采用立式蒸发器结构，不仅占地面积小，而且可以大大提高管板布管率(提高到约90％)，减小换热器体积，降低材料成本；但现有常规立式蒸发器结构依然有以下技术缺点：

1)出气口设置在两管板之间，位于筒体中上部位，造成部分换热管裸露在气态制冷剂中，换热管不能全部用来换热，造成蒸发器换热效率低；

2)出气口设置在壳体一侧，使得蒸发器上部气流气体流速分布不均匀、蒸发器液面高低不平，吸气带液风险高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、换热效率高、具有独特上端管箱结构的立式蒸发器结构。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种立式蒸发器结构，包括竖直设置的筒式蒸发器壳体，蒸发器壳体的上下端分别设置上端管板和下端管板，在蒸发器壳体中设置换热管和支撑板；其特征在于：蒸发器壳体上部与上端管板连接；上端管板上设置换热管孔，该换热管孔中设置换热管，在换热管孔外围，换热管孔与外部螺栓孔之间开有沿周向均匀布置的通孔作为气态制冷剂通道；上端管板上方固定设置上端管箱，上端管箱由空心的内封头和空心外封头固定套接而成，内封头和外封头之间设置气态制冷剂通道，内封头内为载冷剂通道，气态制冷剂通道通过外封头顶部设置的出气口与外部管路连通；气态制冷剂通道还通过上端管板的气态制冷剂通道与蒸发器壳体内连通；载冷剂通道通过换热管与载冷剂进出口连通。

进一步的，上端管箱由两直径大小不同的内封头和外封头通过夹套法兰组焊而成；夹套法兰上开有气态制冷剂通道，该气态制冷剂通道与上端管板的气态制冷剂通道一一对应，该通道位于外封头内侧与内封头外侧之间的夹层中；外封头顶部中心处设置出气口。

进一步的，蒸发器壳体至少包括一个直筒段，或者为直筒段与变径管结合的形式；直筒段直径所在截面为换热器布管区域。

进一步的，蒸发器壳体直筒段上方设置一段变径管；变径管小端连接下端筒体，上部与上端管板连接；在位于上端管板中心的换热管孔与外部螺栓孔之间开有气态制冷剂通道，上端管箱由内外封头与夹套法兰组焊而成，管箱内分别设置气态制冷剂通道和载冷剂通道，气态制冷剂通道通过上端管箱封头顶部中心处设置的出气口与外部管路连通；载冷剂通道通过换热管与载冷剂进出口连通。

进一步的，在筒式蒸发器壳体中设置至少一层支撑板用于支撑换热管，该支撑板为小于筒式蒸发器壳体直径的圆板，在该圆板上留有一个45～135度的扇形缺口,支撑板上设置若干换热管孔，同时设置若干通气孔，在支撑板外围与筒式蒸发器壳体之间留有间隙作为通气槽，支撑板周围留有凸台用于与壳体焊接固定；

进一步的，上下支撑板的扇形缺口交错设置。

进一步的，相邻的两层支撑板之间用支撑杆支撑固定形成支撑板组件。

进一步的，进液口设置在下端管板的上方并位于最下方的一层支撑板下方空间内。

液态制冷剂通过制冷剂进口进入到筒体中，与换热管内载冷剂换热，蒸发成气态制冷剂，气态制冷剂通过支撑板组上的通气孔，通气槽上升到筒体上部，通过上端管板与上端管箱中气态制冷剂通道，经由出气口到外部管路，形成制冷剂的走向；内封头内侧空间为载冷剂通道，通过换热管将上端管箱内封头内侧空间与下端管箱连通，形成由下端管箱载冷剂进口-换热管由下至上-上端管箱-换热管由上至下-下端管箱载冷剂出口的整个流向。或者实际蒸发器通过增加封头内的隔板，也可以设置为多流程。

本发明的工作原理如下：

液态制冷由进液管进入蒸发器壳体内部后与换热管内的载冷剂进行换热，换热产生的制冷剂气体通过特定支撑板上升到上端管板处，由于支撑板四周以及换热管孔之间都开有通气孔和通气槽，以及交错布置的扇形缺口，有利于气体顺利上升，可以有效降低制冷剂液面沸腾程度，有利于降低吸气带液的风险；制冷剂气体通过支撑板后一直上升，通过上端管板与上端管箱之间的气相通道进入到气相空间，该气相空间高度由上端管箱中的外封头高度决定，可以根据气体流量大小进行调节，且该空间高度完全处于换热管上部，不影响换热管的换热性能，同时增大气相空间的高度，使得出气口距离液面的高度更大，更进一步的降低了吸气带液的风险。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明的特定上端管箱结构与上端管板结构，其气相空间高度不影响管板的布管(相对卧式蒸发器)，提高蒸发器换热效率；在同等的换热面积下，可以缩小筒体尺寸，减少材料用量。

其次，将筒体设计为直筒与变径管结合的形式，将直筒部位设计为换热器布管区域，利用变径管大端与小端之间的空间间隙，设计为制冷剂气体流通通道。与特定的上端管板和上端管箱相结合形成制冷剂的气相空间；降低了制冷剂的充装量，并使整机的结构更加紧凑，有利于提高材料的利用率。

其次，提供一种由内封头与外封头之间间隙形成周向均匀布置的吸气通道，且出气口位于出气通道的正中心，使得整个气相空间内的气体流更改均匀(液面的沸腾程度受出气口位置的影响，距离出气口越近的地方，沸腾越剧烈)，降低蒸发器液面沸腾程度，降低吸气带液风险；同时也可以通过增加封头直边段长度来提高气相空间高度，吸气带液风险极低。

最后，设计一种带通气孔和通气槽的支撑板结构，且采用扇形缺口交错的方式，使气体能顺利上升，降低蒸发器液面沸腾程度，降低吸气带液风险。

附图说明

图1为根据本发明实施的立式蒸发器结构示意图。

图2为图1的顶部局部剖视图。

图3为管板支撑板结构示意图。

图4为支撑板组件结构图。

图5为第二个实施例的结构示意图。

图6为第三个实施例的结构示意图。

具体实施方式

根据本发明实施的立式蒸发器结构，如图1-4所示；它主要包括：下端管箱1、下端管板2、用于液态制冷剂输入的进液口3、换热管4、蒸发器壳体5、支撑板6、出气口7、上端管板8、上端管箱10。其中各个不同组件有着不同的作用，它们共同实现立式蒸发器管内外的热交换的功能。

如图1-2所示，下端管板2和上端管板8之间为筒式蒸发器壳体5，蒸发器壳体5包括一体设置或上下连接固定两部分，上部分为一变径管9，下部分为圆柱体，变径管9的大端与上端管板8连接固定。上端管板8中心部位布设换热管，换热管外围设置有周向均匀间隔布置的气体通道11，上端管板8与上端管箱10相连；上端管箱10为平行间隔设置的内外两层封头，图2中内外两层封头均为球盖式，两球盖式封头叠加并间隔固定，球盖下部有一段竖直段；内封头10-1和外封头10-2之间间隔空间为气态制冷剂通道11；内封头和外封头通过夹套法兰组焊连接，外封头10-2顶部(优选顶部中心处)设置出气口7，该出气口7与气态制冷剂通道11连通；气态制冷剂通道11通过上端管箱与上端管板8气态制冷剂通道11与蒸发器壳体5内壁中的空间连通。

上端管板8上设置有换热管孔，该换热管孔中设置换热管，换热管与内封头10-1内侧的载冷剂通道12相连通；载冷剂通道12通过换热管4与立式蒸发器底部下端管箱1处的载冷剂进出口相连通。

如图3和4所示，在筒式蒸发器壳体5中设置至少一层支撑板6用于支撑换热管，该支撑板6为小于筒式蒸发器壳体5直径的圆板，在该圆板上留有一个45～135度的扇形缺口6-2,支撑板6上设置若干换热管孔6-1，同时设置若干通气孔6-3，在支撑板外围与筒式蒸发器壳体5之间留有间隙作为通气槽6-4。相邻的两层支撑板6之间用支撑杆支撑固定形成支撑板组件(如图4)。图4中，由于支撑板6上的扇形缺口6-2存在，在支撑板6的周围设计小凸台和支撑杆组合进行焊接固定(为了保证支撑板6与筒体内壁留有间隙，又能与筒体内壁焊接固定，在周边设置凸起台与筒体内壁焊接)。

进液口3设置在下端管板2的上方并位于最下方的一层支撑板6下方空间内。液态制冷经由进液管3进入蒸发器壳体5内部后与换热管4内的载冷剂进行换热，换热产生的制冷剂气体经由支撑板6上的通气孔6-3、通气槽6-4、以及相互交错布置而成通气缺口6-2形成气相通道上升，该通道能有效降低筒体上部的液面沸腾；制冷剂气体通过支撑板6后经上方的上端管板8、上端管箱10上的气态制冷剂通道11进入与出气口7连通的出气管7-1，由气态制冷剂通道11形成的气相空间13主要由上端管箱10上的内封头10-1与外封头10-2形成，而气相空间13的高度由外封头10-2的与水平面垂直的竖直高度(图2中外封头10-2的竖直段)决定，不影响换热器的布管和换热性能，且与出气口7连通的出气管7-1布置在外封头10-2顶部中心，气相通道圆周均匀布置有利于降低制冷剂液面的沸腾。

本发明将立式蒸发器壳体底部设计为底部长筒圆形结构，顶部设计为倒锥形结构，利用锥形大端与小端之间的同心圆间隙，与上端管箱10配合设计为气态制冷剂通道11，该结构可以有效降低制冷剂的充装量，同时降低材料成本、换热器的占地面积。

图5是本发明第二个实施例的结构示意图。该实施例相对于上述实施例的区别是，上端管箱的形状有改变，在球盖式内封头10-1外部另外设置一个筒形的平面封闭罩体15作为外封头，与出气口7连通的出气管设置在平面封闭罩体15的顶部中心处。

图6是本发明第三个实施例的结构示意图。该实施例相对于第一个实施例的区别是，蒸发器壳体5直接通过上端管板8与上端管箱10连接固定，不需要图1中实施例的变径管9。

Claims (8)

1.一种立式蒸发器结构，包括竖直设置的筒式蒸发器壳体，蒸发器壳体的上下端分别设置上端管板和下端管板，在蒸发器壳体中设置换热管和支撑板；其特征在于：蒸发器壳体上部与上端管板连接；上端管板上设置换热管孔，该换热管孔中设置换热管，在换热管孔外围，换热管孔与外部螺栓孔之间开有沿周向均匀布置的通孔作为气态制冷剂通道；上端管板上方固定设置上端管箱，上端管箱由内封头和外封头固定套接而成，内封头内为载冷剂通道，内封头和外封头之间设置气态制冷剂通道，气态制冷剂通道通过外封头顶部设置的出气口与外部管路连通；气态制冷剂通道还通过上端管板的气态制冷剂通道与蒸发器壳体内连通；载冷剂通道通过换热管与载冷剂进出口连通。

2.根据权利要求1所述的立式蒸发器结构，其特征在于：上端管箱由两直径大小不同半球盖式内封头和外封头通过夹套法兰组焊而成；夹套法兰上开有气态制冷剂通道，该气态制冷剂通道与上端管板的气态制冷剂通道一一对应，该通道位于外封头内侧与内封头外侧之间的夹层中；外封头顶部中心处设置出气口。

3.根据权利要求1或2所述的立式蒸发器结构，其特征在于：蒸发器壳体至少包括一个直筒段，或者为直筒段与变径管结合的形式；直筒段直径所在截面为换热器布管区域。

4.根据权利要求3所述的立式蒸发器结构，其特征在于：蒸发器壳体直筒段上方设置一个变径管；变径管小端连接下端筒体，大端与上端管板连接；在位于上端管板中心的换热管孔与外部螺栓孔之间开有气态制冷剂通道，上端管箱由内外封头与夹套法兰组焊而成，管箱内分别设置气态制冷剂通道和载冷剂通道，气态制冷剂通道通过上端管箱封头顶部设置的出气口与外部管路连通；载冷剂通道通过换热管与载冷剂进出口连通。

5.根据权利要求1或2所述的立式蒸发器结构，其特征在于：在筒式蒸发器壳体中设置至少一层支撑板用于支撑换热管，该支撑板为小于筒式蒸发器壳体直径的圆板，在该圆板上留有一个45～135度的扇形缺口,支撑板上设置若干换热管孔，同时设置若干通气孔，在支撑板外围与筒式蒸发器壳体之间留有间隙作为通气槽，支撑板周围留有凸台用于与筒体焊接固定。

6.根据权利要求5所述的立式蒸发器结构，其特征在于：上下支撑板的扇形缺口交错设置。

7.根据权利要求5所述的立式蒸发器结构，其特征在于：相邻的两层支撑板之间用支撑杆支撑固定形成支撑板组件。

8.根据权利要求1或2所述的立式蒸发器结构，其特征在于：进液口设置在下端管板的上方并位于最下方的一层支撑板下方空间内。