CN108895726B - 一种高效双侧相变换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效双侧相变换热器，其蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体为主体，若干根换热管竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，换热管的管腔形成蒸发侧通道；高压冷凝筒体的上壁连接进气管，下壁连接出液管，并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔，该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管，所述毛细管的两个端口均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁。本发明提高了双侧相变换热器的换热效率，若将蒸发冷凝器与液膜发生器结合使用在换热器中，能够更有效地提高双侧相变换热器的换热效率。

Description

一种高效双侧相变换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，更具体地，本发明涉及一种换热管两侧均有相变发生的高效双侧相变换热器。

背景技术

换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在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，应用广泛。

换热器可分为：间壁式换热器；蓄热式换热器；流体连接间接式换热器；直接接触式换热器和复式换热器。

间壁式换热器可分为液液式换热器、液气式换热器、气气式换热器、单侧相变换热器和双侧相变换热器。

双侧相变换热器是指在换热间壁两侧均有相变发生，一侧是气体冷凝过程，另一侧是液体蒸发过程。双侧相变换热器传热效率极高，近年来在化工、医药、空调、食品及其它许多行业得到应用。例如蒸发冷制冷机的冷凝器，一侧是氟利昂的冷凝过程，另一侧是水的蒸发过程。再例如化工、医药、食品中广泛应用的物料蒸发浓缩器，一侧是蒸汽的冷凝过程，另一侧是物料中水的蒸发过程。

双侧相变换热器其结构上相对比较原始，换热间壁还是采用光滑表面，例如内外表面都光滑的铜管。长久以来，在双侧相变换热器效率上并没有太多进展，其原因有两个：一是双侧相变换热器传热效率已经很高，在过去必要性不大；二是提高双侧相变换热器效率的难度太大。但是随着双侧相变换热器应用面的扩大，已经发现双侧相变换热器的传热效率并不足够高，有些行业使用不能满足工艺的需求。同时，节能减排对效率的追求是无止境的。提高双侧相变换热器传热效率的必要性已经出现。

另一方面，我们剖析一下提高双侧相变换热器效率的难度来自什么地方。

间壁式换热器传热效率由传热系数和传热面积决定，传热系数由间壁的换热系数和间壁两侧的换热系数决定。间壁两侧的换热系数往往不一致，当这两个换热系数相差较大时，换热系数较低的一侧就成为换热器传热效率的影响就非常大，即换热系数较低的一侧成为换热器传热效率提高的瓶颈。那么，换热系数较低的一侧的技术突破才能实现换热器效率的突破。

液气式换热器，气侧是换热器传热效率的瓶颈。单侧相变换热器，非相变侧是换热器传热效率的瓶颈。双侧相变换热器，由于蒸发侧可以通过提高蒸发表面的风速以及均匀分布液膜等方式来提高换热系数，而冷凝侧则没有更多的手段来提高换热系数。目前，大部分双侧相变换热器，冷凝侧是换热器传热效率的瓶颈。

目前，提高换热系数的方法很多。比如：液气式换热器，在气侧加设翅片，通过增加气侧的换热面积来提高换热系数；单侧相变换热器，在非相变侧加设导流凹槽，通过改变流体流态提高换热系数。但是，这些措施没有一个适合在双侧相变换热器中应用。例如：加设翅片可以增加该侧换热面积，从而提高该侧的换热系数。但是，在蒸发侧，翅片结垢问题无法解决；在冷凝侧，翅片会阻挡冷凝液的降落，导致效率下降。

同时，双侧相变换热器中蒸发侧提高换热系数的方法也不适合用在冷凝侧。例如：提高风速，利于蒸发，不利于冷凝。

那么，双侧相变换热器效率的唯一途径是：抛弃原有的全部提高换热系数的方法，创新出一种适合冷凝侧的方法。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高效双侧相变换热器，以期望通过提高双侧相变换热器冷凝侧及蒸发侧换热系数，来提高双侧相变换热器效率。

为解决上述的技术问题，本发明采用的最基本的而一种技术方案是：

一种高效双侧相变换热器，包括：换热器外框，蒸发冷凝器，液膜发生器，风机及消声器等。所述蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体为主体，若干根换热管竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，所述换热管的上端端口与高压冷凝筒体的上壁齐平或者凸出于该上壁，所述换热管的下端端口与高压冷凝筒体的下壁齐平或者凸出于该下壁，换热管的管腔形成蒸发侧通道；所述高压冷凝筒体的上壁连接进气管，下壁连接出液管，并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔，该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管，所述毛细管的两个端口均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁。

换热管内侧为蒸发侧，换热管外侧为冷凝侧。换热管可采用DN100换热管。换热管内空间小，气体流速高，利于蒸发，因此蒸发侧气体流速可以为20-50m/s，满足升膜的形成；高压冷凝筒体内空间大，气体流速低时利于冷凝，因此冷凝侧气体流速可以为0.1-1m/s。换热管竖向布置，换热管与换热管之间存在缝隙。换热管上设置了较多的毛细管，一方面毛细管可以增大换热面积，另一方面毛细管可以抽吸高压冷凝筒体下端的温度较低的液态流体到高压冷凝筒体上部蒸发，从而减小冷凝侧的温度梯度，有利于提高传热效率。毛细管竖向布置是因为竖向设置的毛细管不会影响冷凝液的降落，从而提高冷凝侧换热系数。不可取的方法是在冷凝侧设置换热翅片，因为该方法虽然增大了换热面积，但会阻挡冷凝液的降落，反而会造成冷凝侧换热系数降低，而竖向设置毛细管解决了该问题。

为了使换热器的效率更高，一种更好的技术方案是：将蒸发冷凝器和液膜发生器结合使用在换热器中。

液膜发生器的类型包括升膜式液膜发生器、降膜式液膜发生器、升降膜式液膜发生器。升膜式液膜发生器的成膜位置在其下部，膜形成后上升，降膜式液膜发生器的成膜位置在其上部，膜形成后下降，而升降膜式液膜发生器的成膜位置在发生器的上部和下部，下部的液膜形成后逐渐上升，然后部分蒸发，未蒸发的液体以降膜的方式向下运动。双侧相变换热器的换热量主要由升膜蒸发产生。采用升膜蒸发有两个好处，其一实现逆流传热，其二传热温差对升膜式蒸发的传热速率影响不大，从而可以降低冷凝温度。对于冷凝温度直接影响系统效率的设备，例如制冷机，降低冷凝温度，可以直接提高制冷机效率。降膜蒸发的作用是降低回水温度，同时完成少量换热。

本发明将蒸发冷凝器和升降膜式液膜发生器结合使用在换热器中的一种技术方案如下：

除了上述基本结构外，所述高效双侧相变换热器还包括上水箱和下水箱，所述上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀，所述上水箱设置补水管；所有的换热管的下端插入下水箱中，所有的换热管的下端端口正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口，并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在间隙即成膜间隙，这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；所述高效双侧相变换热器还包括外框，所述高压冷凝筒体设置在外框中，高压冷凝筒体侧壁外表面与外框之间的缝隙为气流通道，高压冷凝筒体侧壁外表面为降膜发生通道；升膜换热管中形成的液膜上升后未蒸发的部分从降膜发生通道回到上水箱中，所述降膜发生通道、升膜换热管、上水箱、下水箱、成膜间隙、补水管、空气进气口和电动放水阀形成升降膜式液膜发生器。

本发明将蒸发冷凝器和升降膜式液膜发生器结合使用在换热器中的另一种技术方案如下：

除了上述基本结构外，所述高效双侧相变换热器还包括高位水箱，上水箱和下水箱，所述上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀，所述上水箱设置补水管；一部分换热管的下端插入下水箱中，其下端端口正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口，并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在间隙即成膜间隙，这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；另一部分换热管的下端端口下方不设置空气进气口和成膜间隙，并且这部分换热管的上端端口与高压冷凝筒体的上壁齐平，下端端口与高压冷凝筒体的下壁齐平，这部分换热管为降膜换热管，降膜换热管通过降膜进风管进风；所述高位水箱设置在高压冷凝筒体上方，升膜换热管中形成的液膜上升后未蒸发的部分进入高位水箱，再从降膜换热管回到上水箱中；所述升膜换热管、降膜换热管、高位水箱、上水箱、下水箱、成膜间隙、补水管、空气进气口、降膜进风管和电动放水阀形成升降膜式液膜发生器。

升降膜式液膜发生器较常用的设置方式是，所有换热管的上端端口与所述高压冷凝筒体的上壁齐平，所有换热管的下端端口凸出于所述高压冷凝筒体的下壁，并且每根换热管的下端端口均设置空气进气口和成膜间隙。这种设置方式下，所有换热管都为升膜换热管，液膜上升后部分蒸发被风机排出，另一部分未蒸发的液体沿高压冷凝筒体的外壁形成降膜回到上水箱中。

升降膜式液膜发生器另一种较常用的设置方式是，一部分换热管的上端端口凸出于所述高压冷凝筒体的上壁，下端端口凸出于所述高压冷凝筒体的下壁，并且下端端口均设置空气进气口和成膜间隙，这部分换热管为升膜换热管；另一部分换热管的上端端口与所述高压冷凝筒体的上壁齐平，下端端口与所述高压冷凝筒体的下壁齐平，并且这一部分换热管没有设置空气进气口和成膜间隙，这部分换热管为降膜换热管，降膜换热管通过降膜进风管从下端进风。降膜进风管的一种设置方式是，管的一端在下水箱底部，另一端在降膜换热管下端内，整个降膜进风管可贯穿上、下水箱设置。通常情况下，升膜换热管的数量大于降膜换热管的数量。液膜经升膜换热管上升，部分蒸发，未蒸发的液体又经降膜换热管回到下水箱中。

高效双侧相变换热器中的高压冷凝筒体内部需要承受压力，但是不同产品使用双侧相变换热器时其高压冷凝筒体内部的压力需求不同。

所述的高效双侧相变换热器可具有多个蒸发冷凝器，也可只有一个蒸发冷凝器。有多个蒸发冷凝器时通常设置一个外框，将多个蒸发冷凝器设置在外框内，单个蒸发冷凝器构成的换热器可不设置外框。。

进一步的技术方案是，每台所述蒸发冷凝器配套一台升降膜式液膜发生器，所述进气管、出液管和补水管延伸到外框的外侧。

所述的高效双侧相变换热器还包括风机和消声器。所述风机安装在蒸发冷凝器的空气出气口通道上将空气导出，用于提高排气效率。由于换热管内气体流速高，配用的风机噪声较大，因此需要有消声器配合使用。消声器安装在风机排气口。

启动双侧相变换热器时，风机开启，然后电动放水阀开启，上水箱向下水箱充水。下水箱充水时，水从成膜间隙流入换热管，在成膜间隙处形成液膜。液膜在20-50m/s的空气流带动下向上流动，同时快速蒸发带走热量。液膜向上流出高压冷凝器筒体后，沿冷凝器筒体外壁(或降膜换热管内壁)形成下降液膜，下降到上水箱。同时，冷凝侧高温气体从进气管进入高压冷凝筒体，放出热量，冷凝成液体，然后从出液管流出。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：一方面，利用毛细管提高了换热器的冷凝侧换热面积，并通过毛细管的设置方式，降低了高压冷凝筒体中上下的温差，提高了双侧相变换热器的换热效率；另一方面，将蒸发冷凝器和升降膜式液膜发生器结合使用在换热器中，尤其是升膜式液膜发生器和降膜式液膜发生器同时使用在换热器中，进一步提高了双侧相变换热器的换热效率。

附图说明

图1为本发明实施例1空调用风冷冷水机组的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为实施例1空调用风冷冷水机组的蒸发冷凝器结构示意图。

图5为实施例1空调用风冷冷水机组的其中一根换热管截面图。

图6为实施例1空调用风冷冷水机组的升降膜式液膜发生器结构示意图。

图7为实施例2升降膜蒸发式酒冷凝器的结构示意图。

图8为实施例2升降膜蒸发式酒冷凝器的蒸发冷凝器结构示意图。

上图中，各序号代表：1-高压冷凝筒体，1-1-气相，1-2-液相，2-换热管，2-1-换热管上端端口,2-2-换热管下端端口，3-进气管，3-1-进气通道，4-出液管，5-空腔，6-毛细管，6-1-毛细管上端端口，6-2-毛细管下端端口，7-上水箱，8-下水箱，9-补水管，10-电动放水阀，11-空气进气口，11-1-空气出气口，12-成膜间隙，13-外框，14-柔性接头，15-风机，16-支架，17-消声器，18-降膜进风管，19-降膜进风管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提高双侧相变换热器的换热效率主要有两种手段，一种是利用毛细管增大蒸发冷凝器的冷凝侧的换热面积，并且毛细管将高压冷凝筒体下端的低温液相部分输送到上部高温气相处，毛细管的两端开口均位于冷凝侧相变空间内部，并在该冷凝侧相变空间内部进行气液循环，从而提高换热效率；另一种是将带有毛细管的蒸发冷凝器和升降膜式液膜发生器相结合，进一步提高换热效率。

液膜发生器包括升膜式液膜发生器、降膜式液膜发生器和升降膜式液膜发生器，本发明可以选择性地将不同的液膜发生器与利用毛细管增大换热面积的双侧相变换热器相结合，但液膜发生器并不是必须的结构，含有毛细管的双侧相变换热器已经能够较好地提高换热效率，不过液膜发生器与其结合，能够进一步地提高换热效率，尤其是在双侧相变换热器中同时设置升降膜式液膜发生器与毛细管。

实施例1

图1-图6显示了本实施例的双侧相变换热器的结构。本实施例的双侧相变换热器用于空调用风冷冷水机组，主要的结构包括外框、蒸发冷凝器、升降膜式液膜发生器、风机和消声器。其中蒸发冷凝器包括高压冷凝筒体、换热管、进气管、出液管和毛细管。

图1中仅在高压冷凝筒体1中画出1根换热管2，以表示二者相对位置关系，实际上，高压冷凝筒体中排列了几十上百根换热管，具体数据根据实际需要进行设置。

如图1所示，该双侧相变换热器的蒸发冷凝器包括内部形成全封闭结构的高压冷凝筒体1，以该高压冷凝筒体1为主体，承载换热管2，将换热管竖直地设置在该高压冷凝筒体1内，若干根换热管竖直均匀地贯穿所述高压冷凝筒体，换热管的上端端口2-1与高压冷凝筒体的上壁齐平，换热管的下端端口2-2凸出于高压冷凝筒体的下壁，换热管与换热管之间存在一定的间隙，换热管的管腔形成蒸发侧通道。高压冷凝筒体1的上壁连接进气管3，下壁连接出液管4，并且高压冷凝筒体1内部中心保留空腔5，与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管6，导热毛细管6可以选用导热金属制成，最常用的导热金属是铜和不锈钢。空调用风冷冷水机组还有一个升降式液膜发生器，由上水箱7、下水箱8和成膜间隙12组成，上水箱设置在蒸发冷凝器下方，下水箱设置在上水箱下方，上水箱7设置补水管9，下水箱8与上水箱7连通并在连通处设置电动放水阀10。所有的换热管2的下端插入下水箱8中，下水箱底部设置有空气进气口11，每根换热管的下端端口正对一个空气进气口，二者之间留有成膜间隙12，成膜间隙可以为1-2mm。这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管。

本实施例的高效双侧相变换热器设置了两个蒸发冷凝器，同时还设置了一个外框13，两个蒸发冷凝器都设置在该外框中，因此高压冷凝筒体也在外框中，高压冷凝筒体侧壁外表面与外框之间的缝隙为气流通道，高压冷凝筒体侧壁外表面为降膜发生通道；升膜换热管中形成的液膜上升后未蒸发的部分从降膜发生通道回到上水箱中，降膜发生通道、升膜换热管、上水箱、下水箱、成膜间隙、补水管、空气进气口和电动放水阀形成升降膜式液膜发生器。

为了形成液膜，所述蒸发侧通道的气体流速为20-50m/s。相应地，冷凝侧通道可将气体流速设置为0.1-1m/s。

蒸发冷凝器和升降式液膜发生器均设置在外框13中。双侧相变换热器的基本结构还包括风机15和消声器。通常，双侧相变换热器的外框13底部还会根据实际需要设置支架16。为了显示得更加清楚，图1中将两个局部结构进行了放大，上面放大的地方是换热管的顶部，毛细管6贴在换热管2外侧，换热管的上端端口2-1穿过高压冷凝筒体1的上壁并与该上壁齐平，图中未显示的另一种方案是，换热管的上端端口2-1穿过高压冷凝筒体1的上壁并凸出于该上壁。图1中下面放大的地方是换热管的底部，从图中可见，换热管的下端端口2-2穿过高压冷凝筒体1的下壁并凸出于该下壁，换热管的管腔形成蒸发侧通道。空气或者说带有液膜的空气从换热管的底部向上运动至上端端口排出，气流上升过程中，部分液体蒸发带走热量。

图2是图1的剖视图，显示了高压冷凝筒体1内部的结构，从图中可见，高压冷凝筒体1内部中心保留空腔，形成进气通道3-1，若干根换热管2排列在高压冷凝筒体1内部，换热管2表面排列毛细管6，两个相同的蒸发冷凝器设置在外框13中，并且还设置了风机15和消声器17。高温气体比如氟利昂气体或者其他蒸汽从进气管进入高压冷凝筒体1后，在高压冷凝筒体1中的进气通道3-1、换热管之间的缝隙中扩散，并向下运动，此过程中与换热管中的气流换热，高温气体温度逐渐降低，液化冷凝，在高压冷凝筒体1底部形成液体并从出液管排出。

图3是图1的剖视图，与图2不同的是剖视位置不同，图3所示的结构，位置更靠上，显示了高压冷凝筒体1顶壁的结构。从图中可见，在高压冷凝筒体1的顶壁中心，安装了一根进气管3，换热管2的上端端口2-1穿过高压冷凝筒体1的上壁并与该上壁齐平或者凸出于该上壁。换热管的上端端口即为空气出气口，因此空气出气口11-1位于高压冷凝筒体1的上壁处或者凸出于该上壁。

图4是一个蒸发冷凝器的结构示意图，包括换热管2、毛细管6、高压冷凝筒体，高压冷凝筒体的上壁和下壁分别安装进气管3和出液管4，高压冷凝筒体的上部为气相1-1，下部为液相1-2，换热管中气体流向为从下往上，而高压冷凝筒体中的气体流向与之相反。毛细管6的两个端口即上端端口6-1、下端端口6-2均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁，也就是说毛细管的上端端口6-1位于气相1-1中，而毛细管的下端端口6-2位于液相1-2中。一个双侧相变换热器中可以设置多个蒸发冷凝器。

图5是一根换热管2的截面图，其外部布满了毛细管6。一种优选的技术方案是：相邻所述毛细管的角度间距2.5°，因此每根所述换热管的外壁可以竖直均匀地紧贴144根毛细管。毛细管的外径为2mm，毛细管的外表面积约为换热管的外表面积的2.7倍。角度间距，是指相邻毛细管的截面圆心分别与换热管截面圆心连线形成的夹角。

图6是空调用风冷冷水机组的升降膜式液膜发生器结构示意图，包括上水箱7、下水箱8、换热管2，上水箱7设置补水管9，上、下水箱连通并通过电动放水阀10控制，这些结构设置在外框13中，外框13底部设置支架16。空气进气口11位于换热管下方，空气进气口与换热管下端端口之间存在成膜间隙12，空气从空气进气口11进入，液膜在成膜间隙12处形成，被空气带动进入换热管中，并向上运动，此过程中部分液膜蒸发，空气从空气出气口11-1排出，并通过风机排出换热器外框，还有部分液体未蒸发。所有换热管的上端端口与所述高压冷凝筒体的上壁齐平，所有换热管的下端端口凸出于所述高压冷凝筒体的下壁，并且每根换热管的下端端口均设置空气进气口和成膜间隙。未蒸发的液体从高压冷凝筒体外壁形成液膜下降到上水箱中。由于外框13中为气流通道，因此未蒸发的液体形成降膜时在气流的作用下快速降温并下降到上水箱中，保证上水箱中的水的温度符合要求。

更具体地描述本实施例的空调用风冷冷水机组，其具有以下结构特点：

蒸发冷凝器换热容量：380KW。

蒸发冷凝器包括：一个外框，2台蒸发冷凝器，2台升降膜式液膜发生器，4台风机及4台消声器。

蒸发冷凝器外框尺寸：4200×2000×2400mm(长宽高)。蒸发冷凝器的外框由金属板材制成，可以承受内部800Pa的负压即可。蒸发冷凝器外框要求密闭性能高。

单台蒸发冷凝器包括：一个高压冷凝筒体，120根DN100不锈钢换热管，氟利昂进气管1根、氟利昂出液管1根。

高压冷凝筒体尺寸：直径1500mm，高2000mm。高压冷凝筒体承压能力：

内部压力2.5MPa。

不锈钢换热管长度2197mm。换热管贯穿冷凝器筒体，上部不出头，下部出头197mm，2根不锈钢换热管间距120mm。

不锈钢换热管外贴铜质毛细管。毛细管外径2mm，相邻毛细管角度间距2.5°，每根换热管配用毛细管144根，单根毛细管长度1800mm。毛细管外表面积约为不锈钢换热管外表面积的2.7倍。

单台升降膜式液膜发生器包括：1个上水箱，1个下水箱，120个液膜入口(每根换热管的下端端口均有1个空气进气口和1个成膜间隙)，1个电动放水阀，1个补水管。升降膜式液膜发生器位于冷凝筒体底部。

空气进气口与换热管之间有1-2mm的间隙(即成膜间隙)。下水箱充水时，水从成膜间隙流入换热管，形成1mm左右的液膜。

电动放水阀与风机联动，风机开启后，延时5秒开启电动放水阀。

风机选用4台No9轴流风机，单台风量35000m³/h，风压268Pa，耗电4kW。4台总耗电16Kw；或选用3台No10轴流风机，单台风量44000m³/h，风压266Pa,耗电4kW。3台总耗电12Kw。

在以上风量下，单根换热管内风速为20m/s。

初始状态下，上水箱为满液，下水箱无水。

启动换热器时，轴流风机开启，5秒后电动放水阀开启，上水箱向下水箱充水。下水箱充水时，水从成膜间隙流入换热管，形成1mm左右的液膜。液膜在20m/s的空气流带动下向上流动，同时快速蒸发带走热量。液膜向上流出冷凝器筒体后，延冷凝器筒体外壁形成降膜，下降到上水箱。同时，氟利昂气体进入冷凝器，放出热量，冷凝成液态氟利昂。

关闭换热器时，电动放水阀关闭，30秒后轴流风机关闭。30秒的时间内，下水箱内的水全部经成膜间隙、换热管、冷凝器筒体侧壁进入上水箱。当风机停止运行时，下水箱无水。同时，氟利昂气体停止进入冷凝器。

实施例2

图7和图8显示了本实施例双侧相变换热器的结构。本实施例的双侧相变换热器是一款升降膜蒸发式酒冷凝器，包括蒸发冷凝器、升降膜式液膜发生器、风机、消声器、柔性接头和支架。

如图7所示，蒸发冷凝器的结构与图4显示的结构基本相同，区别在于对升降式液膜发生器结构的设置，从图中可以看出，除了蒸发冷凝器外，高效双侧相变换热器还具有一个高位水箱18、上水箱7和下水箱8，同样地，上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀10，所述上水箱设置补水管9；一部分换热管2的上端端口凸出于高压冷凝筒体1上壁，其下端端口正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口11，并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在成膜间隙12，这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；另分换热管2的下端端口下方不设置空气进气口和成膜间隙，并且这部分换热管的上端端口与高压冷凝筒体的上壁齐平，下端端口与高压冷凝筒体的下壁齐平，这部分换热管为降膜换热管，降膜换热管通过降膜进风管19进风；高位水箱设置在高压冷凝筒体上方，升膜换热管中形成的液膜上升后未蒸发的部分进入高位水箱，再从降膜换热管回到上水箱中；所述升膜换热管、降膜换热管、高位水箱、上水箱、下水箱、成膜间隙、补水管、空气进气口、降膜进风管和电动放水阀形成升降膜式液膜发生器。由于本实施例的双侧相变换热器无需外框，因此风机15设置在空气出气口上方，风机出气口连接柔性接头14，用于与排风主管连接。在下水箱外侧或者下方设置支架16。

图8是酒冷凝器的蒸发冷凝器结构示意图，其高压冷凝筒体的上部为气相1-1，下部为液相1-2，酒蒸汽从进气管3进入，液体从出液管4排出。空气从换热管2下端进入，从换热管2上端排出。换热管2外侧排布毛细管6，毛细管的设置方式与实施例1相同。从图中可以看出，毛细管的上端端口6-1和下端端口6-2均在高压冷凝筒体内部，不过上端端口6-1位于气相环境中，下端端口6-2位于液相环境中。

更具体地描述本实施例的升降膜蒸发式酒冷凝器，其具有以下结构特点：

升降膜蒸发式酒冷凝器容量：80KW。

升降膜蒸发式酒冷凝器包括：1台蒸发冷凝器，1台升降膜式液膜发生器，1台风机，一个高位水箱(位于风机和高压冷凝筒体之间)，一个柔性接头及支架等。

蒸发冷凝器包括：一个高压冷凝筒体，55根DN100不锈钢换热管(其中50根为升膜换热管，5根为降膜换热管)，酒蒸汽进气管1根，酒液出液管1根。

高压冷凝筒体尺寸：直径1000mm，高3000mm。高压冷凝筒体承压能力：内部压力1.6MPa。

升膜不锈钢换热管长度3597mm，升膜换热管贯穿冷凝器筒体，上部出头100mm，下部出头497mm。降膜不锈钢换热管长度3497mm，降膜换热管贯穿冷凝器筒体，上部不出头，下部出头497mm。2根不锈钢换热管间距120mm。

不锈钢换热管外贴铜质毛细管。毛细管外径2mm，相邻毛细管角度间距2.5度，每根换热管配用毛细管144根，单根毛细管长度1800mm。毛细管外表面积约为不锈钢换热管外表面积的2.7倍。

单台升降膜式液膜发生器包括：1个上水箱，1个下水箱，50个液膜入口(升膜换热管每根换热管1个空气进气口和1个成膜间隙)，5个液膜出口(降膜换热管每根换热管1个)，1个电动放水阀，1个补水管。

升降膜式液膜发生器位于高压冷凝筒体底部。

空气进气口与换热管之间有1-2mm的成膜间隙。下水箱充水时，水从成膜间隙流入换热管，形成1mm左右的液膜。

电动放水阀与风机联动，风机开启后，延时5秒开启电动放水阀。

风机选用1台HL No10混流风机，单台风量32000m³/h，风压460Pa,耗电7.5kW。

在以上风量下，单根换热管内风速为20m/s。

初始状态下，上水箱为满液，下水箱无水。

启动升降膜蒸发式酒冷凝器时，轴流风机开启，5秒后电动放水阀开启，上水箱向下水箱充水。下水箱充水时，水从该间隙流入换热管，形成1mm左右的液膜。液膜在20m/s的空气流带动下向上流动，同时快速蒸发带走热量。液膜向上流出冷凝器筒体后，进入高位水箱，部分蒸发随气流排出，未蒸发的部分留在高位水箱内，并进入5根降膜换热管，沿降膜换热管内壁形成厚度为4-8mm降膜，下降到上水箱。同时，酒蒸汽进入冷凝器，放出热量，冷凝成液态酒。

关闭升降膜蒸发式酒冷凝器时，电动放水阀关闭，30秒后轴流风机关闭。30秒的时间内，下水箱内的水全部经成膜间隙、升膜换热管、高位水箱、降膜换热管进入上水箱。当风机停止运行时，下水箱无水。同时，酒蒸汽停止进入冷凝器。

柔性接头出口连接排风主管，多个升降膜蒸发式酒冷凝器排风可以通过一根排风主管连接。排风主管上需设置消声器。排风主管连接室外。

本发明还可根据实际需要设置数量不同的换热管，并在换热管外设置数量不同和/或直径不同的毛细管。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (2)

1.一种高效双侧相变换热器，其特征在于包括蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体（1）为主体，若干根换热管（2）竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，所述换热管的上端端口（2-1）与高压冷凝筒体的上壁齐平或者凸出于该上壁，所述换热管的下端端口（2-2）凸出于高压冷凝筒体的下壁，换热管的管腔形成蒸发侧通道；所述高压冷凝筒体的上壁连接进气管（3），下壁连接出液管（4），并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔（5），该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管（6），所述毛细管的两个端口（6-1、6-2）均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁；所述高效双侧相变换热器还包括上水箱（7）和下水箱（8），所述上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀（10），所述上水箱设置补水管（9）；所有的换热管（2）的下端插入下水箱（8）中，所有的换热管（2）的下端端口（2-2）正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口（11），并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在间隙即成膜间隙（12），这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；所述高效双侧相变换热器还包括外框，所述高压冷凝筒体设置在外框中，高压冷凝筒体侧壁外表面与外框之间的缝隙为气流通道，高压冷凝筒体侧壁外表面为降膜发生通道；升膜换热管中形成的液膜上升后未蒸发的部分从降膜发生通道回到上水箱中，所述降膜发生通道、升膜换热管、上水箱、下水箱、成膜间隙、补水管、空气进气口和电动放水阀形成升降膜式液膜发生器；所述高效双侧相变换热器还包括风机，所述电动放水阀与风机联动，电动放水阀相较于风机延时启动。

2.一种高效双侧相变换热器，其特征在于，包括蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体（1）为主体，若干根换热管（2）竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，所述换热管的上端端口（2-1）与高压冷凝筒体的上壁齐平或者凸出于该上壁，所述换热管的下端端口（2-2）与高压冷凝筒体的下壁齐平或者凸出于该下壁，换热管的管腔形成蒸发侧通道；所述高压冷凝筒体的上壁连接进气管（3），下壁连接出液管（4），并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔（5），该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管（6），所述毛细管的两个端口（6-1、6-2）均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁；所述高效双侧相变换热器还包括高位水箱（18），上水箱（7）和下水箱（8），所述上水箱设置在高压冷凝筒体下方，下水箱设置在上水箱下方，两个水箱连通并在连通处设置电动放水阀（10），所述上水箱设置补水管（9）；一部分换热管（2）的下端插入下水箱（8）中，其下端端口（2-2）正对的水箱底部处各自设置一个空气进气口（11），并且换热管的下端端口与空气进气口之间存在间隙即成膜间隙（12），这些下端端口处具有成膜间隙的换热管为升膜换热管；另一部分换热管（2）的下端端口（2-2）下方不设置空气进气口和成膜间隙，并且这部分换热管（2）的上端端口（2-1）与高压冷凝筒体的上壁齐平，下端端口（2-2）与高压冷凝筒体的下壁齐平，这部分换热管（2）为降膜换热管，降膜换热管通过降膜进风管（19）进风；所述高位水箱（18）设置在高压冷凝筒体上方，升膜换热管中形成的液膜上升后未蒸发的部分进入高位水箱，再从降膜换热管回到上水箱中；所述升膜换热管、降膜换热管、高位水箱、上水箱、下水箱、成膜间隙、补水管、空气进气口、降膜进风管和电动放水阀形成升降膜式液膜发生器；所述高效双侧相变换热器还包括风机，所述电动放水阀与风机联动，电动放水阀相较于风机延时启动。