CN109458853A - 一种带有u型气液分离结构的冷凝换热器 - Google Patents

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张璇
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种带有U型气液分离结构的冷凝换热器,包括蒸气入口管、冷凝器联箱、管道换热单元、U型气液分离结构以及冷凝液出口管,所述冷凝器联箱包括至少四个联箱,这些联箱分为两组,这两组联箱分别位于冷凝换热器的左右两侧,两组的联箱数量相同或者数量相差一个,每组中的联箱上下排列。通过隔板以及U型气液分离结构,将管道换热单元分为多个换热管程,通过分液结构,分离每一管程形成的凝结液,梯级减少各管程的换热管数量,保证了每管程蒸气流速基本保持均匀,合理利用了换热面积,有效提高了冷凝器的整体换热效果。

Description

一种带有U型气液分离结构的冷凝换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域,具体为一种带有U型气液分离结构的冷凝换热器。
背景技术
冷凝换热器是一种伴随有蒸气凝结过程的换热器,是制冷系统、热泵、发电以及化工工业中的重要设备,随着经济的快速增长,能源消耗持续增加,冷凝器的优化可有效的节约设备能源消耗。
与单相流体换热相比,相变换热具有较高的换热系数。对于凝结换热而言,可分为珠状凝结和膜状凝结,目前的工程运用中,还不能形成合理的珠状凝结,通过采用新型换热管结构,可改变流体流动状态及分布,使得流体凝结趋近于珠状凝结。但随着管内蒸气的不断凝结,凝结液会在管(槽)道内积累,管(槽)内壁面液膜厚度的增加,增大换热热阻,严重影响了换热过程的进行,并且使流体流动阻力增加。
发明内容
为了解决现有技术中存在的由于凝结液膜增厚导致换热恶化的上述问题,本发明提供一种带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其旨在通过将管(槽)道内凝结液及时分离出换热表面,提高下游管(槽)道内蒸气干度,有效利用换热面积,从而提高冷凝器换热性能。本发明的技术方案如下:
一种带有U型气液分离结构的冷凝换热器,包括蒸气入口管、冷凝器联箱、管道换热单元、U型气液分离结构以及冷凝液出口管,所述冷凝器联箱包括至少四个联箱,这些联箱分为两组,这两组联箱分别位于冷凝换热器的左右两侧,两组的联箱数量相同或者数量相差一个,每组中的联箱上下排列;
在两组的联箱数量相同的情况下,蒸汽入口管与位于左侧的联箱组中最上面的联箱相连,冷凝液出口管与位于右侧的联箱组中最下面的联箱相连;在两组的联箱数量相差一个的情况下,蒸汽入口管与联箱数量较多的那一组联箱中最上面的联箱相连,冷凝液出口管与联箱数量较多的那一组联箱中最下面的联箱相连;
连接有蒸汽入口管的联箱和在其下方的与其相邻的联箱之间设有隔板,其余的上下相邻的联箱之间设有U型气液分离结构;
左侧联箱与右侧联箱之间通过管(槽)道换热单元连接,管(槽)道换热单元包括多个管程换热通道,其中连接有蒸汽入口管的联箱与另一侧联箱组中最上面的联箱通过第一管程换热通道连接,所述另一侧联箱组中最上面的联箱通过第二管程换热通道与连接有蒸汽入口管的联箱的下侧联箱连接,所述连接有蒸汽入口管的联箱的下侧联箱通过第三管程换热通道与所述另一侧联箱组中最上面的联箱的下侧联箱连接,以此类推,使得蒸汽能够在两组联箱之间由上至下左右流动。
本申请中蒸汽能够在两组联箱之间由上至下左右流动的含义是蒸汽总体上是从位于最上面的蒸汽入口管向位于最下面的冷凝液出口管流动,但是在具体的流动过程中是在两组联箱之间从左至右、从右至左进行流动的。
优选地,每个联箱组包括三个联箱。
优选地,每个管程换热通道为微通道或细通道。
优选地,每个管程换热通道的长度相同。
优选地,所述管程换热通道中包括的换热管道的横截面为圆形或矩形。
优选地,每个管程换热通道中包括多个换热管(槽)道。
优选地,每个管程换热通道中包括的换热管(槽)道的数量从第一管程换热通道到最后一个管程换热通道逐渐减少。
优选地,所述U型气液分离结构包括隔板和与隔板连接的U型通道,隔板上具有与U型通道连通的孔。
根据实际需要和提及限制,每个管程换热通道中的换热管道的数量可以增加或减少。
本发明产生的有益效果是:
充分利用了冷凝换热的入口段效应,通过设置联箱以及分液结构,迅速的将各级管程内换热过程产生的冷凝液及时排除,并形成液封,避免蒸汽短路,提高了进入下一管程内的蒸气干度,减少液膜热阻,保持下游管程的较高换热系数,充分利用了换热面积,提高了冷凝器整体换热系数
通过换热通道数逐管程减少,尽量保证各管程的入口蒸气质量流速基本不变,有效减少了所需换热面积。
U型分液结构的使用,保证了在重力作用下,冷凝液进入U型通道后形成液封,在液体压力作用下,分离冷凝液,实现了对于蒸气的液封,避免了蒸气通过分液结构排出而引起的冷凝恶化。
附图说明
为了更容易理解本发明的技术方案和有益的技术效果,通过参照在附图中示出的本发明的具体实施方式来对本申请进行详细的描述。该附图仅绘出了本申请的典型实施方式,并不构成对本申请的保护范围的限制,其中:
图1是本发明的带有U型气液分离结构的冷凝换热器结构示意图。
图中:1、蒸气入口管 21、第一联箱 22、第二联箱 23、第三联箱 24、第四联箱 25、第五联箱 26、第六联箱 31、第一管程换热通道 32、第二管程换热通道 33、第三管程换热通道 34、第四管程换热通道 35、第五管程换热通道 4、隔板 51、第一U型气液分离结构52、第二U型气液分离结构 53、第三U型气液分离结构 6、冷凝液出口管。
具体实施方式
下面将结合附图1对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,一种带有U型气液分离结构的冷凝换热器,包括蒸气入口管、冷凝器联箱、管(槽)道换热单元和U型气液分离结构以及冷凝液出口管,冷凝器联箱包括至少四个联箱。
下面以六个联箱为例结合图1进行描述。所述冷凝器联箱部分为第一联箱21、第二联箱22、第三联箱23、第四联箱24、第五联箱25和第六联箱26,所述第一联箱21、第三联箱23、第五联箱25位于冷凝器左侧,所述第二联箱22、第四联箱24、第六联箱26位于冷凝器右侧,所述第一联箱21与第三联箱23之间设有隔板4,所述第二联箱22与第四联箱24之间、第三联箱23与第五联箱25之间、第四联箱24与第六联箱26之间设有U型气液分离结构。
管(槽)道换热单元包括第一管程换热通道31、第二管程换热通道32、第三管程换热通道33、第四管程换热通道34和第五管程换热通道35。其中,所述第一联箱21与第二联箱22连通部分为第一管程换热通道31;所述第二联箱22与第三联箱23连通部分为第二管程换热通道32;所述第三联箱23与第四联箱24连通部分为第三管程换热通道33;所述第四联箱24与第五联箱25连通部分为第四管程换热通道34;所述第五联箱25与第六联箱26连通部分为第五管程换热通道35,所述第五管程换热通道为过冷换热通道。
上述带有U型气液分离结构的冷凝换热器的换热包括管(槽)道内冷凝换热以及管(槽)道内过冷换热,其中:
(1)所述管(槽)道内冷凝换热的换热过程具体为:
过热或饱和蒸气从蒸气入口管1进入冷凝换热器的第一联箱21,第一联箱21与第三联箱23之间设有隔板4,使得蒸气全部进入第一管程换热通道31内进行冷凝,完成换热过程后,剩余蒸气以及冷凝液进入第二联箱22,冷凝液在重力作用下聚集在第二联箱22底部,并通过U型气液分离结构51形成液封,并排至第四联箱24中,实现了气液分离,剩余蒸气进入第二管程换热通道32。进入第二管程换热通道的蒸气完成换热过程后,冷凝液与剩余蒸气进入第三联箱23,冷凝液通过气液分离结构52形成液封,并排至第五联箱25,实现了气液分离,剩余蒸气进入第三管程换热通道33。进入第三管程换热通道的蒸气完成换热过程后,冷凝液与剩余蒸气进入第四联箱24,冷凝液与由第二联箱排出至第四联箱中的冷凝液聚集,通过气液分离结构53形成液封,并共同排至第六联箱26,完成了气液分离,剩余蒸气进入第四换热通道34。进入第四管程换热通道的蒸气完成换热过程后,冷凝液与剩余蒸气进入第五联箱25。
(2)所述管(槽)道内过冷换热的换热过程具体为:
进入第五联箱25的冷凝液与剩余蒸气,与由第三联箱23排至第五联箱中25的冷凝液汇合,进入第五管程换热通道35,经过冷凝换热及过冷换热后,流入第六联箱26,与由第四联箱排出至第六联箱的冷凝液汇合,通过冷凝液出口管6排出冷凝器。
作为一种优选,各管程换热通道31、32、33、34、35可以为微通道或细通道(水力直径小于6mm),各管程换热管(槽)的长度一致,且各级换热管(槽)道的数量逐级减少,以保证各换热通道内蒸气质量流速基本保持不变。
当然,左右两侧的联箱数目可以相差一个,比如省去图1中的第六联箱26、第五管程换热通道35和第三U型气液分离结构53,将第四联箱24的底部改为封闭结构,冷凝液出口管连接在第五联箱25上,同样可以实现上述发明目的。
所述的U型气液分离结构如图1所示包括隔板和与隔板相连的U型通道,隔板上具有与U型通道连通的孔。
各个管程换热通道中包括的换热管道的横截面优选为圆形或矩形,当然也可以采用其他异形,比如多边形、椭圆形等等。
可以意识到的是,本领域技术人员可以根据上述技术内容结合实际需要来对联箱的数量进行调整。
本发明可以以其他具体的形式进行体现,但并不会脱离本发明的保护范围,本发明的保护范围仅由所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种带有U型气液分离结构的冷凝换热器,包括蒸气入口管、冷凝器联箱、管道换热单元、U型气液分离结构以及冷凝液出口管,所述冷凝器联箱包括至少四个联箱,这些联箱分为两组,这两组联箱分别位于冷凝换热器的左右两侧,两组的联箱数量相同或者数量相差一个,每组中的联箱上下排列;
在两组的联箱数量相同的情况下,蒸汽入口管与位于左侧的联箱组中最上面的联箱相连,冷凝液出口管与位于右侧的联箱组中最下面的联箱相连;在两组的联箱数量相差一个的情况下,蒸汽入口管与联箱数量较多的那一组联箱中最上面的联箱相连,冷凝液出口管与联箱数量较多的那一组联箱中最下面的联箱相连;
连接有蒸汽入口管的联箱和在其下方的与其相邻的联箱之间设有隔板,其余的上下相邻的联箱之间设有U型气液分离结构;
左侧联箱与右侧联箱之间通过管道换热单元连接,管道换热单元包括多个管程换热通道,其中连接有蒸汽入口管的联箱与另一联箱组中最上面的联箱通过第一管程换热通道连接,所述另一联箱组中最上面的联箱通过第二管程换热通道与连接有蒸汽入口管的联箱的下侧联箱连接,所述连接有蒸汽入口管的联箱的下侧联箱通过第三管程换热通道与所述另一联箱组中最上面的联箱的下侧联箱连接,以此类推,使得蒸汽能够在两组联箱之间由上至下左右流动。
2.根据权利要求1所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中每个联箱组包括三个联箱。
3.根据权利要求1所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中每个管程换热通道为微通道或细通道。
4.根据权利要求1所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中每个管程换热通道的长度相同。
5.根据权利要求1所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中所述管程换热通道中包括的换热管道的横截面为圆形或矩形或其他异形。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中每个管程换热通道中包括多个换热管道。
7.根据权利要求6所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中每个管程换热通道中包括的换热管道的数量从第一管程换热通道到最后一个管程换热通道逐渐减少。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中所述U型气液分离结构包括隔板和与隔板连接的U型通道,隔板上具有与U型通道连通的孔。
9.根据权利要求6所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中所述U型气液分离结构包括隔板和与隔板连接的U型通道,隔板上具有与U型通道连通的孔。
10.根据权利要求7所述的带有U型气液分离结构的冷凝换热器,其中所述U型气液分离结构包括隔板和与隔板连接的U型通道,隔板上具有与U型通道连通的孔。
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