CN110375574B - 一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置 - Google Patents
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Classifications
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- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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Abstract
本发明公开了一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，属于换热器技术领域。该降膜均布装置的弧形封头设在板翅式换热器本体的顶部，板翅式换热器本体和弧形封头均设在外壳体内；弧形封头的下开口处设有一级分布板为中部向上凸的弧形板，一级分布板的下方设有二级分布板，二级分布板的下方设有三级分布板，一级分布板，二级分布板和三级分布板上均设有均匀分布的孔；三级分布板的底部固定有多个梯形布膜器，多个梯形布膜器一一对应的设在多个蒸发通道顶端入口的中心。本发明的降膜均布装置采用了多级均布装置结构和梯形布膜装置，提高了布膜效果，并采用在内置支撑机构上设置薄膜实现气液分离，减少了气体夹带液体的风险。
Description
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置。
背景技术
板翅式换热器以传热效率高、温度控制性好、结构紧凑等优点被广泛应用于石油、化工、天然气加工、空分等各个行业；由于板翅式换热器的换热效率高、结构紧凑，也常作为主冷凝蒸发器的换热器形式。
主冷凝蒸发器根据冷凝蒸发器浸液方式的不同，可以将其分为浸浴式冷凝蒸发器和降膜式冷凝蒸发器。由于降膜式冷凝蒸发器具有温差小，传热系数高的优点，越来越受到广泛关注。但是，降膜式冷凝蒸发器其中关键的部件就是均布器，如果液膜分布不均，换热器的传热性能将急剧恶化，甚至会导致换热器的破坏，因此设计好的均布器十分重要。现有的布膜器结构复杂，且大多未考虑蒸发产生的气体对液膜均布的影响。因此如何降低产生气体对布膜的影响，提高布膜性能，是本领域技术人员亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置。
本发明提供了一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，包括板翅式换热器本体、弧形封头以及外壳体，所述弧形封头设在板翅式换热器本体的顶部，所述板翅式换热器本体和弧形封头均设在外壳体内，且弧形封头顶部设有延伸至外壳体顶部上方的进液管，外壳体上设有用于进液管穿出的通孔，进液管固定在通孔内；
所述弧形封头的下开口处设有一级分布板，一级分布板为中部向上凸的弧形板，所述一级分布板的下方设有二级分布板，二级分布板的下方设有三级分布板，二级分布板和三级分布板均与外壳体的内壁固定连接，所述一级分布板，二级分布板和三级分布板上均设有均匀分布的孔；弧形封头的顶部还设有多个排气孔，所述外壳体的顶部设有至少一个排气管；
所述板翅式降膜换热器本体包括多个依次交替排列的蒸发通道和冷凝通道；多个冷凝通道的顶端均设有分隔板，所述三级分布板的底部固定有多个梯形布膜器，多个梯形布膜器一一对应的设在多个蒸发通道顶端入口的中心。
较佳地，所述一级分布板上均匀布设有一级均布孔，二级分布板上均匀布设有二级均布孔，三级分布板上均匀布设有三级均布孔，所述二级均布孔位于蒸发通道中部的正上方，三级均布孔位于梯形布膜器的两侧。
较佳地，蒸发通道内沿蒸发通道的内侧壁设有内置支撑机构，内置支撑机构上设有用于气体透过的薄膜，且所述薄膜与蒸发通道内壁的间隙为1-3mm，所述内置支撑机构的顶端固定在梯形布膜器的底部，梯形布膜器上还设有与蒸发通道连通的气体导管，所述气体导管的下端穿过梯形布膜器位于蒸发通道内，所述气体导管的另一端延伸至外壳体的外部。
较佳地，内置支撑机构包括沿蒸发通道内壁纵向设置的第一固定框，所述第一固定框上通过连接杆固定有多个第二固定框和多个第三固定框，所述第二固定框和第三固定框均平行于第一固定框，且沿竖直方向均匀间隔布设在第一固定框上，所述第二固定框与蒸发通道内壁的间距为1-3mm，所述第三固定框与蒸发通道内壁的间距为4-6mm，所述薄膜穿设在第二固定框和第三固定框上呈锯齿状分布，薄膜的两端固定在第一固定框上。
较佳地，薄膜为聚氨酯薄膜或聚四氟乙烯。
较佳地，外壳体的侧壁上还设有与冷凝通道相连通的气相入口封头，冷凝通道底部设有液相出口。
较佳地，排气管与排气孔之间还设有用于延长气体流动路径的斜挡液板，所述斜挡液板的上端固定在外壳体的顶部，且挡液板的上端靠近弧形封头的顶部，所述斜挡液板的其它边固定在外壳体的侧壁上，且斜挡液板远离排气孔的一端设有气孔，所述排气管设在斜挡液板的上方且排气管靠近斜挡液板的上端。
较佳地，弧形封头和外壳体的侧壁之间预留有间隙，间隙的下方设有回流板，回流板固定在外壳体的侧壁上，且回流板位于二级分布板的上方，所述弧形封头的底端设有用于回流板上的液体进入弧形封头的缝隙。
较佳地，外壳体的外壁上设有珠光砂保温层。
较佳地，弧形封头的下边缘与第二分布板相接触。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的降膜均布装置的一级均布板为向上凸的弧形板，该结构的高度从中部向两端逐渐降低。因为靠近中间部位的液体流速较快，随着两端腔体高度降低，可以保证弧形封头内腔各位置处的液体动压基本不变，这样使得液膜在一级分布板和二级分布板分布更加均匀；
本发明的梯形布膜器，使得从三级均布孔流下的液体沿着梯形布膜器流入到蒸发通道的表面，保证了液氧更容易在壁面成液膜状下落，提高布膜的可靠性。
本发明薄膜设在内置支撑机构上且第二固定框与蒸发通道内壁的间距为1-3mm，因此沿竖直方向间隔的在蒸发通道内壁以及薄膜之间形成狭窄间隙，使得流下的液体在薄膜的阻挡作用下沿薄膜的宽度方向延展，再次提高布膜效果，且薄膜能阻挡液体但是不影响气体的逸出，因此布膜的液体和蒸发的气体很好的分离，且气体位于蒸发通道中部，液体隔绝在靠近蒸发通道内侧壁的边侧位置，更好的解决了液体上升对布膜效果的影响问题，且减少了气体夹带液体的风险；
本发明对于薄膜与蒸发通道内壁的间隙内少量没有穿出隔膜的气体，在该部分气体有可能会沿间隙上升并进入弧形封头内后，通过斜挡液板增加了气体的流出路径，起到更好地防止液体被气体裹挟溢出的可能性，倾斜设计的回流板能更好地帮助回收的液氧得到重复利用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明降膜均布装置的局部放大结构示意图；
图3为本发明外壳体的俯视图；
图4为本发明降膜均布装置的爆炸图；
图5为本发明内置支撑机构与蒸发通道的位置关系图；
图6为本发明内置支撑机构的结构示意图。
附图标记说明：
1.板翅式换热器本体，101.蒸发通道，102.冷凝通道，103.分隔板，2.弧形封头，3.外壳体，4.进液管，5.一级分布板，6.二级分布板，7.一级均布孔，8.二级均布孔，9.三级分布板，10.三级均布孔，11.梯形布膜器，12.排气孔，13.排气管，14.斜挡液板，15.气孔，16.回流板，18.珠光砂保温层，19.气相入口封头，20.内置支撑机构，21.薄膜，201.第一固定框，202.第二固定框，203.第三固定框，204.连接杆，22.气体导管。
具体实施方式
下面结合附图1-6，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，包括包括板翅式换热器本体1、弧形封头2以及外壳体3，所述弧形封头2设在板翅式换热器本体1的顶部，所述板翅式换热器本体1和弧形封头2均设在外壳体3内，且弧形封头2顶部设有延伸至外壳体3顶部上方的进液管4，外壳体3上设有用于进液管4穿出的通孔，进液管4固定在通孔内；
所述弧形封头2的下开口处设有一级分布板5，一级分布板5为中部向上凸的弧形板，所述一级分布板5的下方设有二级分布板6，二级分布板6的下方设有三级分布板9，二级分布板6和三级分布板9均与外壳体3的内壁固定连接，所述一级分布板5，二级分布板6和三级分布板9上均设有均匀分布的孔；弧形封头2的顶部还设有多个排气孔12，所述外壳体3的顶部设有至少一个排气管13；
所述板翅式降膜换热器本体1包括多个依次交替排列的蒸发通道101和冷凝通道102；多个冷凝通道102的顶端均设有分隔板103，所述三级分布板9的底部固定有多个梯形布膜器11，多个梯形布膜器11一一对应的设在多个蒸发通道101顶端入口的中心。
其中，一级分布板5上均匀布设有一级均布孔7，二级分布板6上均匀布设有二级均布孔8，三级分布板9上均匀布设有三级均布孔10，所述二级均布孔8位于蒸发通道101中部的正上方，三级均布孔10位于梯形布膜器11的两侧。
由于传统应用于单相流体的板翅式换热器采用的翅片结构类型是平翅片、交错形翅片、波纹形翅片和打孔形翅片形式，上述翅片形式并不利于液体的布膜。考虑到提高布膜性能，对蒸发通道101内部结构进行了改进。具体是蒸发通道101内沿蒸发通道101的内侧壁设有内置支撑机构20，内置支撑机构20上设有用于气体透过的薄膜21，所述内置支撑机构20的顶端固定在梯形布膜器11的底部，梯形布膜器11上还设有与蒸发通道101连通的气体导管22，所述气体导管22的下端穿过梯形布膜器11位于蒸发通道内，所述气体导管22的另一端延伸至外壳体3的外部。在蒸发通道101内壁以及薄膜21之间形成间隙，且气体能够透过薄膜进入蒸发通道101中部并通过气体导管22输送至外壳体3的外部；实现液体和气体的分离，更好的解决了液体上升对布膜效果的影响问题。
其中，为了使得蒸发通道101内壁以及薄膜21之间形成间隙内的气体快速扩散，不会因为间隙内产生大量气体而影响布膜效果，因此内置支撑机构20包括沿蒸发通道101内壁纵向设置的第一固定框201，所述第一固定框201上通过连接杆204固定有多个第二固定框202和多个第三固定框203，所述第二固定框202和第三固定框203均平行于第一固定框201，且沿竖直方向均匀间隔布设在第一固定框201上，所述第二固定框202与蒸发通道101内壁的间距为1-3mm，所述第三固定框203与蒸发通道101内壁的间距为4-6mm，所述薄膜21穿设在第二固定框202和第三固定框203上呈锯齿状分布，薄膜21的两端固定在第一固定框201上。
在蒸发通道101内壁以及薄膜21之间在竖直方向间隔一定距离会形成狭窄间隙，使得流下的液体在流经狭窄间隙时，在薄膜21的阻挡作用下沿薄膜21的宽度方向延展，提高布膜效果，同时由于薄膜21呈锯齿形分布，增加了薄膜面积，大大增加了气体的逸出率，更好的解决了气体和液体的分离，降低气体夹带液体的风险。
其中，薄膜21为聚氨酯薄膜或聚四氟乙烯，常温条件下选用聚氨酯薄膜，低温条件下选用聚四氟乙烯。
其中，外壳体3的侧壁上还设有与冷凝通道102相连通的气相入口封头19，冷凝通道102底部设有液相出口。
由于薄膜21与蒸发通道101内壁的间隙内也可能会存在少量没有穿出隔膜的气体，该部分气体有可能会沿间隙上升并进入弧形封头2内，为了避免该部分气体夹带液体，因此在排气管13与排气孔12之间还设有用于延长气体流动路径的斜挡液板14，所述斜挡液板14的上端固定在外壳体3的顶部，且挡液板14的上端靠近弧形封头2的顶部，所述斜挡液板14的其它边固定在外壳体3的侧壁上，且斜挡液板14远离排气孔12的一端设有气孔15，所述排气管13设在斜挡液板14的上方且排气管13靠近斜挡液板14的上端。
其中，弧形封头2和外壳体3的侧壁之间预留有间隙，间隙的下方设有回流板16，回流板16固定在外壳体3的侧壁上，且回流板16位于二级分布板6的上方，所述弧形封头2的底端设有用于回流板16上的液体进入弧形封头2的缝隙。
其中，外壳体3的外壁上设有珠光砂保温层18。
其中，弧形封头2的下边缘与第二分布板6相接触。
以下以主冷凝蒸发器的板翅式换热器为例，阐述本发明的应用原理。主冷凝蒸发器的作用是使来自上塔的液氧和下塔的氮气发生相变换热，液氧蒸发，氮气冷凝，以获得氧气和液氮产品。
如图1和图2所示在蒸发侧，液氧从液体管1进入后，进入弧形封头2中。液氧首先落入到上腔体底部的一级均布板5上。一级均布板5为向上凸的弧形板，该结构的高度从中部向两端逐渐降低。因为靠近中间部位的液体流速较快，随着两端腔体高度降低，可以保证弧形封头2内腔各位置处的液体动压基本不变，这样使得液膜在一级分布板5和二级分布板6分布更加均匀。
需要说明的是图4中将外壳体3设计为包括可拆卸连接的上壳体和下壳体，蒸发通道101和冷凝通道102设在下壳体内，弧形封头2设在上壳体内，图4中示意性的给出了蒸发通道101以及冷凝通道102上方的均布装置的爆炸图。如图4所示，在一级均布板5上均匀开设有一级均布孔7，然后液氧进入二级均布板6上，二级均布板6上开有二级均布孔8，二级均布孔8位置设置在蒸发通道101中部上方。液氧经过二级均布孔8的均布后流到了三级分布板9的上方，三级分布板9上开有三级均布孔10，三级分布板9底部还焊接有梯形布膜器11，梯形布膜器11位于蒸发通道101的入口中部。三级均布孔10位于梯形布膜器11的上方两侧，这样可以使得从三级均布孔10流下的液氧沿着梯形布膜器11流入到蒸发通道101的表面，保证了液氧更容易在壁面成液膜状下落，提高布膜的可靠性。
在冷凝侧，从氮气从气相入口封头19(如图3所示)进入冷凝通道102内，在冷凝通道102的上方设置了分隔板103，起到分隔作用。氮气通过冷凝放热形成液氮，放出的热量被蒸发通道102壁面的液氧液膜吸收后形成气态的氧气，形成的氧气可能会受到浮力的作用向上流动，如果不及时排出的话，会影响液氧正常流动和布膜。为减少上述影响，在弧形封头2的上表面中部位置设置了多个排气孔12(如图4所示)。同时，为减少液氧被氧气夹带飞出，在弧形封头2的上方设置了倾斜的斜挡液板14，并在远离排气孔12的斜挡液板的端部设置了气孔15，气体经过气孔15后经由排气管13排出。上述设计增加了气体的流出长度，起到更好地防止液氧被气体裹挟溢出的可能性。为更好地帮助回收的液氧得到重复利用，设置了倾斜的回流板16(如图1所示)，并在弧形封头2的侧壁底部开回流孔，液氧在重力的作用下重新进入蒸发通道101内进行降膜蒸发，减少了液氧的溢出和损耗。同时，在换热器的外表面设置了导热系数很小的珠光砂保温层18，以减少换热器冷量损失。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，包括板翅式换热器本体（1）、弧形封头（2）以及外壳体（3），所述弧形封头（2）设在板翅式换热器本体（1）的顶部，所述板翅式换热器本体（1）和弧形封头（2）均设在外壳体（3）内，且弧形封头（2）顶部设有延伸至外壳体（3）顶部上方的进液管（4），外壳体（3）上设有用于进液管（4）穿出的通孔，进液管（4）固定在通孔内；
所述弧形封头（2）的下开口处设有一级分布板（5），一级分布板（5）为中部向上凸的弧形板，所述一级分布板（5）的下方设有二级分布板（6），二级分布板（6）的下方设有三级分布板（9），二级分布板（6）和三级分布板（9）均与外壳体（3）的内壁固定连接，所述一级分布板（5），二级分布板（6）和三级分布板（9）上均设有均匀分布的孔；弧形封头（2）的顶部还设有多个排气孔（12），所述外壳体（3）的顶部设有至少一个排气管（13）；
所述板翅式降膜换热器本体（1）包括多个依次交替排列的蒸发通道（101）和冷凝通道（102）；多个冷凝通道（102）的顶端均设有分隔板（103），所述三级分布板（9）的底部固定有多个梯形布膜器（11），多个梯形布膜器（11）一一对应的设在多个蒸发通道（101）顶端入口的中心；
所述一级分布板（5）上均匀布设有一级均布孔（7），二级分布板（6）上均匀布设有二级均布孔（8），三级分布板（9）上均匀布设有三级均布孔（10），所述二级均布孔（8）位于蒸发通道（101）中部的正上方，三级均布孔（10）位于梯形布膜器（11）的两侧；
所述外壳体（3）的外壁上设有珠光砂保温层（18）。
2.如权利要求1所述的可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，所述蒸发通道（101）内沿蒸发通道（101）的内侧壁设有内置支撑机构（20），内置支撑机构（20）上设有用于气体透过的薄膜（21），所述内置支撑机构（20）的顶端固定在梯形布膜器（11）的底部，梯形布膜器（11）上还设有与蒸发通道（101）连通的气体导管（22），所述气体导管（22）的下端穿过梯形布膜器（11）位于蒸发通道内，所述气体导管（22）的另一端延伸至外壳体（3）的外部。
3.如权利要求2所述的可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，所述内置支撑机构（20）包括沿蒸发通道（101）内壁纵向设置的第一固定框（201），所述第一固定框（201）上通过连接杆（204）固定有多个第二固定框（202）和多个第三固定框（203），所述第二固定框（202）和第三固定框（203）均平行于第一固定框（201），且沿竖直方向均匀间隔布设在第一固定框（201）上，所述第二固定框（202）与蒸发通道（101）内壁的间距为1-3mm，所述第三固定框（203）与蒸发通道（101）内壁的间距为4-6mm，所述薄膜（21）穿设在第二固定框（202）和第三固定框（203）上呈锯齿状分布，薄膜（21）的两端固定在第一固定框（201）上。
4.如权利要求2-3任意一项所述的可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，所述薄膜（21）为聚氨酯薄膜或聚四氟乙烯。
5.如权利要求1所述的可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，所述外壳体（3）的侧壁上还设有与冷凝通道（102）相连通的气相入口封头（19），冷凝通道（102）底部设有液相出口。
6.如权利要求1所述的可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，所述排气管（13）与排气孔（12）之间还设有用于延长气体流动路径的斜挡液板（14），所述斜挡液板（14）的上端固定在外壳体（3）的顶部，且挡液板（14）的上端靠近弧形封头（2）的顶部，所述斜挡液板（14）的其它边固定在外壳体（3）的侧壁上，且斜挡液板（14）远离排气孔（12）的一端设有气孔（15），所述排气管（13）设在斜挡液板（14）的上方且排气管（13）靠近斜挡液板（14）的上端。
7.如权利要求1所述的可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，所述弧形封头（2）和外壳体（3）的侧壁之间预留有间隙，间隙的下方设有回流板（16），回流板（16）固定在外壳体（3）的侧壁上，且回流板（16）位于二级分布板（6）的上方，所述弧形封头（2）的底端设有用于回流板（16）上的液体进入弧形封头（2）的缝隙。
8.如权利要求1所述的可提高布膜和排气性能的降膜均布装置，其特征在于，所述弧形封头（2）的下边缘与第二分布板（6）相接触。
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