CN110631391B - 一种干度调控的管壳式相变换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管壳式换热器技术领域，更具体地，涉及一种干度调控的管壳式相变换热器。该换热器包括密封的壳体以及分别设于壳体两端的第一管箱、第二管箱，还包括实现管程流体和壳程流体相互换热的管程通道系统和壳程通道系统。本发明通过在管程通道系统、壳程通道系统中设置相关分液板、调节支路，对换热器内的相变工质进行分流调节，调节管程通道和壳程通道中工质的干度，使工质干度保持在最佳范围内，从而达到高效换热的目的。

Description

一种干度调控的管壳式相变换热器

技术领域

本发明涉及管壳式换热器技术领域，更具体地，涉及一种干度调控的管壳式相变换热器。

背景技术

近年来，随着人们节能意识的不断增强，一些新型相变储能换热设备相继出现，并越来越广泛地应用于太阳房、建筑节能系统、蓄冷空调系统和余热回收系统，其中管壳式换热器是应用较为广泛的一种。管壳式换热器在蒸发换热过程中的工质干度是十分重要的参数，直接影响换热效率。目前的管壳式换热器在蒸发换热过程中对工质干度的调节还缺乏有效的手段，工质在蒸发过程中换热时，沿程工质干度会逐步提高，无法保证每一管程内的工质干度均在最佳范围内，而在冷凝过程中换热时，沿程工质干度会逐步降低，换热性能也会逐渐降低，对换热质量产生较大的影响。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种干度调控的管壳式相变换热器，对换热器内的相变工质进行分流调节，及时补充或抽离相变工质，达到调节工质干度的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种干度调控的管壳式相变换热器，包括密封的壳体以及分别设于壳体两端的第一管箱、第二管箱。

该换热器还包括实现管程流体和壳程流体相互换热的管程通道系统和壳程通道系统，所述管程通道系统包括管程进出口、换热管、管程分液板和隔板，所述管程进出口设于第一管箱或第二管箱，用于管程流体进出换热器；所述换热管贯穿壳体，两端分别连通第一管箱和第二管箱，用于低温工质流动并进行换热；所述管程分液板用于分流管程流体，所述管程分液板、隔板固定于第一管箱或第二管箱，错开换热管的端口设置，用于限制管程流体呈S型路线流动。其中，在管程通道中，当管程中的低温工质干度较高时，通过在管程初端补充饱和液相工质或抽离饱和气相工质，降低低温工质的干度，使管程通道中工质的干度始终保持在最佳干度范围。

另外，所述壳程通道系统包括壳程进出口、壳程分液板和折流板，所述壳程进出口设于壳体，用于壳程流体进出换热器；所述壳体与换热管外壁面之间的空间为壳程流体的流动空间；所述折流板均匀间隔壳程流体的流动空间，用于限制壳程流体呈S型路线流动；所述壳程分液板设于壳体内的边侧，贴近壳程出口，且平行于换热管，用于分流壳程流体。其中，在壳程通道中，当壳程中的高温工质干度降低时，通过在壳程底部安装壳程分液板，分离已经凝结成液体的饱和液相工质，提高壳程中换热物质的干度。

通过这一以上操作，同时调节管程通道系统和壳程通道系统中的流动物质的干度，从而达到高效换热的目的。

进一步地，所述管程通道系统还包括壳外支路，壳外支路两端分别连通第一管箱和第二管箱，用于调节第一管箱、第二管箱中管程流体的混合干度；所述壳外支路设有用于提供管程流体流动压力的泵体。其中，壳外支路用于及时补充饱和液相工质或抽离饱和气相工质，降低低温工质的干度，使管程通道中工质的干度始终保持在最佳干度范围。

进一步地，所述第一管箱、第二管箱由管程分液板或隔板分别成不同空间；所述壳外支路包括第一支路和第二支路，两支路的一端均连接于一侧设有管程进口的空间，另一端连接于另一侧管箱的不同空间。

进一步地，所述管程分液板、壳程分液板均匀设有若干分液孔，同一分液板上的分液孔孔径大小一致。分液孔用于分离已经凝结成液体的饱和液相工质，使工质以两个方向分流。

进一步地，所述壳程分液板呈矩形板，分液孔设于壳程分液板的半侧。为了配合壳程通道系统中的流动空间以及折流板的布置，将壳程分液板设计成仅半侧分布分液孔的结构，以便工质分流流动。

进一步地，所述管程流体为低温工质，所述壳程流体为高温工质。一般地，管程通道起始加入的是低温液相工质，壳程通道起始加入的是高温气相工质，管程通道、壳程通道内的工质在壳体内部换热时会有相变的发生，管程通道内的低温液相工质会逐渐蒸发成气相，壳程通道内的高温气相工质会逐渐冷凝成液相，在此基础上，再通过管程分液板、壳程分液板、壳外支路对各相变工质进行调配，补充或抽离，以调节工质保持最佳干度范围。

进一步地，所述壳体呈卧式圆筒形，所述换热管为铜管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种干度调控的管壳式相变换热器，采用分液板和支路对换热器内的相变工质进行分流调节，调节管程通道和壳程通道中工质的干度，使工质干度保持在最佳范围内，从而达到高效换热的目的。

附图说明

图1是本发明的换热器整体结构示意简图。

图2是管程分液板示意图。

图3是隔板示意图。

图4是壳程分液板示意图。

其中，1壳体，2第一管箱，3第二管箱，4换热管，5管程分液板，6隔板，7壳程分液板，8折流板，9泵体，10第一支路，11第二支路，12分液孔.

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种干度调控的管壳式相变换热器，包括密封的壳体1以及分别设于壳体1两端的第一管箱2、第二管箱3，其中壳体1呈卧式圆筒形。

具体地，本实施例还包括实现管程流体和壳程流体相互换热的管程通道系统和壳程通道系统，为了方便描述，图中管程通道系统各点标记有a、b、b1、b2、c、c1、d、e、f、g、g1、h、i、j，壳程通道系统各点标记有A、B、C、D，进一步地，起始加入的管程流体为低温工质，起始加入的壳程流体为高温工质。

其中，管程通道系统包括管程进出口、换热管4、管程分液板5和隔板6，本实施例中，管程进出口均设于第一管箱2，具体地，管程进口设于第一管箱2上部a处，管程出口设于第一管箱2下部j处，用于管程流体进出换热器。

具体地，本实施例包括若干平行设置的换热管4，换热管4为铜管，换热管4贯穿壳体1，两端分别连通第一管箱2和第二管箱3，用于低温工质流动并进行换热。

具体地，管程分液板5均匀设有若干孔径大小一致的分液孔，用于分流管程流体，本实施例中，管程分液板5设于第一管箱2上部，错开两道换热管4的端口设置，如图2-3所示，同时，第一管箱2下部设有隔板6，隔板6同样错开两道换热管4的端口设置。另外，第二管箱3中部也设有隔板6，隔板6同样错开两道换热管4的端口设置。因此，管程流体的主体流动路线为：从管程进口流入，经换热管4、管程分液板5、隔板6的限制，呈S型线路流动，最后从管程出口流出，具体地流向标记为，a-b、b-c、c-d、d-e、e-f、f-g、g-h、h-i、i-j，由于管程分液管的作用，部分管程流体沿b-e流动分离，达到分流调节干度的作用。

另外，管程通道系统还包括壳外支路，壳外支路用于调节第一管箱2、第二管箱3中管程流体的混合干度，壳外支路还设有用于提供管程流体流动压力的泵体9。具体地，壳外支路包括第一支路10和第二支路11，如图1所示，第一支路10一端连接于第一管箱2上部，管程进口处的空间位置，另一端则连接于第二管箱3上部，具体流向为b2-c1。同时第二支路11也是一端连接于第一管箱2上部，管程进口处的空间位置，但其另一端连接于第二管箱3下部，具体流向为g1-b1。第一管箱2上、下部由隔板6分离开来，互不干涉。

另一部分，壳程通道系统包括壳程进出口、壳程分液板7和折流板8，壳程进口设于壳体1上部A处，壳程出口设于壳体1下部D处，用于壳程流体进出换热器。具体地，壳体1与换热管4外壁面之间的空间为壳程流体的流动空间，折流板8则均匀间隔壳程流体的流动空间，用于限制壳程流体呈S型路线流动，具体地流向如图1所示，沿箭头方向ABCD流动。另外，壳程分液板7设于壳体1内的下部边侧，贴近壳程出口，且平行于换热管4，用于分流壳程流体。壳程分液板7呈矩形板，均匀设有若干孔径大小一致的分液孔，本实施例中，壳程分液板7分液孔设于壳程分液板7的半侧，如图4所示。

管程通道起始加入的是低温液相工质，壳程通道起始加入的是高温气相工质，在管程通道中，工质从管程进口a流入，并在第一管箱2上部b进行分流，其流路分为三路，第一路为管程分液板5流路b-e，低温工质通过管程分液板5上的分液孔进入e。第二路为第一支路10即b2-c1，低温工质通过泵体9被抽送至第二管箱3上部c。第三路为换热管流路b-c，低温工质在流入换热管流路前b处与第二支路11出口b1的低温工质混合，随后流入换热管流路b-c与壳程通道系统内的高温工质进行换热。

进一步地，低温工质在换热管流路b-c完成换热后，从c处流出，并与第一支路10出口c1的低温工质混合，再进入换热管流路d-e换热。该部分工质在换热管流路d-e换热后在换热管流路出口e处与管程分液板流路b-e流入的工质充分混合，再流入换热管流路f-g换热。完成换热后的工质在换热管流路出口g进行分流，第一路为第二支路11即g1-b1，第二路为换热管流路h-i，低温工质在换热管流路h-i完成换热后从管程出口j处流出，完成整个管程通道系统的换热过程。

具体地，第一支路10即b2-c1内流动的低温工质，是饱和液相工质，该支路的工质与换热管4流路b-c流出的低温工质混合，从而使混合后的工质干度在合适范围内。同理，第二支路11即g1-b1内流动的低温工质，使饱和气相工质，该支路的工质与管程进口的低温工质混合，从而使混合后的工质干度在最佳范围内。由于工质在换热管4中流动有一定的压力损失，所以需要添加一个泵适度提高支路间工质的压力，从而实现第一支路10、第二支路11工质流动的目的。

在壳程中，高温工质从壳程进口A处流入，并根据壳程内折流板8摆放的位置规律流动，每流经换热器下方时流路均分成两路，其中一路流至壳程分液板B处、C处，另一路在壳程内继续流动B-C、C-D，最终从壳程出口D处流出。

管程通道、壳程通道内的工质在壳体1内部换热时会有相变的发生，管程通道内的低温液相工质会逐渐蒸发成气相，壳程通道内的高温气相工质会逐渐冷凝成液相，在此基础上，再通过管程分液板5、壳程分液板7、壳外支路对各相变工质进行调配，补充或抽离，以调节工质保持最佳干度范围。相比于现有的管壳式换热器，该换热器通过合理设计各分液隔板6上小孔的孔径、各支路的位置、各支路管径的大小及两个泵的功率，在管程通道中抽离饱和气相工质或补充饱和液相工质，在壳程通道中抽离饱和液相工质，最终达到调节各通道工质干度的目的，最终实现高效换热。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种干度调控的管壳式相变换热器，包括密封的壳体(1)以及分别设于壳体(1)两端的第一管箱(2)、第二管箱(3)，其特征在于：还包括实现管程流体和壳程流体相互换热的管程通道系统和壳程通道系统，

所述管程通道系统包括管程进出口、换热管(4)、管程分液板(5)和隔板(6)，所述管程进出口设于第一管箱(2)，用于管程流体进出换热器；所述换热管(4)贯穿壳体(1)，两端分别连通第一管箱(2)和第二管箱(3)，用于低温工质流动并进行换热；所述管程分液板(5)用于分流管程流体，所述第一管箱(2)设置了管程分液板(5)和隔板(6)，所述第二管箱(3)设置了隔板(6)，管程分液板(5)和隔板(6)均错开换热管(4)的端口设置，用于限制管程流体呈S型路线流动；

所述壳程通道系统包括壳程进出口、壳程分液板(7)和折流板(8)，所述壳程进出口设于壳体(1)，用于壳程流体进出换热器；所述壳体(1)与换热管(4)外壁面之间的空间为壳程流体的流动空间；所述折流板(8)均匀间隔壳程流体的流动空间，用于限制壳程流体呈S型路线流动；所述壳程分液板(7)设于壳体(1)内的边侧，贴近壳程出口，且平行于换热管(4)，用于分流壳程流体；

所述管程通道系统还包括壳外支路，壳外支路两端分别连通第一管箱(2)和第二管箱(3)，用于调节第一管箱(2)和第二管箱(3)中管程流体的混合干度；所述壳外支路设有用于提供管程流体流动压力的泵体(9)；

所述第一管箱(2)和第二管箱(3)由管程分液板(5)或隔板(6)成不同空间；所述壳外支路包括第一支路(10)和第二支路(11)，两支路的一端均连接于一侧设有管程进口的空间，另一端连接于另一侧管箱的不同空间。

2.根据权利要求1所述的一种干度调控的管壳式相变换热器，其特征在于：所述管程分液板(5)、壳程分液板(7)均匀设有若干分液孔(12)，同一分液板上的分液孔(12)孔径大小一致。

3.根据权利要求2所述的一种干度调控的管壳式相变换热器，其特征在于：所述壳程分液板(7)呈矩形板，分液孔(12)设于壳程分液板(7)的半侧。

4.根据权利要求1所述的一种干度调控的管壳式相变换热器，其特征在于：所述管程流体起始为低温工质，所述壳程流体起始为高温工质。

5.根据权利要求1所述的一种干度调控的管壳式相变换热器，其特征在于：所述壳体(1)呈卧式圆筒形，所述换热管(4)为铜管。

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