CN112013573A - 一种管内渗流蒸发式冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管内渗流蒸发式冷凝装置，包括换热管组、上蓄水池、下蓄水池及风机，换热管组设置在上蓄水池和下蓄水池之间，在上蓄水池和下蓄水池之间设置有蒸发水循环泵，风机设置在上蓄水池上部。蓄水池与换热器主体间由隔板隔离，形成工质流动的壳侧腔体，换热管内为渗流水贴壁下流，工质在管外流动，空气与水在管内进行热湿交换。换热管高出上蓄水池水面，且不探入下蓄水池水面以下，换热管下部与大气连通，在风机的作用下可行成一个自下而上的空气通道。本冷凝装置可减少水泵的能耗，将被需要冷凝的工质换到管外壳侧流动，相较于传统蒸发式冷凝装置大大减小流动阻力，还可大大减少工质泵消耗的能量，并且换热管束更易于布置。

Description

一种管内渗流蒸发式冷凝装置

技术领域

本发明属于能源综合利用领域，涉及换热器技术，尤其是一种管内渗流蒸发式冷凝装置。

背景技术

利用中低温地热资源进行ORC地热发电以及制冷、供暖是目前较好的节能手段，冷却系统是制冷(热泵)循环及ORC循环中的关键部分，目前应用较多的风冷与水冷式都由于其各自的缺点造成冷却系统能耗过高。而蒸发式冷凝装置利用了水与空气的热湿交换，由于是潜热换热，其换热面积小、用水量小且节约能耗，较风冷和水冷式冷凝装置具有显著优点。现有的蒸发式冷凝装置为工质在管内流动，外部喷淋水对其进行冷却。

现有技术中传统的蒸发式冷凝装置工质是在管内流动，存在以下缺点：工质由乏汽变为液态比容变化较大，冷却装置布管较为困难；工质管内流动造成流动阻力加大，一般是壳侧流动阻力的10倍左右，所以要保持循环工质流动，则不可避免的需提高工质侧泵功，进而也增加了热泵系统所需的能耗；而改变冷凝装置结构会对换热效率有影响，因此，现有的蒸发式冷凝装置存在节能改进空间。

针对风冷、水冷式以及传统蒸发式冷凝装置的上述缺点，考虑到制冷循环中工质在流出冷凝装置之后会进入节流装置，节流装置会完成降压过程，因此冷凝装置中工质侧对压降要求不高，同时尽可能降低冷凝装置中工质阻力来减小泵功，从而提高蒸发式冷凝装置换热效率，进而提高热泵循环效率，降低制冷及供暖过程中的能耗。本专利申请提出一种新型管内渗流蒸发式冷凝装置，对传统蒸发式冷凝装置的结构进行改造，使得冷却水在管内与空气进行热湿交换，提出了一种管内渗流的蒸发式冷凝装置。

通过对现有公开专利文献的检索，发现以下几篇技术相关公开专利文献：

1、一种水预冷型蒸发式冷凝装置(公开号：CN110006273B)：包括喷淋水机构、换热盘管、第一脱水器、轴流风机和集水池，其中喷淋水机构、换热盘管和集水池由上到下依次设置，轴流风机设置在喷淋水机构的侧方，集水池通过循环水泵和喷淋水机构相连通，所述第一脱水器位于所述换热盘管的朝向所述轴流风机的一侧，换热盘管的下方从上到下依次设置有若干个筛孔板，且所有筛孔板呈“之”字形分布，筛孔板上开设有若干个筛孔，筛孔板的侧方设置有第二脱水器，且第二脱水器位于第一脱水器的下方。本发明提供一种水预冷型蒸发式冷凝装置，在保证冷却效果的同时简化了冷凝装置结构，安装和维护都更为简单。

2、一种蒸发式冷凝装置(公开号：CN210663475U)：公开了一种蒸发式冷凝装置，包括冷凝箱，所述的冷凝箱上方和左侧设置有风扇，冷凝箱左侧设置有风扇，对制冷剂和冷凝水进行辅助降温，减少冷凝水蒸发的消耗，更加环保；所述的风扇下方设置有进水阀，所述的进水阀下方设置有空气阀门，当设备长期工作时，冷却水的温度会升高，打开空气阀门通入相对低温的空气进行降温；冷却水管连接有喷淋装置，所述的喷淋装置下方设置有制冷剂入口，所述的制冷剂入口连接有冷凝盘管。采用此设计结构，解决了长期工作时，冷凝装置内部的冷却水温度过高，导致冷凝效果不佳的问题，喷淋水管为十字型结构，冷凝盘管为螺旋形结构，增大制冷剂的流动时间，增大换热面积，提高冷却效率。

3、一种蒸发式冷凝装置及其冷却水循环机构(公开号：CN210070306U)，一种蒸发式冷凝装置及其冷却水循环机构，该蒸发式冷凝装置包括冷却水循环机构，该冷却水循环机构包括冷却水循环管和换热盘管，所述冷却水循环管的冷却水入口与所述蒸发式冷凝装置的冷却水泵连接，所述冷却水循环管的冷却水出口设置在所述蒸发式冷凝装置的循环水箱上方，所述冷却水循环管包括顺序连接的多个套管，每个所述套管的两端分别设置有进水口和出水口，所述套管套设在所述换热盘管外，且与所述换热盘管同轴设置，所述套管与所述换热盘管之间具有间隙，每个所述套管的进水口与前一所述套管的出水口连接，制冷剂在所述换热盘管内流动，冷却水自上而下在所述套管与所述换热盘管之间的间隙内流动。

通过技术特征对比，上述公开专利文献与本发明专利相比较虽然解决技术问题有相似之处，但具有区别技术特征，且该区别技术特征及该区别技术特征所产生的技术效果并没有在上述公开专利文献中记载。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种管内渗流蒸发式冷凝装置，基于传统的蒸发冷凝系统，改造换热管内为渗流水贴壁下流，工质在管外流动，空气与水在管内进行热湿交换。冷凝装置主体由上、下蓄水池及中间换热器主体组成，蓄水池与换热器主体间由隔板隔离，另外换热管浸没在上蓄水池的管段上开有渗流孔，冷却水渗入沿换热管壁自上而下流动，因此在换热管内实现热湿交换过程，与管外工质换热。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种管内渗流蒸发式冷凝装置，包括换热管组、上蓄水池、下蓄水池及风机，所述的换热管组设置在上蓄水池和下蓄水池之间，在上蓄水池和下蓄水池之间设置有蒸发水循环泵，所述的风机设置在上蓄水池上部，所述的换热管组通过隔板与上蓄水池和下蓄水池分隔，隔板所形成的空腔一端设置有工质入口套管，另一端设置有工质出口套管。

而且，所述的换热管组由若干单元换热管连通组合而成，每个单元换热管的入口与上蓄水池连通，每个单元换热管的出口与下蓄水池连通。

而且，在所述单元换热管的入口处，在距离上蓄水池底部纵向开设有若干个渗流孔，在渗流孔的两侧，单元换热管入口端设置有渗流水液膜。

而且，在下蓄水池的两侧设置有出风口。

而且，所述的单元换热管为铜制材质为。

而且，工质入口套管和工质出口套管两段铸铁管通过螺纹连接在换热管组外。

而且，工质入口套管和工质出口套管中均安装液位计，工质入口套管处安装电动阀门，通过气态工质冷凝为液态工质的液位高度对冷凝装置进行调节，当液位高度低于设定高度下限时，增大风机风量、增大工质泵的流量，及时带走热量并加速冷凝，以维持冷凝装置中工质液位高度。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明由于冷却水是通过小孔渗入管内，相比于传统蒸发式冷凝装置的需水量要小得多，并且水是在管内依靠重力流动，只需要将水从下水槽泵入上水槽中，水泵可以间歇运行，而传统蒸发式冷凝装置管外需要相对较多的冷却水不停地喷淋进行冷却，需要克服管道沿程阻力、局部阻力，并且水泵持续工作。因此本冷凝装置可减少水泵的能耗，将被需要冷凝的工质换到管外壳侧流动，相较于传统蒸发式冷凝装置大大减小流动阻力，还可大大减少工质泵消耗的能量，并且换热管束更易于布置。

2、本发明中冷却水的流动不需要水泵驱动，是靠重力自流，而水冷式冷凝装置依靠水的显热换热，冷却塔为冷凝装置提供冷却水，由于冷却塔与冷凝装置间的距离往往是较远的，因此需要较大扬程的冷却水泵，风冷系统由于其换热系数很低，风机的耗电量很大，因此与水冷式、风冷式冷凝装置相比，故本发明有很大的节能效果。

3、本发明基于传统的蒸发冷凝系统，区别于传统的蒸发式冷凝装置的创新点在于：本冷凝装置的换热管内为渗流水贴壁下流，工质在管外流动，空气与水在管内进行热湿交换。冷凝装置主体由上、下蓄水池及中间换热器主体组成，蓄水池与换热器主体间由隔板隔离，形成工质流动的壳侧腔体。换热管依次穿过上蓄水池和换热器主体，与下蓄水池联通。换热管高出上蓄水池水面，且不探入下蓄水池水面以下，换热管下部与大气连通，在风机的作用下可行成一个自下而上的空气通道。另外换热管浸没在上蓄水池的管段上开有渗流孔，冷却水渗入沿换热管壁自上而下流动，因此在换热管内实现热湿交换过程，与管外工质换热。

4、本发明在工作时，水泵将下水槽内的水循环泵入上水槽内，上水槽内的水没过换热管的小孔并通过渗流孔进入管内，同时上部的风机开始抽吸将外部空气吸入换热管内，与管内的渗流水进行热湿交换。换热管外部腔体内的热工质从上部流进，与换热管接触后被冷却从下侧出口流出，完成蒸发冷却过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(局部剖)；

图2为图1中A部换热管结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种管内渗流蒸发式冷凝装置，如图1所示，包括换热管组、上蓄水池1、下蓄水7池及风机2，所述的换热管组设置在上蓄水池和下蓄水池之间，在上蓄水池和下蓄水池之间设置有蒸发水循环泵5，所述的风机设置在上蓄水池上部。

所述的换热管组通过隔板8与上蓄水池和下蓄水池分隔，隔板所形成的空腔一端设置有工质入口套管4，另一端设置有工质出口套管9，所述的换热管组由若干单元换热管3组合而成，每个单元换热管的入口与上蓄水池连通，每个单元换热管的出口与下蓄水池连通。

如图2所示，在所述单元换热管的入口处，在距离上蓄水池底部纵向开设有若干个渗流孔3-1，在渗流孔的两侧，单元换热管入口端设置有渗流水液膜3-2。

在下蓄水池的两侧设置有出风口6。

冷却水由自来水补给，经过下蓄水池、蒸发水循环泵与渗流孔流入换热管组，在单元换热管内壁形成水膜，在风机的作用下，水膜与空气进行热湿交换，实现冷却过程，风机变频控制以调节蒸发水量。

本发明的换热管材质为铜制，重量较轻，同时有良好的导热性能。有效换热段外由工质套管中的热工质与其进行换热，工质套管为两段铸铁管通过螺纹连接在换热管组外。单元换热管上方的渗流孔是为蒸发冷却段提供充足的渗流水，通过调节上蓄水池内液位高低改变水压大小来控制渗流水量的大小，液位的高度由不同高度溢流孔来调节。

本发明在工质入口套管和工质出口套管中均安装液位计，工质入口套管处安装电动阀门，通过气态工质冷凝为液态工质的液位高度对冷凝装置进行调节。当液位高度低于设定高度下限时，增大风机风量、增大工质泵的流量，及时带走热量并加速冷凝，以维持冷凝装置中工质液位高度。

本发明中的风机、蒸发水循环泵、以及为实现调节功能安装的电动阀门、传感器、控制器与执行器均为市面上符合参数规格要求的现有部件。

本发明提供的一种管内渗流蒸发式冷凝装置的运行方式是：自来水向下蓄水池中补水，通过蒸发水循环泵将下蓄水池中的冷却水泵入上蓄水池，再流经渗流孔进入换热管，换热管上方的风机将空气吸入换热管，与冷却水进行热湿交换实现冷却过程。尚未蒸发完全的冷却水通过换热管流回下蓄水池，与自来水补水一同泵入上蓄水池，如此循环进行冷却过程。需要冷却的工质在换热管外部腔体中流动，与换热管进行热交换。通过对冷凝装置内部热工质的液位高度监测，对热工质流量、风机风量、循环水泵的流量进行调节，以达到最佳的换热效果。

本发明一种管内渗流蒸发式冷凝装置，即将被冷却工质移至壳侧腔体内流动，可以大大减小工质的流动阻力，冷却水则通过换热管束上的小孔渗流入管内，这与传统蒸发式冷凝装置相比大大减小冷却水流量进而减少水泵能耗。

由于在制冷(热泵)循环中，有节流装置承担了为工质降压的过程，在冷凝装置中工质不需要有过多的压降，因此本发明工质侧低压降、低阻力的特点使其不仅适用于ORC地热发电中，在制冷、供暖方面适用性更强。同时，本发明还可应用于其他需要冷却的场所当中。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种管内渗流蒸发式冷凝装置，其特征在于：包括换热管组、上蓄水池、下蓄水池及风机，所述的换热管组设置在上蓄水池和下蓄水池之间，在上蓄水池和下蓄水池之间设置有蒸发水循环泵，所述的风机设置在上蓄水池上部，所述的换热管组通过隔板与上蓄水池和下蓄水池分隔，隔板所形成的空腔一端设置有工质入口套管，另一端设置有工质出口套管。

2.根据权利要求1所述的一种管内渗流蒸发式冷凝装置，其特征在于：所述的换热管组由若干单元换热管连通组合而成，每个单元换热管的入口与上蓄水池连通，每个单元换热管的出口与下蓄水池连通。

3.根据权利要求2所述的一种管内渗流蒸发式冷凝装置，其特征在于：在所述单元换热管的入口处，在距离上蓄水池底部纵向开设有若干个渗流孔，在渗流孔的两侧，单元换热管入口端设置有渗流水液膜。

4.根据权利要求1所述的一种管内渗流蒸发式冷凝装置，其特征在于：在下蓄水池的两侧设置有出风口。

5.根据权利要求3所述的一种管内渗流蒸发式冷凝装置，其特征在于：所述的单元换热管为铜制材质为。

6.根据权利要求1所述的一种管内渗流蒸发式冷凝装置，其特征在于：工质入口套管和工质出口套管两段铸铁管通过螺纹连接在换热管组外。

7.根据权利要求6所述的一种管内渗流蒸发式冷凝装置，其特征在于：工质入口套管和工质出口套管中均安装液位计，工质入口套管处安装电动阀门，通过气态工质冷凝为液态工质的液位高度对冷凝装置进行调节，当液位高度低于设定高度下限时，增大风机风量、增大工质泵的流量，及时带走热量并加速冷凝，以维持冷凝装置中工质液位高度。

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