CN113739598A - 一种调节型换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调节型换热器，包括冷凝器主体，冷凝器主体设有相互连通的冷凝区和凝水区；多个冷凝单元，每个冷凝单元均包括支流管道和超亲水导流壁；支流管道设有可调节流量的喷射口，喷射口朝所述超亲水导流壁的两侧喷射，各冷凝单元的超亲水导流壁相互间隔地设置在冷凝区中。本发明提供的调节型换热器，采用超亲水材料为超亲水导流壁，使喷到其表面的冷却水快速沿整个超亲水导流壁表面铺展开，水膜使相邻超亲水导流壁之间存在一定间距构成蒸汽冷却通道，起到增强换热面积，强化换热和缩短蒸汽主要冷凝通道长度的功能，而且通过可调节流量的喷射口用来调控冷却水流量，使其与蒸汽冷凝所需流量相匹配，保证冷凝过程的平衡。

Description

一种调节型换热器

技术领域

本发明涉及冷凝换热领域，尤其涉及一种调节型换热器。

背景技术

随着电厂发电量的逐渐提高，其蒸汽冷凝器尺寸也逐渐增大，因此迫切需要提高蒸汽冷凝器的换热能力。传统的蒸汽冷凝器可分为管壳式间接冷凝器和混合式冷凝器。其中，管壳式间接冷凝器采用的是蒸汽走壳侧，冷却水走管侧的间接换热方式，总换热系数较低，体积很大；而混合式冷凝器则采用蒸汽和冷却水直接接触冷凝的相变换热方式，换热系数很高，可以有效减少冷凝器体积。

当前存在的电厂内使用的混合式冷凝器，如图1和图2所示，其为了形成稳定的水膜1，在冷凝器内部中间位置会安置有水室2，通过外部泵设备为其内部补水，水室2上则安装有喷嘴3，喷嘴3的作用就是将喷出的水形成水膜1，水膜1与水膜1之间就构成了蒸汽的冷却通道，蒸汽在其中流过则会直接与水膜1接触发生相变冷凝换热，具有很高的换热系数。

然而，由于当前的混合式冷凝器的水室相对体积比较大，占据了冷凝器内部的很大一部分换热空间，使得现在的冷凝器需要更大的体积来弥补水室占据的空间才能保证其具有足够的换热面积。同时，当前的冷凝器在进行变工况运行时，由于蒸汽进汽量发生了改变，不仅导致冷却水量发生变化，这就造成了冷凝过程控制不平稳，需要不断调节冷却水量来逐渐匹配换热系数和换热量，控制策略相对复杂。

发明内容

本发明实施例提供一种调节型换热器，以解决现有冷凝器水室较大，需要较大的体积来保证其换热面积问题的同时，保证冷凝过程的平衡。

本发明实施例提供一种调节型换热器，包括：

冷凝器主体，所述冷凝器主体设有相互连通的冷凝区和凝水区；所述冷凝区设有蒸汽进口，所述凝水区设有凝水出口；

多个冷凝单元，每个所述冷凝单元均包括：支流管道和超亲水导流壁；所述支流管道设有可调节流量的喷射口，所述喷射口朝所述超亲水导流壁的两侧喷射，各所述冷凝单元的所述超亲水导流壁相互间隔地设置在所述冷凝区中。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述支流管道包括：

外套筒，所述外套筒的一侧设有第一缺口；

与所述外套筒同轴设置的内套筒，所述内套筒可转动地设置在所述外套筒内，所述内套筒的一侧设有与所述第一缺口相对的第二缺口；在所述内套筒相对所述外套筒旋转至所述第一缺口与所述第二缺口至少部分重合的状态下，所述第一缺口和所述第二缺口构成所述喷射口。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述冷凝单元还包括：

旋转挡板，所述旋转挡板可转动地连接在所述外套筒上，所述旋转挡板适于在打开状态和关闭状态间切换；

在所述打开状态，所述旋转挡板与所述超亲水导流壁平行，所述第一缺口与所述第二缺口完全重合；

在所述关闭状态，所述旋转挡板至少部分遮挡在相邻所述超亲水导流壁之间，所述第一缺口与所述第二缺口至少部分不重合。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述冷凝单元还包括：

驱动机构，所述驱动机构的转动端与所述外套筒连接，用于驱动所述外套筒沿其轴向相对所述内套筒旋转；和/或，

所述驱动机构的转动端与所述内套筒连接，用于驱动所述内套筒沿其轴向相对所述外套筒旋转。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述调节型换热器还包括：进水总管道；所述进水总管道与每个所述冷凝单元的所述支流管道连通。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述冷凝器主体中设有隔板，所述隔板将所述冷凝器主体分隔成所述冷凝区和所述凝水区，所述隔板上设有通孔，所述冷凝区通过所述通孔与所述凝水区连通。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述冷凝单元还包括：

上部连杆，所述上部连杆嵌入所述支流管道中；

底部连杆，所述底部连杆与所述隔板连接；各所述超亲水导流壁的顶端穿过对应的所述喷射口与所述上部连杆连接，各所述超亲水导流壁的底端通过对应的所述底部连杆与所述隔板连接。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述喷射口呈长条状地设置在所述支流管道上。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，各所述冷凝单元的所述超亲水导流壁均竖直且并排地设置在所述冷凝区中。

根据本发明一个实施例提供的调节型换热器，所述超亲水导流壁为超亲水导流薄膜。

本发明实施例提供的调节型换热器，取消了传统混合式冷凝器占用空间较大的水室结构，采用超亲水材料作为超亲水导流壁，可使喷到其表面的冷却水快速沿整个超亲水导流壁表面铺展开，从而使超亲水导流壁表面的水膜更均匀和更连续稳定，水膜使相邻超亲水导流壁之间存在一定间距构成蒸汽冷却通道，可实现未冷凝蒸汽的最终冷凝，起到增强换热面积，强化换热和缩短蒸汽主要冷凝通道长度的功能，具有更大的换热面积，在相同换热功率需求下，体积比传统混合式冷凝器要小。而且通过可调节流量的喷射口可用来调控冷却水流量，使其与冷凝功率发生改变后的蒸汽冷凝所需流量相匹配，保证冷凝过程的平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中混合式冷凝器的正视图；

图2是现有技术中混合式冷凝器的左视图；

图3是本发明一实施例提供的调节型换热器的正视图；

图4是本发明一实施例提供的调节型换热器的左视图；

图5是本发明一实施例提供的冷凝单元的示意图；

附图标记：1、水膜；2、水室；3、喷嘴；4、冷凝单元；41、超亲水导流壁；42、支流管道；421、喷射口；422、外套筒；423、内套筒；43、上部连杆；44、底部连杆；45、旋转挡板；46、驱动机构；5、冷凝器主体；51、冷凝区；511、蒸汽进口；52、凝水区；521、凝水出口；53、隔板；531、通孔；6、进水总管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本发明提供一种调节型换热器，该调节型换热器主要作为冷凝器使用，如图3至图5所示，该调节型换热器包括：冷凝器主体5和冷凝单元4。

其中，冷凝器主体5设有冷凝区51和凝水区52。冷凝区51与凝水区52连通，冷凝区51一般位于凝水区52的上方，冷凝区51设有蒸汽进口511，用于导入蒸汽冷凝换热，凝水区52设有凝水出口521，凝水区52则用于配合冷凝区51。

冷凝单元4的数量可依据冷却效果进行增加或减少，本实施例中，冷凝单元4设有多个，每个冷凝单元4均包括：支流管道42和超亲水导流壁41。超亲水导流壁41由亲水材料制成，超亲水导流壁采用超亲水导流薄膜，例如纳米二氧化硅和特殊的超亲水功能性基团，具有超亲水特性。支流管道42设有可调节流量的喷射口421。喷射口421朝超亲水导流壁41的两侧喷射，从而喷射口421喷射出的冷却水可直接喷射在对应的超亲水导流壁41上，可使喷到超亲水导流壁41表面的冷却水快速沿整个超亲水导流壁41表面铺展开形成水膜。通过调节喷射口421的流量可用来调控冷却水流量，使其与冷凝功率发生改变后的蒸汽冷凝所需流量相匹配，保证冷凝过程的平衡。各冷凝单元4的超亲水导流壁41相互间隔地设置在冷凝区51中，使相邻超亲水导流壁41之间存在一定间距构成蒸汽冷却通道。

该紧凑型凝汽器利用蒸汽和冷却水直接接触相变进行冷凝换热。冷凝区51内设置有多个冷凝单元4，相邻冷凝单元4中的支流管道42和超亲水导流壁41相互配合。

不需要工作时，喷射口421关闭。工作过程中，喷射口421打开，冷却水进入支流管道42，从支流管道42的喷射口421喷出，喷射到超亲水导流壁41的表面上，在超亲水导流壁41的表面形成很薄的一层水膜，由于相邻的两个超亲水导流壁41之间存在着很小的间距，在相邻两个水膜之间形成蒸汽的冷却通道。

在需要对蒸汽进行冷凝时，蒸汽从蒸汽进口511进入冷凝区51，经分流后的蒸汽进入蒸汽的冷却通道，并与超亲水导流壁41形成的水膜进行直接接触相变冷凝换热，从而在冷凝区51形成凝水。最终凝水流入凝水区52，由凝水出口521抽出。冷凝的过程中，可通过调节喷射口421的开度调节冷却水流量，使其与冷凝功率发生改变后的蒸汽冷凝所需流量相匹配，保证冷凝过程的平衡。

本发明实施例提供的调节型换热器，取消了传统混合式冷凝器占用空间较大的水室结构，采用超亲水材料作为超亲水导流壁，可使喷到其表面的冷却水快速沿整个超亲水导流壁表面铺展开，从而使超亲水导流壁表面的水膜更均匀和更连续稳定，水膜使相邻超亲水导流壁之间存在一定间距构成蒸汽冷却通道，可实现未冷凝蒸汽的最终冷凝，起到增强换热面积，强化换热和缩短蒸汽主要冷凝通道长度的功能，具有更大的换热面积，在相同换热功率需求下，体积比传统混合式冷凝器要小。而且通过可调节流量的喷射口可用来调控冷却水流量，使其与冷凝功率发生改变后的蒸汽冷凝所需流量相匹配，保证冷凝过程的平衡。

在本发明提供的一实施例中，如图3和图5所示，支流管道42包括：外套筒422和与外套筒同轴设置的内套筒423。

其中，外套筒422的一侧设有第一缺口。内套筒423可转动地设置在外套筒422内，内套筒423的一侧设有与第一缺口相对的第二缺口。在内套筒423相对外套筒422旋转至第一缺口与第二缺口至少部分重合的状态下，第一缺口和第二缺口构成喷射口421，通过调节重合部分的面积即可调节喷射口421的大小，进而可调节冷却水流量。

为便于用户控制，冷凝单元4还设有驱动机构46，驱动机构46的转动端与外套筒422连接，用于驱动外套筒422相对内套筒423旋转，通过外套筒422的旋转调节喷射口421的大小。

该驱动机构46的转动端也可与内套筒423连接，用于驱动内套筒423沿其轴向相对外套筒422旋转，通过内套筒423的旋转调节喷射口421的大小

进一步地，该驱动机构46的转动端也可同时与内套筒423和外套筒422连接，同时驱动二者相对转动来调节喷射口421的大小。

冷凝单元4还包括：旋转挡板45，旋转挡板45通过齿轮结构的啮合可转动地连接在外套筒422上。通过旋转挡板45与外套筒422相对位置的改变，旋转挡板45可在打开状态和关闭状态间切换。

旋转挡板45处于打开状态时，旋转挡板与超亲水导流壁平行，蒸汽可直接进入冷却通道，第一缺口与第二缺口完全重合，喷射口421处于完全打开的状态。旋转挡板45处于关闭状态时，旋转挡板45至少部分遮挡在相邻超亲水导流壁41之间，用于减少进入冷却通道的蒸汽，第一缺口与第二缺口至少部分不重合，以保证蒸汽与冷却水的匹配。当旋转挡板45完全遮挡在相邻超亲水导流壁41之间时，即可关闭冷却通道，同时外套筒422遮挡住内套筒423的第二缺口，喷射口421关闭。

由于旋转挡板45与外套筒422连接，在通过驱动机构46的转动端与外套筒422连接的情况下，可通过外套筒422的旋转来控制旋转挡板45的转动。

具体地，本实施例中，外套筒422外表面采用齿轮结构，该齿轮结构与安装有一端为小齿轮结构的旋转挡板45进行齿轮啮合传动，当外部电机(驱动机构46)驱动内套筒423转动时，外套筒422也会同时跟随发生转动，则其通过齿轮啮合导致旋转挡板45也发生转动，最终当外套筒422和内套筒423将喷射口关闭时，外部的旋转挡板45也逆时针旋转了90°，使得旋转挡板45压到相邻支流管道42上，实现该蒸汽冷却通道的关闭，这样当冷凝器换热功率降低导致蒸汽流量减少时，通过关闭冷凝器内部相邻水膜间形成的蒸汽冷却通道，减少蒸汽冷却通道，使得蒸汽只能通过其他蒸汽冷却通道流过，这样就能保证在其他蒸汽冷却通道内具有与满功率时相近的蒸汽流速，从而保证蒸汽冷凝换热系数相对稳定且处于较大数值。同理，当冷凝器升功率时，只需要相应地开启部分旋转挡板45即可。这样，只需要控制冷却水流量与蒸汽流量相匹配，就能很好地控制整个冷凝系统的稳定运行，可实现冷凝器的变功率高效换热。

为便于控制各支流管道的进水，如图3和图4所示，该调节型换热器还包括：进水总管道6。进水总管道6与每个冷凝单元4的支流管道42连通，使得在进水总管道6进水后，可在每个支流管道42的喷射口421喷出。

如若需要配合喷射口421调整该调节型换热器的冷凝功率，可直接通过调节进水总管道6的进水量，同时控制各喷射口421的喷射量，保证整体具有较好的蒸汽冷凝效果。

由于单根进水总管道6难以保证每个支流管道42具有相同的流量，且不同的冷凝单元4具有不同冷凝需求，也可设置多个进水总管道6，各进水总管道6与一个或多个支流管道42连通，以配合喷射口421进一步控制不同位置的支流管道42具有不同的流量。

进一步地，该调节型换热器还设有用于驱动冷却水从调节型换热器流入支流管道42的水泵，通过控制水泵功率可调节水压，控制喷射口421的喷射效果，保证超亲水导流壁41上水膜的冷却效果。

如图3、图4和图5所示，冷凝器主体中设有隔板53，隔板53将冷凝器主体分隔成冷凝区51和凝水区52，隔板53上设有通孔531，冷凝区51通过通孔531与凝水区52连通。

通孔531一般可设置多个，各通孔531均设置在相邻的两个超亲水导流壁41间隙所对应的隔板53上，通孔531一方面可用于将蒸汽冷凝后的凝水导入凝水区52，另一方面可在未完成冷凝的少量蒸汽以及不凝性气体可在进入凝水区52时，利用通孔531导入的凝水与未完成冷凝的少量蒸汽以及不凝性气体接触进行换热，再次对其进行冷凝。

具体地，未完成冷凝的少量蒸汽以及不凝性气体从隔板53上的通孔531进入到凝水区52(凝汽器下部水箱)的空间后，通孔531导入的凝水与未完成冷凝的少量蒸汽以及不凝性气体接触，未完成冷凝的少量蒸汽发生冷凝，从而实现未冷凝蒸汽的最终冷凝。

为保证能够在超亲水导流壁上形成完整水膜，冷凝单元4还包括：上部连杆43和底部连杆44。上部连杆43嵌入支流管道42中，底部连杆44与隔板53连接。各超亲水导流壁41的顶端穿过对应的喷射口421与上部连杆43连接，各超亲水导流壁41的底端通过对应的底部连杆44与隔板53连接。底部连杆44可采用磁性连杆，其会吸附住隔板53，超亲水导流壁41的两端与两杆连接，从而使整个超亲水薄膜绷直，不会出现因为蒸汽流动导致薄膜飘动的不良影响。

喷射口的形状可依据超亲水导流壁的布置进行调整，本实施例中，如图3和图4所示，喷射口421呈长条状地设置在支流管道42的底部。

对应地，本实施例提供的超亲水导流壁41则采用矩形的超亲水导流薄膜。超亲水导流壁41的顶端嵌入对应的喷射口421，超亲水导流壁41的顶面与对应的支流管道42连接，超亲水导流壁41的底端与隔板53连接，从而可保证从喷射口421喷射出的冷却水可直接在超亲水导流壁41表面铺展开。

依据喷射口421的朝向可调整冷却效果，本实施例中，各支流管道42的底部均设有朝向超亲水导流壁41的喷射口421，喷射口421喷射出的冷却水由超亲水导流壁41的两侧留下。为尽量保证冷却水吸附在超亲水导流壁41上，各冷凝单元4的超亲水导流壁41均竖直且并排地设置在冷凝区51中。

在一个具体的实施例中，如图3和图4所示，工作过程中，冷却水由水泵从进水总管道6导入支流管道42，从支流管道42的喷射口421喷出，喷射到超亲水导流壁41的表面上，从而在超亲水导流壁41的表面形成很薄的一层水膜，由于相邻的两个超亲水导流壁41之间存在着很小的间距，在相邻两个水膜之间形成蒸汽的冷却通道。

在需要对蒸汽进行冷凝时，蒸汽从蒸汽进口511进入冷凝区51，经分流后进入蒸汽的冷却通道，并与超亲水导流壁41形成的水膜进行直接接触相变冷凝换热，从而在冷凝区51形成凝水。凝水从隔板53上的通孔531进入到凝水区52，由凝水出口521外的凝水泵抽出，完成蒸汽的冷凝的过程。

在进行冷凝过程中，若发现需要调整冷却功率，可通过驱动机构46来控制喷射口421的大小来调节冷却水流量。同时，还可通过套筒和齿轮传动结构来调整旋转挡板45控制进入的蒸汽量。完成对相应蒸汽冷却通道的启闭功能，保证当冷凝器冷凝功率发生改变后，每个蒸汽冷却通道内的蒸汽流速与满功率运行情况下相近，从而保证冷凝器变功率情况下具有较高较好的蒸汽冷凝效果。

综上所述，本发明实施例提供的调节型换热器，取消了传统混合式冷凝器占用空间较大的水室结构，采用超亲水材料作为超亲水导流壁，可使喷到其表面的冷却水快速沿整个超亲水导流壁表面铺展开，从而使超亲水导流壁表面的水膜更均匀和更连续稳定，水膜使相邻超亲水导流壁之间存在一定间距构成蒸汽冷却通道，可实现未冷凝蒸汽的最终冷凝，起到增强换热面积，强化换热和缩短蒸汽主要冷凝通道长度的功能，具有更大的换热面积，在相同换热功率需求下，体积比传统混合式冷凝器要小。而且通过可调节流量的喷射口可用来调控冷却水流量，使其与冷凝功率发生改变后的蒸汽冷凝所需流量相匹配，保证冷凝过程的平衡。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种调节型换热器，其特征在于，包括：

冷凝器主体，所述冷凝器主体设有相互连通的冷凝区和凝水区；所述冷凝区设有蒸汽进口，所述凝水区设有凝水出口；

多个冷凝单元，每个所述冷凝单元均包括：支流管道和超亲水导流壁；所述支流管道设有可调节流量的喷射口，所述喷射口朝所述超亲水导流壁的两侧喷射，各所述冷凝单元的所述超亲水导流壁相互间隔地设置在所述冷凝区中。

2.根据权利要求1所述的调节型换热器，其特征在于，所述支流管道包括：

外套筒，所述外套筒的一侧设有第一缺口；

与所述外套筒同轴设置的内套筒，所述内套筒可转动地设置在所述外套筒内，所述内套筒的一侧设有与所述第一缺口相对的第二缺口；在所述内套筒相对所述外套筒旋转至所述第一缺口与所述第二缺口至少部分重合的状态下，所述第一缺口和所述第二缺口构成所述喷射口。

3.根据权利要求2所述的调节型换热器，其特征在于，所述冷凝单元还包括：

旋转挡板，所述旋转挡板可转动地连接在所述外套筒上，所述旋转挡板适于在打开状态和关闭状态间切换；

在所述打开状态，所述旋转挡板与所述超亲水导流壁平行，所述第一缺口与所述第二缺口完全重合；

在所述关闭状态，所述旋转挡板至少部分遮挡在相邻所述超亲水导流壁之间，所述第一缺口与所述第二缺口至少部分不重合。

4.根据权利要求3所述的调节型换热器，其特征在于，所述冷凝单元还包括：

驱动机构，所述驱动机构的转动端与所述外套筒连接，用于驱动所述外套筒沿其轴向相对所述内套筒旋转；和/或，

所述驱动机构的转动端与所述内套筒连接，用于驱动所述内套筒沿其轴向相对所述外套筒旋转。

5.根据权利要求1所述的调节型换热器，其特征在于，所述调节型换热器还包括：进水总管道；所述进水总管道与每个所述冷凝单元的所述支流管道连通。

6.根据权利要求1所述的调节型换热器，其特征在于，所述冷凝器主体中设有隔板，所述隔板将所述冷凝器主体分隔成所述冷凝区和所述凝水区，所述隔板上设有通孔，所述冷凝区通过所述通孔与所述凝水区连通。

7.根据权利要求6所述的调节型换热器，其特征在于，所述冷凝单元还包括：

上部连杆，所述上部连杆嵌入所述支流管道中；

底部连杆，所述底部连杆与所述隔板连接；各所述超亲水导流壁的顶端穿过对应的所述喷射口与所述上部连杆连接，各所述超亲水导流壁的底端通过对应的所述底部连杆与所述隔板连接。

8.根据权利要求1所述的调节型换热器，其特征在于，所述喷射口呈长条状地设置在所述支流管道上。

9.根据权利要求8所述的调节型换热器，其特征在于，各所述冷凝单元的所述超亲水导流壁均竖直且并排地设置在所述冷凝区中。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的调节型冷凝器，其特征在于，所述超亲水导流壁为超亲水导流薄膜。

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