CN200941018Y

CN200941018Y - 立式管内非饱和蒸发直接冷却设备

Info

Publication number: CN200941018Y
Application number: CN 200620061089
Authority: CN
Inventors: 朱冬生; 吴治将; 蒋翔; 唐广栋; 王先菊
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2016-06-30

Abstract

本实用新型公开了一种立式管内非饱和蒸发直接冷却设备。它包括上箱体、列管换热器和下箱体，上箱体通过水泵和下箱体相连接，列管换热器分别与上箱体、下箱体相连接，所述列管换热器包括上管板、下管板、换热管、壳体、折流挡板和分气管，上管板保持水平，下管板沿热流体流动方向倾斜，换热管以直列的方式通过上管板、下管板中的孔固定，所述折流挡板设置在换热管管束之间。本实用新型具有有效传热面积大、水膜沉降速度快、非饱和蒸发热湿传递快、液膜波动加剧、湍流增强、液膜层流底层减薄、热阻减小、冷却效果显著的特点，又降低了结垢和腐蚀等现象，且为圆形结构，占地面积小。本实用新型适用于热流体的冷却领域。

Description

立式管内非饱和蒸发直接冷却设备

技术领域

本实用新型涉及一种冷却设备，更具体的说，它涉及一种立式管内非饱和蒸发直接冷却设备。

背景技术

传统的非蒸发冷却设备在管内进行制冷剂冷凝放热过程，管外水从管束顶部喷淋而下，在管表面形成一层水膜，然后滴落到下一层管排；风从管束底部吹入，掠过管束并与管表面的水膜传热传质，形成非饱和蒸发。非饱和蒸发主要发生在传热管壁表面水膜与空气的接触界面上，这个过程为不连续降膜过程，水膜很难完全均匀地覆盖管表面，因此不能达到最大程度的非饱和蒸发；在水膜不能覆盖的地方，由于蒸发的存在，很容易形成“干斑”现象，时间久了不仅会形成垢体大大降低换热效率，而且会对管壁造成腐蚀破坏；另一方面，管束的布置结构一般为叉排，即正三角形排布，沿气流方向阻力较大，增大了空气压降，降低了风速，对非饱和蒸发换热也不利。

传统的立式冷凝器外壳是用钢板卷制成的大圆筒，圆筒两端焊有多孔管板，板上用涨管法或焊接法固定着许多根无缝钢管，冷却水自上而下在管内流过，制冷剂气体在壳体内管束之间冷凝后积聚在冷凝器的底部，经出液管流入贮液器。冷凝器的顶端装有配水箱，使冷却水能均匀的分配到各个管口，每根钢管的管口上装有一只带斜槽的分水器；冷却水通过分水器上的斜槽后沿钢管内壁作螺旋线状向下流动。与非蒸发冷却装置相比，立式冷凝器管内无通风，只是利用了水的温升显热来带走热量，不但换热效率不高，而且冷却水需配备冷却塔处理才能循环使用，导致整体换热效果不好，结构复杂，运行费用高；另外，立式冷凝器的冷却水是通过带斜槽的分水器分配到每条换热管内，并形成螺旋状水流沿传热管内壁流下，随着下落高度增大，水的螺旋状流动减弱，将大大影响传热效果。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种传热效率高、冷却效果显著的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备。

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下述技术方案：本实用新型的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备包括上箱体、列管换热器和下箱体，列管换热器通过螺栓或者焊接与上箱体、下箱体固定连接。上箱体用于空气循环和水分部，为含有轴流风机、挡水板、顶部集水槽和分水器的圆柱形箱体；下箱体用于补充空气和回收冷凝水，为含有进风格栅、浮球阀、底部集水槽的圆柱形箱体；底部集水槽通过水泵与顶部集水槽连接。

所述列管换热器包括上管板、下管板、换热管、壳体、折流挡板和分气管；所述上、下管板设置在列管换热器的上、下部，上管板保持水平，下管板沿热流体流动方向倾斜3°～6°，换热管以直列的方式通过上、下管板中的孔固定；所述折流挡板设置在换热管管束之间。

所述分水器是圆锥形环，圆锥的底面直径为换热管内径的4/5～9/10，锥角为45°～60°；所述列管换热器的壳体即为本冷却设备的外壳，是由钢板卷制而成的圆柱筒；所述管束是内壁设置有螺旋线的圆管；所述螺旋线的横截面为圆形，由塑料和/或金属材料制成，螺纹升角为45°～75°，螺纹沿换热管轴向旋转360°，螺旋线的直径为换热管直径的1/10～1/30，螺旋线的螺距与换热管直径之比为(0.085～1)∶1；所述折流挡板为弓形折流挡板，沿热流体的流动方向倾斜3°～6°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)管内利用水的非饱和蒸发带走热量，单位面积热负荷比使用光管的立式冷凝器高20％-30％，具有高效节能的特点；(2)管内壁形成均匀薄层水膜并连续沉降，真正完全覆盖传热壁面，增大了有效传热面积；同时水膜沉降速度增大，当与空气采用逆流操作时，形成管内两相流直接冷却非饱和蒸发热湿传递过程，气液两相流相对速度也得到很大提高，促进非饱和蒸发热湿传递，增强冷却效果；(3)冷却水在管内螺旋线或其它内插件的诱导下，形成稳定连续螺旋状流动水膜，使液膜波动加剧、湍流增强，液膜层流底层减薄，热阻减小，改善传热效果；(4)壳体采用圆形结构，且换热管束直列形式，间距较小，大大减小了占地面积；(5)列管换热器与上下箱体直接连接，减少了弯管工艺，且无需另外制作外壳，结构简单紧凑；(6)特殊结构的折流挡板设计，使冷凝液能及时排出，减薄冷凝液厚度，增强管外冷凝传热系数。

附图说明

图1是本实用新型的结构图；

图2是图1的A-A截面图；

图3是本实用新型中换热管的结构图；

图4是图3的A-A截面图；

图5是本实用新型中分水器的结构图；

图6是图5的俯视图。

图中：浮球阀1 下管板2 水泵3 管路4 壳体5 换热管6 上管板7挡水板8 轴流风机9 折流挡板10 分水器11 顶部集水槽12 分气管13列管换热器14 进风格栅15 底部集水槽16 螺旋线17 圆环18 支架19

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，本实用新型不限于此。

如图1所示，本实用新型的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备包括上箱体、下箱体和列管换热器14。上、下箱体形状均为圆柱形，上箱体中含有轴流风机9、挡水板8、分水器11和顶部集水槽12，实现本冷却设备的空气循环何水分部；下箱体中含有进风格栅15、浮球阀1和底部集水槽16，进风格栅15为圆柱形，位于下箱体上部，可使空气从任何方向进入下箱体；顶部集水槽12由水泵3通过管路4与底部集水槽16连接。列管换热器14通过焊接或螺栓与上箱体、下箱体固定连接。

列管换热器14中含有上管板7、下管板2、分气管13、壳体5、折流挡板10和换热管6。壳体5是用钢板卷制成的大圆筒；上管板7、下管板2为多孔管板，位于圆筒上、下两端。上管板7保持水平，下管板2与水平方向夹角3°～6°并沿热流体出液方向倾斜；换热管6以直列方式通过焊接或胀管形式固定于上管板7、下管板2之间；折流挡板10沿流体流动方向倾斜3°～6°布置于换热管6之间。

如图2所示，列管换热管14中，换热管6布置成正三角形，管中心间距为换热管外径的1.25倍。分气管13采用双支路侧向导流的形式均匀分布于列管换热管14中。

如图3、4所示，换热管6内含有螺旋线17，其紧贴于换热管管壁面。螺旋线17为一条或多条刚性原线，其制造材料为塑料、金属或者其结合，螺旋线的螺纹升角为45°～75°，螺纹沿换热管轴向旋转360°，螺旋线的直径为换热管直径的1/10～1/30，螺旋线的螺距与换热管直径之比为(0.085～1)∶1。其工作原理为：换热管管内喷淋水在空气和螺旋线的相互作用下，管内壁的液膜受离心力作用加剧下滑，湍流增加，液膜层流底层减薄，热阻减小，从而增大传热系数；螺旋线可看作多组连续的短区，这些短区之间建立的稳定速度分布被流体连续不断的变化打断，使流体的湍流增加而起到强化传热的作用；另外，由于局部速度区和流体分布的合理化，传热效果更加均衡。

如图5、6所示，分水器为圆锥形环18，其锥角为45°～600°，由两个支架19通过焊接固定，分水器的材料可以为塑料、金属或者其结合。本实用新型中，冷却水从顶部水槽溢流而出，通过分水器可使冷却水均匀地分布在内管壁。

本实用新型的冷却原理和过程如下：制冷剂蒸汽由分气管13进入列管换热器14的壳程，在壳体内与换热管束6进行换热，并通过折流档板10的作用，沿壳程曲折流动，充分换热，冷凝后的液体沿管壁及倾斜的折流挡板流下，在换热器底部积聚，并由于底部的下管板2向出液口方向倾斜使之顺利流出。冷却水由离心水泵3打到顶部集水槽12并在重力的作用下溢流而出，通过分水器11使冷却水均匀分配到管内壁。管内冷却水在螺旋线17的诱导下沿管壁形成稳定连续的螺旋状水膜，在重力作用下快速下落，完全覆盖换热管壁并与壁面充分换热，吸收壳程蒸汽冷凝热量，并通过部分水分蒸发将热量再传给空气，未蒸发的水分流出换热管6，下落到底部集水槽16内，进行下一次循环冷却。空气在轴流风机9的作用下由装置底部的圆筒状进风格栅15沿各个方向进入箱体，并均匀分配到各个管口内，进入换热管中心，与快速下落的水膜在一个连续的圆筒状汽液界面上进行充分的非饱和蒸发，带走潜热，湿度逐渐增大。当空气湿度达到饱和后，从换热器上部管板排出，流经挡水板，除去夹带的水滴后从装置顶部的出风口排到大气中。由于空气在管中心流动，除了水膜界面的剪切力外，几乎处于无阻力的流动状态，一方面可以快速将热量带出，提高冷却换热效率，另一方面降低了风机功耗，节约了能量。

Claims

1、一种立式管内非饱和蒸发直接冷却设备，包括上箱体和下箱体，上箱体通过水泵和下箱体相连接，其特征在于，还包括列管换热器，所述列管换热器分别与上箱体、下箱体相连接，所述列管换热器包括上管板、下管板、换热管、壳体、折流挡板和分气管；所述上、下管板设置在列管换热器的上、下部，上管板保持水平，下管板沿热流体流动方向倾斜3°～6°，换热管以直列的方式通过上管板、下管板中的孔固定；所述折流挡板设置在换热管管束之间。

2、根据权利要求1所述的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备，其特征在于，所述上箱体中包括分水器，所述分水器是圆锥形环，圆锥的底面直径为换热管内径的4/5～9/10，锥角为45°～60°。

3、根据权利要求1或2所述的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备，其特征在于，所述列管换热器的壳体即为本冷却设备的外壳，是由钢板卷制而成的圆柱筒。

4、根据权利要求3所述的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备，其特征在于，所述换热管通过上管板、下管板中的孔以焊接或胀管的方式固定。

5、根据权利要求4所述的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备，其特征在于，所述换热管是内壁设置有螺旋线的圆管。

6、根据权利要求5所述的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备，其特征在于，所述螺旋线的横截面为圆形，由塑料和/或金属材料制成，螺纹升角为45°～75°，螺纹沿换热管轴向旋转360°，螺旋线的直径为换热管直径的1/10～1/30，螺旋线的螺距与换热管直径之比为0.085～1∶1。

7、根据权利要求6所述的立式管内非饱和蒸发直接冷却设备，其特征在于，所述折流挡板为弓形折流挡板，沿热流体的流动方向倾斜3°～6°。