CN212538906U - 一种不同翅片型换热管组合式冷凝器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种不同翅片型换热管组合式冷凝器，包括：水平布置的换热管、壳体、两端的封头、连接蒸汽进入壳体的上接管与将冷凝液排出壳体的下接管以及连接冷却水的接管。冷凝器换热管束分为上下两个区域，根据换热管外表面液膜雷诺数Re＝1250为分界值，当某一排换热管外表面的平均液膜雷诺数Re＝1250时，该排及以上换热管采用“C”型冷凝翅片管；该排以下的换热管采用低翅片冷凝换热管。通过不同区域内冷凝换热管采用不同表面翅片形状的冷凝换热管，解决了当换热管束外表面液膜雷诺数增大时，“C”型冷凝翅片管表面液膜变厚，不易脱落的现象，提高了冷凝换热器的换热效果。本实用新型显著提高了冷凝器管束外表面的换热效果，具有明显的经济效益。

Description

一种不同翅片型换热管组合式冷凝器

技术领域

本实用新型涉及管壳式换热器，尤其适用中央空调系统中的制冷剂蒸汽凝结的冷凝器。

背景技术

冷凝器中换热管的发展经历了光滑管、低翅片管(也称为二维强化换热管)和“C”型翅片冷凝管(三维强化换热管)三个发展阶段。低翅片管，就是在金属光滑管的外表面轧出环形圆翅，与光滑管比较，增加了冷凝换热面积，达到了提高换热效果的目的；所谓“C”型翅片冷凝管(三维强化换热管)，是在低翅片管的翅片光滑表面上加工出尖峰和凹陷相结合的几何结构，在表面张力的作用下，产生“格里谷里希”(Gregoring)效应，加速液膜流动，提高冷凝换热效果。常用的三维强化换热管是“C”型翅片冷凝管。其特点是在低翅片管的翅片外边缘沿周向加工出多个缺口，形成锯齿状翅片，当蒸汽凝结形成液膜后，在表面张力作用下，翅片凸起处液膜与缺口底部液膜之间产生压差，提高了凝结液膜的流动速度，减薄了液膜厚度，从而提高了凝结换热系数。

通过单根换热管的冷凝实验，对光滑管、低翅片管和“C”型翅片冷凝管的管外冷凝的换热系数进行了比较。其结果表明,在较低Re数情况下，低翅片管是光滑管的7倍左右；“C”型翅片冷凝管(三维强化换热管)又是低翅片管的1.5倍以上，因而“C”型翅片冷凝管(三维强化换热管)的表面凝结换热系数是光管的10倍以上。

但是实际生产中发现，在使用“C”型翅片冷凝管的冷凝器平均表面凝结换热系数，有时与使用低翅片冷凝换热管冷凝器相差不大，没有明显优势。造成这一现象的原因如下：卧式冷凝器内换热管水平布置，由于换热管的数目较多，需要布置成多层、多列的紧凑式的管束。其中的冷凝换热管不仅覆盖自身的冷凝液体，而且还要承接其上方其他换热管滴落的冷凝液体。承接液体的多少取决于所处位置，靠下方的换热管承接的液体就多些，表面液膜就厚，换热系数要低。反之，上方换热管的液膜则薄，换热系数高。因而综合平均换热系数比单根换热管实验数据低许多。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有管壳式冷凝器采用三维强化换热管换热条件下的上述缺点和不足之处，提出一种新型的换热管束组合方式，并根据换热管束外表面流体雷诺数达到某一临界值时，选用不同翅片型冷凝管进行组合形成换热管束。

具体可描述为：一种不同翅片型换热管组合式冷凝器，包括换热管、壳体、两端的封头以及蒸汽流入的上接管与冷凝液排出的下接管，冷却水进入与流出的接管，将冷凝器内换热管束划分成上下两个区域，上区域内的换热管采用“C”型翅片冷凝管；下区域内的换热管采用低翅片冷凝换热管。

进一步的，上下两个区域的分界以换热管外表面的平均液膜雷诺数为判据，当雷诺数Re＝1250时，该排换热管及上方为上区域，采用“C”型翅片冷凝管；下方区域为下区域，采用低翅片冷凝换热管。

进一步的，冷凝器内的水平换热管内冷却水可以是单流程，也可以是多流程。

本实用新型具体解决方案描述如下：

根据传热学理论和实验发现，当蒸汽与换热表面相接触并进行热交换时，蒸汽发生相变形成液体，覆盖在换热表面成为液膜。表面存在液膜以后，蒸汽不再直接接触换热表面，而是与液膜表面接触进行热交换。这种情况下，液膜成为冷凝换热的热阻，而且其热阻的大小取决于液膜的厚度。为了表述冷凝换热系数与液膜厚度关系，采用无量纲液膜雷诺数进行描述，液膜雷诺数Re定义为：

其中：

μ——液体动力粘度；Pa·s

Γ——单位长度上的液体流量；kg/(m·s)

液膜雷诺数Re反映了换热管上液膜的厚薄状况。Re数大，表征液膜厚度大；反之，则表征液膜厚度小。同时，Re数也反映了换热管在管束中的几何位置。换热器管束下方的换热管表面不仅覆盖有自身换热管冷凝液体，而且还要承接其上方换热管滴落的冷凝液体，位置越是靠下的换热管承接的冷凝液体越多，相应的液膜Re数也越大。

通过实验发现，“C”型翅片冷凝管的换热性能受到Re数的影响，如表 1实验结果所示。Re＝200时的换热系数几乎是Re＝3000时的5倍。相应的位置靠下的换热管的换热性能远低于位置在上方的换热管。管束的换热性能呈现上高下低的不均匀现象。同时，表1中结果还显示，与“C”型翅片冷凝管相反，低翅片换热管不受液膜Re数影响，无论Re数如何变化，低翅片管的换热性能保持不变。当Re数等于1250时，一种不同翅片型的冷凝管的换热系数相等，继续增加Re数，则“C”型翅片冷凝管的换热性能将会低于低翅片管的换热性能。

表1不同管型冷凝管换热系数与Re数的关系

Re数	“C”型翅片冷凝管的换热系数	低翅片冷凝换热管的冷凝换热系数
			200	2.3×10<sup>4</sup>W/(m<sup>2</sup>·K)	1.6×10<sup>4</sup>W/(m<sup>2</sup>·K)
1250	1.6×10<sup>4</sup>W/(m<sup>2</sup>·K)	1.6×10<sup>4</sup>W/(m<sup>2</sup>·K)
			3000	0.5×10<sup>4</sup>W/(m<sup>2</sup>·K)	1.6×10<sup>4</sup>W/(m<sup>2</sup>·K)

根据上述的论述与分析，本实用新型提供一种结构简单实用的冷凝换热器。

将冷凝器划分成上下两区间，上区间内的换热管采用“C”型翅片冷凝管；下区间内的换热管采用低翅片冷凝管。根据液膜Re＝1250的水平冷凝换热管的一排作为分区的临界值。包括该排水平换热管在内的上部冷凝换热管排，冷凝换热管需要采用“C”型翅片冷凝管；其下面管排的冷凝换热管采用低翅片冷凝换热管。

本发明同已有技术相比可产生如下积极效果：由于换热管在冷凝器内的位置不同，则其液膜Re数也不同，以换热管液膜雷诺数Re＝1250作为判据，针对不同区域分别采用不同翅片型换热管，在上区间内采用的“C”型翅片冷凝换热管，此Re数条件下的“C”型翅片冷凝换热管换热系数高于低翅片冷凝管；在下区间采用低翅片管，此Re数条件下的低翅片管的换热系数要高于“C”型翅片冷凝换热管，从而克服了较低位置上布置“C”型冷凝换热管带来的换热性能下降问题。经过这种排列换热管的冷凝换热器，总平均冷凝换热系数高于换热器中安排同种单一翅片型换热管的冷凝换热器。

附图说明

图1为不同类型换热管组合冷凝器外形结构示意图

图2为不同类型换热管组合示意图

图3为“C”型冷凝翅片管表面示意图

图4为低翅片冷凝换热管表面示意图

图中符号说明

1——管箱；2——壳体；3——“C”型冷凝翅片管；

4——低翅片冷凝换热管；5——分程隔板；6——封头；

Ⅰ——上区域；Ⅱ——下区域；

a——管程流体入口；b——管程流体出口；c——壳程流体入口；

d——壳程流体出口；e——壳程流体排气口；f——壳程流体排净口；

g——管程流体排气口；h——管程流体排净口；

具体实施方式

一台冷凝器，制冷剂为R134a，管内通过水。管束由140根换热管组成，分为12排、14列冷凝管；第5排换热管上方区间的换热管采用“C”型翅片冷凝管，下面7排换热管采用低翅片冷凝换热管。低翅片冷凝换热管外径 19mm，每英寸40片翅片，齿高0.8mm，管内径17mm，内有30条螺旋沟槽，槽深0.3mm。“C”型翅片冷凝管，其外径19mm，每英寸38片翅片，翅片高0.8mm，沿翅片外缘设有100个三角形缺口，深度0.1mm。试验结果表明，组合换热管式的冷凝器的传热系数比单一“C”型翅片冷凝管的冷凝器的传热系数提高20％左右。

Claims (3)

1.一种不同翅片型换热管组合式冷凝器，包括：换热管、壳体、两端的封头以及蒸汽流入的上接管与冷凝液排出的下接管，冷却水进入与流出的接管，其特征在于：将冷凝器内换热管束划分成上下两个区域，上区域内的换热管采用“C”型冷凝翅片管；下区域内的换热管采用低翅片冷凝换热管。

2.根据权利要求1所述一种不同翅片型换热管组合式冷凝器，其特征在于：上下两个区域的分界以换热管外表面的平均液膜雷诺数为判据，当雷诺数Re＝1250时，该排换热管及上方为上区域，采用“C”型冷凝翅片管；下方区域为下区域，采用低翅片冷凝换热管。

3.根据权利要求1所述一种不同翅片型换热管组合式冷凝器，其特征在于：冷凝器内的水平换热管内冷却水为单流程或者是多流程。

Images