CN218545333U - 冷凝器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种冷凝器，包括壳体及设置于壳体内的左换热管组、右换热管组、左挡液板和右挡液板，左换热管组包括间隔排列的多个第一换热管，右换热管组包括间隔排列的多个第二换热管，右换热管组与左换热管组沿左右方向间隔设置从而形成第一蒸汽通道；左挡液板设置于多个第一换热管之间，其右侧边位于第一蒸汽通道中，以引导左挡液板上方的凝结液流向第一蒸汽通道；右挡液板设置于多个第二换热管之间，其左侧边位于第一蒸汽通道中，以引导右挡液板上方的凝结液流向第一蒸汽通道。本申请冷凝器内的挡液板减少了冷凝液体对换热系数的影响，消弱了冷凝器的管束效应，保证蒸汽流通顺畅，增强蒸汽分布的均匀性，进而进一步提升了冷凝器换热效率。

Description

冷凝器

技术领域

本申请涉及一种冷凝器。

背景技术

在水平冷凝器中，多根换热管规则排列组合形成换热管束，蒸汽在换热管表面与管内流过的低温水进行热交换产生相变形成凝结液。一般，换热管表面的凝结液由两部分组成：本体凝结液和上面管子滴落的凝结液(称为迁移凝结液)。在管束中，首排管表面的凝结液全部为本换热管凝结液体。而下面的其他管排的换热管表面除了自身的凝结液体外，还有上面管排滴落的凝结液体(称为迁移凝结液)，越是位置靠下换热管表面凝结液中的迁移凝结液成分越多。凝结液的多少，决定了凝结液的流型。简单讲，位置靠上的换热管之间的凝结液流型，一般为滴状流。位置越是靠下的换热管表面的迁移凝结液越多，管之间的凝结液流型则发展成柱状流。在管束下部，随着迁移凝结液的大量增加，则管之间的凝结液流型会发展成片状流(也称为帘状流)。凝结液的流型变化直接影响冷凝换热系数。表面液膜厚度的增加，就意味着热阻变大，换热系数的降低。管束中的首排管表面的凝结液全部为本体凝结液，因而其换热状态相当于单管换热状态。其他管排的冷凝换热系数以及整个管束平均换热系数均小于首排管的换热系数，因此将这一现象称为管束效应影响。例如，具有十排光滑换热管冷凝器，按照Nusselt公式计算，则管束平均冷凝换热系数H＝0.56H₀，其中，H₀为首排冷凝换热系数。换言之，管束平均换热系数只有首排管的换热系数的一半。

为了解决冷凝器下层换热管的工况，中国专利CN203036926U提出在冷凝器壳体内的中部设置分液板。分液板为一块完整金属板，其中间略凸呈脊状，两侧边沿略塌，分液板呈人字状。分液板边缘与壳体的内壁间存有液体下泄的小间隙。分液板以上换热管表面的凝结液体可通过前述间隙直接汇聚到壳体底部，而不必流经分液板以下的换热管，从而提高换热效率。该专利中，蒸汽从壳体顶部流入，分液板将其壳体划分成两个空间，仅仅依靠分液板边缘与壳体的内壁间的间隙作为下空间的蒸汽通道，增加了蒸汽的流动阻力，并且蒸汽沿管束侧面向中心流动，流场混乱不利换热。另外一方面，当换热器功率较大时，换热管数目较多，只在壳体设置一块分液板，所起的作用非常有限。

换热管作为冷凝器的核心元件，多年来取得了长足的进步，根据表面的结构，经历了光滑管、二维高效管和三维高效管三个阶段的发展。具体讲，二维管是在光滑管基础上经过多组刀片的切割与挤压形成低肋高的螺旋状肋片。三维管一般是在二维管的螺旋状肋片顶部再次切割形成带有缺口的螺旋肋结构。这种结构的换热管表面，显著提高了表面毛细力作用，其单管的冷凝换热系数比二维换热管要高出50％以上，但是三维换热管的管束效应大于二维换热管，所以三维换热管构建的冷凝器的换热效果并不理想。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种冷凝器，该冷凝器内的换热管管束效应得到消弱，提高了管束整体的换热效率，同时保证蒸汽流通顺畅，增强了蒸汽分布的均匀性，进而有助于提升冷凝效率。

本申请提出一种冷凝器，包括壳体以及设置于所述壳体内的：

左换热管组，所述左换热管组包括间隔排列的多个第一换热管；

右换热管组，所述右换热管组包括间隔排列的多个第二换热管，所述右换热管组与所述左换热管组沿左右方向间隔设置、从而在二者之间形成有第一蒸汽通道；

左挡液板，所述左挡液板设置于所述多个第一换热管之间，所述多个第一换热管中的一部分第一换热管位于所述左挡液板的上方、另一部第一换热管位于所述左挡液板的下方，所述左挡液板的右侧边位于所述第一蒸汽通道中，以用于引导所述左挡液板上方的凝结液流向所述第一蒸汽通道；

右挡液板，所述右挡液板设置于所述多个第二换热管之间，所述多个第二换热管中的一部分第二换热管位于所述右挡液板的上方、另一部第二换热管位于所述右挡液板的下方，所述右挡液板的左侧边位于所述第一蒸汽通道中，以用于引导所述右挡液板上方的凝结液流向所述第一蒸汽通道。

在一种可能的实现方式中，所述第一换热管与所述第二换热管均为三维换热管。

在一种可能的实现方式中，所述左换热管组与所述壳体的左侧内表面间隔设置、从而在二者之间形成有第二蒸汽通道，所述左挡液板的左侧边位于所述第二蒸汽通道中；

所述右换热管组与所述壳体的右侧内表面间隔设置、从而在二者之间形成有第三蒸汽通道，所述右挡液板的右侧边位于所述第三蒸汽通道中。

在一种可能的实现方式中，所述左挡液板的高度自左向右逐渐降低，所述右挡液板的高度自右向左逐渐降低。

在一种可能的实现方式中，所述左挡液板为左高右低的倾斜平板，所述左挡液板相对于水平面的倾斜角度为1.5°-2.5°；所述左挡液板为右高左低的倾斜平板，所述右挡液板相对于水平面的倾斜角度为1.5°-2.5°。

在一种可能的实现方式中，所述左挡液板与所述右挡液板相对于一个经过所述第一蒸汽通道的竖直平面对称设置，且所述左挡液板与所述右挡液板在左右方向上的间距为90-250mm。

在一种可能的实现方式中，位于所述左挡液板上方、且最靠近所述左挡液板的所述第一换热管的雷诺数Re为1100±100，位于所述右挡液板上方、且最靠近所述右挡液板的所述第二换热管的雷诺数Re为1100±100。

在一种可能的实现方式中，所述左挡液板设置有多个，多个所述左挡液板自上而下间隔排列，任意相邻两个所述左挡液板之间均设置有所述第一换热管；

所述右挡液板设置有多个，多个所述右挡液板自上而下间隔排列，任意相邻两个所述右挡液板之间均设置有所述第二换热管。

在一种可能的实现方式中，所述壳体设置有位于所述第一蒸汽通道上方的蒸汽入口以及位于所述第一蒸汽通道下方的凝结液出口。

在一种可能的实现方式中，所述第一蒸汽通道中设置有多个第三换热管，所述第三换热管为二维换热管，所述第三换热管的分布密度小于所述第一换热管和第二换热管的分布密度。

本申请提供的冷凝器，工作时，左挡液板和右挡液板上方产生的凝结液向下滴落至左挡液板和右挡液板后，可由左挡液板、右挡液板引流至第一蒸汽通道，从第一蒸汽通道下落至壳体底部，再从凝结液出口排出。由此，可避免因挡液板上方产生的凝结液流向挡液板下方的换热管，导致挡液板下方换热管的液膜过厚、换热系数降低的问题。并且，供给的蒸汽能够沿着该第一蒸汽通道顺畅地流动，并且在此过程中，第一蒸汽通道中的蒸汽可以沿侧向流至挡液板上方和下方的换热管，为挡液板下方换热管提供充足的蒸汽进行冷凝换热。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。

图1是本申请实施例一中冷凝器的结构示意图。

图2是本申请实施例二中冷凝器的结构示意图。

附图标记说明：

A-左换热管组，B-右换热管组；

1-壳体，2-左挡液板，3-右挡液板，4-第一换热管，5-第二换热管，6-第一蒸汽通道，7-第二蒸汽通道，8-第三蒸汽通道，9-蒸汽入口，10-凝结液出口。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。可以理解，在不冲突的情况下，本文所描述的各个实施例的一些技术手段可相互替换或结合。

在本申请说明书和权利要求书的描述中，若存在术语“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。由此，限定有“第一”、“第二”等的对象可以明示或者隐含地包括一个或者多个该对象。并且，“一个”或者“一”等类似词语，不表示数量限制，而是表示存在至少一个，“多个”表示不少于两个。

在本申请说明书和权利要求书的描述中，若存在关于运动的“方向上”，包括具有方向分量的运动，不一定将术语“在方向上”理解为仅在该一个方向上的运动，对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解前述术语在本申请中的具体含义。

【实施例一】

图1示出了本申请冷凝器的一个具体实施例，该冷凝器包括壳体1以及设置于壳体1内的左换热管组A、右换热管组B、左挡液板2和右挡液板3。其中：

壳体1上设置有上方的蒸汽入口9和下方的凝结液出口10。

左换热管组A包括间隔排列的多个第一换热管4。

右换热管组B包括间隔排列的多个第二换热管5，而且右换热管组B与左换热管组A沿左右方向间隔设置、从而在二者之间形成有第一蒸汽通道6。

左挡液板2设置于左换热管组A的多个第一换热管4之间，并将该多个第一换热管4上下隔开。具体地，多个第一换热管4中的一部分第一换热管4位于左挡液板2的上方，另一部第一换热管4位于左挡液板2的下方。该左挡液板2的右侧边位于前述第一蒸汽通道6中，以用于引导左挡液板2上方的凝结液流向第一蒸汽通道6，进而从第一蒸汽通道6向下落至壳体1的底部，并从壳体1底部的凝结液出口10排出。

右挡液板3设置于右换热管组B的多个第二换热管5之间，并将该多个第二换热管5上下隔开。具体地，多个第二换热管5中的一部分第二换热管5位于右挡液板3的上方，另一部第二换热管5位于右挡液板3的下方。该右挡液板3的左侧边位于第一蒸汽通道6中，以用于引导右挡液板3上方的凝结液流向第一蒸汽通道6，进而从第一蒸汽通道6向下落至壳体1的底部，并从壳体1底部的凝结液出口10排出。

工作时，在各个换热管(第一换热管4和第二换热管5)内流通低温的液态介质——通常为水，高温的蒸汽则从壳体1上部的蒸汽入口9进入壳体1内部。蒸汽的热量被管内冷水吸收后，一部分凝结为液体——即凝结液，凝结液向下滴落至左挡液板2、右挡液板3后，由左挡液板2、右挡液板3引流至第一蒸汽通道6，从第一蒸汽通道6下落至壳体1底部，再从凝结液出口10排出。由此，可避免因挡液板上方产生的凝结液流向挡液板下方的换热管，导致挡液板下方换热管的液膜过厚、换热系数降低的问题。并且，上方的蒸汽能够沿着该第一蒸汽通道6顺畅地流动，在此过程中，第一蒸汽通道6中的蒸汽可以沿侧向到达挡液板上方和下方的换热管，从而与各个换热管进行换热。

请再参照图1，在本实施例中，上述左换热管组A与壳体1的左侧内表面间隔设置、从而在二者之间形成有第二蒸汽通道7，左挡液板2的左侧边位于该第二蒸汽通道7中。由此，在工作时，上方的蒸汽还能够沿着该第二蒸汽通道7顺畅地流动，并且在此过程中，第二蒸汽通道7中的蒸汽可以沿侧向流至左挡液板2上方和下方的第一换热管4，增加各个第一换热管4的蒸汽接收量，进一步提升第一换热管4的换热系数。

相对应地，上述右换热管组B与壳体1的右侧内表面间隔设置、从而在二者之间形成有第三蒸汽通道8，右挡液板3的右侧边位于该第三蒸汽通道8中。由此，在工作时，上方的蒸汽还能够沿着该第三蒸汽通道8顺畅地流动，并且在此过程中，第三蒸汽通道8中的蒸汽可以沿侧向流至右挡液板3上方和下方的第二换热管5，增加各个第二换热管5的蒸汽接收量，进一步提升第二换热管5的换热系数。

左挡液板2与壳体1左侧内表面的间距、右挡液板3与壳体1右侧内表面的间距可以是100mm。

在本实施例中，左挡液板2的高度自左向右逐渐降低，由此引导落至左挡液板2的凝结液向右流入第一蒸汽流道。右挡液板3的高度自右向左逐渐降低，由此引导落至右挡液板3的凝结液向左流入第一蒸汽流道。

进一步地，左挡液板2可以是左高右低的倾斜平板，左挡液板2可以是右高左低的倾斜平板。平板结构的左挡液板2和右挡液板3方便加工，且便于在冷凝器中的安装排布。

左挡液板2相对于水平面的倾斜角度宜为1.5°-2.5°，右挡液板3相对于水平面的倾斜角度宜为1.5°-2.5°。

在本实施例中，左挡液板2与右挡液板3相对于一个经过第一蒸汽通道6的竖直平面(为虚拟面)对称设置，而且二者在左右方向上的间距(即左挡液板2的右侧边与右挡液板3的左侧边之间的距离)可在100-250mm范围内选择。

在本实施例中，各个第一换热管4和第二换热管5均水平抵排布，且第一换热管4和第二换热管5均为三维换热管。实验显示，三维换热管的冷凝换热系数是光滑管表面的10倍以上，因此，壳体1设计一定要保证蒸汽通道的通顺，流动阻力小，保证足够的蒸汽供给。本实施例中，左挡液板2与右挡液板3之间留有距离，为挡液板下方的换热管提供蒸汽。两挡液板外侧与壳体1内表面之间也留有间隙，同样为挡液板下方换热管提供蒸汽进行冷凝换热。同时，两挡液板均倾斜布置，其上方换热管的凝结液体沿倾斜面通过第一蒸汽通道6滴落到壳体1底部。沿程不再与挡液板下面换热管接触，不会加厚其他换热管表面液膜厚度。

在实际应用中，为了兼顾成本和换热效率，根据换热管的液膜雷诺数Re来选择挡液板的安装位置。实验结果显示，当三维换热管的液膜雷诺数Re为1100左右时，在其下方配置挡液板，可以保证挡液板以上排布的各排三维换热管的平均换热系K_平均＝0.88K₀，其中，K₀为首排换热管的换热系数，也即不受其他管排滴液影响的换热管的最大换热系数。基于此，在本实施例中，位于左挡液板2上方、且最靠近左挡液板2的第一换热管4的雷诺数Re为1100±100，位于右挡液板3上方、且最靠近右挡液板3的所述第二换热管5的雷诺数Re为1100±100。

上述液膜雷诺数Re可由式

确定，其中，Γ为换热管单位长度上凝结液的质量流量，单位为kg/(m·s)；μ为凝结液的粘性系数，单位为Pa·s。

在另一些实施例中，为了更充分地利用壳体1内的空间，也可以在第一蒸汽通道6中设置一些第三换热管，第三换热管与第一、第二换热管的管型不同，其为二维换热管，即翅片管，亦称低肋管。第三换热管的排布密度比第一换热管4和第二换热管5的排布密度更加稀疏。

实验结果表明，尽管翅片管的冷凝换热系数比三维换热管要低。但是，翅片管比较三维高效管具有突出的优点，即其冷凝换热系数不受液膜雷诺数Re影响，具体讲，翅片管管束中任意一根换热管无论其上面有多少换热管，该管承受滴落凝结液量的多少，液膜雷诺数Re等于多少，其换热系数总是不变的。因此，在第一蒸汽通道6中设置翅片管，其换热性能不会受到左、右挡液板滴落凝结液的影响。第三换热管的分布密度小于第一换热管和第二换热管的分布密度，有利于蒸汽的流动。

【实施例二】

图2示出了本申请冷凝器的第二个具体实施例，其具有与实施例一中冷凝器相似的结构，可参考实施例一的描述进行理解，以下，重点描述本实施例与实施例一的区别。

请参见图2，在本实施例中，左挡液板2和右挡液板3分别设置有两个。两个左挡液板2上下间隔排列，且左换热管组A中的一部分第一换热管4位于这两个左挡液板2之间。两个右挡液板3上下间隔排列，且右换热管组B中的一部分第二换热管5位于这两个右挡液板3之间。

在另一些实施例中，左挡液板2的数量和右挡液板3的数量各自独立为三个、四个、五个或更多个。多个左挡液板2自上而下间隔排列，任意相邻两个左挡液板2之间均设置有第一换热管4。多个右挡液板3自上而下间隔排列，任意相邻两个右挡液板3之间均设置有第二换热管5。考虑到沿上下方向任意相邻的两个挡液板之间的工况相似，为简化设计，可以将任意相邻两个左挡液板2之间的第一换热管4的数量设为相等，将任意相邻两个右挡液板3之间的第二换热管5的数量设为相等。

Claims (10)

1.一种冷凝器，其特征在于，包括壳体以及设置于所述壳体内的：

左换热管组，所述左换热管组包括间隔排列的多个第一换热管；

右换热管组，所述右换热管组包括间隔排列的多个第二换热管，所述右换热管组与所述左换热管组沿左右方向间隔设置、从而在二者之间形成有第一蒸汽通道；

左挡液板，所述左挡液板设置于所述多个第一换热管之间，所述多个第一换热管中的一部分第一换热管位于所述左挡液板的上方、另一部第一换热管位于所述左挡液板的下方，所述左挡液板的右侧边位于所述第一蒸汽通道中，以用于引导所述左挡液板上方的凝结液流向所述第一蒸汽通道；

右挡液板，所述右挡液板设置于所述多个第二换热管之间，所述多个第二换热管中的一部分第二换热管位于所述右挡液板的上方、另一部第二换热管位于所述右挡液板的下方，所述右挡液板的左侧边位于所述第一蒸汽通道中，以用于引导所述右挡液板上方的凝结液流向所述第一蒸汽通道。

2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述第一换热管与所述第二换热管均为三维换热管。

3.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述左换热管组与所述壳体的左侧内表面间隔设置、从而在二者之间形成有第二蒸汽通道，所述左挡液板的左侧边位于所述第二蒸汽通道中；

所述右换热管组与所述壳体的右侧内表面间隔设置、从而在二者之间形成有第三蒸汽通道，所述右挡液板的右侧边位于所述第三蒸汽通道中。

4.根据权利要求1或2所述的冷凝器，其特征在于，所述左挡液板的高度自左向右逐渐降低，所述右挡液板的高度自右向左逐渐降低。

5.根据权利要求4所述的冷凝器，其特征在于，所述左挡液板为左高右低的倾斜平板，所述左挡液板相对于水平面的倾斜角度为1.5°-2.5°；所述左挡液板为右高左低的倾斜平板，所述右挡液板相对于水平面的倾斜角度为1.5°-2.5°。

6.根据权利要求4所述的冷凝器，其特征在于，所述左挡液板与所述右挡液板相对于一个经过所述第一蒸汽通道的竖直平面对称设置，且所述左挡液板与所述右挡液板在左右方向上的间距为90-250mm。

7.根据权利要求6所述的冷凝器，其特征在于，位于所述左挡液板上方、且最靠近所述左挡液板的所述第一换热管的雷诺数Re为1100±100，位于所述右挡液板上方、且最靠近所述右挡液板的所述第二换热管的雷诺数Re为1100±100。

8.根据权利要求1或2所述的冷凝器，其特征在于，所述左挡液板设置有多个，多个所述左挡液板自上而下间隔排列，任意相邻两个所述左挡液板之间均设置有所述第一换热管；

所述右挡液板设置有多个，多个所述右挡液板自上而下间隔排列，任意相邻两个所述右挡液板之间均设置有所述第二换热管。

9.根据权利要求1或2所述的冷凝器，其特征在于，所述壳体设置有位于所述第一蒸汽通道上方的蒸汽入口以及位于所述第一蒸汽通道下方的凝结液出口。

10.根据权利要求1或2所述的冷凝器，其特征在于，所述第一蒸汽通道中设置有多个第三换热管，所述第三换热管为二维换热管，所述第三换热管的分布密度小于所述第一换热管和第二换热管的分布密度。

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