CN85103332A

CN85103332A - 落降液膜式热交换器

Info

Publication number: CN85103332A
Application number: CN198585103332A
Authority: CN
Inventors: 博斯特·伦德布莱
Original assignee: Alfa Laval Food and Dairy Engineering AB
Current assignee: Tetra Pak Food and Beverage Systems AB
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1986-10-29

Abstract

一种落降液膜式的热交换器，其换热板有为扩大面积的瓦楞形，形成沿落降方向伸展的凸脊和凹谷。由于在若干区域中的每一区域里有凸脊和凹谷连续伸展，各区域在液膜落降的方向上相互毗连，故落降液膜反复重新分布，而在相连两区里的凸脊和凹谷相互交错对置，使一个区域里的凸脊和凹谷分别对着下一个区域里的凹谷和凸脊。

Description

本发明有关一种落降液膜式热交换器，其换热板为瓦楞形，形成凸脊和凹谷，顺液膜下降的方向延伸，以增大换热面积。

当设计落降液膜冷却器和落降液膜蒸发器之类的落降液膜式器具的换热表面时，为了获得落降液膜和与降落液膜换交热的介质之间的最大可能换热量，重要的是必须在液膜下降的全部距离中，降液表面完全被液膜覆盖，而同时还要使液膜尽可能的薄。除了有这样两个互相矛盾的愿望需要得到满足问题外，还有其他有关实际设计板式热交换器的一些构造上的不利因素也必须考虑，板式热交换器得保持液膜的均匀和连续不断。因此，由于间断，并由于因间断而造成的换热表面不均匀，常需要有所弥补，例如在相邻的换热板之间布置支持点。这种支持点在多数热交换器中可以被积极利用，以产生紊流，但在落降液膜热交换器中则造成障碍，不利于沿换热表面形成不间断的液膜。在已有的落降液膜技术中还有实例说明，由于在落降液膜表面之间安排了一些杆件，造成了对落降液膜的严重干扰。因此需要同时把这些杆件设计得类似液膜的重新分布器，起着重新分布器的作用。这种设计的落降液膜的反复减速和加速，使沿大部份的落降距离的热交换系数降低。

此外，通常总希望采用热交换元件的褶皱形或瓦楞形的表面结构，藉以增大面积，在相邻的换热元件之间提高强度并增加接触点。但是，这种在液膜降落方向中有凸脊和凹谷的落降液膜式热交换器，其起增大面积作用的板状元件瓦楞会进一步造成问题。因为形成落降液膜的流体，倾向于在瓦楞的谷部积聚，使液膜在瓦楞的脊部中断，使可以有效利用的散热表面严重减小。显而易见的措施是增加流体的载荷，直到液膜不再破裂为止。但这又使热传导系数大为降低，并且，假如发生在落降液膜蒸发器中，则蒸发率将比其他可采取的方法降低。

本发明的一个目的，是提出落降液膜式板式热交换器的换热板的实施方案。在这实施方案中，利用了上述提及的扩大了面积的换热板元件瓦楞形，而同时又消除了以上所述的流体在瓦楞形谷部积聚的问题。

本发明的另一个目的，是提出一种落降液膜式热交换器，这种热交换器利用换热板元件的上述扩大面积的瓦楞形，并消除了瓦楞形谷部中流体积聚的问题，而同时，省去了落降液膜通路中对支持点的需要。

本发明的一个特殊的目的，是提出一种换热板型的落降液膜蒸发器。这蒸发器利用板元件的起扩大面积作用的瓦楞，并解决了瓦楞谷部中流体积聚的问题，同时又利用了换热板的瓦楞形状，以取得在液膜降落方向中横截面加宽而热交换表面面积收小的蒸发通路。

根据本发明，这些目的已作为首创在上述类型的热交换器中达到。它的主要特点是：热交换器板件瓦楞形成的凸脊和凹谷，在若干个一个接一个在降落方向区域中的每一区里延伸。而相连的两区里的凸脊和凹谷相互错开放置，因而一区里的脊和谷，分别与相连的区里的谷和脊对正。在相连的两区之间的过渡阶段中的瓦楞，形成连接表面，使液膜从一个区域里的凸脊和凹谷的底端，分别向下一个区域里的凹谷和凸脊的上端继续流动。

根据本发明，落降膜流体在换热板瓦楞的谷部积聚的问题可以得到解决。方法是将落降液膜分别从凸脊向凹谷分布，及把凹谷中的液膜向凸脊上分布，如此沿换热板的方向循环若干次。同时，本发明还提供了一个特有的可能性，使落降液膜的液体，延着一个很长的落降距离，反复进行重新分布，而不需要象已知的落降液膜状装置那样，必需减缓液体下降的速度。在已知的装置中，为了得到沿降落距离中的均匀分布，必须在经过一定的间隔后，把液体积聚，并利用狭缝装置沿液膜落降表面把液体重新分布。最后提到的重新分布落降液膜的方法，如已在上文叙述，因其所具有的缺点而降低了价值。缺点是分布重新开始时降落速度减低，沿着液膜蓄积这距离，传热系数下降，在层状流动时，便需使落降液膜加速，使速度达到紊流范围内，在这范围内有较高的传热系数。本发明提出的解决方法特别便利，因为重新分布的结构不要求有特殊装置和安装分布装置的昂贵费用，而可以使之完全包括在换热板的形状中，例如用惯用的方法压制出板件。

沿液膜降落方向重新分配范围之间，即脊和谷之间发生重新分布的所在，为简便起见，在换热板整个宽度上，即使脊和谷间有变化，各个不同区内有相应一致瓦楞，当然，可能沿换热板宽度不同位置也会有不同的高度平面。在两个区域间的过渡通道里，换热板的瓦楞形状形成若干转换表面，交替在换热板横截面方向上向相反的方向倾斜。在凸脊和凹谷连接时向一个方向倾斜，而在凹谷连接凸脊时则向相反的方向倾斜。

本发明使在液膜落降板上造成一个良好的液膜覆盖成为可能，在落降方向里的瓦楞脊和瓦楞谷可长达数公尺。每一个有连续脊和谷的的区域的长度随选用的瓦楞形式变化可以举一个例子作说明：在实际试验中，横贯换热板的瓦楞的波长（或称分度）为25-50mm，瓦楞从脊顶到谷底的高度是10-15mm，每公尺约分为三区，似乎能为薄层的连贯液膜提供良好的液流分布。为说明本发明对于超过一公尺长热交换板也能消除液体分布的问题，还可以用落降液膜沿换热板的长度，至少在脊和谷间作两次变化进行重新分布的事实来说明，也就是用液膜降落表面在降落方向上至少有三个区域，而脊和谷之间有中间再分布的事实来说明。

业已了解本发明可普遍应用于一切有换热板的落降液膜型装置，诸如落降液膜冷却器和落降液膜蒸发器。在落降液膜蒸发器方面，除有上文所述的扩大面积和有支持点的安排的一般优点外，带有在降落方向上的脊和谷的瓦楞形式还可被利用来提供蒸发通道，其横截面积随降落方向逐渐增大，而热交换表面逐渐减小。这种蒸发器在申请人的第424，143号瑞典专利中已有叙述。因此，在下文中将通过举例叙述一个板式蒸发器，进一步对本发明进行解释，叙述中将列举附图，其内容如下：

图1为本发明的热交换板的一个示意局部视图;

图2为板式蒸发器板叠层上部份水平剖视的局部视图;

图3为图2中之板式蒸发器的垂直剖视图;

图4为另一水平剖视图的部份，表示板叠层下部的剖面;

图1表示本发明之落降液膜热交换器换热板1的主设计。板1有瓦楞形，其凸脊2，2′，2″和中间凹谷3、3′、3″顺液膜降落的方向，使板和相邻的换热板之间形成一条落降液膜的通道。凸脊2和凹谷3在区Z₁中连续伸展，如凸脊2′和3′在下一区Z₂中伸展，以及凸脊2″和凹谷3″在区Z₃中伸展一般。在区Z₁和区Z₂之间，有一个过渡区T₁，形成若干过渡表面4，将区Z₁中凸脊2的底端，和区Z₂中凹谷3′的顶端连接。在换热板1的横贯方向上，过渡表面4和过渡表面5互相轮替。过渡表面5使区Z₁中凹谷3的底端和区Z₂里凸脊2′的顶端相连。可以理解每一个轮替的表面4和5的方向和落降方向间有一个一定的角度。在区Z₂Z₃之间的过渡区T₂中，有相应的过渡表面4′和5′，其余以此类推。应该注意到换热板1的瓦楞形不应有锐棱的褶皱，而在脊顶和谷底适宜于有6-10mm半径范围内的圆弧，而过渡表面4和5与相对的凸脊和凹谷之间的连接处，应有大于2mm半径的圆弧。

图2-4表示本发明中的换热板，在适宜于作落降液膜蒸发用的具体换热板型器械中，相互间的方向应有如何安排。两块换热板10，10′和11、11′之间形成一条落降液膜的通道E，两换热板相互间的方向安排是：一块板凸脊R、R′的另一块板的凹谷正好相对。在两块板10、11和10′、11′之间形成热介质通道H，其相互间的方向安排是凸脊与凸脊正对，而形成的落降液膜通道各自分隔。在换热板上述形成凸脊的范围之间，也就是在热介质通道内的形成凸脊的地方，没有间隔元件12。

从图3可以明确看到：每块换热板沿其长度分为Z₁-Z₆六个区域，中间有过渡区T₁-T₅。每一个过渡区中有过渡表面13、13′，14、14′设置，使一个区里的凸脊和下一个区里的凹谷相连，反之也一样。可以看到在两块换热板10、10′里的相邻的过渡表面13，13′基本相互平行，形成落降液膜通道E。

从图3中可以明确看到：突向蒸发通道E的凸脊R′-R₂-R′₃-R₄-R′₅-R₆的高度，从相应区域Z₁-Z₆依次减低，说明蒸发通道的横截面积从一个到另一个区域逐渐增大。用图2和图4比较可以极明确看到：由于这个事实，蒸发通道E的周边，在被落降液膜湿润以后，从一个区到另一个区也逐渐减小。图3所示各区有恒定的凸脊高度，但当然各区中的凸脊高度也可以依次减低。

Claims

1、一种落降液膜式的热交换器。其换热板有扩大面积用的瓦楞形，形成顺液膜降落方向的凸脊和凹谷、特点为凸脊(2.2′，2″)和凹谷(3.3′、3″)在若干个区域(Z₁、Z₂、Z₃)其中的一个区里连续伸展，上述区域沿降落方向依次相接，而相接的两区域中的凸脊和凹谷彼此交错排列对置，因而一个区域里的凸脊和凹谷，分别与下一个区域里的凹谷和凸脊对正。相接两个区域之间的过渡阶段(T₁、T₂)里换热板的瓦楞，形成连接表面(4.4′，5.5′)，使一个区域里的凸脊和凹谷的底端，相应和下一个区域里的凹谷和凸脊的上端分别连接。

2、如权利要求第1项中的热交换器，特点是换热板沿降落方向的长度超过一公尺，并至少有三个上述的区域。

3、如前列权利要求任何一项中的热交换器，换热板基本垂直上下排列，其间有落降液膜通道（E），或另一种介质的通道（H）。两种通道互相交替。通道（E）里的上部有流体作落降液膜通过，通道（H）中有另一种介质通过，与上述落降液膜作热交换。其特点是形成一条上述落降液膜通道（E）的两块换热板（10、10′）它们的脊（R、R′）和谷取向，考虑到落降液膜通道，确定一块板的凸脊正对另一块板的凹谷在一条直线上伸展。

4、如权利要求第3项中的热交换器，特点是形成落降液膜通道（E）的两块换热板的上述凸脊（R-R₆，R′-R′₅）的高度，在液膜降落的方向上逐步减低，因而在落降液膜通道的横截面的周边长度在上述方向上减小时，上述横截面的面积增大。

5、如前列权利要求任何一项中之热交换器，特点是：位于换热板外边缘内的每一落降液膜通道（E）的主要部份，在围绕落降液膜通道的两块换热板（10、10′;11、11′）之间没有接触点或连接元件。

6、如权利要求第3至5项中的热交换器，特点为围绕上述另一种介质通道（H）的两块换热板（10′、11;10、11′），就其与落降液膜通道（E）而言，两者的凸脊（R、R′）对正，两换热板之间的接触点或连接元件处于换热板的上述凸脊（R、R′）之间的区域里。