專利名稱：冷凝器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將熱量從高溫流體轉(zhuǎn)移到低溫流體、使高溫流體冷凝的冷凝器，特別涉及一種冷凝效率較高的冷凝器。
溫差發(fā)電，或蒸汽動力、化學(xué)、食品工業(yè)等的設(shè)備，以及冷凍機(jī)與熱泵用的冷凝器，一般都是在高溫流體與低溫流體之間進(jìn)行熱傳遞，目的是使高溫流體從液相變?yōu)闅庀?。這種現(xiàn)有的冷凝器有多管式、平板式、螺旋式等種類，例如在溫差發(fā)電設(shè)備中，用低溫流體吸收熱量，使高溫流體冷凝的冷凝器，一般采用平板式冷凝器。這種現(xiàn)有的冷凝器如圖6與圖7所示。圖6是現(xiàn)有的冷凝器主要部分的分解立體圖，圖7是現(xiàn)有的冷凝器的組裝狀態(tài)概略說明圖。
上述各圖中現(xiàn)有的冷凝器100，有許多兩個一組的熱交換板101、102，在相互層疊的狀態(tài)下，裝在架設(shè)在固定框架103與支承桿104之間的上下兩根導(dǎo)向桿105、106上，各熱交換板101、102被裝在導(dǎo)向桿105、106上的活動框架107與固定框架103所夾持，各熱交換板101、102的表里兩側(cè)形成兩個一組的熱交換流路A、B。這是一個高溫流體108在一個熱交換流路A中流動，低溫流體109在另一個熱交換流路B中流動，進(jìn)行熱交換的組合。
上述熱交換板101、102是對大致為板狀的材料，按一定的形狀與表面狀態(tài)進(jìn)行沖壓加工形成的，四角開口形成高溫流體108或低溫流體109的流通通道a、b、c、d，同時在一個表面設(shè)有避免高溫流體108與低溫流體109混流的分隔密封墊111、112，正反倒置后相互之間是一樣的。
為了增加傳熱面積，同時促進(jìn)從高溫流體108向傳熱面的熱轉(zhuǎn)移，以及從傳熱面向低溫流體109的熱轉(zhuǎn)移，在構(gòu)成傳熱面的熱交換板101、102上，形成有凹凸的花紋(圖中未表示出)。
另外，以前還有一種在上述冷凝器不同的另一種平板式冷凝器，這種冷凝器，如圖8所示，在傳熱面201的高溫流體側(cè)上形成許多具有適當(dāng)間距與深度的縱溝202，作為傳熱面凹凸花紋的一部分，或如圖9所示，在傳熱面301上形成許多與高溫流體流動方向斜著相交的冷凝液排除溝302。
在形成上述縱溝202的情況下，在傳熱面201上冷凝的高溫流體的冷凝液，由于其表面張力積聚在縱溝202的溝底部，積聚在溝底部的冷凝液因其自重而后流下，從而可使覆蓋在傳熱面201上的冷凝液膜減少，提高傳熱性能。在形成冷凝液排除溝302的情況下，在傳熱面301上產(chǎn)生并流下的冷凝液被半途截留，沿該冷凝液排除溝302迅速排除，從而使冷凝液盡可能不在傳熱面301上積聚，提高傳熱面301與氣相的高溫流體的接觸效率。
由于現(xiàn)有的冷凝器采用上述結(jié)構(gòu)，所以雖然在傳熱面的高溫流體一側(cè)，形成有讓冷凝液迅速排除，使氣相高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最佳的凹凸花紋，但是，在低溫流體一側(cè)便成為與高溫流體側(cè)凹凸正好相反的形狀，是不考慮低溫流體熱轉(zhuǎn)移率的凹凸花紋，因此從傳熱面向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移不能達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)移效率，造成不少浪費。
本發(fā)明是為了解決上述課題而開發(fā)完成的，其目的是提供一種其傳熱面形狀能使從傳熱面向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移同從高溫流體向傳熱面的熱轉(zhuǎn)移一樣高效率進(jìn)行，可在傳熱面的各個位置都切實并充分地進(jìn)行熱交換，促進(jìn)高溫流體的冷凝，使熱效率得到提高的冷凝器。
本發(fā)明的冷凝器是一種設(shè)置有一個或多個大致成板狀的傳熱面，讓高溫流體與低溫流體分別在上述傳熱面兩側(cè)流動，夾著上述傳熱面垂直對流，進(jìn)行熱交換，使高溫流體產(chǎn)生從氣相變?yōu)橐合嗟南辔蛔兓睦淠鳎窃诟邷亓黧w側(cè)的傳熱面表面形成有與上述高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)溝形部分，具有一個或多個積聚傳熱面上產(chǎn)生的、沿高溫流體流動方向流下的高溫流體冷凝液的冷凝液排除溝部，上述傳熱面被上述冷凝液排除溝部劃分成若干區(qū)域，在傳熱面上劃分出的各個區(qū)域分別形成有一定形狀、至少在高溫流體側(cè)表面表現(xiàn)為一定凹凸的花紋。這樣，在本發(fā)明中，由于在熱交換用的傳熱面上，設(shè)置有排除該傳熱面的高溫流體側(cè)表面產(chǎn)生的冷凝液的冷凝液排除溝部，而且在傳熱面高溫流體側(cè)表面由上述冷凝液排除溝部劃分出的各個區(qū)域分別形成有凹凸的花紋，傳熱面上產(chǎn)生、流下的高溫流體冷凝液積聚在冷凝液排除溝部，沿該冷凝液排除溝部迅速排除，因此冷凝液不會在傳熱面上滯留，可以提高傳熱面與氣相高溫流體的接觸效率，在用凹凸花紋使高溫流體與傳熱面的熱轉(zhuǎn)移性能得到提高的同時，使傳熱面上從高溫流體向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率也得到提高，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述冷凝液排除溝部從傳熱面的兩側(cè)端部向中央部形成，在上述高溫流體側(cè)的傳熱面表面，形成從傳熱面的高溫流體流動方向的大致中央部到高溫流體的流出側(cè)端部，沿高溫流體流動方向的連續(xù)溝形部分，構(gòu)成與上述冷凝液排除溝部連通的冷凝液流路部。這樣，在本發(fā)明中，由于在傳熱面上除冷凝液排除溝部外還設(shè)置了冷凝液流路部，傳熱面上產(chǎn)生、流下的高溫流體冷凝液積聚在冷凝液排除溝部，再積聚到冷凝液流路部中，沿該冷凝液流路部迅速地排除，因此冷凝液不會在傳熱面上滯留，可以提高傳熱面與氣相高溫流體的接觸效率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述傳熱面由上述冷凝液排除溝部劃分成若干區(qū)域，在傳熱面上劃分出的各個區(qū)域分別形成有一定形狀、高溫流體側(cè)與低溫流體側(cè)凹凸正好相反而共同形成的一定凹凸花紋，上述各區(qū)域的凹凸花紋由一個或多個大小使高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最佳的凹凸形狀部分以及大小使低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最佳的凹凸形狀部分，按一定的配置組合形成。這樣，在本發(fā)明中，由于被冷凝液排除溝部劃分出的傳熱面各個區(qū)域，形成有多個高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最佳的形狀部分以及低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最佳的形狀部分組合形成的凹凸花紋，分別使各流體與傳熱面的熱轉(zhuǎn)移性能保持高效率狀態(tài)，因此可以提高整個傳熱面上從高溫流體向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述傳熱面的一個或多個區(qū)域的凹凸花紋，由多個沿高溫流體流動方向為連續(xù)凸條形或溝形、且具有按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，以及沿高溫流體流動方向為連續(xù)凸條形或溝形、且具有按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的另一種間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，組合形成。這樣，在本發(fā)明中，由于在傳熱面的一定區(qū)域，形成有與高溫流體流動方向平行、且與低溫流體流動方向垂直相交的連續(xù)形狀的凹凸花紋，對低溫流體的流動阻力增大，因此可以提高低溫流體與傳熱面的接觸頻度，進(jìn)一步促進(jìn)從傳熱面向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移，同時降低對高溫流體流入的阻力，讓高溫流體在傳熱面之間順暢地流通，與傳熱面接觸，提高從高溫流體通過傳熱面向低溫流體進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的效率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述傳熱面被劃分出的多個區(qū)域中，至少在比上述冷凝液流路部更靠高溫流體流動方向上游側(cè)的區(qū)域的凹凸花紋，由向著高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)凸條形或溝形、且在與該傾斜方向成垂直相交的方向具有按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，以及向著高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)凸條形或溝形、且在與該傾斜方向成垂直相交的方向具有按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的另一種間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，組合形成。這樣，在本發(fā)明中，由于在傳熱面的一定區(qū)域，形成有向著高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)形狀的凹凸花紋，在增大對低溫流體流動阻力的同時，對高溫流體的流動也產(chǎn)生一定的阻力，因此可以提高低溫流體與傳熱面的接觸頻度，進(jìn)一步促進(jìn)從傳熱面向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移，同時還可提高高溫流體與傳熱面的接觸頻度，提高從高溫流體向傳熱面的熱轉(zhuǎn)移的效率，即使在高溫流體為冷凝困難的過熱蒸汽的情況下，也能恰當(dāng)?shù)厥乖撨^熱蒸汽將熱量轉(zhuǎn)移到傳熱面，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述的凹凸花紋為具有按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距并立設(shè)置的凸條形或溝形部分，同具有按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的、且與上述按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距相比、間距極小的凸條形或溝形部分組合、一體成形的、橫截面為復(fù)合波浪形的凹凸形狀。這樣，在本發(fā)明中，由于傳熱面的凹凸花紋是橫截面為復(fù)合波浪形的凹凸形狀，高溫流體熱轉(zhuǎn)移率最大的形狀部分與低溫流體熱轉(zhuǎn)移率最大的形狀部分，可以在傳熱面上沒有偏向地一樣設(shè)置，因此可以在傳熱面上最大限度地設(shè)置按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的小間距凸條形或溝形部分，可以切實地將冷凝液從傳熱面上排除，最大限度地確保能與氣相的高溫流體接觸的傳熱面積，使冷凝熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最大，使各流體與傳熱面的熱轉(zhuǎn)移性均能保持高效率狀態(tài)，可以提高整個傳熱面上從高溫流體向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述傳熱面，在高溫流體流動方向的高溫流體流入側(cè)端部起一定范圍的區(qū)域內(nèi)，形成沿高溫流體流動方向連續(xù)的凸條形或溝形、沿低溫流體流動方向按一定間距并立、橫截面大致呈波浪形的凹凸形狀的凹凸花紋。這樣，在本發(fā)明中，由于在傳熱面的高溫流體流入側(cè)端部的一定范圍內(nèi)，形成了長度方向與高溫流體流動方向一致的一定形狀的凹凸花紋，使得氣相高溫流體容易流入傳熱面，因此可以通過凹凸確保擴(kuò)大傳熱面積，促進(jìn)低溫流體與傳熱面的高溫流體流入側(cè)區(qū)域的接觸，進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移，同時可以降低高溫流體的流入阻力，讓高溫流體順暢地流入傳熱面之間，與傳熱面接觸，增加從高溫流體向傳熱面進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的頻度，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述傳熱面，在高溫流體流動方向的高溫流體流出側(cè)端部起一定范圍的區(qū)域內(nèi)，形成沿高溫流體流動方向連續(xù)的凸條形或溝形、沿低溫流體流動方向按一定間距并立、橫截面大致呈波浪形的凹凸形狀的凹凸花紋。這樣，在本發(fā)明中，由于在傳熱面的高溫流體最下游側(cè)一定范圍內(nèi)，形成了長度方向與高溫流體流動方向一致的一定形狀的凹凸花紋，因此可以降低高溫流體流動方向的阻力，使液相高溫流體能容易地從傳熱面之間脫離到外部，任何時候均無冷凝液殘留在傳熱面上，可以確保進(jìn)一步擴(kuò)大傳熱面與氣相高溫流體的傳熱面積，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
本發(fā)明的冷凝器，如有必要，可以讓上述傳熱面由各邊方向分別與高溫流體流動方向與低溫流體流動方向一致的矩形或正方形大致呈板狀的板狀體形成，上述傳熱面的各區(qū)域的凹凸花紋是關(guān)于與高溫流體流動方向平行的、傳熱面二等分線對稱的形狀。這樣，在本發(fā)明中，由于傳熱面的各區(qū)域的凹凸花紋是關(guān)于傳熱面二等分線對稱的形狀，即使低溫流體的流入方向相反，也不會使熱轉(zhuǎn)移狀態(tài)發(fā)生變化，因此，可以將一個傳熱面左右替換，用作對向的傳熱面，可以降低冷凝器的整體造價。
下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明第一實施方式的冷凝器的側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明第一實施方式的冷凝器的傳熱面的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明第一實施方式的冷凝器的傳熱面的主要部分切口立體圖。
圖4是本發(fā)明第二實施方式的冷凝器傳熱面的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明第二實施方式的冷凝器的傳熱面的主要部分切口立體圖。
圖6是現(xiàn)有的冷凝器主要部分的分解立體圖。
圖7是現(xiàn)有的冷凝器的組裝狀態(tài)概略示意圖。
圖8是現(xiàn)有的冷凝器的傳熱面的主要部分結(jié)構(gòu)圖。
圖9是現(xiàn)有的冷凝器的傳熱面的概略結(jié)構(gòu)圖。
下面參照圖1至圖3，對本發(fā)明的第一實施方式的冷凝器進(jìn)行說明。本實施方式的冷凝器用氨作為高溫流體，用海水作為低溫流體，構(gòu)成動力循環(huán)系統(tǒng)的一部分。圖1是本實施方式的冷凝器的側(cè)視圖，圖2是本實施方式的冷凝器的傳熱面的概略結(jié)構(gòu)圖，圖3是本實施方式的冷凝器的傳熱面的主要部分切口立體圖。
如上述各圖所示，本實施方式的冷凝器的結(jié)構(gòu)是，在金屬制的箱形機(jī)殼10內(nèi)，設(shè)置著多組并立狀態(tài)的金屬制的矩形板狀體傳熱面1，其與高溫流體對應(yīng)的面相互平行地相對向排列，相對向的兩個傳熱面1各自的側(cè)端部連接在一起，構(gòu)成大致呈筒形的筒體，該大致呈筒形的筒體的上下開口部分是高溫流體的出口與入口，高溫流體從上部流到下部，在傳熱面1的相反側(cè)，低溫流體在與高溫流體垂直相交的方向流動。在包圍著各傳熱面1的機(jī)殼10的各側(cè)面上，在正好相當(dāng)于傳熱面1上下方向中央部的高度，設(shè)置著低溫流體的供給口10a與排出口10b，在機(jī)殼10的上下面上，分別設(shè)置著與上述大致呈筒形的筒體上下開口部分連通的高溫流體的流入口10c與流出口10d。
上述傳熱面1的高溫流體側(cè)表面，具有多個由從傳熱面的兩側(cè)端部向中央部延伸、與高溫流體流動方向按一定角度傾斜的兩兩并立狀態(tài)的連續(xù)溝形部分形成的冷凝液排除溝部2，以及由從傳熱面1的高溫流體流動方向的大致中央部到高溫流體流出側(cè)端部、在高溫流體流動方向連續(xù)的溝形部分形成的、與上述冷凝液排除溝部2連通的冷凝液流路部3，上述傳熱面被上述冷凝液排除溝部2與冷凝液流路部3劃分成若干區(qū)域，在上述被劃分出的各個區(qū)域分別形成有高溫流體側(cè)與低溫流體側(cè)凹凸相反、共同構(gòu)成的一定凹凸花紋。凹凸花紋增加了傳熱面積，提高了傳熱面1的強度，而且起到了控制流體流動，按一定方向引導(dǎo)流體的作用。
上述傳熱面1的最上側(cè)區(qū)域4是高溫流體的流入側(cè)，該區(qū)域4的凹凸花紋為高溫流體流動方向的連續(xù)凸條形或溝形，且在低溫流體流動方向呈相隔一定間距并立的、橫截面大致成波浪形的凹凸形狀。由于在高溫流體流動方向是連續(xù)的凸條形或溝形，所以能減少高溫流體的流入阻力。
與傳熱面1的最上部區(qū)域4相鄰的、面積最大的區(qū)域5的凹凸花紋是高溫流體流動方向的連續(xù)凸條形或溝形，且在低溫流體流動方向呈相隔一定間距并立的、橫截面大致成波浪形的凹凸形狀，在以氨為高溫流體，海水為低溫流體的條件下，是由對低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率(對流熱轉(zhuǎn)移率)最好的約為15～20mm寬度的溝形部5a(從高溫流體側(cè)看的形狀)，以及對高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率(冷凝熱轉(zhuǎn)移率)最好的約為0.5～1mm寬度的溝形部5b(從高溫流體側(cè)看的形狀)，復(fù)合、一體設(shè)置構(gòu)成的，橫截面形狀為復(fù)合波浪形，參照圖3。
與上述區(qū)域5下游側(cè)相鄰的各區(qū)域6的凹凸花紋是關(guān)于與高溫流體流動方向平行的、傳熱面二等分線對稱的花紋，與上述區(qū)域5一樣，是向著高溫流體流動方向的連續(xù)凸條形或溝形、且在低溫流體流動方向呈相隔一定間距并立的、橫截面大致成波浪形的凹凸形狀。
傳熱面1的最下部、構(gòu)成高溫流體流出側(cè)的區(qū)域7，與上述區(qū)域4一樣，其凹凸花紋為高溫流體流動方向的連續(xù)凸條形或溝形，且在低溫流體流動方向呈相隔一定間距并立的、橫截面大致成波浪形的凹凸形狀。由于在高溫流體流動方向是連續(xù)的凸條形或溝形，所以能減少高溫流體的流入阻力。
在上述傳熱面1的周圍，在相對向的兩個傳熱面1被連接的同時，存在著構(gòu)成因連接形成的大致呈筒形的筒體的側(cè)面的、具有一定寬度的大致為板狀的連接部分(圖中未表示出)，使兩個傳熱面1平行且保持一定的間隔。該連接用部分，一般為不會對大致呈筒形的筒體內(nèi)外各流體形成阻力的平滑面，但是也可以在該連接部分，形成按一定間隔設(shè)置的、多個具有對低溫流體側(cè)為凹，對高溫流體側(cè)為凸的一定凹凸形狀的凹凸花紋，這樣可以大幅度地提高傳熱面1對抗低溫流體側(cè)來的壓力的支承強度。
下面，對具有上述結(jié)構(gòu)的冷凝器的熱交換動作進(jìn)行說明。
氣相的高溫流體被一定的壓力，通過機(jī)殼10的流入口10c，從兩個傳熱面1構(gòu)成的大致呈筒形的筒體上部向下供給，高溫流體被送到構(gòu)成大致呈筒形的筒體內(nèi)側(cè)的傳熱面1。低溫流體從上述機(jī)殼10的供給口10a連續(xù)供給，又從排出口10b回收，該低溫流體在構(gòu)成大致呈筒形的筒體內(nèi)側(cè)的傳熱面1之間與高溫流體流相互垂直對流，通過各傳熱面1進(jìn)行熱交換。
低溫流體與傳熱面1的各個位置接觸，傳熱面1各部分的凹凸花紋與低溫流體流動方向垂直相交，對低溫流體形成阻力，由于它們具有對低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最好的一定形狀，所以低溫流體能與傳熱面1的各個位置充分接觸，切實地接受熱量，充分地從高溫流體側(cè)吸收熱量。
在構(gòu)成大致呈筒形的筒體內(nèi)側(cè)的傳熱面1之間，氣相的高溫流體首先接觸傳熱面1上側(cè)區(qū)域4的各個部位，一邊通過傳熱面1向外側(cè)的低溫流體放出熱量，一邊到達(dá)區(qū)域5。在該區(qū)域5，由于熱量已向低溫流體轉(zhuǎn)移，高溫流體在傳熱面1上冷凝，產(chǎn)生冷凝液。冷凝生成的細(xì)微液滴被表面張力吸引到具有適當(dāng)間距的溝形部5b內(nèi)，在該溝形部5b中形成冷凝液膜。積聚在該溝形部5b中的冷凝液生長成一定大小的液滴后，因重力或氣相高溫流體壓力的作用而依次流下，到達(dá)區(qū)域5下面的冷凝液排除溝2。這樣，利用冷凝液的表面張力，使冷凝液滴在溝形部5b中生長，冷凝液在傳熱面1上所占的表面積極小，而且冷凝液可沿溝形部5b流下，恰當(dāng)?shù)貜膫鳠崦?排除，這樣便可最大限度地確保與氣相高溫流體接觸的傳熱面積，使冷凝熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最佳值。
在上述區(qū)域5未冷凝的氣相高溫流體，進(jìn)而到達(dá)下游側(cè)的區(qū)域6，與上面所述的一樣，在傳熱面表面冷凝的高溫流體被表面張力吸引溝形部內(nèi)，變成一定大小的液滴，依次流下，到達(dá)下側(cè)的冷凝液排除溝2。
到達(dá)各冷凝液排除溝2的冷凝液，分別沿冷凝液排除溝2迅速地向中央側(cè)移動，即使冷凝液增加，也可以被兩兩并立的溝部中的任何一個確實地截留，不會流到下側(cè)的區(qū)域，不會妨礙傳熱面1與氣相高溫流體的接觸。在各冷凝液排除溝2流動的冷凝液積聚到中央的冷凝液流路部3中，積聚的冷凝液在冷凝液流路部3中流下，從傳熱面1之間到達(dá)下部開口，通過機(jī)殼10的流出口10d取出到外部。
在最下部的區(qū)域6，殘留的氣相高溫流體被進(jìn)一步冷卻，氣體部分被完全冷凝，冷凝液向下方移動，氣相高溫流體變?yōu)橐合嗟母邷亓黧w。冷凝液沿著凹凸花紋順暢地向下流動，與流到冷凝液流路部3的冷凝液一樣，到達(dá)下部開口，通過流出口10d取出到外部。
這樣，由于本實施方式的冷凝器，在機(jī)殼10內(nèi)設(shè)置了熱交換用的傳熱面1，該傳熱面1上形成有由最適合高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率的形狀部分與最適合低溫流體熱轉(zhuǎn)移率的形狀部分組合構(gòu)成的凹凸花紋，高溫流體與低溫流體通過傳熱面1進(jìn)行熱交換，因此，傳熱面1各位置上低溫流體的熱轉(zhuǎn)移效率可達(dá)到最大，高溫流體在氣相與液相的狀態(tài)下，均可順暢地流動，可充分地從傳熱面1進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移，各種流體與傳熱面的熱轉(zhuǎn)移性能均能達(dá)到高效率狀態(tài)，可以在整個傳熱面上達(dá)到從高溫流體向低溫流體進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的最佳狀態(tài)，高效率地實現(xiàn)高溫流體的冷凝。
在上述實施方式的冷凝器中，在機(jī)殼10上分別設(shè)有一個流入口10c與一個流出口10d，但是并不限于此，可分別設(shè)置多個，在傳熱面1的數(shù)目較多，尺寸較大，冷凝器的橫向尺寸較大的情況下，這樣做可以將高溫流體不偏倚地均勻送入各傳熱面1構(gòu)成的大致呈筒形的筒體內(nèi)。
下面，參照圖4和圖5，對本發(fā)明的第二實施方式的冷凝器進(jìn)行說明。本實施方式的冷凝器用氨作為高溫流體，用一定的食鹽水(冷媒)作為低溫流體，構(gòu)成冷凍循環(huán)系統(tǒng)的一部分。圖4是本實施方式的冷凝器傳熱面的概略結(jié)構(gòu)圖，圖5是本實施方式的冷凝器的傳熱面的主要部分切口立體圖。
如上述各圖所示，本實施方式的冷凝器的結(jié)構(gòu)與上述第一實施方式一樣，在金屬制的箱形機(jī)殼10內(nèi)，設(shè)置著多組并立狀態(tài)的傳熱面1，高溫流體在與低溫流體在傳熱面1的兩側(cè)相互垂直相交的方向流動，傳熱面的凹凸花紋有一部分是不同的。
上述傳熱面1與上述第一實施方式一樣，具有多個冷凝液排除溝部2與冷凝液流路部3，在該冷凝液排除溝部2與冷凝液流路部3劃分出的各區(qū)域中，分別形成一定的凹凸花紋，與上述第一實施方式不同之處在于，與傳熱面1的最上部區(qū)域4相鄰的、面積最大的區(qū)域5的凹凸花紋是與高溫流體流動方向成一定角度的斜向連續(xù)凸條形或溝形，且在與上述傾斜方向垂直的方向，左右對稱形成相隔一定間距并立的、橫截面大致成波浪形的凹凸形狀，在以氨為高溫流體，水為低溫流體的條件下，是由對低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率(對流熱轉(zhuǎn)移率)最好的約為15～20mm寬度的溝形部5a(從高溫流體側(cè)看的形狀)，以及對高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率(冷凝熱轉(zhuǎn)移率)最好的約為0.5～1mm寬度的溝形部5b(從高溫流體側(cè)看的形狀)，復(fù)合、一體設(shè)置構(gòu)成的，橫截面形狀為復(fù)合波浪形(參照圖5)。
下面，對具有上述結(jié)構(gòu)的冷凝器的熱交換動作進(jìn)行說明。
在冷凍循環(huán)系統(tǒng)中成為過熱蒸汽的氣相的高溫流體被一定的壓力，從兩個傳熱面1構(gòu)成的大致呈筒形的筒體上部向下供給，高溫流體被送到構(gòu)成大致呈筒形的筒體內(nèi)側(cè)的傳熱面1。低溫流體從上述機(jī)殼10的供給口10a連續(xù)供給，又從排出口10b回收，該低溫流體在構(gòu)成大致呈筒形的筒體內(nèi)側(cè)的傳熱面1之間與高溫流體流相互垂直對流，通過各傳熱面1進(jìn)行熱交換(參照圖1)。
低溫流體與傳熱面1的各個位置接觸，與上述第一實施方式一樣，由于傳熱面1各區(qū)域的凹凸花紋是對低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最好的凹凸形狀，所以低溫流體能與傳熱面1的各個位置充分接觸，切實地接受熱量，充分地從高溫流體側(cè)吸收熱量。
在構(gòu)成大致呈筒形的筒體內(nèi)側(cè)的傳熱面1之間，過熱狀態(tài)的氣相高溫流體首先接觸傳熱面1上側(cè)區(qū)域4的各個部位，一邊通過傳熱面1向外側(cè)的低溫流體放出熱量，一邊到達(dá)區(qū)域5。
在該區(qū)域5，高溫流體受到凹凸花紋的阻力，流下時速度有所下降，氣相高溫流體與傳熱面1的各個部位接觸，通過傳熱面1向外側(cè)的低溫流體放出熱量，成為飽和狀態(tài)，進(jìn)一步流到下面與傳熱面1接觸，由于熱量已向低溫流體轉(zhuǎn)移，高溫流體在傳熱面1上冷凝，產(chǎn)生冷凝液。冷凝生成的細(xì)微液滴被表面張力吸引到具有適當(dāng)間距的溝形部5b內(nèi)，在該溝形部5b中形成冷凝液膜。積聚在該溝形部5b中的冷凝液生長成一定大小的液滴后，因重力或氣相高溫流體壓力的作用而依次流下，到達(dá)區(qū)域5下面的冷凝液排除溝2。這樣，利用冷凝液的表面張力，使冷凝液滴在溝形部5b中生長，冷凝液在傳熱面1上所占的表面積極小，而且冷凝液可沿溝形部5b流下，恰當(dāng)?shù)貜膫鳠崦?排除，這樣便可最大限度地確保與氣相高溫流體接觸的傳熱面積，使冷凝熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最佳值。
在上述區(qū)域5，未冷凝的氣相高溫流體也基本上處于飽和狀態(tài)，與上述第一實施方式一樣，進(jìn)一步在下游側(cè)的各區(qū)域6冷凝在傳熱面表面，被冷凝的高溫流體被表面張力吸引溝形部內(nèi)，變成一定大小的液滴，依次流下，到達(dá)下側(cè)的冷凝液排除溝2。與上述第一實施方式一樣，到達(dá)各冷凝液排除溝2的冷凝液，到達(dá)并積聚在中央的冷凝液流路部3中，在冷凝液流路部3中流下，從傳熱面1之間到達(dá)下部開口，取出到外部，殘留的氣相高溫流體也在最下部的區(qū)域6被進(jìn)一步冷卻，氣體部分被完全冷凝，冷凝液沿著凹凸花紋順暢地向下流動，到達(dá)下部開口，取出到外部。
這樣，由于本實施方式的冷凝器，在機(jī)殼10內(nèi)設(shè)置了熱交換用的傳熱面1，該傳熱面1上由最適合高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率的形狀部分與最適合低溫流體熱轉(zhuǎn)移率的形狀部分組合，在與高溫流體流動方向成一定角度傾斜的方向形成連續(xù)的凹凸花紋，高溫流體與低溫流體通過傳熱面1進(jìn)行熱交換，因此，各種流體與傳熱面1的熱轉(zhuǎn)移性能均能達(dá)到高效率狀態(tài)，并可增加高溫流體與傳熱面的接觸頻度，在高溫流體為過熱蒸汽的情況下也能恰當(dāng)?shù)貜母邷亓黧w向傳熱面進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移，高效率地實現(xiàn)高溫流體的冷凝。
在上述第一與第二實施方式的冷凝器中，傳熱面1的區(qū)域5的凹凸花紋，是由對低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最好的寬度較寬的溝形部5a，以及對高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最好的、寬度較窄的溝形部5b，組合在一起構(gòu)成的、橫截面為復(fù)合波浪形的形狀，但是不限于此，較寬的溝形部5a與較窄的溝形部5b交互相配的狀態(tài)可以變更，還可以全部由同樣寬度的溝形部并立配置而構(gòu)成。另外，在高溫流體是混合流體的情況下，上述寬度較窄的溝形部5b，可以由寬度與構(gòu)成混合流體的各流體不同的表面張力相對應(yīng)的多種溝形部交互構(gòu)成，或者按一定數(shù)目分別設(shè)置，分別對各流體進(jìn)行最佳熱轉(zhuǎn)移，使其冷凝。還有，溝形部的寬度也不限于上述情況，在所用的高溫流體與低溫流體的種類與上述流體不同的情況下，可以根據(jù)各流體的種類，形成合適的寬度，特別是在低溫流體中含微生物等雜質(zhì)的情況下，通過形成對低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最佳的形狀，可以讓這類雜質(zhì)不易附著在傳熱面的低溫流體側(cè)表面，可以確實地維持對低溫流體的熱轉(zhuǎn)移性能。
此外，在上述第一與第二實施方式的冷凝器中，傳熱面1與高溫流體相對的面相互對向放置，其側(cè)端部相互連接成氣密狀態(tài)，構(gòu)成大致呈筒形的筒體，該大致呈筒形的筒體的上下開口部分構(gòu)成高溫流體的入口與出口，但是不限于此，可以與現(xiàn)有的殼板型冷凝器一樣，在機(jī)殼10內(nèi)將上下形成有開口部分(通孔)的多個傳熱面夾著密封墊等重合起來，使向著高溫流體側(cè)表面的間隙成密封狀態(tài)，向著低溫流體側(cè)表面的間隙成開放狀態(tài)，以上下分別連接起來的開口部分作為高溫流體的流路，讓高溫流體從上部的開口部分流向下部的開口部分，進(jìn)行冷凝。
另外，上述第一與第二實施方式的冷凝器中，傳熱面1上形成有冷凝液排除溝部2與冷凝液流路部3，并且在該冷凝液排除溝部2與冷凝液流路部3劃分出的多個區(qū)域內(nèi)形成有一定的凹凸花紋，在傳熱面1兩側(cè)的高溫流體與低溫流體之間存在壓力差的情況下，可在相對向的傳熱面1的多個部位，讓一部分相對向的凹凸花紋中凸出部分與凸出部分接觸，依靠接觸部分的支承來防止因壓力差而造成凹凸反向，確保各傳熱面之間的間隙符合規(guī)定的尺寸。
還有，在上述第一與第二實施方式的冷凝器中，高溫流體的流入側(cè)在傳熱面1的區(qū)域4一側(cè)，高溫流體的流出側(cè)在區(qū)域7一側(cè)，但是也可以在傳熱面1的上下倒置，高溫流體的流入側(cè)在區(qū)域7一側(cè)，高溫流體的流出側(cè)在區(qū)域4一側(cè)，在傳熱面1的各區(qū)域中，冷凝的高溫流體依次流下，積聚在冷凝液排除溝2內(nèi)，積聚的冷凝液沿各冷凝液排除溝2排到傳熱面的側(cè)端部，與上述情況一樣，將冷凝液確實地排出傳熱面1，最大限度地確保可與氣相高溫流體接觸的的傳熱面積，提高冷凝熱轉(zhuǎn)移率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于在熱交換用的傳熱面上，設(shè)置有排除該傳熱面的高溫流體側(cè)表面產(chǎn)生的冷凝液的冷凝液排除溝部，而且在傳熱面高溫流體側(cè)表面由上述冷凝液排除溝部劃分出的各個區(qū)域分別形成有凹凸的花紋，傳熱面上產(chǎn)生、流下的高溫流體冷凝液積聚在冷凝液排除溝部，沿該冷凝液排除溝部迅速排除，因此冷凝液不會在傳熱面上滯留，可以提高傳熱面與氣相高溫流體的接觸效率，在用凹凸花紋使高溫流體與傳熱面的熱轉(zhuǎn)移性能得到提高的同時，使傳熱面上從高溫流體向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率也得到提高，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于在傳熱面上除冷凝液排除溝部外還設(shè)置了冷凝液流路部，傳熱面上產(chǎn)生、流下的高溫流體冷凝液積聚在冷凝液排除溝部，再積聚到冷凝液流路部中，沿該冷凝液流路部迅速地排除，因此冷凝液不會在傳熱面上滯留，可提高傳熱面與氣相高溫流體的接觸效率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于被冷凝液排除溝部劃分出的傳熱面各個區(qū)域，形成有多個高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最佳的形狀部分以及低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率最佳的形狀部分組合形成的凹凸花紋，分別使各流體與傳熱面的熱轉(zhuǎn)移性能保持高效率狀態(tài)，因此可以提高整個傳熱面上從高溫流體向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于在傳熱面的一定區(qū)域，形成有與高溫流體流動方向平行、且與低溫流體流動方向垂直相交的連續(xù)形狀的凹凸花紋，對低溫流體的流動阻力增大，因此可以提高低溫流體與傳熱面的接觸頻度，進(jìn)一步促進(jìn)從傳熱面向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移，同時降低對高溫流體流入的阻力，讓高溫流體在傳熱面之間順暢地流通，與傳熱面接觸，提高從高溫流體通過傳熱面向低溫流體進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的效率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于在傳熱面的一定區(qū)域，形成有向著高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)形狀的凹凸花紋，在增大對低溫流體流動阻力的同時，對高溫流體的流動也產(chǎn)生一定的阻力，因此可以提高低溫流體與傳熱面的接觸頻度，進(jìn)一步促進(jìn)從傳熱面向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移，同時還可提高高溫流體與傳熱面的接觸頻度，提高從高溫流體向傳熱面的熱轉(zhuǎn)移的效率，即使在高溫流體為冷凝困難的過熱蒸汽的情況下，也能恰當(dāng)?shù)厥乖撨^熱蒸汽將熱量轉(zhuǎn)移到傳熱面，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于傳熱面的凹凸花紋是橫截面為復(fù)合波浪形的凹凸形狀，高溫流體熱轉(zhuǎn)移率最大的形狀部分與低溫流體熱轉(zhuǎn)移率最大的形狀部分，可以在傳熱面上沒有偏向地一樣設(shè)置，因此可以在傳熱面上最大限度地設(shè)置按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的小間距凸條形或溝形部分，可以切實地將冷凝液從傳熱面上排除，最大限度地確保能與氣相的高溫流體接觸的傳熱面積，使冷凝熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最大，使各流體與傳熱面的熱轉(zhuǎn)移性均能保持高效率狀態(tài)，可以提高整個傳熱面上從高溫流體向低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于在傳熱面的高溫流體流入側(cè)端部的一定范圍內(nèi)，形成了長度方向與高溫流體流動方向一致的一定形狀的凹凸花紋，使得氣相高溫流體容易流入傳熱面，因此可通過凹凸確保擴(kuò)大傳熱面積，促進(jìn)低溫流體與傳熱面的高溫流體流入側(cè)區(qū)域的接觸，進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移，同時可降低高溫流體的流入阻力，讓高溫流體順暢地流入傳熱面之間，與傳熱面接觸，增加從高溫流體向傳熱面進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的頻度，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于在傳熱面的高溫流體最下游側(cè)一定范圍內(nèi)，形成了長度方向與高溫流體流動方向一致的一定形狀的凹凸花紋，因此可以降低高溫流體流動方向的阻力，使液相高溫流體能容易地從傳熱面之間脫離到外部，任何時候均無冷凝液殘留在傳熱面上，可以確保進(jìn)一步擴(kuò)大傳熱面與氣相高溫流體的傳熱面積，使高溫流體的冷凝更加高效率地進(jìn)行。
還有，根據(jù)本發(fā)明，由于傳熱面的各區(qū)域的凹凸花紋是關(guān)于傳熱面二等分線對稱的形狀，即使低溫流體的流入方向相反，也不會使熱轉(zhuǎn)移狀態(tài)發(fā)生變化，因此，可以將一個傳熱面左右替換，用作對向的傳熱面，可以降低冷凝器的整體造價。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置有一個或多個大致呈板狀的傳熱面，讓高溫流體與低溫流體分別在上述傳熱面兩側(cè)流動，夾著上述傳熱面垂直對流，進(jìn)行熱交換，使高溫流體產(chǎn)生從氣相變?yōu)橐合嗟南辔蛔兓睦淠?，其特征是，在高溫流體側(cè)的傳熱面表面形成有與上述高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)溝形部分，具有一個或多個積聚傳熱面上產(chǎn)生的、沿高溫流體流動方向流下的高溫流體冷凝液的冷凝液書除溝部；上述傳熱面被上述冷凝液排除溝部劃分成若干區(qū)域，在傳熱面上劃分出的各個區(qū)域分別形成有一定形狀、至少在高溫流體側(cè)表面表現(xiàn)為一定凹凸的花紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凝器，其特征是，上述冷凝液排除溝部從傳熱面的兩側(cè)端部向中央部形成；在上述高溫流體側(cè)的傳熱面表面，形成從傳熱面的高溫流體流動方向的大致中央部到高溫流體的流出側(cè)端部，沿高溫流體流動方向的連續(xù)溝形部分，構(gòu)成與上述冷凝液排除溝部連通的冷凝液流路部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷凝器，其特征是，上述傳熱面由上述冷凝液排除溝部劃分成若干區(qū)域，在傳熱面上劃分出的各個區(qū)域分別形成有一定形狀、高溫流體側(cè)與低溫流體側(cè)凹凸正好相反而共同形成的一定凹凸花紋；上述各區(qū)域的凹凸花紋由一個或多個大小使高溫流體的熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最佳的凹凸形狀部分以及大小使低溫流體的熱轉(zhuǎn)移率達(dá)到最佳的凹凸形狀部分，按一定的配置組合形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷凝器，其特征是，上述傳熱面的一個或多個區(qū)域的凹凸花紋，由多個沿高溫流體流動方向為連續(xù)凸條形或溝形、且具有按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，以及沿高溫流體流動方向為連續(xù)凸條形或溝形、且具有按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的另一種間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，組合形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的冷凝器，其特征是，上述傳熱面被劃分出的多個區(qū)域中，至少在比上述冷凝液流路部更靠高溫流體流動方向上游側(cè)的區(qū)域的凹凸花紋，由向著高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)凸條形或溝形、且在與該傾斜方向成垂直相交的方向具有按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，以及向著高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)凸條形或溝形、且在與該傾斜方向成垂直相交的方向具有按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的另一種間距、在低溫流體流動方向橫截面為并立的大致波浪形的凹凸花紋，組合形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的冷凝器，其特征是，上述的凹凸花紋為具有按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距并立設(shè)置的凸條形或溝形部分，同具有按高溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的、且與上述按低溫流體的最佳熱轉(zhuǎn)移率設(shè)定的間距相比、間距極小的凸條形或溝形部分組合、一體成形的、橫截面為復(fù)合波浪形的凹凸形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項所述的冷凝器，其特征是，上述傳熱面，在高溫流體流動方向的高溫流體流出側(cè)端部起一定范圍的區(qū)域內(nèi)，形成沿高溫流體流動方向連續(xù)的凸條形或溝形、沿低溫流體流動方向按一定間距并立、橫截面大致呈波浪形的凹凸形狀的凹凸花紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項所述的冷凝器，其特征是，上述傳熱面，在高溫流體流動方向的高溫流體流出側(cè)端部起一定范圍的區(qū)域內(nèi)，形成沿高溫流體流動方向連續(xù)的凸條形或溝形、沿低溫流體流動方向按一定間距并立、橫截面大致呈波浪形的凹凸形狀的凹凸花紋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項所述的冷凝器，其特征是，上述傳熱面由各邊方向分別與高溫流體流動方向與低溫流體流動方向一致的矩形或正方形大致呈板狀的板狀體形成；上述傳熱面的各區(qū)域的凹凸花紋是關(guān)于與高溫流體流動方向平行的、傳熱面二等分線對稱的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷凝器,在高溫流體側(cè)的傳熱面表面形成有與高溫流體流動方向按一定角度傾斜的連續(xù)溝形部分,具有一個或多個積聚傳熱面上產(chǎn)生的、沿高溫流體流動方向流下的高溫流體冷凝液的冷凝液排除溝部。上述傳熱面被上述冷凝液排除溝部劃分成若干區(qū)域,在傳熱面上劃分出的各個區(qū)域分別形成有一定形狀、至少在高溫流體側(cè)表面表現(xiàn)為一定凹凸的花紋。
文檔編號F28F3/04GK1275710SQ0010741
公開日2000年12月6日 申請日期2000年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月31日
發(fā)明者上原春男 申請人:上原春男