專利名稱：一種分液式螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于換熱及傳熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器。
背景技術(shù)：
工業(yè)過程中釋放大量低品位余熱(如煙氣余熱、蒸汽余熱等)有待利用，其熱量主要包含顯熱和潛熱兩部分。以燃煤鍋爐煙氣為例，其中水蒸氣體積份額約為8%，攜帶潛熱熱量占余熱總量的30%左右，而燃?xì)夂腿加湾仩t煙氣中水蒸氣體積份額高達(dá)18%，攜帶潛熱熱量占余熱總量的65%左右；可見利用冷凝換熱技術(shù)回收余熱中的潛熱，能夠大幅度提高熱能回收利用率。同時(shí)，螺旋管式熱換熱器與一般直管管殼式換熱器相比，具有傳熱系數(shù)大，結(jié)構(gòu)緊湊，易于清洗，污垢熱阻小等優(yōu)點(diǎn)，雖然造價(jià)比同樣傳熱面積的管殼式換熱器高，可是因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)大，容易維修，同時(shí)螺旋換熱管呈蛇形盤管狀，具有彈簧作用，沒有熱應(yīng)力造成的破壞漏失，所以廣泛使用。螺旋管換熱器與直管換熱器相比具有較高的換熱效率，其根本原因在于流體在彎管中流動時(shí)產(chǎn)生離心力，該離心力導(dǎo)致管內(nèi)垂直流動方向上產(chǎn)生二次流， 從而增強(qiáng)流體的擾動實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱；與普通的水平彎管相比，螺旋管的螺旋上升結(jié)構(gòu)(螺旋上升角)使得流體在流動方向上受到扭轉(zhuǎn)作用，該扭轉(zhuǎn)作用也會顯著影響流動和換熱； 此外，浮升力引起的管內(nèi)混合對流也會影響螺旋管的換熱特性；總之，由于螺旋管具有螺旋上升結(jié)構(gòu)，使得螺旋管內(nèi)的流動受到離心力、扭轉(zhuǎn)力以及浮升力的共同作用，導(dǎo)致螺旋管內(nèi)的邊界層發(fā)展、截面溫度分布、層流向湍流轉(zhuǎn)換、換熱系數(shù)及摩擦阻力等特性與常規(guī)的直管不同。而在螺旋管內(nèi)發(fā)生冷凝相變過程時(shí)，其管內(nèi)存在汽液兩相流體。由于其密度、體積的不同，導(dǎo)致各自受到的離心力、扭轉(zhuǎn)力以及浮生力不同；使得氣體靠近內(nèi)壁面區(qū)，冷凝液靠近外壁面區(qū)，造成冷凝液膜在圓周截面方向上厚度不均勻，截面兩相流型表現(xiàn)出顯著的不對稱性。同時(shí)由于螺旋上升結(jié)構(gòu)的存在汽液兩相流流速差異增大，兩相區(qū)之間的剪切力增大，促使冷凝流型彈狀流中的汽彈空間在螺旋通道內(nèi)近內(nèi)壁區(qū)拉長，而在螺旋外圓周側(cè)存留較長的液橋區(qū)。這些螺旋管相變流型上的特點(diǎn)使得局部壁面的傳熱性能具有本身的獨(dú)特性，對其流型和局部傳熱性能的考察及基于此特點(diǎn)的合理調(diào)控為設(shè)計(jì)高效螺旋管換熱器提供了新思路，同時(shí)對于相變傳熱學(xué)科領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)價(jià)值。目前國內(nèi)外強(qiáng)化冷凝換熱研究主要針對光滑直管或者內(nèi)翅片、內(nèi)螺旋、內(nèi)凹槽的直管的研究，而對于螺旋管內(nèi)冷凝相變傳熱的強(qiáng)化研究尚未報(bào)道。本發(fā)明即針對螺旋管冷凝器中螺旋換熱管內(nèi)汽液兩相流在受到離心力、扭轉(zhuǎn)力和浮升力共同作用下表現(xiàn)出的流動不對稱性，利用在螺旋換熱管外圓周側(cè)設(shè)置微細(xì)導(dǎo)液管，將分布在外圓周壁面處的厚液膜及時(shí)導(dǎo)離，從而調(diào)整截面流型對稱度的同時(shí)，形成薄液膜傳熱，達(dá)到提高螺旋管冷凝器換熱效率的目的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，在分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器的殼體內(nèi)固定螺旋換熱管，螺旋換熱管外圓周上分布導(dǎo)液管，螺旋換熱管上端為冷凝工質(zhì)進(jìn)口管，下端為冷凝工質(zhì)出口管；殼體外圓周上端為冷卻水出口，下端為冷卻水進(jìn)口。所述螺旋換熱管外圓周上分布與殼體軸線同向?qū)б汗埽哂腥N結(jié)構(gòu)形式，其一為導(dǎo)液管通過微細(xì)管與螺旋換熱管的每圈相連，不與殼體內(nèi)側(cè)接觸；其二為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環(huán)形的積液腔，所述垂直于殼體軸線的微細(xì)管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環(huán)形的積液腔相聯(lián)通；在螺旋管外圓周壁面的半圓范圍內(nèi)加工3個(gè)壁面大孔，絲網(wǎng)包覆在3個(gè)壁面大孔的表面，絲網(wǎng)在此主要起分液作用；其三為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環(huán)形的積液腔，所述垂直于殼體軸線的微細(xì)管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環(huán)形的積液腔相聯(lián)通；在螺旋管外圓周壁面的半圓范圍內(nèi)加工3-7個(gè)壁面微孔，在此微孔起分液作用。所述螺旋換熱管外圓周上分布導(dǎo)液管為等距離或非等距離分布；至少在兩根以上。所述微細(xì)管的當(dāng)量直徑、起主要分液作用的絲網(wǎng)孔徑和壁面微孔的當(dāng)量孔徑均用 d表示，其
權(quán)利要求
1.一種分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，在分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器的殼體內(nèi)固定螺旋換熱管，螺旋換熱管外圓周上分布導(dǎo)液管，螺旋換熱管上端為冷凝工質(zhì)進(jìn)口管，下端為冷凝工質(zhì)出口管；殼體外圓周上端為冷卻水出口，下端為冷卻水進(jìn)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，所述螺旋換熱管外圓周上分布導(dǎo)液管與殼體軸線同向，分液螺旋管結(jié)構(gòu)具有三種結(jié)構(gòu)形式其一為導(dǎo)液管通過微細(xì)管與螺旋換熱管的每圈相連，不與殼體內(nèi)側(cè)接觸；其二為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環(huán)形的積液腔，所述垂直于殼體軸線的微細(xì)管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環(huán)形的積液腔相聯(lián)通；在螺旋管外圓周壁面的半圓范圍內(nèi)加工3個(gè)壁面大孔，絲網(wǎng)包覆在3個(gè)壁面大孔的表面，絲網(wǎng)在此主要起分液作用；其三為在螺旋管外圓周的一半面上固定一截面為半圓環(huán)形的積液腔，所述垂直于殼體軸線的微細(xì)管不直接與螺旋管外圓周壁面相連，而是與半圓環(huán)形的積液腔相聯(lián)通；在螺旋管外圓周壁面的半圓范圍內(nèi)加工3-7個(gè)壁面微孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，所述所述螺旋換熱管外圓周上分布導(dǎo)液管為等距離或非等距離分布；至少在兩根以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，所述微細(xì)管的當(dāng)量直徑、起主要分液作用的絲網(wǎng)孔和壁面微孔的當(dāng)量孔徑均用d表示，其
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，所述螺旋換熱管材料為碳鋼、銅及銅合金、不銹鋼或鎳及鎳合金材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，所述螺旋換熱管采用外表面光滑的管或采用外表面有徑向低翅片管繞成螺旋換熱管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器，其特征在于，所述殼體材料采用鑄鐵、青銅碳鋼或不銹鋼制造。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于換熱、傳熱技術(shù)領(lǐng)域的一種分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器。在分液螺旋管結(jié)構(gòu)的冷凝器的殼體內(nèi)固定螺旋換熱管，螺旋換熱管外圓周上分布導(dǎo)液管，螺旋換熱管上端為冷凝工質(zhì)進(jìn)口管，下端為冷凝工質(zhì)出口管；殼體外圓周上端為冷卻水出口，下端為冷卻水進(jìn)口。在冷凝過程中利用表面張力、毛細(xì)力和離心力的共同作用將分布在螺旋外圓周側(cè)壁面處厚液膜非能動導(dǎo)出，促進(jìn)冷凝相變過程的薄液膜傳熱；降低螺旋管外圓周側(cè)冷凝液膜熱阻，從而顯著提高冷凝相變管側(cè)換熱性能。此分液式高效螺旋管冷凝器主要靠離心力和毛細(xì)力分離冷凝液，不受重力影響，在地面及微重力環(huán)境下均可顯著提高冷凝換熱系數(shù)。
文檔編號F28F1/12GK102313404SQ20111025921
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者張偉, 徐進(jìn)良, 陳宏霞 申請人:華北電力大學(xué)