臥式雙相變換熱器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種臥式雙相變換熱器，包括臥式殼體，臥式殼體內(nèi)均勻間隔設(shè)有若干換熱單元，換熱單元包括筒體，筒體內(nèi)壁與殼體之間圍成冷凝腔；筒體外壁與殼體之間圍成蒸發(fā)出氣腔；筒體內(nèi)沿上下方向均勻間隔設(shè)有若干水平設(shè)置的換熱蒸發(fā)管，各換熱蒸發(fā)管的兩端與筒體兩端的蒸發(fā)出氣腔相連通；筒體一端底部設(shè)有與蒸發(fā)出氣腔相連通的低溫液體進(jìn)口，筒體一端的換熱單元冷凝腔的底部設(shè)有高溫液體出口；各蒸發(fā)出氣腔的頂部分別向上連通有低溫蒸汽管；各冷凝腔的頂部分別向上連通有高溫蒸汽管。本實(shí)用新型管路連接非常簡(jiǎn)單，易于安裝，能適應(yīng)高度有限的場(chǎng)合且能夠統(tǒng)一控制所有換熱單元液位；能夠保證雙相變換熱的正常進(jìn)行，減小換熱器尺寸并節(jié)省能量。
【專利說明】臥式雙相變換熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及換熱器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)換熱器在工作時(shí)，其換熱面兩側(cè)的介質(zhì)一般不發(fā)生相變，比如液/液、氣/氣、氣/液換熱?；驌Q熱面一側(cè)的介質(zhì)發(fā)生相變，比如蒸汽/液、蒸汽/氣加熱器。無相變換熱器只能傳遞物料的顯熱，單側(cè)相變加熱器的蒸汽端發(fā)生冷凝相變放出潛熱，而另一側(cè)液體或氣體物料沒有相變，只是溫度被提升。通常物料的顯熱量要比潛熱量小得多，所以同樣的熱交換量，傳統(tǒng)換熱器通常需要很大的設(shè)備尺寸，以及大量的液體或氣體輸送能耗。
[0003]常用的換熱器有兩種:板式換熱器與管殼式換熱器?，F(xiàn)有的兩種換熱器均不適應(yīng)雙相變的工作狀況。
[0004]經(jīng)過本申請(qǐng)發(fā)明人的創(chuàng)造性研究，對(duì)現(xiàn)有兩種換熱器不適應(yīng)雙相變工作的原因有了規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，即物料發(fā)生相變時(shí)，必然伴隨著體積流量的劇烈變化，板式換熱器換熱面之間的間隙較小，所以難以適應(yīng)這種變化，不能用作雙相變換熱器；管殼式換熱器的殼程通常是長(zhǎng)度大于直徑，單管長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)徑比指管內(nèi)沸騰液位深度與管子直徑之比。)普遍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20 ;這種情況下沸騰相變側(cè)必然造成氣液劇烈混和狀態(tài)，冷凝相變側(cè)風(fēng)阻損失大、管束效應(yīng)明顯、液膜熱阻效應(yīng)強(qiáng)，這些因素綜合在一起，導(dǎo)致長(zhǎng)管(長(zhǎng)管指長(zhǎng)徑比大于20的的管子)設(shè)計(jì)無法穩(wěn)定發(fā)生相變傳熱。
[0005]如果據(jù)此設(shè)計(jì)出上下堆疊式的雙相變換熱器，則還會(huì)存在如下問題:
[0006]1.每一換熱單元都對(duì)外擁有單獨(dú)的4個(gè)接口，管路連接非常復(fù)雜。
[0007]2.各層換熱單元的液位均需要單獨(dú)控制，無法統(tǒng)一控制所有換熱單元內(nèi)的液位。
[0008]3.上下堆疊換熱單元的方式，造成設(shè)備整體高度較高，在高度有限的場(chǎng)合難以使用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的在于提供一種管路連接非常簡(jiǎn)單，易于安裝，能夠適應(yīng)高度有限的場(chǎng)合且能夠統(tǒng)一控制所有換熱單元液位的臥式雙相變換熱器。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的臥式雙相變換熱器包括臥式殼體，臥式殼體內(nèi)均勻間隔設(shè)有若干換熱單元，殼體兩端設(shè)有封頭；
[0011]換熱單元包括筒體，筒體上端與殼體頂壁密封連接，筒體下端與殼體底壁密封連接，筒體內(nèi)壁與殼體之間圍成冷凝腔；各換熱單元的筒體外壁與殼體之間圍成蒸發(fā)出氣腔，各蒸發(fā)出氣腔相互連通；
[0012]筒體內(nèi)沿上下方向均勻間隔設(shè)有若干水平設(shè)置的換熱蒸發(fā)管，各換熱蒸發(fā)管的兩端與筒體兩端的蒸發(fā)出氣腔相連通；
[0013]筒體至少一端底部設(shè)有與蒸發(fā)出氣腔相連通的低溫液體進(jìn)口，筒體一端的換熱單元冷凝腔的底部設(shè)有高溫液體出口 ；各冷凝腔的底部均連通有高溫液體管，各高溫液體管均與高溫液體出口相連通；
[0014]各蒸發(fā)出氣腔的頂部分別向上連通有低溫蒸汽管；各冷凝腔的頂部分別向上連通有高溫蒸汽管。
[0015]殼體頂部設(shè)有低溫蒸汽出口和高溫蒸汽進(jìn)口，所述各低溫蒸汽管均與低溫蒸汽出口相連通，所述各高溫蒸汽管均與高溫蒸汽進(jìn)口相連通。
[0016]所述封頭為平封頭或弧形封頭。
[0017]所述筒體兩端底部均設(shè)有與蒸發(fā)出氣腔相連通的低溫液體進(jìn)口。
[0018]所述換熱蒸發(fā)管的長(zhǎng)徑比小于等于20。
[0019]低溫蒸汽出口 12和高溫蒸汽進(jìn)口 13的設(shè)置，使得所有換熱單元的對(duì)外接口得以統(tǒng)一，使本實(shí)用新型對(duì)外只需要連接四個(gè)接口即可，這四個(gè)接口是:高溫蒸汽進(jìn)口 13、高溫液體出口 8、低溫液體進(jìn)口 7和低溫蒸汽出口 12。這種設(shè)置大大簡(jiǎn)化了對(duì)外管路的連接，提高了安裝效率，降低了安裝難度。
[0020]所述封頭2為平封頭或弧形封頭。本實(shí)用新型中，臥式殼體I兩側(cè)優(yōu)選采用平封頭，相比使用弧形封頭，可以顯著減少沸騰相液體(即低溫液體)的用量。平封頭也是本領(lǐng)域常規(guī)結(jié)構(gòu)，圖中僅示出了弧形封頭，不再示出平封頭。
[0021]本實(shí)用新型所采用的工作介質(zhì):發(fā)生相變的介質(zhì)根據(jù)不同的應(yīng)用有不同選擇，例如:水、氨、二氧化碳等；各類單質(zhì)制冷劑或非共沸混合制冷劑(CFC類，HCFC類，HFC類，R400等);各類碳?xì)浠衔?丙烷、乙醇、乙烯、丙酮等)?；诒緦?shí)用新型的技術(shù)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的工作介質(zhì)。
[0022]本實(shí)用新型適用于各類低溫蒸汽回收?qǐng)龊?，特別是與機(jī)械壓縮式熱泵系統(tǒng)相結(jié)口 ο
[0023]用在熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器上，可以直接回收低溫蒸汽的潛熱，取消了水冷凝器的水耗、水輸送能耗以及涼水塔投資及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，并且提高了回收溫度進(jìn)而提高了熱泵機(jī)組整機(jī)效率。
[0024]用在熱泵機(jī)組的冷凝器上，可直接生產(chǎn)蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)線。特別是用在各類傳統(tǒng)單/多效蒸發(fā)濃縮設(shè)備、單/多級(jí)蒸餾塔、各類干燥設(shè)備上。這些設(shè)備都大量消耗外來鍋爐蒸汽，并且使用冷凝器結(jié)合涼水塔把末級(jí)低溫蒸汽直接排放到大氣中。利用本實(shí)用新型，把原來直排的低溫蒸汽引入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器，把熱泵機(jī)組冷凝器生產(chǎn)的高溫蒸汽直接送回蒸發(fā)濃縮或蒸餾或干燥設(shè)備，這樣可以完全取消外來鍋爐蒸汽的使用，從而大大降低能源消耗量。在本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上還可采用各類表面強(qiáng)化換熱技術(shù)，提升整機(jī)效率，減少傳熱溫差，降低投資成本。蒸餾塔情況與此類似。
[0025]本實(shí)用新型中各蒸發(fā)出氣腔相互連通，因此各蒸發(fā)出氣腔內(nèi)的低溫(僅是相對(duì)低溫)液體的液位都是同樣的高度，這樣就無須對(duì)每一個(gè)換熱單元單獨(dú)控制其液位，只須控制一個(gè)液位即可保證所有換熱單元內(nèi)低溫液體的液位處于正常狀態(tài)，與上下堆疊換熱單元的方式相比，大大方便了液位控制，簡(jiǎn)化了操作，更容易保證系統(tǒng)的正常工作。
[0026]本實(shí)用新型對(duì)外只有4個(gè)接口，因此十分方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，連接起來十分方便快捷。本實(shí)用新型是臥式布置，高度較堆疊式大大減小，即使在高度有限的工作區(qū)域(廠房)內(nèi)也能夠輕松安裝使用。
[0027]本實(shí)用新型中，沸騰相變?cè)趽Q熱蒸發(fā)管內(nèi)發(fā)生，短管的長(zhǎng)徑比控制在20以內(nèi)，這樣管內(nèi)沸騰的大量汽泡可以及時(shí)排到管外(即蒸發(fā)出氣腔)，避免了長(zhǎng)徑比過長(zhǎng)時(shí)大量汽泡對(duì)沸騰換熱系統(tǒng)的負(fù)面影響。冷凝相變?cè)诠芡獍l(fā)生，具有換熱系統(tǒng)高的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]本實(shí)用新型能夠保證雙相變換熱的正常進(jìn)行，大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸并節(jié)省了 95%以上的工作介質(zhì)輸送時(shí)消耗的能量。
[0029]由于吸熱蒸發(fā)的液體填充在管內(nèi)，相比于管外沸騰，液體填充量少，有利于成本的降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1中箭頭所示方向?yàn)樵撎幗橘|(zhì)的流向。
[0032]如圖1所示，本實(shí)用新型的臥式雙相變換熱器包括臥式殼體1，臥式殼體I內(nèi)均勻間隔設(shè)有若干換熱單元，殼體I兩端設(shè)有封頭2。
[0033]換熱單元包括筒體3，筒體3上端與殼體I頂壁密封連接，筒體3下端與殼體I底壁密封連接，筒體3內(nèi)壁與殼體I之間圍成冷凝腔4 ;各換熱單元的筒體3外壁與殼體I之間圍成蒸發(fā)出氣腔5，各蒸發(fā)出氣腔5相互連通；
[0034]筒體3內(nèi)沿上下方向均勻間隔設(shè)有若干水平設(shè)置的換熱蒸發(fā)管6，各換熱蒸發(fā)管6的兩端與筒體3兩端的蒸發(fā)出氣腔5相連通；所述換熱蒸發(fā)管6的長(zhǎng)徑比小于等于20。
[0035]筒體3至少一端底部設(shè)有與蒸發(fā)出氣腔5相連通的低溫液體進(jìn)口 7，優(yōu)選的情況是所述筒體3兩端底部均設(shè)有與蒸發(fā)出氣腔5相連通的低溫液體進(jìn)口 7，這樣可以加快進(jìn)液速度。
[0036]筒體3 —端的換熱單元冷凝腔4的底部設(shè)有高溫液體出口 8 ;各冷凝腔4的底部均連通有高溫液體管9，各高溫液體管9均與高溫液體出口 8相連通；
[0037]各蒸發(fā)出氣腔5的頂部分別向上連通有低溫蒸汽管10 ;各冷凝腔4的頂部分別向上連通有高溫蒸汽管11。
[0038]殼體I頂部設(shè)有低溫蒸汽出口 12和高溫蒸汽進(jìn)口 13，所述各低溫蒸汽管10均與低溫蒸汽出口 12相連通，所述各高溫蒸汽管11均與高溫蒸汽進(jìn)口 13相連通。
[0039]低溫蒸汽出口 12和高溫蒸汽進(jìn)口 13的設(shè)置，使得所有換熱單元的對(duì)外接口得以統(tǒng)一，使本實(shí)用新型對(duì)外只需要連接四個(gè)接口即可，這四個(gè)接口是:高溫蒸汽進(jìn)口 13、高溫液體出口 8、低溫液體進(jìn)口 7和低溫蒸汽出口 12。這種設(shè)置大大簡(jiǎn)化了對(duì)外管路的連接，提高了安裝效率，降低了安裝難度。
[0040]所述封頭2為平封頭或弧形封頭。本實(shí)用新型中，臥式殼體I兩側(cè)優(yōu)選采用平封頭，相比使用弧形封頭，可以顯著減少沸騰相液體(即低溫液體)的用量。平封頭也是本領(lǐng)域常規(guī)結(jié)構(gòu)，圖中僅示出了弧形封頭，不再示出平封頭。
[0041]本實(shí)用新型所采用的工作介質(zhì):發(fā)生相變的介質(zhì)根據(jù)不同的應(yīng)用有不同選擇，例如:水、氨、二氧化碳等；各類單質(zhì)制冷劑或非共沸混合制冷劑(CFC類，HCFC類，HFC類，R400等);各類碳?xì)浠衔?丙烷、乙醇、乙烯、丙酮等)?；诒緦?shí)用新型的技術(shù)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員有能力根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的工作介質(zhì)。
[0042]本實(shí)用新型適用于各類低溫蒸汽回收?qǐng)龊?，特別是與機(jī)械壓縮式熱泵系統(tǒng)相結(jié)口 ο
[0043]用在熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器上，可以直接回收低溫蒸汽的潛熱，取消了水冷凝器的水耗、水輸送能耗以及涼水塔投資及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，并且提高了回收溫度進(jìn)而提高了熱泵機(jī)組整機(jī)效率。
[0044]用在熱泵機(jī)組的冷凝器上，可直接生產(chǎn)蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)線。特別是用在各類傳統(tǒng)單/多效蒸發(fā)濃縮設(shè)備、單/多級(jí)蒸餾塔、各類干燥設(shè)備上。這些設(shè)備都大量消耗外來鍋爐蒸汽，并且使用冷凝器結(jié)合涼水塔把末級(jí)低溫蒸汽直接排放到大氣中。利用本實(shí)用新型，把原來直排的低溫蒸汽引入熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器，把熱泵機(jī)組冷凝器生產(chǎn)的高溫蒸汽直接送回蒸發(fā)濃縮或蒸餾或干燥設(shè)備，這樣可以完全取消外來鍋爐蒸汽的使用，從而大大降低能源消耗量。在本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上還可采用各類表面強(qiáng)化換熱技術(shù)，提升整機(jī)效率，減少傳熱溫差，降低投資成本。蒸餾塔情況與此類似。
[0045]工作時(shí)，低溫液體由低溫液體進(jìn)口 7進(jìn)入殼體I內(nèi)的蒸發(fā)出氣腔5 ;由于各換熱單元的蒸發(fā)出氣腔5相互連通，因此只須控制一個(gè)液位即可保證所有換熱單元的低溫液體的液位處于正常狀態(tài)。
[0046]高溫蒸汽由高溫蒸汽進(jìn)口 13流入，經(jīng)高溫蒸汽管11進(jìn)入各冷凝腔4 ;高溫蒸汽在冷凝腔4內(nèi)遇到換熱蒸發(fā)管6時(shí)，與換熱蒸發(fā)管6內(nèi)的低溫液體進(jìn)行熱交換，管外的高溫蒸汽(當(dāng)換熱蒸發(fā)管6內(nèi)外的介質(zhì)相同時(shí)，冷凝腔4內(nèi)的高溫蒸汽的壓力高于換熱蒸發(fā)管6內(nèi)低溫液體的壓力)遇冷發(fā)生冷凝現(xiàn)象，生成的高溫液體經(jīng)高溫液體管9和高溫液體出口 8流出。
[0047]低溫液體由低溫液體進(jìn)口 7進(jìn)入殼體I內(nèi)的蒸發(fā)出氣腔5，進(jìn)而進(jìn)入換熱蒸發(fā)管6，在換熱蒸發(fā)管6內(nèi)吸收管外高溫蒸汽的熱量，發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。產(chǎn)生的低溫蒸汽流出換熱蒸發(fā)管6，通過蒸發(fā)出氣腔5進(jìn)入低溫蒸汽管10，最終通過低溫蒸汽出口 12流出。
[0048]本實(shí)用新型能夠保證雙相變換熱的正常進(jìn)行，大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸并節(jié)省了 95%以上的工作介質(zhì)輸送時(shí)消耗的能量。
[0049]在本發(fā)明的基礎(chǔ)上還可采用各類表面強(qiáng)化換熱技術(shù)，提升整機(jī)效率，減少傳熱溫差，降低投資成本。
[0050]以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.臥式雙相變換熱器，其特征在于:包括臥式殼體，臥式殼體內(nèi)均勻間隔設(shè)有若干換熱單元，殼體兩端設(shè)有封頭； 換熱單元包括筒體，筒體上端與殼體頂壁密封連接，筒體下端與殼體底壁密封連接，筒體內(nèi)壁與殼體之間圍成冷凝腔；各換熱單元的筒體外壁與殼體之間圍成蒸發(fā)出氣腔，各蒸發(fā)出氣腔相互連通； 筒體內(nèi)沿上下方向均勻間隔設(shè)有若干水平設(shè)置的換熱蒸發(fā)管，各換熱蒸發(fā)管的兩端與筒體兩端的蒸發(fā)出氣腔相連通； 筒體至少一端底部設(shè)有與蒸發(fā)出氣腔相連通的低溫液體進(jìn)口，筒體一端的換熱單元冷凝腔的底部設(shè)有高溫液體出口 ；各冷凝腔的底部均連通有高溫液體管，各高溫液體管均與高溫液體出口相連通； 各蒸發(fā)出氣腔的頂部分別向上連通有低溫蒸汽管；各冷凝腔的頂部分別向上連通有高溫蒸汽管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式雙相變換熱器，其特征在于:殼體頂部設(shè)有低溫蒸汽出口和高溫蒸汽進(jìn)口，所述各低溫蒸汽管均與低溫蒸汽出口相連通，所述各高溫蒸汽管均與高溫蒸汽進(jìn)口相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的臥式雙相變換熱器，其特征在于:所述封頭為平封頭或弧形封頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的臥式雙相變換熱器，其特征在于:所述筒體兩端底部均設(shè)有與蒸發(fā)出氣腔相連通的低溫液體進(jìn)口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的臥式雙相變換熱器，其特征在于:所述換熱蒸發(fā)管的長(zhǎng)徑比小于等于20。
【文檔編號(hào)】F25B39/00GK204177245SQ201420527720
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】付紅曉 申請(qǐng)人:鄭州四維淀粉技術(shù)開發(fā)有限公司