CN107238302A - 一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器,该换热器包括壳体、分层布液装置、换热管束、进水口、出水口、上封头、下封头、上管板、下管板。换热管束纵向布置在壳体内，制冷剂由下而上进入换热管束与管外流体换热。分层布液装置固定安装在壳体内，每层布液装置由集液盘、分液盘和固定支架组成，布液装置的安装层数依据立式换热器的高度和管外液膜的流态而设定为三层或多层，各层装置之间通过支架固定连接，并焊接在底部管板上。本发明通过分层布液装置可避免出现偏流或者膜厚不均匀的现象，有效改善换热效果，提高换热效率，且立式结构相对于水平式更为紧凑，节省占地面积，不存在死角和弯头，更易于清洗和维护。

Description

一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器
技术领域
本发明涉及一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器。
背景技术
由于污水水质的特殊性，常常使与污水接触的换热器出现腐蚀、结垢、堵塞等情况，致使换热器换热效率较低，换热效果差。近些年来，淋激式水平管降膜换热器以其温差小、动力消耗小、方便清洗维护等优点，已被广泛应用于污水源热泵空调***中。但由于水平管存在弯头和管束效应的影响，污水在管外易出现偏流、液滴飞溅或者膜厚不均匀的现象，很难在表面形成均匀的完整液膜，成为制约换热器换热效率的主要问题。
目前的立式降膜换热器均为制冷剂在管内或管外的垂直降膜，暂无在污水在管外降膜的研究和应用。立式降膜换热器可避免弯头和管束效应的影响，若存在结构合理的布液装置，管外易形成均匀的液膜，那么每根换热管在较小流量下便可以得到较大的换热系数。但现有的布液装置几乎均为单层布液，没有考虑换热管高度对布膜效果的影响，当换热器超过一定高度后，由于受到换热管壁面粘滞力和剪切力的作用，布膜效果会越发不理想，换热效率会大大降低。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本申请提供了一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，污水靠自身重力以膜状形式沿垂直管壁向下流动，依靠分层布液装置对污水进行多次重新布液，使液膜始终处于最佳流动形态，提高换热效率。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，包括：壳体、分层布液装置、换热管束、进水口、出水口、上封头、下封头、上管板、下管板；所述壳体焊接在上管板与下管板之间，在壳体的一侧上部设有进水口，同侧下部设有出水口；所述分层布液装置安装在壳体内，每层布液装置集液盘、分液盘和固定支架组成，顶层的分层布液装置可只设分液盘；所述分层布液装置的安装层数依据立式换热器的高度和管外液膜的流态而设定为三层或多层，各层装置之间通过支架固定连接，并焊接在下管板上；所述壳体内纵向布置有换热管束，该换热管束贯穿各层集液盘和分液盘并被固定于上、下管板的管孔上；所述上封头、下封头分别通过法兰盘与壳体固定连接，上封头顶部设有制冷剂出口，在下封头底部设有制冷剂入口。
进一步的，所述集液盘和分液盘为一个整体，所述集液盘上均匀分布管孔和筛孔，管孔与换热管管径相同，并同下方布膜孔平行对中布置；筛孔口径略小于管孔，集液盘中的液体能通过筛孔落入分液盘中；所述集液盘具有一定容积，上方无遮挡，换热管外的流体可全部落入集液盘中。
进一步的，所述分液盘位于集液盘的下方，分液盘上均匀分布有布膜孔，在布膜孔下方设有分配环，高度不小于8cm，分配环与布膜孔口径相同且均略大于换热管，同时与换热管形成圆环空隙作为液体布膜通道，依靠分液盘内流体的重力作用进行布液。
进一步的，所述换热管束由若干换热管组成，管内为制冷剂，从制冷剂入口进入，制冷剂出口流出；管外为高温流体，从壳体上部进水口流入，依次经过各层布液装之后从下部出水口流出。
操作时，制冷剂从下封头制冷剂入口流入，经换热管束换热后从上封头制冷剂出口流出；污水从壳体一侧上部的进水口进入最上层分液盘，液位积累一定高度后压强增大，经布膜孔、分配环与换热管间的环隙均匀分布到换热管上，完成初始布液。污水沿管壁向下流动一段距离后，受壁面粘滞力和剪切力的作用，液膜流态会逐渐恶化从而影响换热效果。此时，污水流入下层布液装置的集液盘中，再通过集液盘中的筛孔落入下方分液盘，进行二次布液，依次往下，使污水在换热管外壁始终呈膜状流动，直至落入换热器底部。换热器壳体上下有密封法兰，因而水可以在壳体底部保持一定水位，而后从出水口排出，完成一次换热过程。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本申请的一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，具有小流量、小温差和高热流密度的特性，分层布液装置能够保证污水均匀分布在换热管束上，使管外液膜始终呈薄膜状流动，避免出现偏流或者膜厚不均匀的现象，换热效率明显提高；纵向布置换热管束不存在浪费换热面积的情况，有效换热面积接近100％，且立式结构相对于水平式更为紧凑，节省占地面积，不存在死角和弯头，更易于清洗和维护。
附图说明
本发明共有附图5幅：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明分层布液装置分液盘A-A的剖面图；
图3为本发明分层布液装置集液盘B-B的剖面图；
图4为本发明分层布液装置C处局部放大示意图；
图5为本发明分层布液装置的安装示意图。
图中：1-壳体；2-分层布液装置；2-1集液盘；2-1-1筛孔；2-1-2管孔；2-2分液盘；2-2-1布膜孔；2-2-2分配环；2-3固定支架；3-换热管束；4-进水口；5-出水口；6-制冷剂出口；7-上封头；8-法兰盘；9-上管板；10-制冷剂入口；11-下封头；12-下管板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
参照附图，一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，主要包括壳体1、分层布液装置2、换热管束3、进水口4、出水口5、制冷剂出口6、上封头7、法兰盘8、上管板9、制冷剂入口10、下封头11、下管板12。
壳体1为圆柱形，焊接在上管板9和下管板12之间，壳体的一侧上部有进水口4，下部有出水口5。分层布液装置2包括集液盘2-1、分液盘2-2和固定支架2-3，均为圆形，集液盘2-1位于分液盘2-2的上方。分液盘2-2上均匀分布布膜孔，下方带有分配环2-2-2，高度不小于8cm，口径略大于换热管，与换热管形成圆环空隙作为液体布膜通道。集液盘2-1上均匀分布圆形筛孔，集液盘2-1中的液体可通过筛孔2-1-1落入下方分液盘中。所述集液盘2-1上预留管孔2-1-2，与换热管管径相同，并与下方布膜孔2-2-1平行对中布置。换热管束3由若干换热管组成，内走制冷剂，在换热器内纵向布置，依次穿过各层布液装置2并被固定于上下管板的管孔上，通过胀接方式连接。上封头7和下封头11分别通过法兰盘8与上管板9和下管板12连接，起密封作用，下封头11下部有制冷剂入口，上封头7上部有制冷剂出口。
本发明换热器工作原理如下：将下封头制冷剂入口10和上封头制冷剂出口6与外制冷***相连接，制冷剂从下部制冷剂入口10进入经换热管束3换热后从上部制冷剂出口6流出。高温污水从壳体一侧上部进水口4进入最上层分液盘2-2(最上层布液装置无集液盘)，液位积累一定高度后压强增大，经布膜孔2-2-1、分配环2-2-2与换热管间的环隙流出均匀分布到换热管上。但流体在下降过程中受到壁面粘滞力和剪切力的作用，布膜情况逐渐恶化，在未影响换热效果前流入下层布液装置的集液盘2-1中，再通过集液盘2-1中的筛孔2-1-1落入下方分液盘2-2，进行二次布液，以此类推。分层布液的形式使流体在换热管外壁始终呈膜状流动，直至落入换热器底部，从换热器壳体下部的出水口5排出，完成一次换热过程。
本发明中分液层数依据立式换热器的高度和管外液膜的流态变化而定，并不局限于附图中所示的三层布液形式。上述实施方式仅为本发明的较佳实施例，并不能以此限制分发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的任何修改、等同替换和改进，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，其特征在于，包括：壳体(1)、分层布液装置(2)、换热管束(3)、进水口(4)、出水口(5)、上封头(7)、下封头(11)、上管板(9)、下管板(12)；所述壳体(1)焊接在上管板(9)与下管板(12)之间，在壳体的一侧上部设有进水口(4)，下部设有出水口(5)；所述分层布液装置(2)安装在壳体内，每层布液装置由集液盘(2-1)和分液盘(2-2)组成，顶层的分层布液装置只设分液盘(2-2)；所述分层布液装置(2)的安装层数依据立式换热器的高度和管外液膜的流态而设定为三层或多层，各层装置之间通过固定支架(2-3)连接，并焊接在下管板(12)上；所述壳体内纵向布置有换热管束(3)，该换热管束(3)贯穿各层集液盘(2-1)和分液盘(2-2)并被固定于上管板(9)和下管板(12)的管孔上；所述上封头(7)、下封头(11)分别通过法兰盘(8)与壳体固定连接，上封头(7)顶部设有制冷剂出口(6)，在下封头(11)底部设有制冷剂入口(10)。
2.根据权利要求1所述一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，其特征在于，所述集液盘(2-1)和分液盘(2-2)为一个整体，集液盘(2-1)上均匀分布圆形管孔(2-1-2)与筛孔(2-1-1)，管孔(2-1-2)与换热管管径相同，并同下方布膜孔(2-2-1)平行对中布置，筛孔(2-1-1)口径略小于管孔；所述集液盘(2-1)具有一定容积，上方无遮挡，换热管外的流体能全部落入集液盘(2-1)中。
3.根据权利要求1所述一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，其特征在于，所述分液盘(2-2)位于集液盘(2-1)的下方，分液盘上均匀分布布膜孔(2-2-1)，在布膜孔下方设有分配环(2-2-2)，高度不小于8cm，分配环(2-2-2)与布膜孔(2-2-1)口径相同且略大于换热管，同时与换热管形成圆环空隙作为液体布膜通道。
4.根据权利要求1所述一种具有分层布液装置的立式管外降膜换热器，其特征在于，所述换热管束(3)由若干换热管组成，管内为制冷剂，从下封头制冷剂入口(10)进入，从上封头制冷剂出口(6)流出；管外为高温流体，从壳体上部进水口(4)流入，依次经过各层布液装置(2)之后从下部出水口(5)流出。
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