CN110813034B - S型管束降膜式吸收器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种S型管束降膜式吸收器，包括外壳、筒体、布液装置、冷却装置以及多个气孔，筒体设置在所述外壳内；布液装置、冷却装置均设置在筒体内，布液装置设置在冷却装置上方；气孔包括第一气孔和第二气孔，第一气孔和第二气孔设置在所述筒体侧壁上；沿高度方向，布液装置和冷却装置均设置在第一气孔和第二气孔之间；所述筒体的底部还设置有一出口。本发明采用“S形”换热管束，有效提高了“S形”换热管束外溶液布液的均匀性。具有比表面积大、布液均匀、溶液驻留换热表面时间长、诱导溶液混合促进吸收传热传质等优点，从而显著提高降膜吸收性能；在管径特征尺寸较小时，可实现小尺度传热传质。
Description
技术领域
本发明涉及换热器领域，具体地，涉及一种S型管束降膜式吸收器。
背景技术
当前，我国能源利用的利用率、经济效益和生态效益仍存在较大的进步空间，提高能源综合利用率是解决我国能源问题的根本途径，其解决措施主要在于提高能源应用***的效率。工质的正确选择、***结构的改进和传热传质性能的强化则是提高能源应用***效率的三大主要举措。降膜吸收器被广泛应用在吸收式制冷、热泵、发电、储热以及电力、化工等工业过程中，是常见的传热传质设备。间壁式降膜吸收器由于可以在侧线进行加热和冷却从而实现各种过程的节能操作，是各过程节能减排的关键部件，其通常采用管外降膜吸收、管内冷源冷却的方式，既涉及了溶液的降膜流动和冷却换热，还涉及了气液两相的传热传质过程。虽然竖管、横管、螺旋管和平板等降膜吸收方式具有侧线冷却、储液量小、气侧压降小和薄膜传热传质的优点，但是降膜式吸收器仍然存在以下几个关键问题：
(1)传热传质系数低。传统降膜式吸收器的换热管传热传质特征尺寸大、换热管表面液膜较厚，导致冷却剂和液膜的传热系数低、也导致较为稳定的液膜内传质系数低。
(2)润湿性差。传统降膜式吸收器由于布液、流量及表面张力原因存在液膜分布不均、干斑等润湿性差的问题，不能很好的利用换热器面积，导致降膜式吸收器吸收性能差。
(3)溶液驻留时间短。传统降膜吸收器的液膜在换热器表面驻留时间短，没有充分的传热传质时间，导致吸收不完全。
(4)降膜吸收器体积大。由于常规换热管管径、结构及布置的局限性，导致了换热器比表面积小，降膜吸收器单位体积吸收率较低。
对于吸收器的改进，目前已有较多专利，主要的改进在于换热管的布置和吸收器的结构优化。经过对现有技术的文献及专利搜索发现，中国专利公开号为：CN 103822409A，专利名称为：一种管道螺旋布置的降膜式换热器。该发明主要针对吸收器内不同流体的分配策略进行了换热设备的管道布置和结构优化，但该专利所述的降膜式吸收器结构采用了螺旋管道布置，仍存在换热管比表面积小、润湿性差、单位空间利用不充分、吸收器体积较大等缺点。中国专利公开号为：CN 203053091 U，专利名称为：一种板翅式降膜吸收器，该实用新型专利通过添加板翅的方式增加了换热面积，管道仍采用传统的螺旋管道方式，板翅的增加并未显著改善换热管比表面积小、润湿性差、单位空间利用不充分、吸收器体积较大的缺点。中国专利授权号：CN 202113744 U，专利名称为：降膜吸收器，该实用新型专利为一种立式吸收器，可实现常压下对废气的回收利用。所采用的吸收技术较为简单，仅适用于流速较小的废气处理。进气口与出气口的位置非常接近，出气口的废气的品质不能保证。中国专利授权号：CN 202844835 U，专利名为：降膜吸收器，该实用新型专利为一种立式吸收器，管内成膜进行吸收放热过程，可实现较好的吸收效果，但在管内成膜后的层流阶段，其吸收效果会逐渐变差，传热传质比表面积较小。
除此之外，在布液的分配方面，专利：降膜式换热器(CN 206449940 U)和专利：一种钢制竖式降膜式吸收器分配布液装置(CN 206959393 U)均对降膜式吸收器内的布液装置进行了改进。两者的改进，仅对布液的均匀性方面有所提高，但对于吸收器的综合换热效果和吸收效果的提升不大。论文：《太阳能无泵溴化锂制冷机性能优化分析》采用了一种溢满式淋板的布液方式并在横管表面敷设10目的不锈钢丝网，借住网状结构的毛细作用，减小气液两膜的滞留层厚度，进而减小传质阻力，增大传热传质面积，增强液膜表面持液率。虽然布液装置的孔洞均匀分布，但溶液的入口设置仍会导致溶液集中在某一小范围区域降落，且网状结构的增设，其锁住的液体不易流下，大部分仍会保留在网状结构中不被利用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种S型管束降膜式吸收器。
根据本发明提供的一种S型管束降膜式吸收器，包括外壳、筒体、布液装置、冷却装置以及多个气孔，其中：
所述筒体设置在所述外壳内；
布液装置、冷却装置均设置在筒体内，布液装置设置在冷却装置上方；
所述气孔包括第一气孔和第二气孔，第一气孔和第二气孔设置在所述筒体侧壁上；
沿高度方向，布液装置和冷却装置均设置在第一气孔和第二气孔之间；
所述筒体的底部还设置有一出口。
优选地，所述布液装置包括布液入口管道和多个第一换热管束，其中：
布液入口管道自外壳外部伸入至筒体内部；
多个第一换热管束设置在筒体内部，多个第一换热管束的一端连通布液入口管道的筒体内部部分，另一端为自由端；
优选地，所述冷却装置包括冷源出口管道、冷源入口管道以及多个第二换热管束，其中：
冷源出口管道、冷源入口管道均自筒体内部延伸至外壳外部；
第二换热管束置于筒体内，一端与冷源出口管道连接，另一端与冷源入口管道连接。
优选地，所述第一换热管束和第二换热管束为S型换热管束。
优选地，多个第一换热管束和第二换热管束的弯曲半径为换热管束在筒体内部的最小弯曲半径。
优选地，多个第一换热管束和第二换热管束均并排设置在筒体内部，相邻的换热管束交错分布连接。
优选地，所述第一换热管束的自由端设置在所述冷却装置的上方。
优选地，冷源出口管道的高度高于冷源入口管道的高度。
优选地，第一换热管束和第二换热管束的内外表面设置有如下任一个或者任多个结构：
-翅片；
-沟槽；
-螺纹。
优选地，所述外壳和筒体采用不锈钢、碳钢、钛或者铜制备形成。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的换热管束可由小管径管形成，具有小尺度传热传质特征，传热传质系数提高；
(2)本发明的布液装置同样采用S形管束，可以对应的进行管束表面布液，通过增加流动阻力实现布液的均匀性；
(3)本发明由于S形换热管束可由小管径管形成，润湿性提高；
(4)本发明采用S形换热管束结构，使得空间得到有效利用，比表面积增大，吸收过程气液接触面积增大；
(5)液膜在S形管接触处存在混合再分流的效果，促进了液膜内的传质过程；
(6)由于S形换热管的几何约束，可以削弱在摇摆和震动工况下自由液面对吸收过程的影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为S型管束降膜式吸收器的结构示意图；
图2为S型管束降膜式吸收器的内部结构示意图；
图3为图2沿A-A方向的剖视图。
图中示出：
顺流进气孔 1
稀溶液入口 2
布液器 3
布液器稀溶液出口 4
冷源出口集总管 5
“S管”换热管束 6
冷源入口集总管 7
逆流进气孔 8
浓溶液出口 9
单根“S形”换热管 10
方形筒体 11
圆柱筒体 12
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本实施例包括：顺流进气孔1，稀溶液入口2，布液器3，布液器稀溶液出口4，冷源出口集总管5，“S管”换热管束6，冷源入口集总管7，逆流进气孔8，浓溶液出口9，单根“S形”换热管10，方形筒体11，圆柱筒体12。
其中：降膜式吸收器壳体分别与顺流进气孔1，稀溶液入口2，冷源出口集总管5，冷源入口集总管7，逆流进气孔8，浓溶液出口9相连通。
顺流进气孔位1和逆流进气孔8分别于最远离和最靠近浓溶液出口9的位置，稀溶液入口2和浓溶液出口9分别位于顺流进气口的下部和降膜式吸收器壳体的底部。稀溶液入口2与布液器3相连，稀溶液由布液器稀溶液出口4流出。
若干根单根“S形”换热管10沿稀溶液入口2和冷源出口集总管5轴向进行依次镜像等距离焊接堆叠形成“S管”换热管束6。另有若干根单根“S形”换热管10沿冷源入口集总管7轴向进行依次镜像等距离堆叠形成布液器3，但布液器3是一种出口无集总管的“S形”管束结构，其排布间距与“S形”换热管束6相同，位于矩形筒体内的“S形”换热管束6的正上方。
“S形”换热管束6置于方形筒体11中，方形筒体11置于吸收器的圆柱筒体12中，方形筒体11的壳程形成气体通道。
所述的“S形”换热管，其管径范围不限，管道的内外表面可采用翅片、沟槽、螺纹等结构；所述的“S形”换热管，其结构特点在于弯曲后相邻两环相互接触，其弯曲程度为相应管径下的最小弯曲半径；所述的置于矩形筒体中的“S形”换热管束，可由一组“S形”换热管束形成，也可由多组“S形”换热管束并联或串联连接形成；所述的S型管束降膜式吸收器，其材料不限于不锈钢和铜等材料；所述的“S形”换热管束，其应用不限于降膜式吸收器，还可用于降膜式蒸发器、精馏器、喷淋式冷凝器、喷淋式蒸发器、管壳式换热器等换热设备，其壳程结构可为立式、卧式或其他任意倾斜角度。
本发明的工作原理如下：氨水稀溶液由稀溶液入口2进入布液器3，溶液由布液器稀溶液出口4流出后在“S形”换热管束6表面形成液膜，气体由逆流进气孔8进入吸收器圆柱筒体12以及方形筒体11中，在“S形”换热管束6表面被吸收，冷却剂由冷源入口集总管7进入，由冷源出口集总管5流出，吸收热由冷却剂带走，吸收后形成的浓溶液从吸收器圆柱筒体12的底部浓溶液出口9流出。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (5)
1.一种S型管束降膜式吸收器，其特征在于，包括外壳、筒体、布液装置、冷却装置以及多个气孔，其中：
所述筒体设置在所述外壳内；
布液装置、冷却装置均设置在筒体内，布液装置设置在冷却装置上方；
所述气孔包括第一气孔和第二气孔，第一气孔和第二气孔设置在所述筒体侧壁上；
沿高度方向，布液装置和冷却装置均设置在第一气孔和第二气孔之间；
所述筒体的底部还设置有一出口；所述布液装置包括布液入口管道和多个第一换热管束，其中：
布液入口管道自外壳外部伸入至筒体内部；
多个第一换热管束设置在筒体内部，多个第一换热管束的一端连通布液入口管道的筒体内部部分，另一端为自由端；
所述冷却装置包括冷源出口管道、冷源入口管道以及多个第二换热管束，其中：
冷源出口管道、冷源入口管道均自筒体内部延伸至外壳外部；
第二换热管束置于筒体内，一端与冷源出口管道连接，另一端与冷源入口管道连接；
所述第一换热管束和第二换热管束为S型换热管束；
多个第一换热管束和第二换热管束S形弯的弯曲半径为换热管束在筒体内部的最小弯曲半径；
多个第一换热管束和第二换热管束均并排设置在筒体内部，相邻的第一换热管束交错连接于布液装置的布液入口管道，相邻的第二换热管束交错分布连接于冷源入口管道和冷源出口管道。
2.根据权利要求1所述的S型管束降膜式吸收器，其特征在于，所述第一换热管束的自由端设置在所述冷却装置的上方。
3.根据权利要求1所述的S型管束降膜式吸收器，其特征在于，冷源出口管道的高度高于冷源入口管道的高度。
4.根据权利要求1所述的S型管束降膜式吸收器，其特征在于，第一换热管束和第二换热管束的内外表面设置有如下任一个或者任多个结构：
-翅片；
-沟槽；
-螺纹。
5.根据权利要求1所述的S型管束降膜式吸收器，其特征在于，所述外壳和筒体采用不锈钢、碳钢、钛或者铜制备形成。
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