CN1264819A - 包括降膜式蒸发器和制冷剂分配***的热交换器 - Google Patents

包括降膜式蒸发器和制冷剂分配***的热交换器 Download PDF

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Abstract

本文揭示了一种用作一降膜式蒸发器和制冷剂分配***的水平的壳管式热交换器。所述***包括:一以降膜蒸发模式工作的顺列式热交换管束,它包括多列非错列的热交换管,其中,所述各列与将各列分隔开的空间是基本垂直对齐的;以及一用来提供制冷剂的供给管。至少一个制冷剂分配机构与所述供给管流体连通,并在所述多列热交换管附近具有一制冷剂出口,多个挡板设置在所述制冷剂出口处。每一挡板均与所述空间之一相对齐,在所述各空间之一的上方延伸,以将来自所述分配机构出口和离开所述各空间之一的制冷剂导引至基本垂直对齐的各列热交换管上。

Description

包括降膜式蒸发器和制冷剂分配***的热交换器
本发明旨在改进热交换器的性能，具体地说，涉及一种用于降膜式热交换器的改进型分配***。
在具有蒸汽压缩冷却器的水平壳管降膜式热交换器中，利用喷嘴将热交换流体喷洒在形成管组件的第一层管子的顶部上。在这些情况中，通常都采用了一错列式管心距。当蒸汽向上通过所述堆叠起来的管子时，尤其是蒸汽压缩冷却器时，错列式管心距容易在管子的蒸汽侧上产生较大的压降。为了对此加以校正，制造商采用自由的管心距以降低压降。这样就使得壳体直径较大，从而使得设备的成本较高。此外，为了以一种顺列式方式来设置各管子，以将压降损失减至最低限度，其它一些制造商采用了一些复杂的滴流式分配***，它们非常容易受机加工水平的影响并且设计和结构的成本高。两相制冷剂分配中还会发生另一问题，其中所使用的各喷嘴经常不能提供均匀的液体分配，从而降低了热交换器的性能。错列式管束排列的另一缺点是：可用的流体流分配在大量管子上方。这样就导致了膜流率相对较低，并且局部再循环率(定义为膜流率除以蒸汽生产率)较低，从而增大了风干的可能性，并且显著减小了热传递系数。一种顺列式管束排列可以以较高的膜流率进行工作，以改善上述弱点。但是，虽然可以这样作，但是，所分配的液体的某些部分仍不能到达热传递表面，而这正是本发明需要改进之处。
在转让给美国标准公司的美国专利5,645,124中示出了一种最新的降膜式蒸发器设计的例子，它具有一制冷剂分配***。在该专利中示出了制冷剂分配器的几个实施例，其中一较佳实施例在一分配器和各管子之间采用了一网筛式界面，另一较佳实施例采用了一种套管式设置方案，以将制冷剂分配到所述网筛和热交换管组件上。
如图7所示，制冷剂流过一内管，并通过一顶孔流入一外管。制冷剂向下滴落在内管的侧面上、通过一底部开口滴在所述网筛上，然后滴落在蒸发器管上。图中还示出了蒸发器管的另一种设计，它不再是一种真实的圆柱形结构，所述管子在底面上包括一V点，以将制冷剂液滴导引至设置在下方的蒸发器管子上。在另一实施例中，除了所述V点以外，所述蒸发器管子还包括一冷却区，用来收集制冷剂并随后对制冷剂进行分配，以便对分配情况加以更多的控制。
所述网筛放置得与管组件的最顶上的蒸发器管子相接触或很靠近它。所述网筛呈波纹状或波形，形成有一些凸峰和凹谷，这样，每一凹谷就大体上平行于并直接位于最上方的蒸发器管子之一的纵向轴线的上方。以此方式，沿着所述网筛的各凹谷就会轴向地形成液体制冷剂池，直到重力克服表面吸引力为止，所述表面吸引力可使液体制冷剂悬浮在网筛表面上。然后，制冷剂下落并滴落在最顶上的蒸发器管子上。当网筛与各管子相接触时，制冷剂流到管子上。虽然使用网筛可以最大程度地减少制冷剂的飞溅现象和吸入到压缩机内的制冷剂量，但是，所述网筛显著阻碍了制冷剂流至蒸发器管子。
因此，需要为降膜式热交换器提供一种改进型制冷剂分配***，所述***可以以顺列式设置管子，并且可以均匀地分配制冷剂，而且可以将蒸发器管子两端的压降减至最低。
本发明的主要目的是提供一种用于降膜式热交换器的改进型分配***。
本发明的另一目的是提供一种用于降膜式热交换器的改进型分配***，其中一顺列式热交换管***可以与一简单的分配***一起使用，从而可以降低压降并提高制冷剂分配效率。
本发明的又一目的是提供一种用于降膜式热交换器的改进型制冷剂分配***，其中各喷嘴可用于分配作业，并设置有一可将制冷剂准确地导引至顺列式排列的热交换管的机构，以有效地分配制冷剂。
本发明的再一目的是提供一种用于降膜式热交换器的改进型制冷剂分配***，所述降膜式热交换器藉助使用顺列式管束可提供局部膜流率，其中，局部再循环率(定义为膜流率除以蒸汽生产率)被增大，以提高可湿性和热传递系数。
本发明的前述目的和优点是由一种可用作一降膜式蒸发器和制冷剂分配***的水平的壳管式热交换器来实现的。所述***包括：一以降膜蒸发模式工作的顺列式热交换管束，它包括多列非错列的热交换管，其中，所述各列与将各列分隔开的空间是基本垂直对齐的；以及一用来提供制冷剂的供给管。至少一个分配机构与所述供给管流体连通，并在所述多列热交换管附近具有一制冷剂出口，多个挡板设置在所述制冷剂出口处。每一挡板均与所述空间之一相对齐，在所述各空间之一的上方延伸，以将来自所述分配机构出口和离开所述各空间之一的制冷剂导引至基本垂直对齐的各列热交换管上。
图1a是本发明喷洒分配***和热交换器的前视示意图，它们采用了根据本发明原理的分配器挡板和顺列式管束；
图1b是沿图1a中线1b-1b截取的侧视图；
图2是一用于已有技术热交换器的错列管束的示意图；
图3a是图1所示的喷洒分配***的各挡板的放大前视图；以及
图3b是沿图3a中线3b-3b截取的、图1所示喷洒分配***的各挡板的放大侧视图。
请参阅图1，图中示出了本发明改良型制冷剂分配***的较佳实施例的示意图，所述分配***由数字10总的示出。所述***大体上包括一些喷嘴12、一些挡板14和一管束15。
喷嘴12是以一种在本技术领域中已知的方式来设计和起作用的，并可将制冷剂向下喷洒在以垂直对齐非错列方式进行设置的热交换管***上。如图1所示，每一喷嘴12复覆了一喷洒区域A上，制冷剂越过该区域向下喷洒到各热交换管上。在一种典型的设置情况中，将各热交换管16非错列设置，制冷剂可以在彼此隔开的各热交换管之间的相当大的空间内流动，从而可以利用可用制冷剂来影响管子覆盖率。这就是为什么要采用错列式热交换管排列的主要原因，例如在图2中示出了这种错列式设置方案。藉此方式，下一列管子就可以利用下落在热交换管之间的制冷剂，该列管子与前列和后列管子是错列设置的。但是，如背景技术部分所指出的，这种错列式设置方案具有这样一个缺点：除了所描述的许多其它东西之外，会产生不为人们所希望的压降现象。
根据本发明的原理，将一些挡板14设置在喷嘴12的边缘，并使它们相互隔开，从而使它们定位在各热交换管之间的空间上方。也就是，以这种较佳的非错列的、垂直排列的方式来设置各热交换管，使各挡板14与热交换管之间的空间相对齐，例如空间18上方的挡板14a。为了便于将制冷剂朝着其间设置有每一挡板的各热交换管的方向导引，所述挡板最好呈人字形形状，并具有一向上朝着各喷嘴的窄端或尖端，这样，各挡板的腿部22和其表面24就基本上指向着其间设置有所述人字形挡板的两个热交换管的纵向上表面中心23。此外，每一挡板的底缘25均呈齿形，如图3所示，这样，各齿状凸起就面朝着顺列式管束，如图所示的那样。在所示的较佳实施例中，齿状凸起28的尖端26之间的间距是一预定的节距P。节距P被选择得小于制冷剂的自然节距，所述自然节距是当制冷剂离开所述热交换管的各水平管滴落呈液柱时测得的距离。所述液柱的自然节距由以下等式得出，
(1)     2*π*[(2*sigma)/(rho*g)]0.5
式中，
        sigma＝表面张力，
        rho＝液体制冷剂密度，以及
        g＝重力加速度。
在一实施例中，各齿状凸起的尖端的较佳节距是由等式(1)确定的值的百分之六十至百分之八十五(60-85％)的范围内，更佳的是百分之七十五(75％)。但是，所用制冷剂的类型和其它因素，包括冷却器的类型和所使用的其它设备，会影响最佳百分比。在所有情况中，各齿状凸起的节距应该小于由等式(1)确定的值。通过使齿状凸起的节距小于液柱的自然节距，可以便于液体制冷剂的快速分布。此外，所述齿状凸起可以为蒸汽提供通道，以使蒸汽逸散离开所述管束，而不会有很大的压降，否则很大的压降会使吸入压力降低并使冷却器效率降低。
在工作中，当制冷剂自各喷嘴向下喷洒时，离开对准各空间18的各喷嘴或与所述空间相碰撞的制冷剂就向下流到挡板14的腿部22的背缘24上，经过边缘25并通过各齿28，并且被导引至热交换管周围的顶部中心23。然后，制冷剂围绕各热交换管流动，经过热交换管的外表面，一直到它到达热交换管的下表面并且重力将制冷剂和热交换管之间的表面粘合力断开以使保留的未汽化的制冷剂移动至底层热交换管。虽然图中示出的是一人字形挡板，但也可以使用其它形状，诸如C形、V形和半八边形。
本发明的主要优点是：它为降膜式热交换器提供了一种改进型分配***。本发明的另一优点是：它为降膜式热交换器提供了这样一种改进型分配***，其中，一顺列式热交换管***可以与一简单的分配***一起使用，从而可以降低压降，并提高制冷剂的分配效率。本发明的又一优点是：它为降膜式热交换器提供了这样一种改进型制冷剂分配***，其中，采用了一些喷嘴来进行分配，并且设置了一机构，以将制冷剂准确导引至所述顺列式热交换管，以有效地分配制冷剂。本发明的再一优点是：它提供了这样一种改进型分配***，它使用了一顺列式管束，并可以提高膜流率和被分配流体的局部再循环率。
虽然已结合本发明的最佳实施例对本发明作了图示和描述，但是，应予理解的是，对于本技术领域的那些熟练人员来说，还可以对本发明作出不背离本发明精神和保护范围的前述和其它各种形式上和具体细节上的变化、增删。

Claims (10)

1.一种水平的壳管式热交换器，它具有一降膜式蒸发器和制冷剂分配***，它包括：
一以降膜蒸发模式工作的顺列式热交换管束，它包括多列非错列的热交换管，其中，所述各列是与将各列分隔开的空间是基本垂直对齐的；
一用来提供制冷剂的供给管；
至少一个制冷剂分配机构，它与所述供给管流体连通，并在所述多列热交换管附近具有一制冷剂出口；以及
多个设置在所述制冷剂出口处的挡板，其中，每一挡板均与所述空间之一相对齐，在所述各空间之一的上方延伸，以将来自所述分配机构出口和离开所述各空间之一的制冷剂导引至基本垂直对齐的各列热交换管。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每一所述挡板均具有一宽端和一窄端，所述窄端设置得最靠近所述制冷剂出口。
3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述挡板呈人字形，以将制冷剂导引至各热交换管。
4.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述挡板具有一齿形表面，以与离开所述喷洒机构的制冷剂相接触。
5.如权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述齿形表面包括多个齿形凸起，这些齿形凸起沿着制冷剂流出所述喷洒机构的方向延伸。
6.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述制冷剂以具有一自然节距的液柱方式流动离开所述热交换管，所述多个齿状凸起的每一齿状凸起均具有一尖端，所述尖端的预定节距小于所述自然节距。
7.如权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述预定节距所具有的尺寸在所述自然节距的60-85％范围内。
8.如权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述预定节距是所述自然节距的75％。
9.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述制冷剂是一低表面张力制冷剂。
10.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述分配***包括一喷嘴***。
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