臥式雙相變換熱器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種臥式雙相變換熱器，包括臥式殼體，臥式殼體內均勻間隔設有若干換熱單元，換熱單元包括筒體，筒體內壁與殼體之間圍成冷凝腔；筒體外壁與殼體之間圍成蒸發出氣腔；筒體內沿上下方向均勻間隔設有若干水平設置的換熱蒸發管，各換熱蒸發管的兩端與筒體兩端的蒸發出氣腔相連通；筒體一端底部設有與蒸發出氣腔相連通的低溫液體進口，筒體一端的換熱單元冷凝腔的底部設有高溫液體出口；各蒸發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。本實用新型管路連接非常簡單，易于安裝，能適應高度有限的場合且能夠統一控制所有換熱單元液位；能夠保證雙相變換熱的正常進行，減小換熱器尺寸并節省能量。
【專利說明】臥式雙相變換熱器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及換熱器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]常規換熱器在工作時，其換熱面兩側的介質一般不發生相變，比如液/液、氣/氣、氣/液換熱。或換熱面一側的介質發生相變，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，單側相變加熱器的蒸汽端發生冷凝相變放出潛熱，而另一側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，傳統換熱器通常需要很大的設備尺寸，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。現有的兩種換熱器均不適應雙相變的工作狀況。
[0004]經過本申請發明人的創造性研究，對現有兩種換熱器不適應雙相變工作的原因有了規律性的認識，即物料發生相變時，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度大于直徑，單管長徑比(長徑比指管內沸騰液位深度與管子直徑之比。)普遍遠遠大于20 ;這種情況下沸騰相變側必然造成氣液劇烈混和狀態，冷凝相變側風阻損失大、管束效應明顯、液膜熱阻效應強，這些因素綜合在一起，導致長管(長管指長徑比大于20的的管子)設計無法穩定發生相變傳熱。
[0005]如果據此設計出上下堆疊式的雙相變換熱器，則還會存在如下問題:
[0006]1.每一換熱單元都對外擁有單獨的4個接口，管路連接非常復雜。
[0007]2.各層換熱單元的液位均需要單獨控制，無法統一控制所有換熱單元內的液位。
[0008]3.上下堆疊換熱單元的方式，造成設備整體高度較高，在高度有限的場合難以使用。
實用新型內容
[0009]本實用新型的目的在于提供一種管路連接非常簡單，易于安裝，能夠適應高度有限的場合且能夠統一控制所有換熱單元液位的臥式雙相變換熱器。
[0010]為實現上述目的，本實用新型的臥式雙相變換熱器包括臥式殼體，臥式殼體內均勻間隔設有若干換熱單元，殼體兩端設有封頭；
[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出氣腔，各蒸發出氣腔相互連通；
[0012]筒體內沿上下方向均勻間隔設有若干水平設置的換熱蒸發管，各換熱蒸發管的兩端與筒體兩端的蒸發出氣腔相連通；
[0013]筒體至少一端底部設有與蒸發出氣腔相連通的低溫液體進口，筒體一端的換熱單元冷凝腔的底部設有高溫液體出口 ；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]殼體頂部設有低溫蒸汽出口和高溫蒸汽進口，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有與蒸發出氣腔相連通的低溫液體進口。
[0018]所述換熱蒸發管的長徑比小于等于20。
[0019]低溫蒸汽出口 12和高溫蒸汽進口 13的設置，使得所有換熱單元的對外接口得以統一，使本實用新型對外只需要連接四個接口即可，這四個接口是:高溫蒸汽進口 13、高溫液體出口 8、低溫液體進口 7和低溫蒸汽出口 12。這種設置大大簡化了對外管路的連接，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。本實用新型中，臥式殼體I兩側優選采用平封頭，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。平封頭也是本領域常規結構，圖中僅示出了弧形封頭，不再示出平封頭。
[0021]本實用新型所采用的工作介質:發生相變的介質根據不同的應用有不同選擇，例如:水、氨、二氧化碳等；各類單質制冷劑或非共沸混合制冷劑(CFC類，HCFC類，HFC類，R400等);各類碳氫化合物(丙烷、乙醇、乙烯、丙酮等)。基于本實用新型的技術方案，本領域技術人員有能力根據實際應用的需要選擇合適的工作介質。
[0022]本實用新型適用于各類低溫蒸汽回收場合，特別是與機械壓縮式熱泵系統相結口 ο
[0023]用在熱泵機組的蒸發器上，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轉費用，并且提高了回收溫度進而提高了熱泵機組整機效率。
[0024]用在熱泵機組的冷凝器上，可直接生產蒸汽用于工業生產線。特別是用在各類傳統單/多效蒸發濃縮設備、單/多級蒸餾塔、各類干燥設備上。這些設備都大量消耗外來鍋爐蒸汽，并且使用冷凝器結合涼水塔把末級低溫蒸汽直接排放到大氣中。利用本實用新型，把原來直排的低溫蒸汽引入熱泵機組的蒸發器，把熱泵機組冷凝器生產的高溫蒸汽直接送回蒸發濃縮或蒸餾或干燥設備，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。在本實用新型的基礎上還可采用各類表面強化換熱技術，提升整機效率，減少傳熱溫差，降低投資成本。蒸餾塔情況與此類似。
[0025]本實用新型中各蒸發出氣腔相互連通，因此各蒸發出氣腔內的低溫(僅是相對低溫)液體的液位都是同樣的高度，這樣就無須對每一個換熱單元單獨控制其液位，只須控制一個液位即可保證所有換熱單元內低溫液體的液位處于正常狀態，與上下堆疊換熱單元的方式相比，大大方便了液位控制，簡化了操作，更容易保證系統的正常工作。
[0026]本實用新型對外只有4個接口，因此十分方便現場安裝，連接起來十分方便快捷。本實用新型是臥式布置，高度較堆疊式大大減小，即使在高度有限的工作區域(廠房)內也能夠輕松安裝使用。
[0027]本實用新型中，沸騰相變在換熱蒸發管內發生，短管的長徑比控制在20以內，這樣管內沸騰的大量汽泡可以及時排到管外(即蒸發出氣腔)，避免了長徑比過長時大量汽泡對沸騰換熱系統的負面影響。冷凝相變在管外發生，具有換熱系統高的優點。
[0028]本實用新型能夠保證雙相變換熱的正常進行，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省了 95%以上的工作介質輸送時消耗的能量。
[0029]由于吸熱蒸發的液體填充在管內，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是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1中箭頭所示方向為該處介質的流向。
[0032]如圖1所示，本實用新型的臥式雙相變換熱器包括臥式殼體1，臥式殼體I內均勻間隔設有若干換熱單元，殼體I兩端設有封頭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之間圍成蒸發出氣腔5，各蒸發出氣腔5相互連通；
[0034]筒體3內沿上下方向均勻間隔設有若干水平設置的換熱蒸發管6，各換熱蒸發管6的兩端與筒體3兩端的蒸發出氣腔5相連通；所述換熱蒸發管6的長徑比小于等于20。
[0035]筒體3至少一端底部設有與蒸發出氣腔5相連通的低溫液體進口 7，優選的情況是所述筒體3兩端底部均設有與蒸發出氣腔5相連通的低溫液體進口 7，這樣可以加快進液速度。
[0036]筒體3 —端的換熱單元冷凝腔4的底部設有高溫液體出口 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頂部設有低溫蒸汽出口 12和高溫蒸汽進口 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均與高溫蒸汽進口 13相連通。
[0039]低溫蒸汽出口 12和高溫蒸汽進口 13的設置，使得所有換熱單元的對外接口得以統一，使本實用新型對外只需要連接四個接口即可，這四個接口是:高溫蒸汽進口 13、高溫液體出口 8、低溫液體進口 7和低溫蒸汽出口 12。這種設置大大簡化了對外管路的連接，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。本實用新型中，臥式殼體I兩側優選采用平封頭，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。平封頭也是本領域常規結構，圖中僅示出了弧形封頭，不再示出平封頭。
[0041]本實用新型所采用的工作介質:發生相變的介質根據不同的應用有不同選擇，例如:水、氨、二氧化碳等；各類單質制冷劑或非共沸混合制冷劑(CFC類，HCFC類，HFC類，R400等);各類碳氫化合物(丙烷、乙醇、乙烯、丙酮等)。基于本實用新型的技術方案，本領域技術人員有能力根據實際應用的需要選擇合適的工作介質。
[0042]本實用新型適用于各類低溫蒸汽回收場合，特別是與機械壓縮式熱泵系統相結口 ο
[0043]用在熱泵機組的蒸發器上，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轉費用，并且提高了回收溫度進而提高了熱泵機組整機效率。
[0044]用在熱泵機組的冷凝器上，可直接生產蒸汽用于工業生產線。特別是用在各類傳統單/多效蒸發濃縮設備、單/多級蒸餾塔、各類干燥設備上。這些設備都大量消耗外來鍋爐蒸汽，并且使用冷凝器結合涼水塔把末級低溫蒸汽直接排放到大氣中。利用本實用新型，把原來直排的低溫蒸汽引入熱泵機組的蒸發器，把熱泵機組冷凝器生產的高溫蒸汽直接送回蒸發濃縮或蒸餾或干燥設備，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。在本實用新型的基礎上還可采用各類表面強化換熱技術，提升整機效率，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，低溫液體由低溫液體進口 7進入殼體I內的蒸發出氣腔5 ;由于各換熱單元的蒸發出氣腔5相互連通，因此只須控制一個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。
[0046]高溫蒸汽由高溫蒸汽進口 13流入，經高溫蒸汽管11進入各冷凝腔4 ;高溫蒸汽在冷凝腔4內遇到換熱蒸發管6時，與換熱蒸發管6內的低溫液體進行熱交換，管外的高溫蒸汽(當換熱蒸發管6內外的介質相同時，冷凝腔4內的高溫蒸汽的壓力高于換熱蒸發管6內低溫液體的壓力)遇冷發生冷凝現象，生成的高溫液體經高溫液體管9和高溫液體出口 8流出。
[0047]低溫液體由低溫液體進口 7進入殼體I內的蒸發出氣腔5，進而進入換熱蒸發管6，在換熱蒸發管6內吸收管外高溫蒸汽的熱量，發生蒸發現象。產生的低溫蒸汽流出換熱蒸發管6，通過蒸發出氣腔5進入低溫蒸汽管10，最終通過低溫蒸汽出口 12流出。
[0048]本實用新型能夠保證雙相變換熱的正常進行，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省了 95%以上的工作介質輸送時消耗的能量。
[0049]在本發明的基礎上還可采用各類表面強化換熱技術，提升整機效率，減少傳熱溫差，降低投資成本。
[0050]以上實施例僅用以說明而非限制本實用新型的技術方案，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.臥式雙相變換熱器，其特征在于:包括臥式殼體，臥式殼體內均勻間隔設有若干換熱單元，殼體兩端設有封頭； 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出氣腔，各蒸發出氣腔相互連通； 筒體內沿上下方向均勻間隔設有若干水平設置的換熱蒸發管，各換熱蒸發管的兩端與筒體兩端的蒸發出氣腔相連通； 筒體至少一端底部設有與蒸發出氣腔相連通的低溫液體進口，筒體一端的換熱單元冷凝腔的底部設有高溫液體出口 ；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.根據權利要求1所述的臥式雙相變換熱器，其特征在于:殼體頂部設有低溫蒸汽出口和高溫蒸汽進口，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口相連通。
3.根據權利要求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.根據權利要求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有與蒸發出氣腔相連通的低溫液體進口。
5.根據權利要求1或2所述的臥式雙相變換熱器，其特征在于:所述換熱蒸發管的長徑比小于等于20。
【文檔編號】F25B39/00GK204177245SQ201420527720
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】付紅曉 申請人:鄭州四維淀粉技術開發有限公司