專利名稱：多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻裝置，更具體的說，它涉及一種多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的非蒸發(fā)冷卻設(shè)備在管內(nèi)進(jìn)行制冷劑冷凝放熱過程，管外水從管束頂部噴淋而下，在管表面形成一層水膜，然后滴落到下一層管排；風(fēng)從管束底部吹入，掠過管束并與管表面的水膜傳熱傳質(zhì)，形成非飽和蒸發(fā)。非飽和蒸發(fā)主要發(fā)生在傳熱管壁表面水膜與空氣的接觸界面上，這個(gè)過程為不連續(xù)降膜過程，水膜很難完全均勻地覆蓋管表面，因此不能達(dá)到最大程度的非飽和蒸發(fā)；在水膜不能覆蓋的地方，由于蒸發(fā)的存在，很容易形成“干斑”現(xiàn)象，時(shí)間久了不僅會(huì)形成垢體大大降低換熱效率，而且會(huì)對(duì)管壁造成腐蝕破壞；另一方面，管束的布置結(jié)構(gòu)一般為叉排，即正三角形排布，沿氣流方向阻力較大，增大了空氣壓降，降低了風(fēng)速，對(duì)非飽和蒸發(fā)換熱也不利。
傳統(tǒng)的立式冷凝器外殼是用鋼板卷制成的大圓筒，圓筒兩端焊有多孔管板，板上用漲管法或焊接法固定著許多根無縫鋼管，冷卻水自上而下在管內(nèi)流過，制冷劑氣體在殼體內(nèi)管束之間冷凝后積聚在冷凝器的底部，經(jīng)出液管流入貯液器。冷凝器的頂端裝有配水箱，使冷卻水能均勻的分配到各個(gè)管口，每根鋼管的管口上裝有一只帶斜槽的分水器；冷卻水通過分水器上的斜槽后沿鋼管內(nèi)壁作螺旋線狀向下流動(dòng)。與非蒸發(fā)冷卻裝置相比，立式冷凝器管內(nèi)無通風(fēng)，只是利用了水的溫升顯熱來帶走熱量，不但換熱效率不高，而且冷卻水需配備冷卻塔處理才能循環(huán)使用，導(dǎo)致整體換熱效果不好，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高；另外，立式冷凝器的冷卻水是通過帶斜槽的分水器分配到每條換熱管內(nèi)，并形成螺旋狀水流沿傳熱管內(nèi)壁流下，隨著下落高度增大，水的螺旋狀流動(dòng)減弱，將大大影響傳熱效果。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種設(shè)備緊湊、傳熱效率高的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻設(shè)備。
為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案本發(fā)明的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻設(shè)備包括上箱體、列管換熱器和下箱體，列管換熱器通過螺栓或者焊接與上箱體、下箱體固定連接。上箱體用于空氣循環(huán)和水分部，為含有風(fēng)機(jī)、擋水板和分水器的圓柱形箱體；下箱體用于補(bǔ)充空氣和回收冷凝水，為含有進(jìn)風(fēng)格柵、浮球閥和積水箱的圓柱形箱體；積水箱通過水泵與分水器連接。
所述列管換熱器包括上管板、下管板、換熱管、殼體、折流擋板、布膜噴嘴和分氣管；所述上、下管板設(shè)置在列管換熱器的上、下部，上管板保持水平，下管板沿?zé)崃黧w流動(dòng)方向傾斜3°～6°，換熱管以直列的方式通過上、下管板中的孔固定；所述折流擋板設(shè)置在換熱管管束之間。
所述列管換熱器的殼體即為本冷卻裝置的外殼，是由鋼板卷制而成的圓柱筒；所述換熱管通過上管板、下管板中的孔以焊接或脹管的方式固定；所述換熱管由圓管、方管、橢圓管、扭曲管中的一種或多種組成，結(jié)構(gòu)為立式或斜臥方式；所述換熱管的傳熱壁面可以是一維、二維、三維的凹凸槽或者有切削和無切削擠壓成形的鰭片強(qiáng)化傳熱表面；所述換熱管內(nèi)壁裝有內(nèi)插件，它由一條或多條剛性原線組成；所述內(nèi)插件由塑料和/或金屬材料制成，橫截面為圓形、橢圓形或矩形；所述折流擋板為弓形折流擋板，沿?zé)崃黧w的流動(dòng)方向傾斜3°～6°；所述布膜噴嘴由若干根小管組成，布置于每個(gè)管口內(nèi)，噴嘴的噴淋水方向與傳熱管軸線成45°～60°。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)管內(nèi)利用水的非飽和蒸發(fā)帶走熱量，單位面積熱負(fù)荷比使用光管的立式冷凝器高20％-30％，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)；(2)管內(nèi)壁形成均勻薄層水膜并連續(xù)沉降，真正完全覆蓋傳熱壁面，增大了有效傳熱面積；同時(shí)水膜沉降速度增大，與空氣采用逆流操作時(shí)，形成管內(nèi)多相流直接冷卻非飽和蒸發(fā)熱濕傳遞過程，氣液兩相流相對(duì)速度也得到很大提高，促進(jìn)非飽和蒸發(fā)熱濕傳遞，增強(qiáng)冷卻效果；(3)通過計(jì)算機(jī)熱濕傳遞數(shù)學(xué)模型模擬，結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，給出切實(shí)可行的技術(shù)參數(shù)，精確控制管內(nèi)熱濕傳遞高度，使管內(nèi)始終處于非飽和蒸發(fā)；(4)冷卻水在管內(nèi)螺旋線或其它內(nèi)插件的誘導(dǎo)下，形成穩(wěn)定連續(xù)螺旋狀流動(dòng)水膜，使液膜波動(dòng)加劇、湍流增強(qiáng)，液膜層流底層減薄，熱阻減小，改善傳熱效果；(5)空氣在管中心流道內(nèi)忽略氣液界面的切應(yīng)力，幾乎處于無阻礙的流動(dòng)狀態(tài)，這極大地提高了空氣流速，增強(qiáng)蒸發(fā)換熱，在相同的風(fēng)速下可大大節(jié)約風(fēng)機(jī)功耗；(6)殼體采用圓形結(jié)構(gòu)，并且換熱管束直列形式，間距較小，大大減小了占地面積；(7)列管換熱器與上下箱體直接連接，減少了彎管工藝，且無需另外制作外殼，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊；(8)根據(jù)實(shí)際工藝需要，可以方便實(shí)現(xiàn)不同換熱管、不同多相流操作、不同強(qiáng)化表面、不同內(nèi)插件、不同結(jié)構(gòu)間的自由組合；(9)水膜完全覆蓋管壁面，且流速大，流動(dòng)沖刷能力強(qiáng)，消除了由于水的蒸發(fā)導(dǎo)致的干斑現(xiàn)象，大大降低了結(jié)垢和腐蝕問題，真正解決了蒸發(fā)冷卻行業(yè)長(zhǎng)期應(yīng)用中的難題；(10)特殊結(jié)構(gòu)的折流擋板設(shè)計(jì)，使冷凝液能及時(shí)排出，減薄冷凝液厚度，增強(qiáng)管外冷凝傳熱系數(shù)；(11)特殊設(shè)計(jì)的布膜噴嘴布水效果好，空氣阻力小。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1的A-A截面圖；圖3是本發(fā)明中換熱管的結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3的A-A截面圖；圖5是本發(fā)明中布膜噴嘴的結(jié)構(gòu)圖；圖6是圖5的俯視圖。
圖中風(fēng)機(jī)1 擋水板2 分水器3 列管換熱器4 進(jìn)風(fēng)隔柵5 浮球閥6積水箱7 水泵8 布膜噴嘴9 上管板10 下管板11 分氣管12 殼體13 折流擋板14 換熱管15 螺旋線16 主水管17 小支管18具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，本發(fā)明不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置包括上箱體、下箱體和列管換熱器4。上、下箱體形狀均為圓柱形，上箱體中含有風(fēng)機(jī)1、擋水板2和分水器3，實(shí)現(xiàn)本冷卻裝置的空氣循環(huán)何水分部；下箱體中含有進(jìn)風(fēng)格柵5、浮球閥6和積水箱7，進(jìn)風(fēng)格柵5為圓柱形，位于下箱體上部，可使空氣從任何方向進(jìn)入下箱體；分水器3通過水泵8與積水箱7連接。列管換熱器4通過焊接或螺栓與上箱體、下箱體固定連接。
列管換熱器4中含有上管板10、下管板11、分氣管12、殼體13、折流擋板14、換熱管15和布膜噴嘴9。殼體13是用鋼板卷制成的大圓筒，殼體13也為本冷卻裝置的外殼；上管板10、下管板11為多孔管板，位于圓筒上、下兩端。上管板10保持水平，下管板11與水平方向夾角3°～6°并沿?zé)崃黧w出液方向傾斜；換熱管15以直列方式通過焊接或脹管形式固定于上管板10、下管板11之間；折流擋板14沿流體流動(dòng)方向傾斜3°～6°布置于換熱管15之間。
如圖2所示，列管換熱管4中，換熱管15布置成正三角形，管中心間距為換熱管外徑的1.25倍。分氣管12采用雙支路側(cè)向?qū)Я鞯男问骄鶆蚍植加诹泄軗Q熱管4中。
如圖3、4所示，換熱管15內(nèi)含有螺旋線16，其緊貼于換熱管管壁面。螺旋線16為一條或多條剛性原線，其制造材料為塑料、金屬或者其結(jié)合，螺旋線的螺紋升角為45°～75°，螺紋沿?fù)Q熱管軸向旋轉(zhuǎn)360°，螺旋線的直徑為換熱管直徑的1/10～1/30，螺旋線的螺距與換熱管直徑之比為(0.085～1)1。其工作原理為換熱管管內(nèi)噴淋水在空氣和螺旋線的相互作用下，管內(nèi)壁的液膜受離心力作用加劇下滑，湍流增加，液膜層流底層減薄，熱阻減小，從而增大傳熱系數(shù)；螺旋線可看作多組連續(xù)的短區(qū)，這些短區(qū)之間建立的穩(wěn)定速度分布被流體連續(xù)不斷的變化打斷，使流體的湍流增加而起到強(qiáng)化傳熱的作用；另外，由于局部速度區(qū)和流體分布的合理化，傳熱效果更加均衡。
在圖5、6中，布膜噴嘴9由一個(gè)主水管17和四個(gè)小支管18構(gòu)成，管子采用PVC材料；主管與分水器連接，引入冷卻水，并通過四根小支管進(jìn)行布膜噴水，支管與噴淋水方向與軸線成45°～60°，從而可使噴淋水均勻地分布在內(nèi)管壁。
本發(fā)明的冷卻原理和過程如下制冷劑蒸汽由分氣管12進(jìn)入列管換熱器4的殼程，在殼體13內(nèi)與換熱管束15進(jìn)行換熱，并通過折流檔板14的作用，沿殼程曲折流動(dòng)，充分換熱，冷凝后的液體沿管壁及傾斜的折流擋板流下，在換熱器底部積聚，并由于底部的下管板11向出液口方向傾斜使之順利流出。冷卻水由水泵8打到分水器3，使冷卻水均勻分配到管內(nèi)壁。管內(nèi)冷卻水在螺旋線16的誘導(dǎo)下沿管壁形成穩(wěn)定連續(xù)的螺旋狀水膜，在重力作用下快速下落，完全覆蓋換熱管壁并與壁面充分換熱，吸收殼程蒸汽冷凝熱量，并通過部分水分蒸發(fā)將熱量再傳給空氣，未蒸發(fā)的水分流出換熱管15，下落到積水箱7內(nèi)，進(jìn)行下一次循環(huán)冷卻。空氣在風(fēng)機(jī)1的作用下由裝置底部的圓筒狀進(jìn)風(fēng)格柵5沿各個(gè)方向進(jìn)入箱體，并均勻分配到各個(gè)管口內(nèi)，進(jìn)入換熱管中心，與快速下落的水膜在一個(gè)連續(xù)的圓筒狀汽液界面上進(jìn)行充分的非飽和蒸發(fā)，帶走潛熱，濕度逐漸增大。當(dāng)空氣濕度達(dá)到飽和后，從換熱器上部管板排出，流經(jīng)擋水板2，除去夾帶的水滴后從裝置頂部的出風(fēng)口排到大氣中。由于空氣在管中心流動(dòng)，除了水膜界面的剪切力外，幾乎處于無阻力的流動(dòng)狀態(tài)，一方面可以快速將熱量帶出，提高冷卻換熱效率，另一方面降低了風(fēng)機(jī)功耗，節(jié)約了能量。
權(quán)利要求
1.一種多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，包括上箱體和下箱體，上箱體通過水泵和下箱體相連接，其特征在于，還包括列管換熱器，所述列管換熱器分別與上箱體、下箱體相連接，所述列管換熱器包括上管板、下管板、換熱管、殼體、折流擋板、布膜噴嘴和分氣管；所述上、下管板設(shè)置在列管換熱器的上、下部，上管板保持水平，下管板沿?zé)崃黧w流動(dòng)方向傾斜3～6°，換熱管通過上管板、下管板中的孔固定；所述折流擋板設(shè)置在換熱管管束之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述列管換熱器的殼體即為本冷卻裝置的外殼，是由鋼板卷制而成的圓柱筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述換熱管通過上管板、下管板中的孔以焊接或脹管的方式固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述換熱管由圓管、方管、橢圓管、扭曲管中的一種或多種組成，結(jié)構(gòu)為立式或斜臥方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述換熱管的傳熱壁面可以是一維、二維、三維的凹凸槽或者有切削和無切削擠壓成形的鰭片強(qiáng)化傳熱表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述換熱管內(nèi)壁裝有內(nèi)插件，它由一條或多條剛性原線組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述內(nèi)插件由塑料和/或金屬材料制成，橫截面為圓形、橢圓形或矩形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述折流擋板為弓形折流擋板，沿?zé)崃黧w的流動(dòng)方向傾斜3°～6°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置，其特征在于，所述布膜噴嘴由若干根小管組成，布置于每個(gè)管口內(nèi)，噴嘴的噴淋水方向與傳熱管軸線成45°～60°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多相流非飽和管內(nèi)蒸發(fā)直接冷卻裝置。包括上箱體、列管換熱器和下箱體，上箱體通過水泵和下箱體相連接，列管換熱器分別與上箱體、下箱體相連接，所述列管換熱器包括上管板、下管板、換熱管、殼體、折流擋板、布膜噴嘴和分氣管；所述上、下管板設(shè)置在列管換熱器的上、下部，上管板保持水平，下管板沿?zé)崃黧w流動(dòng)方向傾斜，換熱管通過上管板、下管板中的孔固定，所述折流擋板設(shè)置在換熱管管束之間。本發(fā)明通過對(duì)非飽和蒸發(fā)過程的精密控制設(shè)計(jì)，采用管內(nèi)插入物、新型傳熱管和強(qiáng)化傳熱表面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多相流熱濕傳遞的最小能耗，最高傳熱效能，達(dá)到節(jié)能節(jié)水、減小設(shè)備體積、強(qiáng)化傳熱效果和降低噪聲的目的。
文檔編號(hào)F28D5/02GK1884953SQ20061003622
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者朱冬生, 吳治將, 蔣翔, 唐廣棟, 王先菊 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)