專利名稱:落降液膜式熱交換器的制作方法
本發(fā)明有關(guān)一種落降液膜式熱交換器，其換熱板為瓦楞形，形成凸脊和凹谷，順液膜下降的方向延伸，以增大換熱面積。
當(dāng)設(shè)計(jì)落降液膜冷卻器和落降液膜蒸發(fā)器之類的落降液膜式器具的換熱表面時(shí)，為了獲得落降液膜和與降落液膜換交熱的介質(zhì)之間的最大可能換熱量，重要的是必須在液膜下降的全部距離中，降液表面完全被液膜覆蓋，而同時(shí)還要使液膜盡可能的薄。除了有這樣兩個(gè)互相矛盾的愿望需要得到滿足問題外，還有其他有關(guān)實(shí)際設(shè)計(jì)板式熱交換器的一些構(gòu)造上的不利因素也必須考慮，板式熱交換器得保持液膜的均勻和連續(xù)不斷。因此，由于間斷，并由于因間斷而造成的換熱表面不均勻，常需要有所彌補(bǔ)，例如在相鄰的換熱板之間布置支持點(diǎn)。這種支持點(diǎn)在多數(shù)熱交換器中可以被積極利用，以產(chǎn)生紊流，但在落降液膜熱交換器中則造成障礙，不利于沿?fù)Q熱表面形成不間斷的液膜。在已有的落降液膜技術(shù)中還有實(shí)例說明，由于在落降液膜表面之間安排了一些桿件，造成了對落降液膜的嚴(yán)重干擾。因此需要同時(shí)把這些桿件設(shè)計(jì)得類似液膜的重新分布器，起著重新分布器的作用。這種設(shè)計(jì)的落降液膜的反復(fù)減速和加速，使沿大部份的落降距離的熱交換系數(shù)降低。
此外，通?？傁Ｍ捎脽峤粨Q元件的褶皺形或瓦楞形的表面結(jié)構(gòu)，藉以增大面積，在相鄰的換熱元件之間提高強(qiáng)度并增加接觸點(diǎn)。但是，這種在液膜降落方向中有凸脊和凹谷的落降液膜式熱交換器，其起增大面積作用的板狀元件瓦楞會(huì)進(jìn)一步造成問題。因?yàn)樾纬陕浣狄耗さ牧黧w，傾向于在瓦楞的谷部積聚，使液膜在瓦楞的脊部中斷，使可以有效利用的散熱表面嚴(yán)重減小。顯而易見的措施是增加流體的載荷，直到液膜不再破裂為止。但這又使熱傳導(dǎo)系數(shù)大為降低，并且，假如發(fā)生在落降液膜蒸發(fā)器中，則蒸發(fā)率將比其他可采取的方法降低。
本發(fā)明的一個(gè)目的，是提出落降液膜式板式熱交換器的換熱板的實(shí)施方案。在這實(shí)施方案中，利用了上述提及的擴(kuò)大了面積的換熱板元件瓦楞形，而同時(shí)又消除了以上所述的流體在瓦楞形谷部積聚的問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的，是提出一種落降液膜式熱交換器，這種熱交換器利用換熱板元件的上述擴(kuò)大面積的瓦楞形，并消除了瓦楞形谷部中流體積聚的問題，而同時(shí)，省去了落降液膜通路中對支持點(diǎn)的需要。
本發(fā)明的一個(gè)特殊的目的，是提出一種換熱板型的落降液膜蒸發(fā)器。這蒸發(fā)器利用板元件的起擴(kuò)大面積作用的瓦楞，并解決了瓦楞谷部中流體積聚的問題，同時(shí)又利用了換熱板的瓦楞形狀，以取得在液膜降落方向中橫截面加寬而熱交換表面面積收小的蒸發(fā)通路。
根據(jù)本發(fā)明，這些目的已作為首創(chuàng)在上述類型的熱交換器中達(dá)到。它的主要特點(diǎn)是熱交換器板件瓦楞形成的凸脊和凹谷，在若干個(gè)一個(gè)接一個(gè)在降落方向區(qū)域中的每一區(qū)里延伸。而相連的兩區(qū)里的凸脊和凹谷相互錯(cuò)開放置，因而一區(qū)里的脊和谷，分別與相連的區(qū)里的谷和脊對正。在相連的兩區(qū)之間的過渡階段中的瓦楞，形成連接表面，使液膜從一個(gè)區(qū)域里的凸脊和凹谷的底端，分別向下一個(gè)區(qū)域里的凹谷和凸脊的上端繼續(xù)流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，落降膜流體在換熱板瓦楞的谷部積聚的問題可以得到解決。方法是將落降液膜分別從凸脊向凹谷分布，及把凹谷中的液膜向凸脊上分布，如此沿?fù)Q熱板的方向循環(huán)若干次。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一個(gè)特有的可能性，使落降液膜的液體，延著一個(gè)很長的落降距離，反復(fù)進(jìn)行重新分布，而不需要象已知的落降液膜狀裝置那樣，必需減緩液體下降的速度。在已知的裝置中，為了得到沿降落距離中的均勻分布，必須在經(jīng)過一定的間隔后，把液體積聚，并利用狹縫裝置沿液膜落降表面把液體重新分布。最后提到的重新分布落降液膜的方法，如已在上文敘述，因其所具有的缺點(diǎn)而降低了價(jià)值。缺點(diǎn)是分布重新開始時(shí)降落速度減低，沿著液膜蓄積這距離，傳熱系數(shù)下降，在層狀流動(dòng)時(shí)，便需使落降液膜加速，使速度達(dá)到紊流范圍內(nèi)，在這范圍內(nèi)有較高的傳熱系數(shù)。本發(fā)明提出的解決方法特別便利，因?yàn)橹匦路植嫉慕Y(jié)構(gòu)不要求有特殊裝置和安裝分布裝置的昂貴費(fèi)用，而可以使之完全包括在換熱板的形狀中，例如用慣用的方法壓制出板件。
沿液膜降落方向重新分配范圍之間，即脊和谷之間發(fā)生重新分布的所在，為簡便起見，在換熱板整個(gè)寬度上，即使脊和谷間有變化，各個(gè)不同區(qū)內(nèi)有相應(yīng)一致瓦楞，當(dāng)然，可能沿?fù)Q熱板寬度不同位置也會(huì)有不同的高度平面。在兩個(gè)區(qū)域間的過渡通道里，換熱板的瓦楞形狀形成若干轉(zhuǎn)換表面，交替在換熱板橫截面方向上向相反的方向傾斜。在凸脊和凹谷連接時(shí)向一個(gè)方向傾斜，而在凹谷連接凸脊時(shí)則向相反的方向傾斜。
本發(fā)明使在液膜落降板上造成一個(gè)良好的液膜覆蓋成為可能，在落降方向里的瓦楞脊和瓦楞谷可長達(dá)數(shù)公尺。每一個(gè)有連續(xù)脊和谷的的區(qū)域的長度隨選用的瓦楞形式變化可以舉一個(gè)例子作說明在實(shí)際試驗(yàn)中，橫貫換熱板的瓦楞的波長(或稱分度)為25-50mm，瓦楞從脊頂?shù)焦鹊椎母叨仁?0-15mm，每公尺約分為三區(qū)，似乎能為薄層的連貫液膜提供良好的液流分布。為說明本發(fā)明對于超過一公尺長熱交換板也能消除液體分布的問題，還可以用落降液膜沿?fù)Q熱板的長度，至少在脊和谷間作兩次變化進(jìn)行重新分布的事實(shí)來說明，也就是用液膜降落表面在降落方向上至少有三個(gè)區(qū)域，而脊和谷之間有中間再分布的事實(shí)來說明。
業(yè)已了解本發(fā)明可普遍應(yīng)用于一切有換熱板的落降液膜型裝置，諸如落降液膜冷卻器和落降液膜蒸發(fā)器。在落降液膜蒸發(fā)器方面，除有上文所述的擴(kuò)大面積和有支持點(diǎn)的安排的一般優(yōu)點(diǎn)外，帶有在降落方向上的脊和谷的瓦楞形式還可被利用來提供蒸發(fā)通道，其橫截面積隨降落方向逐漸增大，而熱交換表面逐漸減小。這種蒸發(fā)器在申請人的第424，143號(hào)瑞典專利中已有敘述。因此，在下文中將通過舉例敘述一個(gè)板式蒸發(fā)器，進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行解釋，敘述中將列舉附圖，其內(nèi)容如下
圖1為本發(fā)明的熱交換板的一個(gè)示意局部視圖;
圖2為板式蒸發(fā)器板疊層上部份水平剖視的局部視圖;
圖3為圖2中之板式蒸發(fā)器的垂直剖視圖;
圖4為另一水平剖視圖的部份，表示板疊層下部的剖面;
圖1表示本發(fā)明之落降液膜熱交換器換熱板1的主設(shè)計(jì)。板1有瓦楞形，其凸脊2，2′，2″和中間凹谷3、3′、3″順液膜降落的方向，使板和相鄰的換熱板之間形成一條落降液膜的通道。凸脊2和凹谷3在區(qū)Z1中連續(xù)伸展，如凸脊2′和3′在下一區(qū)Z2中伸展，以及凸脊2″和凹谷3″在區(qū)Z3中伸展一般。在區(qū)Z1和區(qū)Z2之間，有一個(gè)過渡區(qū)T1，形成若干過渡表面4，將區(qū)Z1中凸脊2的底端，和區(qū)Z2中凹谷3′的頂端連接。在換熱板1的橫貫方向上，過渡表面4和過渡表面5互相輪替。過渡表面5使區(qū)Z1中凹谷3的底端和區(qū)Z2里凸脊2′的頂端相連?？梢岳斫饷恳粋€(gè)輪替的表面4和5的方向和落降方向間有一個(gè)一定的角度。在區(qū)Z2Z3之間的過渡區(qū)T2中，有相應(yīng)的過渡表面4′和5′，其余以此類推。應(yīng)該注意到換熱板1的瓦楞形不應(yīng)有銳棱的褶皺，而在脊頂和谷底適宜于有6-10mm半徑范圍內(nèi)的圓弧，而過渡表面4和5與相對的凸脊和凹谷之間的連接處，應(yīng)有大于2mm半徑的圓弧。
圖2-4表示本發(fā)明中的換熱板，在適宜于作落降液膜蒸發(fā)用的具體換熱板型器械中，相互間的方向應(yīng)有如何安排。兩塊換熱板10，10′和11、11′之間形成一條落降液膜的通道E，兩換熱板相互間的方向安排是一塊板凸脊R、R′的另一塊板的凹谷正好相對。在兩塊板10、11和10′、11′之間形成熱介質(zhì)通道H，其相互間的方向安排是凸脊與凸脊正對，而形成的落降液膜通道各自分隔。在換熱板上述形成凸脊的范圍之間，也就是在熱介質(zhì)通道內(nèi)的形成凸脊的地方，沒有間隔元件12。
從圖3可以明確看到每塊換熱板沿其長度分為Z1-Z6六個(gè)區(qū)域，中間有過渡區(qū)T1-T5。每一個(gè)過渡區(qū)中有過渡表面13、13′，14、14′設(shè)置，使一個(gè)區(qū)里的凸脊和下一個(gè)區(qū)里的凹谷相連，反之也一樣?？梢钥吹皆趦蓧K換熱板10、10′里的相鄰的過渡表面13，13′基本相互平行，形成落降液膜通道E。
從圖3中可以明確看到突向蒸發(fā)通道E的凸脊R′-R2-R′3-R4-R′5-R6的高度，從相應(yīng)區(qū)域Z1-Z6依次減低，說明蒸發(fā)通道的橫截面積從一個(gè)到另一個(gè)區(qū)域逐漸增大。用圖2和圖4比較可以極明確看到由于這個(gè)事實(shí)，蒸發(fā)通道E的周邊，在被落降液膜濕潤以后，從一個(gè)區(qū)到另一個(gè)區(qū)也逐漸減小。圖3所示各區(qū)有恒定的凸脊高度，但當(dāng)然各區(qū)中的凸脊高度也可以依次減低。
權(quán)利要求
1、一種落降液膜式的熱交換器。其換熱板有擴(kuò)大面積用的瓦楞形，形成順液膜降落方向的凸脊和凹谷、特點(diǎn)為凸脊(2.2′，2″)和凹谷(3.3′、3″)在若干個(gè)區(qū)域(Z1、Z2、Z3)其中的一個(gè)區(qū)里連續(xù)伸展，上述區(qū)域沿降落方向依次相接，而相接的兩區(qū)域中的凸脊和凹谷彼此交錯(cuò)排列對置，因而一個(gè)區(qū)域里的凸脊和凹谷，分別與下一個(gè)區(qū)域里的凹谷和凸脊對正。相接兩個(gè)區(qū)域之間的過渡階段(T1、T2)里換熱板的瓦楞，形成連接表面(4.4′，5.5′)，使一個(gè)區(qū)域里的凸脊和凹谷的底端，相應(yīng)和下一個(gè)區(qū)域里的凹谷和凸脊的上端分別連接。
2、如權(quán)利要求
第1項(xiàng)中的熱交換器，特點(diǎn)是換熱板沿降落方向的長度超過一公尺，并至少有三個(gè)上述的區(qū)域。
3、如前列權(quán)利要求
任何一項(xiàng)中的熱交換器，換熱板基本垂直上下排列，其間有落降液膜通道(E)，或另一種介質(zhì)的通道(H)。兩種通道互相交替。通道(E)里的上部有流體作落降液膜通過，通道(H)中有另一種介質(zhì)通過，與上述落降液膜作熱交換。其特點(diǎn)是形成一條上述落降液膜通道(E)的兩塊換熱板(10、10′)它們的脊(R、R′)和谷取向，考慮到落降液膜通道，確定一塊板的凸脊正對另一塊板的凹谷在一條直線上伸展。
4、如權(quán)利要求
第3項(xiàng)中的熱交換器，特點(diǎn)是形成落降液膜通道(E)的兩塊換熱板的上述凸脊(R-R6，R′-R′5)的高度，在液膜降落的方向上逐步減低，因而在落降液膜通道的橫截面的周邊長度在上述方向上減小時(shí)，上述橫截面的面積增大。
5、如前列權(quán)利要求
任何一項(xiàng)中之熱交換器，特點(diǎn)是位于換熱板外邊緣內(nèi)的每一落降液膜通道(E)的主要部份，在圍繞落降液膜通道的兩塊換熱板(10、10′;11、11′)之間沒有接觸點(diǎn)或連接元件。
6、如權(quán)利要求
第3至5項(xiàng)中的熱交換器，特點(diǎn)為圍繞上述另一種介質(zhì)通道(H)的兩塊換熱板(10′、11;10、11′)，就其與落降液膜通道(E)而言，兩者的凸脊(R、R′)對正，兩換熱板之間的接觸點(diǎn)或連接元件處于換熱板的上述凸脊(R、R′)之間的區(qū)域里。
專利摘要
一種落降液膜式的熱交換器，其換熱板有為擴(kuò)大面積的瓦楞形，形成沿落降方向伸展的凸脊和凹谷。由于在若干區(qū)域中的每一區(qū)域里有凸脊和凹谷連續(xù)伸展，各區(qū)域在液膜落降的方向上相互毗連，故落降液膜反復(fù)重新分布，而在相連兩區(qū)里的凸脊和凹谷相互交錯(cuò)對置，使一個(gè)區(qū)域里的凸脊和凹谷分別對著下一個(gè)區(qū)域里的凹谷和凸脊。
文檔編號(hào)F28F3/00GK85103332SQ85103332
公開日1986年10月29日 申請日期1985年4月29日
發(fā)明者博斯特·倫德布萊 申請人:艾爾費(fèi)拉瓦爾食品及奶品工程公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan