專利名稱：高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及制冷與空調設備的冷凝器，具體涉及一種高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器?？捎糜诠I(yè)領域生產工藝過程中汽體介質的冷凝過程。
背景技術：
冷凝器是化工、輕工、冶金、醫(yī)藥、食品加工等領域中，各類工業(yè)冷源、民用空調及制冷中不可缺少的散熱設備。目前廣泛使用的有殼管式冷凝器、套管式冷凝器、窄縫通道板式冷凝器以及蒸發(fā)式冷凝器，這些冷凝器由于結構不同，具有各自的優(yōu)點，同時也存在各自的不足。
1.在冷凝器循環(huán)冷卻水對流換熱一側現有的殼管式冷凝器、套管式冷凝器、淋水式冷凝器和板式冷凝器的冷凝介質凝結放出的熱量是通過循環(huán)冷卻水在冷凝器中溫升顯熱帶出。冷卻水吸收的顯熱再由冷卻塔以水分蒸發(fā)潛熱排放到大氣環(huán)境中。這種方式需要冷卻水的循環(huán)量大；冷凝器內冷卻水的流動速度高，因而，冷凝器水側對流換熱系數高，冷凝器的結構較為緊湊。但是，由于上述冷凝器冷卻水循環(huán)量大，通常情況下，冷凝器與冷卻塔為分體布置，這樣則要求配置大容量、高揚程循環(huán)水泵，因而造成水泵的價格和電耗都很高。
現有的盤管蒸發(fā)式冷凝器的冷凝介質凝結放熱，則是由盤管外表面以水分蒸發(fā)潛熱的方式將熱量排放到大氣環(huán)境。由于現有的盤管蒸發(fā)式冷凝器冷卻水循環(huán)量遠小于采用冷卻塔的冷凝器的循環(huán)量，因而水泵的價格和電耗都很低，由于盤管外的噴水量小，而且盤管單位體積外表面積遠小于PVC填料單位體積外表面積，因而管外冷卻水蒸發(fā)效率不高，所以現有的盤管蒸發(fā)式冷凝器體積龐大、結構不緊湊，運輸和安裝成本高。
2.在冷凝器冷凝介質凝結換熱一側由于冷凝介質凝結換熱的阻力主要取決于冷凝介質的流速以及凝結液體在換熱表面形成的液膜的傳熱阻力。對于殼管式冷凝器，它是由金屬殼體、冷凝(強化)換熱管、管板和端蓋組成。冷凝介質在殼體內的冷凝(強化)換熱管外表面凝結，由于殼體內冷凝介質流動速度較低，汽體凝結基本上屬于大空間內管外膜狀凝結換熱，而殼體內較大的空間使得殼管式冷凝器的制造必須符合壓力容器制造標準，從而也提高了制造成本。
現有的套管式冷凝器是由內外套管和冷卻水連接彎頭組成，其外套管的作用相當于殼管式冷凝器的金屬殼體；內套管可以是光滑換熱管或強化換熱管。在現有的套管式冷凝器中，冷凝介質在內外套管間較小的環(huán)縫內流動凝結，雖然冷凝介質在環(huán)縫內的流動速度較高，但凝結后的液體始終沿環(huán)縫流動，隨著凝結過程的進行，凝結液體逐漸增多，內套管被凝結液體淹沒的換熱面積也逐漸增大，液膜熱阻的增大將導致凝結換熱系數迅速降低，所以現有的套管式冷凝器的總體傳熱系數不能得到有效提高。
現有的板式冷凝器，它是由金屬板沖壓溝槽后，疊合在一起而形成流體通道，冷凝介質和冷卻水分別在金屬板兩側的溝槽內流動，在冷凝介質一側，隨著凝結過程的進行，凝結表面同樣會被凝結的液體逐漸淹沒，因而凝結換熱系數會逐漸下降而影響板式冷凝器的總體換熱效果。此外，板式冷凝器還存在密封困難、不易清洗的問題。
現有的淋水式冷凝器和盤管蒸發(fā)式冷凝器，在凝結介質一側也存在著上述冷凝器中的同樣問題，即凝結液體會逐漸淹沒凝結表面而使凝結換熱性能下降。

發(fā)明內容
本實用新型綜合上述各類冷凝器的優(yōu)點，克服上述各類冷凝器存在的不足，提供一種降低材料消耗、減少體積與重量及降低運行電耗與冷卻水消耗的高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器。其技術方案如下高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，包括外殼、冷卻空氣風機、PVC冷卻填料、循環(huán)冷卻水泵和接水盤，其特征在于冷卻空氣風機安裝在外殼的頂部，冷卻空氣風機下部依次設循環(huán)冷卻水布水管、PVC冷卻填料、雙層高效換熱套管組件和接水盤；雙層高效換熱套管組件通過冷卻水連接管與循環(huán)冷卻水布水管連接；接水盤通過循環(huán)冷卻水泵與冷卻水連接管連接；雙層高效換熱套管組件的端部總管內設置排液汽體隔板。高效換熱套管組件由內管和外管組成偏心套管結構；內管下部安裝管狀金屬絲網吸液芯，一端由金屬絲網布封閉；另一端在凝結介質集管內向下彎90°。所述高效換熱套管的外管和內管分別是三維內微肋和三維外微肋凝結換熱強化管，套管的外管和內管采用焊接或脹接的方法與端板連接。
所述高效換熱套管組件由兩種不同直徑的內外套管組合而成。
所述高效換熱套管的內套管冷卻水設置清洗旁通管路。
相比現有技術，本實用新型具有以下優(yōu)點(1)高效換熱套管與PVC填料一體化的有機組合，相對于現有的殼管式冷凝器、套管式冷凝器、淋水式冷凝器和板式冷凝器與冷卻塔分體布置方式，降低了冷卻水泵的電能消耗、節(jié)省了設備的占地面積以及設備的現場安裝費用。
(2)將內管和外管同時作為換熱表面的套管組合方式，與現有的殼管式冷凝器(其外殼體僅為容器)、套管式冷凝器(僅內套管為換熱表面)比較，單位體積換熱面積和單位重量換熱面積大幅提高。
(3)內套管冷卻水設置了專門的清洗旁通管路。在冷凝器低負荷時，通過切換內套管冷卻水清洗旁通管路，能夠在冷凝器不停止運行的情況下對內管水側進行清洗。
(4)偏心套管結構增大了環(huán)縫下部的排液空間，因而有效地避免內套管被冷凝液體淹沒，使內套管冷凝換熱系數得到提高。
(5)在內套管的下部設置管狀金屬絲網吸液芯排液裝置能迅速將環(huán)縫內的凝結液體排向端部，有效地避免了環(huán)縫內的積液。
(6)在端部總管內設置排液汽體隔板，實現內套管凝結介質和冷卻水的逆流高效換熱。同時避免了上層套管內凝結的液體進入下層套管而淹沒凝結表面。
(7)采用了兩種不同直徑的內外套組合而成的高效套管冷凝器，使環(huán)縫內的凝結介質不會由于凝結汽體逐漸減少而大幅降低流體速度。
(8)內外套管采用三維微肋換熱強化表面，有效地提高了冷凝介質的換熱系數。


圖1是高效套管蒸發(fā)式冷凝器內部結構示意圖。
圖2是圖1的I局部結構示意圖。
圖3是圖2的A-A斷面示意圖。
圖中1-帶排液裝置的高效強化換熱套管組件，2-冷卻水蒸發(fā)冷卻降溫PVC填料，3-冷卻空氣風機，4-循環(huán)冷卻水泵，5-接水盤，6-循環(huán)冷卻水布水管，7-冷卻水連接管，8-汽體隔板，9-排液孔，10-內套管，11-外套管，12-吸液芯，13、14、15-閥門，16-外殼，17-清洗旁通管路。
具體實施方式
見圖1，高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，包括外殼16、冷卻空氣風機3、PVC冷卻填料2、循環(huán)冷卻水泵4和接水盤5，冷卻空氣風機3安裝在外殼16的頂部，冷卻空氣風機3下部依次設循環(huán)冷卻水布水管6、PVC冷卻填料2、雙層高效換熱套管組件1和接水盤5；雙層高效換熱套管組件1通過冷卻水連接管7與循環(huán)冷卻水布水管6連接；接水盤5通過循環(huán)冷卻水泵4與冷卻水連接管7連接；雙層高效換熱套管組件1的端部總管內設置排液汽體隔板。冷凝介質汽體從高效強化換熱套管組件1上部的進氣口(L11)進入，汽體在套管的環(huán)形窄縫內凝結，冷凝液體從組件下部的排液口(L12)流出。冷卻空氣從外部環(huán)境引入，空氣在高效換熱套管1和PVC填料2的間隙中進行對流蒸發(fā)和換熱后，由頂部的風機3引出再排回到大氣環(huán)境中。冷卻水從風機3下部的布水管6均勻噴淋在PVC填料2上部，冷卻循環(huán)水在重力作用下流經PVC填料2和高效套管換熱組件1直接落入接水盤5。同時與流過PVC填料的空氣充分接觸，熱水與空氣之間進行蒸發(fā)和對流換熱，熱量經冷卻空氣風機3由空氣帶出而散失到大氣環(huán)境中。另一方面接水盤5內收集的循環(huán)冷卻水由冷卻水泵4送入到高效套換熱組件1的內套管10下部進水總管，冷卻水在內套管內與環(huán)形窄縫內流動的冷凝介質形成逆向流動，在內套管內冷卻水以對流方式吸收熱量而溫度升高后，從內套管上部的出水總管排出，經連接管再引至風機3下部的布水管6而構成冷卻水的循環(huán)回路。
本實用新型采用如圖2所示的排液結構設計，在套管端部的總管內設置帶有排液孔9的汽體隔板8，實現內套管凝結介質和冷卻水的逆流高效換熱。同時避免了上層套管內凝結的液體進入下層套管而淹沒凝結表面。隔板的作用一是為了使套管內凝結介質與內管內的冷卻水成逆向流動；二是為了使上部套管內凝結的液體通過隔板的排液孔直接排入底部的集液總管，以避免上部套管凝結的液體進入下部套管而淹沒凝結表面，這樣在各層套管內的凝結過程均處于高汽體干度范圍。克服凝結換熱系數隨著凝結液體增多而下降的問題。
本實用新型的套管與通常的套管式冷凝器中的套管所不同的是通常的套管式冷凝器中的內外套管是采用同心結構；而本發(fā)明的高效套管蒸發(fā)式冷凝器中的內外套管10、11則采用如圖3所示的偏心結構，在內套管10的下部設置了吸液芯12，吸液芯12是用金屬絲網卷制而成的管狀結構，吸液芯緊貼內外管。這種偏心套管結構增大了環(huán)縫下部的排液空間，能有效避免內套管被冷凝液體淹沒，使內套管冷凝換熱系數得到提高。其作用是利用液體的表面張力使得在內外管微肋強化換熱表面凝結的液體吸附到吸液芯中。當絲網吸液芯液體浸潤達到一定程度，液體則沿著凝結汽體流動方向流入到端部的垂直短管，進入垂直短管的液體受到重力的作用而加速。垂直短管內的液體加速產生的虹吸作用則會抽吸吸液芯內的液體，從而有效地減少了液體淹沒凝結表面。管狀金屬絲網吸液芯一方面起支撐內管避免內管發(fā)生彎曲的作用，另一方面利用毛細現象和虹吸現象起收集和排除環(huán)套內凝結液體的作用。從而提高了凝結換熱一側的換熱系數。
此外，為了確保各層套管的環(huán)縫內凝結汽體的流速，本發(fā)明的高效套管蒸發(fā)式冷凝器的套管采用了兩種不同外徑(Φ12mm和Φ14mm)的內管與Φ21mm內徑的外管配合而得到兩種不同環(huán)縫流動截面的套管組合。在靠近凝結介質汽體進口的上部套管，由于汽體凝結量較少，汽體流速較高，因而上部的套管采用大截面環(huán)縫(外徑Φ12mm的內管與內徑Φ21mm外管配合)；在靠近凝結介質液體出口的下部套管，一部分汽體在上部套管內已經凝結成液體，而進入下部套管的汽體流量減少，則下部套管采用小截面環(huán)縫(外徑Φ14mm的內管與內徑Φ21mm外管配合)可以使汽體保持一定的流動速度。通過以上的措施，結合內外套管高效三維微肋強化凝結換熱表面，極大地提高了凝結介質一側的換熱系數，因而使高效套管蒸發(fā)式冷凝器的整體性能得到大幅度提高。
本實用新型采用一體化結構，其冷凝介質凝結放出的熱量通過兩種途徑排放到大氣環(huán)境中去，在內套管表面凝結的冷凝介質放出的熱量由流過內套管的冷卻水以顯熱的方式帶出，吸收了顯熱的冷卻水在上部PVC填料表面主要以水分蒸發(fā)的潛熱方式排放到大氣環(huán)境。而在外套管內表面凝結的冷凝介質放出的熱量是由噴淋到外套管上的冷卻水所蒸發(fā)的水分潛熱直接由橫向流過外套管的冷卻空氣排放到大氣環(huán)境，與現有的蒸發(fā)式盤管冷凝器不同的是噴淋到外套管的冷卻水經過了PVC填料的冷卻降溫，使冷卻水與外套管之間的換熱溫差增大，提高了蒸發(fā)換熱的效率。因此，本實用新型的高效蒸發(fā)式套管冷凝器的設計的冷卻水循環(huán)方式兼顧了以上兩類冷凝器的優(yōu)點。
本實用新型的對流凝結換熱過程是在套管的環(huán)形窄縫內進行，套管的內管和外管采用經過特殊加工的三維微肋強化換熱表面，三維微肋的作用是利用液體表面張力將冷凝換熱表面凝結的液體拉入三維微肋間的溝槽，使三維微肋暴露在凝結汽體中，從而減小凝結表面液膜的傳熱熱組。
在套管的環(huán)形窄縫內和套管端部有特殊設計的排除冷凝液體的裝置，排液裝置的作用是避免換熱表面被冷凝液體淹沒、最大限度地降低凝結換熱表面液膜的熱阻。由于帶排液裝置的高效強化換熱套管的獨特結構，使得本發(fā)明在排熱重量比(單位排熱量所對應的設備重量)、體積比(單位排熱量所占的體積)、能耗比、制造成本等關鍵技術指標均優(yōu)于現行的各類冷凝器與冷卻塔的組合和現行的蒸發(fā)式冷凝器。
這種冷凝器還將高效換熱套管與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和空氣冷卻系統(tǒng)有機的結合為一體，因而，能極大地提高冷凝器的性能。獨特的設計結構使得這種套管高效蒸發(fā)式冷凝器具備了現有的殼管式冷凝器、套管式冷凝器、窄縫通道板式冷凝器以及現有的蒸發(fā)式冷凝器的功能和特點。并且，在冷凝器低負荷時，通過切換內套管冷卻水清洗旁通管路17，即關閉閥門13、14，打開閥門15能夠在冷凝器不停止運行的情況下對內管水側進行清洗。
權利要求1.高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，包括外殼(16)、冷卻空氣風機(3)、PVC冷卻填料(2)、循環(huán)冷卻水泵(4)和接水盤(5)，其特征在于冷卻空氣風機(3)安裝在外殼(16)的頂部，冷卻空氣風機(3)下部依次設循環(huán)冷卻水布水管(6)、PVC冷卻填料(2)、雙層高效換熱套管組件(1)和接水盤(5)；雙層高效換熱套管組件(1)通過冷卻水連接管(7)與循環(huán)冷卻水布水管(6)連接；接水盤(5)通過循環(huán)冷卻水泵(4)與冷卻水連接管(7)連接。
2.根據權利要求1所述的高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，其特征在于所述雙層高效換熱套管組件(1)的端部總管內設置排液汽體隔板(8)。
3.根據權利要求1或2所述的高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，其特征在于所述高效換熱套管組件(1)由內管(10)和外管(11)組成偏心套管結構；內管(10)下部安裝管狀金屬絲網吸液芯(12)，一端由金屬絲網布封閉；另一端在凝結介質集管內向下彎90°。
4.根據權利要求3所述的高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，其特征在于所述高效換熱套管的外管(11)和內管(10)分別是三維內微肋和三維外微肋凝結換熱強化管，套管的外管和內管采用焊接或脹接的方法與端板連接。
5.根據權利要求4所述的高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，其特征在于所述高效換熱套管組件(1)由兩種不同直徑的內外套管組合而成。
6.根據權利要求5所述的高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，其特征在于所述高效換熱套管(1)的內套管冷卻水管設置清洗旁通管路(17)。
專利摘要高效換熱套管蒸發(fā)式冷凝器，包括外殼、冷卻空氣風機、PVC冷卻填料、循環(huán)冷卻水泵和接水盤，冷卻空氣風機安裝在外殼的頂部，冷卻空氣風機下部依次設循環(huán)冷卻水布水管、PVC冷卻填料、雙層高效換熱套管組件和接水盤；雙層高效換熱套管組件通過冷卻水連接管與循環(huán)冷卻水布水管連接；接水盤通過循環(huán)冷卻水泵與冷卻水連接管連接；雙層高效換熱套管組件的端部總管內設置排液汽體隔板。通過采用高效換熱套管外管的直接蒸發(fā)散熱以及縮短冷卻水的揚程高度和連接管路長度，因而能大幅度減小了冷卻水泵所需的流量和揚程，達到降低了冷卻水泵的電能消耗的目的。本實用新型還具有降低材料消耗、減少體積與重量及降低運行電耗與冷卻水消耗等特點。
文檔編號F25B39/04GK2544233SQ0222228
公開日2003年4月9日 申請日期2002年4月17日 優(yōu)先權日2002年4月17日
發(fā)明者陳清華, 項勇, 李華云, 陳衛(wèi)華 申請人:陳衛(wèi)華