[發明專利]一種臥式冷凝器的汽液分離方法及冷凝器

無效

• 申請號: 200910078716.2
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101504255A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 彭曉峰;吳迪;王珍;陸規;張易陽
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F28B1/06
• 分類號: F28B1/06;F28F9/02;F28F9/22
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐 寧;關 暢

技術領域

本發明涉及一種冷凝器，特別是關于一種臥式冷凝器的汽液分離方法及冷凝器。

背景技術

傳統的空冷式汽液相變冷凝器包括外殼100、換熱管101、進汽口102、三通管103和冷凝液出口104(如圖1所示)，其中換熱管101多采用蛇形管，依靠空氣在換熱管101外對流換熱，使換熱管101內的蒸汽冷凝。在凝結換熱過程中，隨著冷凝的進行，壁面凝結液逐步增加，隨后成膜阻礙了蒸汽與壁面的接觸，是凝結換熱的主要熱阻所在。凝結過程中液膜逐漸增厚，在以后相當長的管程內為液體逐步增多的復雜兩相流，熱阻逐漸增加，冷凝效果嚴重變差；同時隨著蒸汽的凝結，蒸汽量逐漸降低，管內蒸汽流速明顯下降，凝結效果急劇退化，換熱系數減小；單一管內流程冷凝過程也導致了復雜的汽液兩相流，對系統運行穩定性、流動阻力和系統的調控等，都有很不利的影響。空氣側，由于管內冷凝換熱熱阻增加，外管壁溫度下降，導致肋片的利用率下降。為解決上述存在的問題，傳統的空氣冷卻式冷凝器以加大換熱面積來滿足換熱量的需求，從而導致體積、重量較大，且制作和運行成本高。

此外，本申請人在專利號為ZL200610113304.4，名稱為“分液式空氣冷凝器”(如圖2所示)，以及專利申請號為200710064952.X，名稱為“多級冷卻中間分液式空氣冷凝器”(如圖3所示)的發明專利中提出了采用多級蒸汽冷凝、中間自動汽液分離和排液、集中聚集冷凝液過冷的技術方案，從而保證了各管程都以純蒸汽進入并被冷卻，有效減小了凝結過程中液膜的厚度和消除不利的兩相流型。同時充分利用了短換熱管，使各管程均能處于短管珠狀或不穩定的薄液膜凝結，或通過蒸汽對液膜的影響作用促進液膜失穩與斷裂，形成膜狀凝結與珠狀凝結共存的溪流狀凝結，增強膜狀凝結換熱效果，提高管內凝結換熱系數。

上述兩專利中的聯箱200都是使用單根排液管201作為漏液阻汽裝置，這種較細的排液管201可以較好地防止聯箱200中分離的氣體從排液管201泄漏，但是這種結構又帶來以下問題：首先排液管201直徑比聯箱200直徑小，冷凝液流量范圍受到較大的限制，有時還會出現排液不暢的問題。盡管在后一項專利中采用了由實心頂蓋202、多孔芯體203和排液管壁204組成的分液裝置(如圖4所示)，但是由于分液裝置上表面采用實心頂蓋202，冷凝器運行中冷凝液與分液裝置接觸面為多孔介質側表面，因此分液裝置的分液驅動力主要是多孔芯體203的毛細抽吸力，而抽吸力的大小是由所選用多孔介質的結構參數決定，自主調節能力較弱，當冷凝液量較大時，可能會存在抽吸力不夠的問題，影響到分液的效果；另外分液裝置結構比較復雜，在工業生產中規模化生產以及后續的安裝工作都會帶來一定的困難。

發明內容

針對以上問題，本發明的目的是提供一種能夠更有效地進行汽液分離的臥式冷凝器的汽液分離方法及冷凝器。

為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種臥式冷凝器的汽液分離方法，其包括以下內容：1)設置多組遞減水平排列的換熱管，各組換熱管通過兩端安裝的多級聯箱連通，在中間各級聯箱內靠近底部出口處均設置一漏液阻汽裝置，使各級聯箱形成獨立的分液空間，漏液阻汽裝置上設置有至少一個當量主孔和若干個當量輔助孔；2)蒸汽順序進入各組換熱管進行冷凝，冷凝液則流入各級聯箱，當各級聯箱內的積液較少時，主孔和輔助孔頂部形成的液膜可阻止蒸汽從各級聯箱的底部出口漏出；3)當一個分液空間內的積液積累較多時，在壓力作用下積液會首先穿破孔徑較大的主孔流出，而直徑較小的輔助孔繼續由頂部形成的液膜封住；4)當一個分液空間內的積液層厚度增大，在壓力作用下會逐步穿破孔徑較小的輔助孔，同時從主孔和輔助孔流出。

所述的主孔當量直徑為2～5mm，輔助孔當量直徑小于2mm。

所述漏液阻汽裝置的流通能力由孔隙率S表征：

S＝A_p/A_t

其中A_p，A_t分別為主孔和輔助孔總流通面積與漏液阻汽裝置表面積的比值，孔隙率S為汽液相變換熱器系統循環流量的20～50％。