[發明專利]一種適用于含相變換熱器的布管結構

有效

• 申請號: 201410353061.6
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104165533B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 陳永東;周兵;江慧豐;程沛
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院
• 主分類號: F28D7/00
• 分類號: F28D7/00
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙)34118
• 代理人: 王挺,劉坤

技術領域

本發明屬于換熱器布管技術領域，具體涉及一種適用于含相變換熱器的布管結構。

背景技術

工業冷換設備中的相變傳熱發生在氣相和液相之間，由于介質在兩種相態下的熱力性質存在巨大差異，當發生相變時會引起局部流速的急劇變化，進而帶來流場的劇烈擾動，尤其當設備受到一定的尺寸限制時，對換熱器的整體傳熱性能和機械性能都會帶來不利的影響。

下面分別從兩種相變方向來加以說明。

當換熱器應用于液相沸騰換熱工況時，此時換熱管浸潤于整個液相空間，并對液相進行加熱進而產生相變，這種換熱屬于大容器核態沸騰。這種相變導致了氣液兩相之間相互干擾的復雜流場，大大降低了管束間流動的穩定性。由于管束與殼體之間沒有足夠大的空間作為允許的氣相上升通道，具有較低導熱系數的氣泡將會在管束間進行積聚，并形成較大熱阻的氣相隔熱層，削弱了管束的整體傳熱性能；與此同時，隨著流動的進行，氣相不斷積聚和破裂，造成了局部壓力的高頻次變化，在次生渦街和二次流的影響下對管束形成沖撞，久之就會造成管束的破壞。

當換熱器應用于氣相冷凝換熱工況時，氣相由殼體下方進入管束之間換熱，冷凝后的液相在降落過程中受到上升氣流的阻滯而不能及時排出，同時凝結在管束底部的液相也阻礙了氣相進入換熱工作空間，造成換熱面積得不到充分利用，降低了整體傳熱效率。

目前針對含相變換熱器的布管設計基本沿襲傳統的布管方式，即以正三角形和正方形布管為主，然而這種布管方式并沒有解決氣相在管束間積聚而使得傳熱效率降低的問題。

發明內容

為解決上述現有技術之不足，本發明提供了一種適用于含相變換熱器的布管結構，本布管結構有效地解決了氣相在管束間積聚的問題，使得氣相和液相在管束之間能夠順暢地流動，從而顯著地提高了傳熱效率。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種適用于含相變換熱器的布管結構，包括殼體，所述殼體中設置有氣相冷凝整體布管區和/或液相沸騰整體布管區，所述氣相冷凝整體布管區和/或液相沸騰整體布管區中均設有用于將整體布管區分隔為若干局部布管區的、互相連通且縱橫交錯的氣道。

同時，本發明還可以通過以下技術措施得以進一步實現：

優選的，所述氣道包括若干橫氣道、縱氣道以及斜氣道。

優選的，所述殼體中設置有氣相冷凝整體布管區和液相沸騰整體布管區，所述氣相冷凝整體布管區通過支架架設在殼體內部的上方區域，所述液相沸騰整體布管區設置在氣相冷凝整體布管區的下方。

本發明的原理和有益效果如下：

1)、本發明中的布管結構打破了傳統的管板布管區域整體統一布管的思路，本發明在列管式換熱器傳統布管結構的基礎上，引入了氣道設計，即在整體布管區域內，設置若干橫氣道、縱氣道及斜氣道的組合。橫氣道、縱氣道及斜氣道互相連通且縱橫交錯，有效地避免乃至杜絕了氣相通道“短路”的問題發生，同時也顯著改善了管束間氣體流動狀況。

隨著氣道的引入，整體布管區被分隔成為若干局部布管區。由此形成的局部布管區的形狀包括但不局限為規則的幾何形狀。每個局部布管區中均可以按照傳統布管方式進行獨立的布管設計，即各個局部布管區的布管結構可以根據工藝運行狀況布管，但不局限為同一種傳統布管結構，也即各個局部布管區的布管結構不必同時為正三角或正方形布管結構。

本發明對于包含兩種相變方向之一的單體換熱設備或同時包含兩種相變方向的組合換熱裝置同樣適用，尤其適用于有限空間內含相變換熱器的布管。

2)、本發明中的布管結構可以有效改善相變流體在管束通道間的流動與傳熱，由于氣道的設計可以有效加速管外低導熱系數的氣相逸出，提高氣相逸出速率，從而避免了換熱表面上因介質凝聚并形成以導熱為主導的低傳熱性能工況而影響傳熱性能。

3)、本布管結構尤其適用于尺寸受限的含相變換熱器。氣道的引入可以提高含相變換熱器的傳熱狀況，額外增加的氣道面積并不過分犧牲換熱面積，在不增加設備筒徑的基礎上，大大提高了傳熱效率。

4)、本布管結構可以針對有局部特殊工藝要求的換熱表面進行專門的配置。通過氣道的分布設計可以滿足某些特殊工況傳熱需求，為流場及溫度場優化提供了設計切入。

5)、本布管結構易于實現和推廣。本發明可以針對不同的工藝操作條件而進行靈活的氣道組合設計；各分布管區的布管也可以獨立進行，藉此可以實現換熱管布置的精細化設計。

附圖說明

圖1為本發明在液相沸騰換熱器中的布管結構示意圖。

圖2為本發明在氣相冷凝換熱器中的布管結構示意圖。