[發明專利]一種立式冷凝器

有效

• 申請號: 201410499496.1
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104266513A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 李鳳清;王敏;孫苑洱
• 申請（專利權）人: 德艾柯工程技術（上海）有限公司
• 主分類號: F28D9/00
• 分類號: F28D9/00;F28F3/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明涉及冷凝器，尤其是涉及一種新型高效立式冷凝器。

背景技術

冷凝器作為一側有相變的熱交換器，主要進行凝結換熱過程，廣泛應用于化工、石化、制冷等行業中。對于有相變的換熱過程，特點是發生相變的流體溫度基本保持不變，在相對較小溫差下進行換熱；換熱量主要為潛熱r，r一般較大，因此所需的傳熱系數較高；影響相變換熱的物性除了單相流體的影響因素外，還有潛熱、表面張力和浮升力等；由于相變產生冷凝液，冷凝液為熱量進一步傳遞增加了熱阻。冷凝液液膜帶來的熱阻及其流動狀況使流體形態變得復雜，為較好地控制整個換熱過程增加了難度。

凝結換熱主要分為膜狀凝結和珠狀凝結。膜狀凝結為冷凝液沿整個壁面形成一層薄膜，并在重力作用下流動，凝結放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞；當凝結液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠大于膜狀凝結(可能大幾倍，甚至一個數量級)。冷凝過程嚴格上說，首先是由珠狀過渡到膜狀，在珠狀冷凝到一定程度，冷凝液增多才會形成膜狀，因此理想的狀態是在珠狀冷凝過程即完成換熱；達到這一理想狀況很難，這需要在較高的換熱效率下配合靈活的結構設計。

強化凝結換熱的原則是盡量減薄粘滯在換熱表面上的液膜的厚度，強化方式可用一些特殊的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝結的液體盡快從換熱表面上排泄掉。為了加強流體擾動，促進對流換熱，冷凝器傳熱元件由最初的光管到后來的橢圓管、波紋管、異滴形管和交變曲面波紋管等新型高效盤管，再到后來把傳熱元件由管式變為板式。這些方法中，雖然能較大程度地強化換熱，一定程度改變凝結形式，但是這些特殊的設計都導致了流體壓降大大升高，并且這些設備結構的靈活性較低，不能根據工況的變化而調整；同時，常規板式換熱器中的密封墊片易受腐蝕也是一個薄弱環節。

此外，重力加速g對自然對流換熱有很大影響。努賽爾數Nu是表征對流換熱強烈程度的準數，Nu越大表示對流換熱越強，其表達式如下：

Nu＝f(Gr，Pr)

其中，所以Nu與重力加速度g成正比。

因此換熱加強。對于換熱器形式，常規的列管式均為臥式，這在形式上就降低了換熱效率。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可改變冷凝液的凝結狀態、降低熱阻、結構調整靈活、換熱效率高、成本低、清洗方便的立式冷凝器。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種立式冷凝器，其特征在于，該冷凝器包括換熱板對束、膨脹節和殼體，所述的換熱板對束是由兩塊金屬板通過多點焊接形成的板對組成，可供換熱流體流通的板程腔體的部件，每個換熱板對由于點焊使得平面部分均勻凸起，內外側均形成了觸點，觸點密度根據工況可調，對流體進行擾動。換熱板對束安裝在殼體內，各換熱板對之間及其與殼體之間形成殼程腔體，所述的膨脹節設置在多對換熱板對束一端。

所述的換熱板對上均勻設置了多個焊接觸點形成枕式換熱元件。

所述的多個焊接觸點交錯設置，常用工況的觸點密度為200～5000個/m²，觸點間距一般為20～100mm，在一些特殊工況要求下也可以上下調整，在制造工藝上均可達到。

所述的各對換熱板對之間設有控制板對間距的固定件，形成整體板對束。

所述的固定件用來將板對之間的距離控制在根據工況要求所設計的特定的距離，將板對外邊緣緊湊的固定住，并且沒有深入板束內側，不會對殼程流體形成折流或擾流影響。

所述的殼體底部設有冷卻流體入口，頂部設有冷卻流體出口，側壁設有待冷凝氣體入口、冷凝液出口以及不凝性氣體出口；待冷凝熱氣體物料由殼體上的待冷凝氣體入口徑向進入冷凝器殼程腔體，冷凝后的冷凝液從冷凝液出口流出，不凝性氣體從不凝性氣體出口排出，由于板片間均勻密布的觸點加強了氣體的擾動，增大了換熱效率；同時觸點和凸起為氣體冷凝提供了液化核心，使凝結過程接近于珠狀凝結，降低了液膜厚度，減小了熱阻。冷卻流體從殼體底部冷卻流體入口進入經過膨脹節進入板程腔體，從頂部冷卻流體出口流出，同樣由于板對間觸點的擾動，使液體達到湍流的狀態，增加了換熱效率。總的過程就是加強了兩側流體的湍動，同時由于表面的不平整性破壞了形成液膜的均一流動，利用靈活的結構形式，使冷凝過程大部分在珠狀冷凝狀態下進行，降低了熱阻，增加換熱效率。

所述的待冷凝氣體入口設置在殼體側壁頂部，所述的冷凝液出口和不凝性氣體出口設置在殼體側壁底部。