[實用新型]雙相變潛熱換熱器

有效

• 申請號: 201420036603.2
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN203719489U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 付紅曉
• 申請（專利權）人: 鄭州四維淀粉技術開發有限公司
• 主分類號: F28D19/00
• 分類號: F28D19/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳;王金

技術領域

本實用新型涉及換熱器技術領域。

背景技術

常規換熱器在工作時，其換熱面兩側的介質一般不發生相變，比如液/液、氣/氣、氣/液換熱。或換熱面一側的介質發生相變，比如蒸汽/液、蒸汽/氣加熱器。無相變換熱器只能傳遞物料的顯熱，單側相變加熱器的蒸汽端發生冷凝相變放出潛熱，而另一側液體或氣體物料沒有相變，只是溫度被提升。通常物料的顯熱量要比潛熱量小得多，所以同樣的熱交換量，傳統換熱器通常需要很大的設備尺寸，以及大量的液體或氣體輸送能耗。?

常用的換熱器有兩種：板式換熱器與管殼式換熱器。之所以沒有出現換熱面兩側的介質均發生相變的換熱器，是因為現有的兩種換熱器均不適應雙相變的工作狀況，并且對此缺乏規律性的認識。

經過本申請發明人的創造性研究，對現有兩種換熱器不適應雙相變工作的原因有了規律性的認識，即物料發生相變時，必然伴隨著體積流量的劇烈變化，板式換熱器換熱面之間的間隙較小，所以難以適應這種變化，不能用作雙相變換熱器；管殼式換熱器的殼程通常是長度大于直徑，單管長徑比（長徑比指管內沸騰液位深度與管子直徑之比。）普遍遠遠大于20；這種情況下沸騰相變側必然造成氣液劇烈混和狀態，冷凝相變側風阻損失大、管束效應明顯、液膜熱阻效應強，這些因素綜合在一起，導致長管（長管指長徑比大于20的的管子）設計無法穩定發生相變傳熱。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種能夠大幅縮小換熱器體積、降低介質輸送能耗的雙相變潛熱換熱器。

為實現上述目的，本實用新型的雙相變潛熱換熱器包括換熱單元，換熱單元包括密封殼體，殼體內上下間隔設有上密封擋板和下密封擋板，上、下密封擋板之間均勻設有若干豎管，豎管與上、下密封擋板之間的殼體圍成中間腔室，上密封擋板上方設有蒸汽腔室，各豎管的頂部開口與蒸汽腔室相連通；各豎管底部均與一液體腔室相連通，液體腔室位于下密封擋板下方并與下密封擋板相臨；所述豎管的長徑比小于20；所述蒸汽腔室處的殼體上設有第一蒸汽進出口，所述中間腔室頂部的殼體上設有第二蒸汽進出口，所述中間腔室底部的殼體上設有第一液體進出口，所述液體腔室處的殼體上設有第二液體進出口。

所述換熱單元上下堆疊設有兩個以上。

所述堆疊在一起的各換熱單元皆置于一罩體內，各換熱單元與罩體圍成蒸汽空腔，罩體內設有蒸汽管，蒸汽管選擇連通第一蒸汽進出口或第二蒸汽進出口，且蒸汽管的頂部向上伸出罩體；罩體內設有液管，液管選擇連通第一液體進出口或第二液體進出口，且液管的底部向下伸出罩體；所述罩體的側壁中部設有罩體蒸汽進口，所述罩體的底端連通有罩體液體出口。

最頂部的換熱單元的殼體頂部呈封頭結構，最底部的換熱單元的殼體底部呈封頭結構。

本實用新型具有如下的優點：

豎管的長徑比小于20，能夠避免沸騰相變一側造成氣液劇烈混和現象，避免冷凝相變側風阻損失大、管束效應明顯、液膜熱阻效應強等現象，從而保證穩定的冷凝或沸騰，保證換熱效率。本實用新型能夠保證雙相變換熱的正常進行，采用豎管內外的兩種工作介質均發生相變（即管程和殼程的工作介質均發生相變）的工作方式，本實用新型大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸，有效實現潛熱高密度換熱，同時也節省了95%以上的液體或氣體（即工作介質）輸送時消耗的能量。

基本單元使用短管，占地面積通常較大；使用堆疊的方法，把多個換熱單元上下堆疊集合在一起，這樣不僅占地面積小，而且各換熱單元之間的壓力相互平衡，壓力容器更容易設計。

如果沒有設置罩體，則每個換熱單元都要對外連接4根管道，造成外部管道又多又亂，增大連接難度并使降低設備的緊湊程度。由于設置了罩體，體積流量最大的汽態流就可以取消分布管路。這樣做不但流量分布更加均勻，同時整體設備外觀緊湊，綜合換熱效率也高；用于內凝外沸式時，單元的圓周表面也可用于冷凝換熱，換熱面積顯著提高。最后，本實用新型結構簡單，便于制造和使用。

總之，本實用新型能夠保證雙相變換熱的正常進行，大大提高了通過換熱面的熱流密度，從而能夠大大減小換熱器的尺寸并節省了95%以上的工作介質輸送時消耗的能量。上下堆疊設置多個換熱單元，并設置罩體，可以簡化本實用新型的連接結構，使整體設備更加緊湊，并使工作介質的流量分布地更加均勻，提高綜合換熱效率。

附圖說明

圖1是本實用新型中換熱單元的結構示意圖；

圖2是三個換熱單元上下堆疊在一起的結構示意圖；

圖3是設有罩體時本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式