[發明專利]一種適用于高濕高塵環境的空氣冷卻器及其設計方法

有效

• 申請號: 201811273444.7
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN111119973B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 季圣裕;郭興龍;郝吉剛;朱海鵬
• 申請（專利權）人: 江蘇福緣達熱工科技有限公司
• 主分類號: E21F3/00
• 分類號: E21F3/00;E21F5/20;E21F17/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

1.一種適用于高濕高塵環境的空氣冷卻器，其特征在于：包括殼體和換熱器組件，所述殼體罩設在換熱器組件上，所述殼體的一端設有空氣入口，另一端設有空氣出口；所述換熱器組件包括一組豎向順排的橢圓光管陣列，所述光管陣列的兩側設有一組供液管，所述供液管的末端設有分液器，所述分液器內設有若干道分液管，通過所述分液管將供液管與各橢圓光管連通；所述橢圓光管陣列上下端分別設有上管束定位板和下管束定位板；所述上管束定位板和下管束定位板結構一致，設有與橢圓光管分布一致的固定孔，橢圓光管的兩端對應安置在固定孔內；所述上管束定位板和下管束定位板的外側分別設有管束連接彎頭，將相鄰的橢圓光管連接；所述橢圓光管陣列連接集氣管，所述集氣管上設有排氣口，所述殼體上的對應位置設有供液管安裝孔和排氣口安裝孔；冷卻劑在橢圓光管內流動，空氣在橢圓光管與殼體之間流動，且冷卻劑流動方向與空氣流動方向相互垂直；

所述橢圓光管的具體尺寸關系為：

π·d_o＝2·π·b+4(a-b) ①

式①、②中，d_o為所選管材的外徑，a和b分別為橢圓截面的半長軸和半短軸長，v為蒸發器管路中制冷劑蒸汽流速，v_m為蒸發器管路中制冷劑質量流速，ρ為制冷劑蒸汽的密度，δ為管材壁厚。

2.根據權利要求1所述適用于高濕高塵環境的空氣冷卻器，其特征在于：所述供液管內的供液速度為10-15m/s。

3.根據權利要求2所述適用于高濕高塵環境的空氣冷卻器，其特征在于：所述供液管進口壓力對應的飽和溫度與出口壓力對應的飽和溫度的差值不大于3℃。

4.一種權利要求1所述適用于高濕高塵環境的空氣冷卻器的設計方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)根據空氣進出口狀態和空氣流量確定換熱器的換熱量；

(2)確定管束按豎向順序布置排列形成光管陣列，并得到初始設計換熱面積，并設計橢圓光管的尺寸，設計公式如下：

π·d_o＝2·π·b+4(a-b) ①

式①、②中，d_o為所選管材的外徑，a和b分別為橢圓截面的半長軸和半短軸長，v為蒸發器管路中制冷劑蒸汽流速，v_m為蒸發器管路中制冷劑質量流速，ρ為制冷劑蒸汽的密度，δ為管材壁厚；

(3)根據光管布置和空氣狀態參數，查相應的換熱系數計算公式，計算確定空氣側換熱系數；

(4)根據光管布置和制冷劑狀態參數，查相應的換熱系數計算公式，計算確定制冷劑側換熱系數；

(5)確定總傳熱系數，計算公式如下：

式③④中，F_o表示換熱管道有效換熱面積，Q表示換熱器設計換熱量，K_o表示換熱管的總傳熱系數，d_i和d_o分別為管道內徑和外徑，a_i為管道內表面與制冷劑的換熱系數，a_o為管道外表面與空氣的換熱系數，λ為管壁材料的導熱系數；根據換熱有效面積F_o和管道外徑d_o可得到所需換熱管的總用量；

(6)核算換熱面積：根據式③計算可得實際需要換熱面積，與步驟(2)中的初始設計換熱面積進行校核，實際需要換熱面積小于步驟(2)中的初始設計換熱面積，則傳熱核算通過，否則返回步驟(2)重新設計光管分布；

(7)校核制冷劑壓力損失：根據式⑤計算制冷劑在管路內的壓力損失，計算公式如下：

式⑤中：ΔP表示制冷劑在換熱器中的壓降，f為兩相流阻力系數；l為傳熱管直管段長度；n為彎頭數目；ζ₁為彎頭的局部阻力系數；ζ₂為彎頭的摩擦阻力系數；x₁，x₂, 為進口、出口和平均制冷劑干度；為制冷劑平均比容；

供液管進口壓力對應的飽和溫度與出口壓力對應的飽和溫度的差值不大于3℃，滿足壓力設計要求，壓力損失核算通過，否則返回步驟(2)重新設計光管分布；主體參數設計完畢。