[发明专利]一种分液式螺旋管结构的冷凝器

说明书

技术领域

本发明属于换热及传热技术领域，特别涉及一种分液螺旋管结构的冷凝器。

背景技术

工业过程中释放大量低品位余热(如烟气余热、蒸汽余热等)有待利用，其热量主要包含显热和潜热两部分。以燃煤锅炉烟气为例，其中水蒸气体积份额约为8％，携带潜热热量占余热总量的30％左右，而燃气和燃油锅炉烟气中水蒸气体积份额高达18％，携带潜热热量占余热总量的65％左右；可见利用冷凝换热技术回收余热中的潜热，能够大幅度提高热能回收利用率。

同时，螺旋管式热换热器与一般直管管壳式换热器相比，具有传热系数大，结构紧凑，易于清洗，污垢热阻小等优点，虽然造价比同样传热面积的管壳式换热器高，可是因为传热系数大，容易维修，同时螺旋换热管呈蛇形盘管状，具有弹簧作用，没有热应力造成的破坏漏失，所以广泛使用。螺旋管换热器与直管换热器相比具有较高的换热效率，其根本原因在于流体在弯管中流动时产生离心力，该离心力导致管内垂直流动方向上产生二次流，从而增强流体的扰动实现强化换热；与普通的水平弯管相比，螺旋管的螺旋上升结构(螺旋上升角)使得流体在流动方向上受到扭转作用，该扭转作用也会显著影响流动和换热；此外，浮升力引起的管内混合对流也会影响螺旋管的换热特性；总之，由于螺旋管具有螺旋上升结构，使得螺旋管内的流动受到离心力、扭转力以及浮升力的共同作用，导致螺旋管内的边界层发展、截面温度分布、层流向湍流转换、换热系数及摩擦阻力等特性与常规的直管不同。

而在螺旋管内发生冷凝相变过程时，其管内存在汽液两相流体。由于其密度、体积的不同，导致各自受到的离心力、扭转力以及浮生力不同；使得气体靠近内壁面区，冷凝液靠近外壁面区，造成冷凝液膜在圆周截面方向上厚度不均匀，截面两相流型表现出显著的不对称性。同时由于螺旋上升结构的存在汽液两相流流速差异增大，两相区之间的剪切力增大，促使冷凝流型弹状流中的汽弹空间在螺旋通道内近内壁区拉长，而在螺旋外圆周侧存留较长的液桥区。这些螺旋管相变流型上的特点使得局部壁面的传热性能具有本身的独特性，对其流型和局部传热性能的考察及基于此特点的合理调控为设计高效螺旋管换热器提供了新思路，同时对于相变传热学科领域具有深远的学术价值。

目前国内外强化冷凝换热研究主要针对光滑直管或者内翅片、内螺旋、内凹槽的直管的研究，而对于螺旋管内冷凝相变传热的强化研究尚未报道。本发明即针对螺旋管冷凝器中螺旋换热管内汽液两相流在受到离心力、扭转力和浮升力共同作用下表现出的流动不对称性，利用在螺旋换热管外圆周侧设置微细导液管，将分布在外圆周壁面处的厚液膜及时导离，从而调整截面流型对称度的同时，形成薄液膜传热，达到提高螺旋管冷凝器换热效率的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分液螺旋管结构的冷凝器，其特征在于，在分液螺旋管结构的冷凝器的壳体内固定螺旋换热管，螺旋换热管外圆周上分布导液管，螺旋换热管上端为冷凝工质进口管，下端为冷凝工质出口管；壳体外圆周上端为冷却水出口，下端为冷却水进口。

所述螺旋换热管外圆周上分布与壳体轴线同向导液管，具有三种结构形式，其一为导液管通过微细管与螺旋换热管的每圈相连，不与壳体内侧接触；其二为在螺旋管外圆周的一半面上固定一截面为半圆环形的积液腔，所述垂直于壳体轴线的微细管不直接与螺旋管外圆周壁面相连，而是与半圆环形的积液腔相联通；在螺旋管外圆周壁面的半圆范围内加工3个壁面大孔，丝网包覆在3个壁面大孔的表面，丝网在此主要起分液作用；其三为在螺旋管外圆周的一半面上固定一截面为半圆环形的积液腔，所述垂直于壳体轴线的微细管不直接与螺旋管外圆周壁面相连，而是与半圆环形的积液腔相联通；在螺旋管外圆周壁面的半圆范围内加工3-7个壁面微孔，在此微孔起分液作用。

所述螺旋换热管外圆周上分布导液管为等距离或非等距离分布；至少在两根以上。

所述微细管的当量直径、起主要分液作用的丝网孔径和壁面微孔的当量孔径均用d表示，其其中：σ为冷凝液表面张力，g为重力加速度，ρ_f为冷凝液密度，ρ_g为汽相密度。

所述螺旋换热管材料为碳钢、铜及铜合金、不锈钢或镍及镍合金材料。

所述螺旋换热管采用外表面光滑管或采用外表面有径向低翅片管绕成螺旋换热管。

所述壳体材料采用铸铁、青铜碳钢或不锈钢制造。