[发明专利]一种立式冷凝器

说明书

技术领域

本发明涉及冷凝器，尤其是涉及一种新型高效立式冷凝器。

背景技术

冷凝器作为一侧有相变的热交换器，主要进行凝结换热过程，广泛应用于化工、石化、制冷等行业中。对于有相变的换热过程，特点是发生相变的流体温度基本保持不变，在相对较小温差下进行换热；换热量主要为潜热r，r一般较大，因此所需的传热系数较高；影响相变换热的物性除了单相流体的影响因素外，还有潜热、表面张力和浮升力等；由于相变产生冷凝液，冷凝液为热量进一步传递增加了热阻。冷凝液液膜带来的热阻及其流动状况使流体形态变得复杂，为较好地控制整个换热过程增加了难度。

凝结换热主要分为膜状凝结和珠状凝结。膜状凝结为冷凝液沿整个壁面形成一层薄膜，并在重力作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递；当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结(可能大几倍，甚至一个数量级)。冷凝过程严格上说，首先是由珠状过渡到膜状，在珠状冷凝到一定程度，冷凝液增多才会形成膜状，因此理想的状态是在珠状冷凝过程即完成换热；达到这一理想状况很难，这需要在较高的换热效率下配合灵活的结构设计。

强化凝结换热的原则是尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度，强化方式可用一些特殊的表面使在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。为了加强流体扰动，促进对流换热，冷凝器传热元件由最初的光管到后来的椭圆管、波纹管、异滴形管和交变曲面波纹管等新型高效盘管，再到后来把传热元件由管式变为板式。这些方法中，虽然能较大程度地强化换热，一定程度改变凝结形式，但是这些特殊的设计都导致了流体压降大大升高，并且这些设备结构的灵活性较低，不能根据工况的变化而调整；同时，常规板式换热器中的密封垫片易受腐蚀也是一个薄弱环节。

此外，重力加速g对自然对流换热有很大影响。努赛尔数Nu是表征对流换热强烈程度的准数，Nu越大表示对流换热越强，其表达式如下：

Nu＝f(Gr，Pr)

其中，所以Nu与重力加速度g成正比。

因此换热加强。对于换热器形式，常规的列管式均为卧式，这在形式上就降低了换热效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可改变冷凝液的凝结状态、降低热阻、结构调整灵活、换热效率高、成本低、清洗方便的立式冷凝器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种立式冷凝器，其特征在于，该冷凝器包括换热板对束、膨胀节和壳体，所述的换热板对束是由两块金属板通过多点焊接形成的板对组成，可供换热流体流通的板程腔体的部件，每个换热板对由于点焊使得平面部分均匀凸起，内外侧均形成了触点，触点密度根据工况可调，对流体进行扰动。换热板对束安装在壳体内，各换热板对之间及其与壳体之间形成壳程腔体，所述的膨胀节设置在多对换热板对束一端。

所述的换热板对上均匀设置了多个焊接触点形成枕式换热元件。

所述的多个焊接触点交错设置，常用工况的触点密度为200～5000个/m²，触点间距一般为20～100mm，在一些特殊工况要求下也可以上下调整，在制造工艺上均可达到。

所述的各对换热板对之间设有控制板对间距的固定件，形成整体板对束。

所述的固定件用来将板对之间的距离控制在根据工况要求所设计的特定的距离，将板对外边缘紧凑的固定住，并且没有深入板束内侧，不会对壳程流体形成折流或扰流影响。

所述的壳体底部设有冷却流体入口，顶部设有冷却流体出口，侧壁设有待冷凝气体入口、冷凝液出口以及不凝性气体出口；待冷凝热气体物料由壳体上的待冷凝气体入口径向进入冷凝器壳程腔体，冷凝后的冷凝液从冷凝液出口流出，不凝性气体从不凝性气体出口排出，由于板片间均匀密布的触点加强了气体的扰动，增大了换热效率；同时触点和凸起为气体冷凝提供了液化核心，使凝结过程接近于珠状凝结，降低了液膜厚度，减小了热阻。冷却流体从壳体底部冷却流体入口进入经过膨胀节进入板程腔体，从顶部冷却流体出口流出，同样由于板对间触点的扰动，使液体达到湍流的状态，增加了换热效率。总的过程就是加强了两侧流体的湍动，同时由于表面的不平整性破坏了形成液膜的均一流动，利用灵活的结构形式，使冷凝过程大部分在珠状冷凝状态下进行，降低了热阻，增加换热效率。

所述的待冷凝气体入口设置在壳体侧壁顶部，所述的冷凝液出口和不凝性气体出口设置在壳体侧壁底部。