[发明专利]一种高效双侧相变换热器

说明书

本发明公开了一种高效双侧相变换热器，其蒸发冷凝器以全封闭的高压冷凝筒体为主体，若干根换热管竖直地贯穿所述高压冷凝筒体，换热管的管腔形成蒸发侧通道；高压冷凝筒体的上壁连接进气管，下壁连接出液管，并且高压冷凝筒体内部中心保留空腔，该空腔与若干根换热管之间的间隙共同形成冷凝侧通道；每根换热管的外壁竖直均匀地紧贴若干根导热毛细管，所述毛细管的两个端口均位于高压冷凝筒体内部并且分别靠近高压冷凝筒体的上壁和下壁。本发明提高了双侧相变换热器的换热效率，若将蒸发冷凝器与液膜发生器结合使用在换热器中，能够更有效地提高双侧相变换热器的换热效率。

技术领域

本发明涉及换热器领域，更具体地，本发明涉及一种换热管两侧均有相变发生的高效双侧相变换热器。

背景技术

换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。

换热器可分为：间壁式换热器；蓄热式换热器；流体连接间接式换热器；直接接触式换热器和复式换热器。

间壁式换热器可分为液液式换热器、液气式换热器、气气式换热器、单侧相变换热器和双侧相变换热器。

双侧相变换热器是指在换热间壁两侧均有相变发生，一侧是气体冷凝过程，另一侧是液体蒸发过程。双侧相变换热器传热效率极高，近年来在化工、医药、空调、食品及其它许多行业得到应用。例如蒸发冷制冷机的冷凝器，一侧是氟利昂的冷凝过程，另一侧是水的蒸发过程。再例如化工、医药、食品中广泛应用的物料蒸发浓缩器，一侧是蒸汽的冷凝过程，另一侧是物料中水的蒸发过程。

双侧相变换热器其结构上相对比较原始，换热间壁还是采用光滑表面，例如内外表面都光滑的铜管。长久以来，在双侧相变换热器效率上并没有太多进展，其原因有两个：一是双侧相变换热器传热效率已经很高，在过去必要性不大；二是提高双侧相变换热器效率的难度太大。但是随着双侧相变换热器应用面的扩大，已经发现双侧相变换热器的传热效率并不足够高，有些行业使用不能满足工艺的需求。同时，节能减排对效率的追求是无止境的。提高双侧相变换热器传热效率的必要性已经出现。

另一方面，我们剖析一下提高双侧相变换热器效率的难度来自什么地方。

间壁式换热器传热效率由传热系数和传热面积决定，传热系数由间壁的换热系数和间壁两侧的换热系数决定。间壁两侧的换热系数往往不一致，当这两个换热系数相差较大时，换热系数较低的一侧就成为换热器传热效率的影响就非常大，即换热系数较低的一侧成为换热器传热效率提高的瓶颈。那么，换热系数较低的一侧的技术突破才能实现换热器效率的突破。

液气式换热器，气侧是换热器传热效率的瓶颈。单侧相变换热器，非相变侧是换热器传热效率的瓶颈。双侧相变换热器，由于蒸发侧可以通过提高蒸发表面的风速以及均匀分布液膜等方式来提高换热系数，而冷凝侧则没有更多的手段来提高换热系数。目前，大部分双侧相变换热器，冷凝侧是换热器传热效率的瓶颈。

目前，提高换热系数的方法很多。比如：液气式换热器，在气侧加设翅片，通过增加气侧的换热面积来提高换热系数；单侧相变换热器，在非相变侧加设导流凹槽，通过改变流体流态提高换热系数。但是，这些措施没有一个适合在双侧相变换热器中应用。例如：加设翅片可以增加该侧换热面积，从而提高该侧的换热系数。但是，在蒸发侧，翅片结垢问题无法解决；在冷凝侧，翅片会阻挡冷凝液的降落，导致效率下降。

同时，双侧相变换热器中蒸发侧提高换热系数的方法也不适合用在冷凝侧。例如：提高风速，利于蒸发，不利于冷凝。

那么，双侧相变换热器效率的唯一途径是：抛弃原有的全部提高换热系数的方法，创新出一种适合冷凝侧的方法。

发明内容