[发明专利]一种强化换热冷凝管网络式换热器及其制备方法

说明书

本发明公开了管外冷凝设备领域的一种强化换热冷凝管网络式换热器及其制备方法，所述换热器采用冷凝管交叉连通的中空网络式通道结构，所述冷凝管管径小于3mm。本发明通过冷凝管网络式结构的设计增加了工质蒸汽与换热器的换热面积，通过减小冷凝管管径的方式同时实现了毛细压力及普拉托‑瑞利不稳定性效应发挥减薄局部凝结表面液膜厚度的作用，显著增强了换热器凝结换热效果，同时本发明大大降低了换热器的加工难度及加工成本，克服了现有换热器无法弯折，运输和装配灵活性差的缺陷。

技术领域

本发明涉及管外冷凝设备领域，尤其涉及一种强化换热冷凝管网络式换热器及其制备方法。

背景技术

管外冷凝设备在高能耗工业领域有广泛应用，是一种在封闭壳体内安装换热器，通过热交换使工质蒸汽冷凝的设备。换热器管道内通有低温冷却液，管外高温工质蒸汽在换热器管道表面凝结，热量传递到管内冷却液并被循环带走。现有换热器所用冷凝管按照表面结构可分为一维表面光管，二维表面肋管和三维表面肋管，并且冷凝管的直径普遍大于6mm。

换热面积和液膜厚度分布是影响换热效果的两个主要原因。在管外冷凝设备中，一种常见的换热器结构为平行空心管束阵列，在管径较大的情况下，凝结液膜的脱落由重力主导，表面张力对换热能力的影响可以忽略，因此换热效果较差。20世纪40年代中叶以来，二维肋管在制冷行业迅速推广，70年代以来，肋管技术得到进一步发展，三维肋管得到了推广应用，肋管结构不仅可以增大换热面积，而且可以利用表面张力在肋片局部形成薄液膜，显著强化换热，但是肋管因密集肋片结构会造成管底凝液滞留，形成淹没区，导致局部换热能力变差，同时肋管的毫米级密集排布的表面结构加工过程复杂、成本较高，而且无法弯折存放，运输和装配灵活性差。

随着冷凝管管径的减小，特别是当管径小于3mm时，除重力作用以外，表面张力沿冷凝管轴向附加的毛细压力会造成液膜在冷凝管轴向的不均匀分布，并且管径较小时，液膜会包覆整个水平方向的冷凝管，气液界面的不稳定性会造成薄液膜局部聚拢，形成液滴，这一效应被称为普拉托-瑞利不稳定性。毛细压力及普拉托-瑞利不稳定性带来的液膜厚度的不均匀分布可显著强化凝结换热能力。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种强化换热冷凝管网络式换热器，通过冷凝管的网络式结构增加工质蒸汽与换热器的换热面积，且有效利用毛细压力及普拉托-瑞利不稳定性减薄局部凝结表面的液膜厚度，从而显著增强换热器凝结换热能力，同时降低换热器的加工难度及加工成本。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何增加工质蒸汽与换热器的换热面积、减薄局部凝结表面的液膜厚度从而增强凝结换热效果，同时实现换热器加工难度及加工成本的降低，克服现有换热器无法弯折，运输和装配灵活性差的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种强化换热冷凝管网络式换热器，其特征在于，所述换热器采用冷凝管交叉连通的中空网络式通道结构，所述冷凝管管径小于3mm。

进一步地，所述冷凝管为一维表面光管。

进一步地，所述冷凝管管道横截面为圆形或矩形。

进一步地，所述换热器可弯折卷曲。

本发明还提出一种强化换热冷凝管网络式换热器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、利用软件建立网络式通道实心模型，并打印所述网络式通道实心模型；

步骤2、在步骤1所得的网络式通道实心模型表面附着材料，作为冷凝管网络的管壁；

步骤3、将步骤1所得的网络式通道实心模型消除，留下步骤2中形成的冷凝管网络的管壁，构成具有中空网络式通道结构的冷凝管网络式换热器。

进一步地，所述步骤1中的所述网络式通道实心模型采用丝网印刷方法获得。