[发明专利]一种适用于含相变换热器的布管结构

说明书

技术领域

本发明属于换热器布管技术领域，具体涉及一种适用于含相变换热器的布管结构。

背景技术

工业冷换设备中的相变传热发生在气相和液相之间，由于介质在两种相态下的热力性质存在巨大差异，当发生相变时会引起局部流速的急剧变化，进而带来流场的剧烈扰动，尤其当设备受到一定的尺寸限制时，对换热器的整体传热性能和机械性能都会带来不利的影响。

下面分别从两种相变方向来加以说明。

当换热器应用于液相沸腾换热工况时，此时换热管浸润于整个液相空间，并对液相进行加热进而产生相变，这种换热属于大容器核态沸腾。这种相变导致了气液两相之间相互干扰的复杂流场，大大降低了管束间流动的稳定性。由于管束与壳体之间没有足够大的空间作为允许的气相上升通道，具有较低导热系数的气泡将会在管束间进行积聚，并形成较大热阻的气相隔热层，削弱了管束的整体传热性能；与此同时，随着流动的进行，气相不断积聚和破裂，造成了局部压力的高频次变化，在次生涡街和二次流的影响下对管束形成冲撞，久之就会造成管束的破坏。

当换热器应用于气相冷凝换热工况时，气相由壳体下方进入管束之间换热，冷凝后的液相在降落过程中受到上升气流的阻滞而不能及时排出，同时凝结在管束底部的液相也阻碍了气相进入换热工作空间，造成换热面积得不到充分利用，降低了整体传热效率。

目前针对含相变换热器的布管设计基本沿袭传统的布管方式，即以正三角形和正方形布管为主，然而这种布管方式并没有解决气相在管束间积聚而使得传热效率降低的问题。

发明内容

为解决上述现有技术之不足，本发明提供了一种适用于含相变换热器的布管结构，本布管结构有效地解决了气相在管束间积聚的问题，使得气相和液相在管束之间能够顺畅地流动，从而显著地提高了传热效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种适用于含相变换热器的布管结构，包括壳体，所述壳体中设置有气相冷凝整体布管区和/或液相沸腾整体布管区，所述气相冷凝整体布管区和/或液相沸腾整体布管区中均设有用于将整体布管区分隔为若干局部布管区的、互相连通且纵横交错的气道。

同时，本发明还可以通过以下技术措施得以进一步实现：

优选的，所述气道包括若干横气道、纵气道以及斜气道。

优选的，所述壳体中设置有气相冷凝整体布管区和液相沸腾整体布管区，所述气相冷凝整体布管区通过支架架设在壳体内部的上方区域，所述液相沸腾整体布管区设置在气相冷凝整体布管区的下方。

本发明的原理和有益效果如下：

1)、本发明中的布管结构打破了传统的管板布管区域整体统一布管的思路，本发明在列管式换热器传统布管结构的基础上，引入了气道设计，即在整体布管区域内，设置若干横气道、纵气道及斜气道的组合。横气道、纵气道及斜气道互相连通且纵横交错，有效地避免乃至杜绝了气相通道“短路”的问题发生，同时也显著改善了管束间气体流动状况。

随着气道的引入，整体布管区被分隔成为若干局部布管区。由此形成的局部布管区的形状包括但不局限为规则的几何形状。每个局部布管区中均可以按照传统布管方式进行独立的布管设计，即各个局部布管区的布管结构可以根据工艺运行状况布管，但不局限为同一种传统布管结构，也即各个局部布管区的布管结构不必同时为正三角或正方形布管结构。

本发明对于包含两种相变方向之一的单体换热设备或同时包含两种相变方向的组合换热装置同样适用，尤其适用于有限空间内含相变换热器的布管。

2)、本发明中的布管结构可以有效改善相变流体在管束通道间的流动与传热，由于气道的设计可以有效加速管外低导热系数的气相逸出，提高气相逸出速率，从而避免了换热表面上因介质凝聚并形成以导热为主导的低传热性能工况而影响传热性能。

3)、本布管结构尤其适用于尺寸受限的含相变换热器。气道的引入可以提高含相变换热器的传热状况，额外增加的气道面积并不过分牺牲换热面积，在不增加设备筒径的基础上，大大提高了传热效率。

4)、本布管结构可以针对有局部特殊工艺要求的换热表面进行专门的配置。通过气道的分布设计可以满足某些特殊工况传热需求，为流场及温度场优化提供了设计切入。

5)、本布管结构易于实现和推广。本发明可以针对不同的工艺操作条件而进行灵活的气道组合设计；各分布管区的布管也可以独立进行，藉此可以实现换热管布置的精细化设计。

附图说明

图1为本发明在液相沸腾换热器中的布管结构示意图。

图2为本发明在气相冷凝换热器中的布管结构示意图。