[发明专利]类环状流双相变换热器

说明书

本发明涉及一种板翅式两相流相变换热器，属于工程热物理与能源利用学科领域。

板翅式换热器在五十年代开始应用于深冷和空气分离装置等领域，与管式换热器相比，具有结构紧凑，传热系数较高等优点。但是，随着空分装置向大型化方向发展，现有的板翅式换热器的结构型式存在热流密度及传热系数依然偏小、传热温差偏大等缺陷(参考文献〖1〗《低温原理与装置》上、下册，张祉佑，石秉三主编，机械工业出版社出版；参考文献〖2〗《低温换热器》，陈长青主编，机械工业出版社出版)。如果将现有的板翅式换热器用于3万立方标准氧气/小时的大空分装置中作为主冷凝蒸发器，空气分馏塔的直径就将过于庞大(大于4米)，这将超过现今铁路运输所允许的最大高度。而且，由于现有的换热器的传热温差偏大，将使分馏塔上、下塔之间的压差偏大，压缩能耗增大，无法实现高效、节能的超低压流程。

本发明的目的旨在克服上述现有技术的缺点，提出一种类环状流双相变换热器，以便能够实现低温流体(液氮、液氧等)的高效沸腾传热与冷凝传热。

本发明通过传热机理和结构上的改变使双相变换热器具有高传热系数、高热流密度和小传热温差同时具备的优点，并使换热器的结构更加合理，紧凑，降低有色金属材料的消耗和空分装置的压缩功的消耗。因此，采用本发明不但能降低空分装置的一次性投资成本，还可以降低装置的长期运行费用，并为空分装置实现超低压流程创造了条件。

本发明可适用的流体有液氧、液氮和液氩等低温流体，并可适用于各种氟利昂和水等工质流体。该换热器不仅适用于空分装置，也适用于制冷、石油、化工、核电等生产领域的相变换热。

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是蒸发换热元件(1)的结构示意图。

图3是冷凝换热元件(2)的结构示意图。

图4是冷凝换热元件(2)的一个实施例的横截面示意图。

图5是本发明的第一个实施例的横截面示意图。

图6是本发明的第二个实施例的横截面示意图。

图7是本发明的第三个实施例的横截面示意图。

图8是本发明的第四个实施例的横截面示意图。

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细的说明。

参见图1，本发明包括由若干层的作蒸发通道用的板翅式换热元件(1)，换热元件(1)与作为冷凝通道用的板翅式换热元件(2)相连接，待蒸发液体由换热元件(1)的底部进口(10)进入换热元件(1)的通道中蒸发，蒸发后的气体由换热元件(1)的上部出口(9)排出。待冷凝气体由上进气分配器(5)通过冷凝通道导流孔(4)进入冷凝换热元件(2)的通道中冷凝，冷凝后的液体通过冷凝通道集液孔(7)流出集液引出管(6)。另外，图1中，(3)是蒸发通道的中部补液孔，(8)是外侧板，(11)是固定支架。

参见图2，蒸发换热元件(1)中的翅片(13)和(26)被补液孔(3)分成几段，每段长200～500mm，靠近封条(14)的换热元件(1)的左右两侧翅片(13)的节距较小，节距为1.2mm以下，高度为6mm以下，而被翅片(13)夹在中间的翅片(26)的节距较大，为1.2～3.5mm，高度为6mm以下。图中(15)是蒸发通道的下导流片，(12)是蒸发通道的上导流片。

参见图3，冷凝换热元件(2)由中间隔条(21)分为上、下两部分，其上部包括进气导流片(17)。导流片(17)的上部配置一上封条(16)，其下部连接有冷凝翅片(18)，其翅片高度为3～6.5mm，翅片节距为1.5mm以下。中间隔条(21)的下部包括有进气导流片(17)，其下部也连接有冷凝翅片(18)，翅片(18)的下部配置有出液导流片(20)。另外，图3中，(19)是冷凝通道的侧封条，(22)是冷凝通道的下封条。

参见图4，该冷凝换热元件(2)为一整体式冷凝通道。

参见图5，本发明包括由若干层的作蒸发通道用的板翅式换热元件(1)，与作为冷凝通道用的板翅式换热元件(2)，通过隔板(24)相连接，一一依次间隔排列。最外层的冷凝换热元件(2)，其外侧与外侧板(23)相连，其内侧与隔板(24)相连。其左右两端为封条(19)。蒸发换热元件(1)左右两侧为密节距翅片(13)(翅片节距为1.2mm以下，翅片高度为6mm以下)，其两侧为封条(14)，其中间部分为翅片(26)(翅片节距为1.2～3.5mm，高度为6mm以下)，或为无翅片的直通道(26)，通道宽度为20～50mm。冷凝换热元件(2)的翅片(18)，其翅片节距为1.5mm以下，高度为3～6.5mm。