专利名称：微膜蒸发冷凝器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的板翅式冷凝蒸发器，属于工程热物理及能源与利用学科领域。
板翅式换热器自50年代开始进入空气分离等低温工程领域，它与光管式换热器相比，具有结构较为紧凑，传热系数较高，维护和清洗方便等优点，因而国内外大、中型空分装置中的主冷凝蒸发器大多采用了板翅式换热器。但是，在小型空分装置中一直未能得到应用，而一直采用光管式冷凝蒸发器。后来，杭氧厂引用目前国际上一致公认为传热系数最高的烧结多孔表面管式冷凝蒸发器。但是，由于烧结多孔表面管存在制造工艺极为复杂，制造成本高，传热表面易脱落而失去持久的传热强化效果。此外，还存在流体易受污染，堵塞管道等等缺陷，极大地限制了它在工程领域中的推广和应用。(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)本发明的目的旨在克服光管式冷凝蒸发器、板式冷凝蒸发器和烧结多孔表面管式冷凝蒸发器所存在的缺陷，提出一种密节距翅片结构和具有多次补液的微膜冷凝蒸发器，使整个制氧装置的传热性能得到极大的提高。
本发明具有传热系数高、传热温差小两个优点皆具备的特点。本发明可适用于液氧、液氮和液氩等低温流体，也可适用于氟利昂和水等工质流体。该换热器不仅适用小型空分装置，也适用制冷、石油、化工、核电等生产领域的冷凝和沸腾换热。
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是本发明的横截面结构示意图。
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35～50层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。液体(液氧)由换热元件(1)的底部液体进口处(10)进入蒸发通道中蒸发，由换热元件(1)的上部出口处(9)排出。冷凝气体(氮气)由冷凝换热元件(2)的上部进气分配器(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下部的集液孔(7)流进集液引出管(6)。此外，图1中，(3)是蒸发通道的中部补液孔，(8)是外侧板。
参见图2，蒸发换热元件(1)中的翅片(13)由补液孔(3)分成2～3段，每段长200～400mm。补液槽(26)高为20～50mm。靠近封条(14)的翅片(13)的节距较小，其翅片的高度为6mm以下，节距为1.2mm以下。蒸发换热元件(1)的中心部分为20～50mm宽的无翅片直通道(25)，或配制宽翅片通道(25)作补液之用，该宽翅片节距为1.2～3.5mm，翅片高为6mm以下，该宽翅片通道总宽度为20～50mm。图中，(12)为蒸发通道的上导流片，(15)是蒸发通道的下导流片。
参见图3，冷凝换热元件(2)为上、下贯通的整体式冷凝通道，其上部包括进气导流片(17)。导流片(17)的上部配置有上封条(16)，其下部连接有冷凝翅片(18)。在翅片(18)的下部配置有出液导流片(20)。图中，(19)为冷凝通道的侧封条，(21)为冷凝通道的下封条。
参见图4，本发明包括由35～50层的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(23)相连接，一一依次间隔排列，其最外层的冷凝换热元件(2)的外侧与外侧板(22)相连，其内侧与隔板(23)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)，其翅片节距为1.2mm以下，翅片高度为6mm以下，其中间部分为无翅片直通道(25)，通道宽度为20～50mm。冷凝换热元件(2)的翅片(18)，其翅片高度为3～6.5mm，节距为1.5mm以下。
本发明的工作原理是高压气氮由上导流片(17)进入冷凝翅片通道(18)内，在一定的工作压力下，氮气在壁面上不断地冷凝，冷凝后的液氮自上而下，经冷凝换热元件(2)的下导流片(20)的液氮出口处流出。液氧由蒸发换热元件(1)的下导流片(15)流入蒸发翅片通道(13)，并依靠流体的热虹吸驱动力使其自下而上自动流入蒸发翅片通道(13)的上部。同时，液氧还将从蒸发换热元件(1)的中部左右两侧所开的补液孔(3)流入蒸发翅片通道(13)内，以保证上部蒸发翅片通道始终处于湿润和良好的传热状态，避免发生烧干的传热恶化现象。液氧在蒸发翅片通道(13)内通过封条(23)的壁面吸收相邻的冷凝翅片通道(18)内高压氮气冷凝时所释放出的热量，不断蒸发成为气体。蒸发后的氧气由蒸发换热元件(1)的上导流片(12)排出，如此不断循环进行。由于液氧在狭缝式蒸发通道内蒸发时所形成的汽泡不断受到狭缝壁面的挤压而变形为扁平汽泡，因而使汽泡底部与壁面之间的一层液膜变得很薄(达到μm级)，这样就使沸腾传热的热阻大为减小，从而大大提高传热系数，减少传热温差。
实验证明1.使用本发明于每小时150立方氧气的制氧装置，在正常工况下，可使制氧装置氧气产量达到160m3/h，氮气产量达到600m3/h，氧气纯度达到99.70％，液氧纯度在99.99％以上。
2.本发明在设计工况下运行，其传热温差在1.25K以下，原设计标准为1.3～1.6K。其热流密度(按单位隔板面积计算)设计值为7Kw/m2。
3.本发明与杭州制氧机厂曾经运行过的150m3/h制氧装置所用的板式冷凝蒸发器性能相比较，其传热系数提高50％，其重量和体积均减少30％，这样，使有色金属的消耗量也大为减少。
4.本发明与现有的烧结多孔表面管式冷凝蒸发器相比较，制造成本每台可节约经费2万多元。
本发明也可适用于火力发电厂、石油、化工、制冷、低温等工程领域的换热设备。
权利要求
1.微膜蒸发冷凝器，上部配置有进气分配器(5)，其下部配置有集液引出管(6)，本发明的特征是，其中心主体部分配置有35～50层作蒸发通道用的板翅式换热元件(1)，它于作为冷凝通道用的板翅式换热元件(2)相连接。
2.据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所说的蒸发换热元件(1)的翅片(13)的翅片高度为6mm以下，其翅片节距为1.2mm以下，而中间部分的宽翅片(25)节距为1.2～3.5mm，翅高为6mm以下，宽度为20～50mm。
3.据权利要求1、2所述的冷凝器，其特征在于，所说的蒸发换热元件(1)中的小节距翅片(13)和宽节距翅片(25)被补液孔(3)和补液槽(26)分成至少两段，每段长200～400mm。
4.据权利要求1、2所述的冷凝器，其特征在于，所说的蒸发换热元件(1)两侧设置有侧向补液孔(3)和横向补液槽(26)，槽高20～50mm。
5.据权利要求1、2所述的冷凝器，其特征在于，所说的蒸发换热元件(1)的中部配置有纵向补液通道(25)，宽度为20～50mm。
6.据权利要求1、2所述的冷凝器，其特征在于，所说的冷凝换热元件(2)的翅片高度为6.5mm以下，节距为1.5mm以下。
全文摘要
微膜蒸发冷凝器，上部配置有进气分配器，下部配置有集液引出管，中心部分配置有35～50层作蒸发通道用的板翅式换热元件，它与作为冷凝通道用的板翅式换热元件相连接，具有传热系数高、传热温差小两个优点皆具备的优点。
文档编号F28B1/00GK1151012SQ9611882
公开日1997年6月4日 申请日期1996年9月10日 优先权日1996年9月10日
发明者吴裕远, 闰振贵, 陈流芳, 毛央平, 姜春荣 申请人:西安交通大学, 杭州制氧机集团有限公司