一种卧式管壳式水冷冷凝器的制造方法
【专利摘要】一种卧式管壳式水冷冷凝器，该卧式管壳式冷凝器传热管采用管外肋密度大于50fpi，小于60fpi，肋高大于0.9mm的二维低肋管，管排中间增加排液板。和现有冷凝器传热管的选择及管排的排列布置方式不同，它的特点在于：1).选用特定的传热管管型，现冷凝器中大多数使用三维高效管，本冷凝器全部采用低肋管以发挥低肋管的传热特性;2).设置特殊结构八字形挡液板，减少了只设置一根挡板角度造成的管排空间浪费。本冷凝器使用传热管全部为低肋管，减少了强化传热管的加工难度。替换现有管壳式冷凝器中使用的三维传热管，冷凝器中冷却、冷凝和过冷管均采用低肋管，降低了凝液对冷凝器凝结传热过程的影响，可使冷凝器传热管铜材消耗节约近15%。
【专利说明】一种卧式管壳式水冷冷凝器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于换热设备和强化传热【技术领域】，涉及一种换热器，具体涉及一种卧式管壳式水冷冷凝器。
【背景技术】
[0002]管壳式冷凝器在制冷空调行业得到广泛应用，是大型制冷空调系统里面的关键换热部件，冷凝器的换热效率直接影响了整个制冷机组的高效运行，因此设计高性能的冷凝器是提高制冷系统综合性能的有效途径。
[0003]目前使用的卧式管壳式冷凝器结构紧凑，传热管布置管排间距小，冷凝液不能从管排间尽快排出，凝液作为主要热阻，影响了管排的换热效率，不利于每根传热管进行高效换热。在管型的选择上，现有空调冷凝器多使用三维高效传热管，三维高效传热管的单管性能优越，但是安装到管壳式冷凝器中管束整体性能不能有效发挥，因为三维管受凝液的影响大，因此，必须通过选择合适的传热管、通过对管排进行合理布置和优化冷凝器的结构设计来提高不同管型在卧式管壳式冷凝器上的综合性能。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服冷凝器管排受凝液影响大，布置方式简单，有色金属铜消耗量大，传热效率低的缺点，提供了一种节约了铜材消耗，简化了传热管管型的加工难度的卧式管壳式水冷冷凝器。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:包括开设有蒸汽入口、凝液出口的冷凝器壳体，在冷凝器壳体内设置有若干组传热管束，所述的若干组传热管束分为上传热管束和下传热管束，在冷凝器壳体两侧设置有与传热管束相连通的水室，其中一侧水室上开设有分别与上传热管束和下传热管束相连通的出水口和进水口；
[0006]所述的传热管束采用管外肋密度为50fpi?60fpi,肋高为0.9mm?1.3mm的二维低肋管，且二维低肋管单圈内螺纹数目不少于48条，螺纹肋高不低于0.35mm。
[0007]所述的冷凝器壳体内还设置有蒸汽挡板，所述的蒸汽挡板位于上传热管束和下传热管束之间。
[0008]所述的蒸汽挡板由两块倾斜的挡板组成，且两块倾斜的挡板和呈重叠交替的八字形布置并向外侧倾斜，倾斜角度5-30度。
[0009]所述的蒸汽挡板包括上端的平行设置的上平板以及设置在上平板下端的呈八字形布置的两块外侧倾斜的挡板，倾斜角度5-30度。
[0010]本实用新型管排全部采用易于加工的二维低肋管，二维低肋管受上层管排凝液的影响较小，管排数目越大，低肋管的优势越明显。如图4所示，低肋管的传热系数受上层凝液的影响较小，传热系数受凝液的影响在研究范围内几乎没有变化，而三维传热管的传热系数随凝液量的增加逐渐减小，可以预测，在凝液量达到一定程度，换热器的管排越多，冷凝功率越大，其传热系数可能明显小于二维低肋管。[0011]本实用新型正是利用低肋管的这个优势，采用二维低肋管作为传热管，管外肋密度为50到60fpi(fpi:fins per inch,每英寸肋个数),肋高不小于0.9mm。同时,该传热管的每周管内螺纹数不少于48，肋高不低于0.35_。通过选择这种类型的低肋管，其凝结传热过程总传热系数已经明显高于国内市场上传热性能较优的三维管的传热系数。如图5所示，优化以后低肋管的单管传热系数比图中性能较优的三维管的传热系数高5-10%左右。
[0012]冷凝器内的传热过程包括过热气体冷却至饱和、饱和凝结和过冷三个传热阶段。过热冷却阶段低肋管的传热面积大，能更好地强化单相对流传热。饱和凝结阶段低肋管不易受凝液的影响，能更好地发挥低肋管的优势。过冷换热阶段，冷却后的凝液冲刷传热管表面，低肋管的比传热面积相对三维传热管较大，凝液冲刷低肋管表面的翅片，对过冷凝液的冷却效果更好。过冷度的增加，还可提高整个机组的制冷量。
[0013]与现有卧式管壳式冷凝器管排排列方式相比，本专利还具有以下特点:
[0014]1、采用高外翅密度的低肋管管型，有利于发挥低肋管的传热优势，提高换热效率，同时节约铜耗材。
[0015]2、增加凝液挡板，有效地降低凝结液相制冷剂对凝结传热效率的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0017]图2为本实用新型传热管束2的结构示意图；
[0018]图3为本实用新型蒸汽挡板5的结构示意图；图3a为实施例1的结构示意图，图3b为实施例2的结构示意图；
[0019]图4为二维、三维传热管受凝液影响传热系数变化图；
[0020]图5为二维低肋管和三维管总传热系数比较图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0022]为了进一步说明本实用新型方案的设计依据，首先对管型特点和各种管排布置优劣性进行分析:I)气相制冷剂进入管壳式冷凝器以后，在强化传热管表面凝结成液体，形成一层液膜，管排上层的凝结液膜滴到管排下层，管排下方的传热管表面液膜就进一步加厚。而制冷剂膜状凝结的主要热阻取决于该液膜层的厚度。目前的中央空调管壳式冷凝器一般都采用三维高效管作为传热管，但通过实验研究，三维强化传热管在较少的凝液淹没情况下能发挥其减薄液膜厚度降低凝结换热热阻的作用，但是随着管排下方凝液液膜厚度的增力口，下层管排很难发挥像管排上层一样高效的凝结换热作用。另外的实验研究还表明，低肋管凝结换热对管排数的敏感性偏低，下层传热管的传热系数相比于上层传热管的传热系数减小较小。另外，只要选择合适的管外肋密度，也可以达到和三维传热管同样的换热系数，且低肋管相对于三维传热管加工相对简单。
[0023]实施例1:参见图l，2，3a，鉴于以上分析，本实用新型提出了卧式管壳式冷凝器传热管选用二维强化传热管，本实用新型包括开设有蒸汽入口 4、凝液出口 7的冷凝器壳体1，在冷凝器壳体I内设置有若干组传热管束2，所述的若干组传热管束分为上传热管束2-1和下传热管束2-2,在冷凝器壳体I两侧设置有与传热管束2相连通的水室6,其中一侧水室6上开设有分别与上传热管束2-1和下传热管束2-2相连通的出水口 9和进水口 8 ;所述的传热管束2采用管外肋10密度为50fpi~60fpi，肋高为0.9mm~1.3mm的二维低肋管，且二维低肋管单圈内螺纹11数目不少于48条，螺纹肋高不低于0.35mm。冷凝器壳体I内还设置有蒸汽挡板5，所述的蒸汽挡板5位于上传热管束2-1和下传热管束2-2之间。
[0024]参见图3b，本实施例的蒸汽挡板5由两块倾斜的挡板5-1和5_2组成，且两块倾斜的挡板5-1和5-2呈重叠交替的八字形布置并向外侧倾斜，倾斜角度5-30度。
[0025]参见图3b，本实施例的蒸汽挡板5包括上端的平行设置的上平板5-3以及设置在上平板5-3下端的呈八字形布置的外侧倾斜的两块倾斜的挡板5-1和5-2，倾斜角度5-30度。
[0026]通过2500kW冷凝器的实验，仅二维低肋管替换三维传热管可节约15%左右的铜材，换热量可满足原有换热要求且可略有提高，本申请后面附有具体案例和实测数据。考虑各种综合因素，本实用新型的设计方法换热量能满足原有换热器的换热要求，但是铜消耗量可比原来减少了近15%。
[0027]方案一:整个换热器传热管采用三维高效管，传热管，管外肋密度43fpi，管外肋片高0.98mm,每周肋个数48头，内齿高0.37mm,整个换热器使用传热管530根，其中过冷管21根。
[0028]方案二:整个换热器传热管采用二维低肋管，管外肋密度56fpi，管外肋片高1.0mm,内齿高0.35mm,每周肋个数48头，整个换热器使用换热管450根，其中过冷管21根。
[0029]在相同工况，两个机组的换热性能如下表，测试工况按照国家标准GB/T18430.1-2001蒸气压缩循环冷水(热泵)机组——工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组进行:`
[0030]
【权利要求】
1.一种卧式管壳式水冷冷凝器，其特征在于:包括开设有蒸汽入口(4)、凝液出口(7)的冷凝器壳体(I )，在冷凝器壳体(I)内设置有若干组传热管束(2)，所述的若干组传热管束分为上传热管束(2-1)和下传热管束(2-2)，在冷凝器壳体(I)两侧设置有与传热管束(2)相连通的水室(6),其中一侧水室(6)上开设有分别与上传热管束(2-1)和下传热管束(2-2)相连通的出水口(9)和进水口(8)； 所述的传热管束(2)采用管外肋(10)密度为50fpi?60fpi,肋高为0.9mm?1.3mm的二维低肋管，且二维低肋管单圈内螺纹(11)数目不少于48条，螺纹肋高不低于0.35mm。
2.根据权利要求1所述的卧式管壳式水冷冷凝器，其特征在于:所述的冷凝器壳体(I)内还设置有蒸汽挡板(5)，所述的蒸汽挡板(5)位于上传热管束(2-1)和下传热管束(2-2)之间。
3.根据权利要求2所述的卧式管壳式水冷冷凝器，其特征在于:所述的蒸汽挡板(5)由两块倾斜的挡板(5-1)和(5-2 )组成，且两块倾斜的挡板(5-1、5-2 )呈重叠交替的八字形布置并向外侧倾斜，倾斜角度5-30度。
4.根据权利要求1所述的卧式管壳式水冷冷凝器，其特征在于:所述的蒸汽挡板(5)包括上端的平行设置的上平板(5-3)以及设置在上平板(5-3)下端的呈八字形布置的外侧倾斜的两块倾斜的挡板(5-1、5-2)，倾斜角度5-30度。
【文档编号】F25B39/04GK203478730SQ201320567817
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】冀文涛, 赵创要, 何雅玲, 陶文铨 申请人:西安交通大学