一种分段式汽液相变换热器的制作方法

专利名称：一种分段式汽液相变换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽液相变换热器，特别是关于一种分段式汽液相变换热器。
背景技术：
汽液相变换热器广泛应用于能源系统、动力工程、化工和石油化工、汽车工 业等行业，比如火力电站空气冷凝器、空调工程、车用空调及化工工艺中的蒸发 和冷凝器等等。
传统空冷式汽液相变换热器多采用蛇形管流程，依靠空气在管外对流换热， 工质流体在管内冷凝或蒸发。管内凝结换热中，随着冷凝的进行，壁面凝结液逐 步增加，随后成膜阻碍了蒸汽与壁面的接触，是凝结换热的主要热阻所在。凝结 过程中液膜逐渐增厚，在以后相当长的管程内为液体逐步增多的复杂两相流，热 阻逐渐增加，冷凝效果严重变差；同时随着蒸汽的凝结，蒸汽量逐渐降低，管内 蒸汽流速明显下降，凝结效果急剧退化，换热系数减小；单一管内流程冷凝过程 也导致了复杂的汽液两相流，对系统运行稳定性、流动阻力和系统的调控等，都 有很不利的影响。空气侧，由于管内冷凝换热热阻增加，外管壁温度下降，导致 肋片的利用率下降。为解决上述存在的问题，传统空气冷却式冷凝器以加大换热 面积来满足换热量的需求，但是体积、重量较大，且制作和运行成本高。对于蒸 发器来说也有类似的问题。 .
本申请人在专利号为ZL200610113304.4，名称为"分液式空气冷凝器"(如 图l所示)，以及专利申请号为200710064952. X，名称为"多级冷却中间分液式空 气冷凝器"(如图2所示)的实用新型专利中提出了采用多级蒸汽冷凝、中间自 动汽液分离和排液、集中聚集冷凝液过冷的技术方案，从而保证了各管程都以纯 蒸汽进入并被冷却，有效减小了凝结过程中液膜的厚度和消除不利的两相流型； 充分利用了短换热管，使各管程均能处于短管珠状或不稳定的薄液膜凝结，或通 过蒸汽对液膜的影响作用促进液膜失稳与断裂，形成膜状凝结与珠状凝结共存的 溪流状凝结，增强膜状凝结换热效果，提高管内凝结换热系数。
上述两专利中的联箱2都是使用单根排液管作为漏液阻汽装置30，这种较细 的排液管可以较好地防止联箱中分离的气体从排液管泄漏，但是这种结构又带来 以下问题首先排液管直径比联箱直径小，冷凝液流量范围受到较大的限制，有时还会出现排液不畅的问题。尽管在后一项专利中采用了由实心顶盖31、多孔芯
体32和排液管壁面33组成的分液装置(如图3所示)，但是由于分液装置上表面 采用实心顶盖，冷凝器运行中冷凝液与分液装置接触面为多孔介质侧表面，因此 分液装置的分液驱动力主要是多孔芯体的毛细抽吸力，而抽吸力的大小是由所选 用多孔介质的结构参数决定，自主调节能力较弱，当冷凝液量较大时，可能会存 在抽吸力不够的问题，影响到分液的效果；另外分液装置结构比较复杂，在工业
生产中规模化生产以及后续的安装工作都会带来一定的困难。 发明内容
针对以上问题，本实用新型的目的是提供一种能够更有效地进行汽液分离的 分段式汽液相变换热器。
为了实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案 一种分段式汽液相变换 热器，其特征在于它包括至少一组换热管，在所述换热管的两端分别连通一直 通的联箱，在两所述联箱内交错设置有若干漏液阻汽装置，将两所述联箱分隔为 顺序连通的多个分液空间，第一级所述分液空间连接一进汽管，两端最底部的所 述分液空间并联连接一出液管，漏液阻汽装置上设置有至少一个主孔和若干个辅 助孔。
所述漏液阻汽装置为一可镶嵌入所述联箱内的基板，所述基板上设置有至少 一个当量直径为2 5ram的主孔和若干个当量直径小于2mm的辅助孔。
所述基板上的所述主孔和辅助孔分别为上、下当量直径相同的直型孔。
所述基板上的主孔和辅助孔分别为锥台孔，也可以为变截面通孔。
所述基板上的若干辅助孔与所述主孔边缘相交，形成一整体的梅花状孔。
在所述整体的梅花状孔与所述基板的边缘之间设置有若干独立的辅助孔。
在所述主孔和辅助孔中设置有多孔介质芯。
所述基板的材料为金属材料。
所述基板的材料为多孔介质材料。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型在一组 换热管的两端设置直通的联箱，在联箱中通过嵌入的漏液阻气装置将两联箱分隔 成顺序连通的多个分液空间，同时在漏液阻气装置的基板上设置至少一个主孔和 若干辅助孔，因此当换热器联箱上游换热管中产生的冷凝液体较少时，由联箱分 离出来的液体就会在主孔和辅助孔表面形成一层水膜，阻止汽体从主孔和辅助孔 中流出；当液量稍增大时，孔径较大的主孔会首先渗液，相当于现有技术中的单 根排液管排液；当分离出来的液量较大时，液体的压力会破坏覆盖在辅助孔表面的液膜，而从辅助孔也渗出，从而相当于增加了为多根排液管排液，解决了现有 技术中排液量受到限制的问题。2、本实用新型由于在基板上设置了多个可以漏液 的孔，且孔的当量直径大小可以根据设计要求有所变化，因此每个孔的当量孔径 虽然比较小，但是整体漏液总量较大，特别是不同当量孔径孔的设置可以根据积 液量的变化，自动调节漏液孔径的数量，结构设计非常巧妙。3、本实用新型由于 在基板上的开孔数量多，因此当量孔径可以较小，较小的当量孔径分布能够产生 较大表面张力，从而有效地保证了本实用新型的阻汽能力，同时多孔的基板在解 决系统内机油堵塞分液芯方面也具有明显的优势。4、本实用新型由于在主孔和辅 助孔中设置了多孔介质芯，因此即使是冷凝液流量非常小时，也可以通过多孔介 质芯更小的孔隙结构来保证孔结构的阻汽能力，本实用新型在不改变孔结构的条 件下填充多孔介质芯，可有效增强孔隙表面张力作用，强化阻汽能力。同时由于 多孔介质芯的抽吸作用也可以较好的保证冷凝液的流通，实现小制冷剂流量下的
分液功能。5、本实用新型将漏液阻汽装置直接镶嵌在联箱中，与现有技术相比，
无论从前期加工、运行稳定性及后期维护上都具有其优势，适应于产业化模块生
产的要求。6、本实用新型应用在传统空冷式汽液相变换热器或蒸发器中时，可以
显著地改善换热器的漏液汽液分离效果，本实用新型可以广泛应用于能源系统、 动力工程、化工和石油化工、汽车工业等行业，比如火力电站空气冷凝器、空调 工程及化工系统、车用空调汽液相变换热器等等。

图1是已有技术的分液式空气冷凝器
图2是已有技术的多级冷凝、中间分液的空气冷凝器 图3是图2中的漏液阻汽装置的结构示意图
图4、图5是本实用新型漏液阻汽装置在左、右两侧联箱中设置示意图
图6、图7是本实用新型实施例1的主视和俯视示意图
图8、图9是本实用新型实施例2的主视和俯视示意图
图10、图11是本实用新型实施例3的主视和俯视示意图
图12、图13是本实用新型实施例4的主视和俯视示意图
图14、图15是本实用新型实施例5的主视和俯视示意图
图16、图17是本实用新型实施例6的主视和俯视示意图
图18、图19是本实用新型实施例7的主视和俯视示意图
图20、图21是本实用新型实施例8的主视和俯视示意图
图22是采用本实用新型方法的分液式空气冷凝器具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图4所示，本实用新型的换热器包括至少一组上下排列的换热管l，在换热 管1的左右两端分别设置一连通换热管1的上、下直通的联箱2，两联箱2内分别 间隔设置有若干漏液阻汽装置10，两联箱2内的漏液阻汽装置10的设置位置呈交 错状，使两联箱2形成左右顺序连通的多个分液空间，各分液空间大小根据分液 量的变化呈逐渐递减状。如果本实用新型的换热器作为冷凝器，在第一级联箱空 间(图中为左侧，但不限于此)连接一进汽管3，两侧联箱2的底部并联连接一出 液管4，换热管1上设置有翅片5。本实用新型的漏液阻汽装置10包括镶嵌入联 箱2内的基板11，基板上设置有至少一个当量直径为2 5mm的主孔和若千个当量 直径小于2mm的辅助孔。下面是本实用新型漏液阻汽装置10的实施例。
实施例l:
如图6、图7所示，本实用新型漏液阻汽装置10包括一与换热器联箱2横截 面大小相同的基板11，基板11的中心具有一个当量直径为2 5mm同孔径的主孔 12，围绕主孔12均匀排布有一圈当量直径小于2mm同当量孔径的辅助孔13。当换 热器2上游换热管1中产生的冷凝液体较少时，由联箱2分离出来的液体会在基 板11的主孔12和辅助孔13表面形成一层液膜，阻止液体和汽体从主孔12和辅 助孔13流出；当液量稍增大时，孔径较大的主孔12会首先渗液，相当于现有技 术中的单根排液管排液。当分离出来的液量较大时，液体的压力会破坏覆盖在辅 助孔13表面的液膜，而从辅助孔13中也渗出，这样就相当于增加为多根排液管 排液，解决了现有技术中排液量受到限制的问题。
实施例2:
如图8、图9所示，本实施例中的主孔12和辅助孔13的尺寸范围与实施例1 类似，不同的是主孔12和辅助孔13是变当量孔径的锥台孔，当量孔径可以上面 大，下面小；也可以上小下大，还可以是任意的变截面积形式。这种结构可使得 主孔12和辅助孔13中都能够承载一定量的冷凝液，主孔在冷凝液量相对较低时， 也能保证排液的连续，可防止蒸汽穿过；辅助孔13的孔隙中有冷凝液可提高其阻 汽能力，防止蒸汽穿过，也可以依据孔型既能提高阻汽能力又能加速排液。
实施例3:
如图10、图11所示，本实施例中的主孔12和辅助孔13之间是相互相交的， 呈现"梅花"孔形结构。相交的梅花孔形结构可看作是一个主孔的延展结构，相 比单一主孔12结构，其流通当量直径有所增大，可有效强化主孔12的冷凝液流通能力，同时辅助孔13与主孔12相交能够在液量相对较小时通过表面张力粘附
一定的冷凝液，强化了装置的阻汽液封能力。
实施例4:
如图12、图13所示，本实施例中的辅助孔13与主孔12相交，形成"梅花" 孔形结构的同时，还设置了与主孔12不相交的辅助孔13。这是一种上述结构的组 合，在流通面积增大的同时，保证了漏液阻汽装置在更大的流通范围具有调节能 力。
以上结构的功能主要是从孔结构上采用不同当量孔径相组合的方法强化漏液 阻汽装置的阻汽能力和液体流量调节能力，主孔12保证漏液阻汽装置的基本漏液 能力，辅助孔13保证漏液阻汽装置的液体流量调节能力，在液体量较小时，通过 液封作用阻隔蒸汽流通。直接采用上述多孔结构基板11，对解决换热器系统机油 堵塞基板11方面有着明显的优势。
实施例5:
如图14、 15所示，本实施例是在制作的基板11上设置的主孔12和辅助孔13 中设置多孔介质芯4。在制冷剂流量较小的换热器中，由于冷凝液流量较小，需要 更小的孔隙结构来保证孔结构的阻汽能力，填充多孔介质芯4，可在不改变孔结构 的条件下，增强孔隙表面张力作用，强化阻汽能力。同时多孔介质芯4的抽吸作 用亦可保证冷凝液的流通，实现小制冷剂流量下的分液作用。
实施例6:
如图16、 17所示，本实施例是在主孔与辅助孔相交呈现"梅花"孔形结构的 孔径内设置多孔介质芯4，这种结构可以在具备了上述实施例3特点基础上，加强
了装置的阻汽效果。
实施例7:
如图18、 19所示，本实施例是在主孔12与辅助孔13相交呈现"梅花"孔形 结构的同时还设置了与主孔不相交的辅助孔13的情况下，在各孔中设置了多孔介 质芯4。这种结构是上述实施例4所描述的结构组合的情况下，在流通面积增大的 同时保证了漏液阻汽装置在更大的流通范围具有调节能力，同时保证了装置的阻 汽效果。
实施例8:
如图20、 21所示，本实施例与实施例l类似，但是采用多孔介质材料作为基 板ll，配合主孔12、辅助孔13的结构，通过多孔介质材料本身的多孔结构保证 阻汽能力，通孔结构保证漏液分流能力。
7上述各实施例中，漏液阻汽装置10采用与联箱2横截面相同的固体材料或固 体多孔介质作为基板11， 一般为金属材料，在保证与所述联箱无泄漏紧密接触的 前提下，也可采用其他材料。基板直接镶嵌在联箱中确定的位置，对金属材料基 板一般采用悍接方式固定，结构大为简化。多孔板上的孔可以采用不同当量孔径、 结构的孔构成，各个孔结构可是变当量孔径，也可以是同当量孔径，多孔介质可 以采用粉末颗粒烧结制成的多孔介质或丝网等。
实施例9:本实用新型可以在各种制冷制热设备中应用。
如图22所示，本实施例是在分液式空气冷凝器中的应用，安装有漏液阻汽装
置10的联箱2替代了原分液式空气冷凝器中的分液管和联箱结构， 一侧的联箱2 通过换热管连接另一侧联箱2，左右两侧联箱2内交错镶嵌并固定有多个漏液阻汽 装置IO，将两侧联箱2分隔成左右顺序连通的多个汽液分离空间，第一级联箱2 连接一进液管3，最底部的两侧联箱2底部并联连接一出液管4，换热管l上设置 有翅片5。
本实用新型使用时，通过换热管1换热产生的冷凝液，在联箱2中由于重力 作用汇聚到漏液阻汽装置10上部，随着冷凝液的不断积累，在重力作用下冷凝液 会首先由孔径较大的主孔12排走，直径较小的辅助孔13会由少量的冷凝液形成 的液膜封住，有效地防止蒸汽通过，而当冷凝液量比较大，在漏液阻汽装置10上 部聚集的冷凝液增多，液层厚度增大，重力产生的压头增大，小直径的辅助孔13 的通流能力被激活，能够有效减少冷凝液在分液装置上部的过度聚集。孔的流通 能力实验表明，在一定液位高度条件下，通孔的冷凝液流量大致与通孔流通面积 成正比，因此通过定义参数孔隙率S表征漏液阻汽装置10的流通能力， 5 = "4
其中冉，A分别为各孔流通面积之和与基板表面积。参数S由冷凝器系统循环流 量确定，大致为此的20 50%。
本实用新型还可以用于其它制冷制热换热器中，在此不再一一赘述，任何基 于本实用新型原理和技术方案上的改进和等效变换均不应排除在本实用新型的保 护范围之外。
权利要求1、一种分段式汽液相变换热器，其特征在于它包括至少一组换热管，在所述换热管的两端分别连通一直通的联箱，在两所述联箱内交错设置有若干漏液阻汽装置，将两所述联箱分隔为顺序连通的多个分液空间，第一级所述分液空间连接一进汽管，两端最底部的所述分液空间并联连接一出液管，漏液阻汽装置上设置有至少一个主孔和若干个辅助孔。
2、 如权利要求1所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述漏液阻汽装置为一可镶嵌入所述联箱内的基板，所述基板上设置有至少一个当量直径为2 5ram的主孔和若干个当量直径小于2mm的辅助孔。
3、 如权利要求2所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述基板上的所述主孔和辅助孔分别为上、下当量直径相同的直型孔。
4、 如权利要求2所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述基板上的主孔和辅助孔分别为锥台孔和变截面孔之一。
5、 如权利要求2或3或4所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述基板上的若干辅助孔与所述主孔边缘相交，形成一整体的梅花状孔。
6、 如权利要求2或3或4所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于在所述整体的梅花状孔与所述基板的边缘之间设置有若干独立的辅助孔。
7、 如权利要求5所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于在所述整体的梅花状孔与所述基板的边缘之间设置有若干独立的辅助孔。
8、 如权利要求2或3或4或7所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述基板为金属材料，所述主孔和辅助孔中设置有多孔介质芯。
9、 如权利要求5所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述基板为金属材料，所述主孔和辅助孔中设置有多孔介质芯。
10、 如权利要求6所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述基板为金属材料，所述主孔和辅助孔中设置有多孔介质芯。
11、 如权利要求2或3或4或7所述的一种分段式汽液相变换热器，其特征在于所述基板的材料为多孔介质材料。
专利摘要本实用新型涉及一种分段式汽液相变换热器，其特征在于它包括至少一组换热管，在所述换热管的两端分别连通一直通的联箱，在两所述联箱内交错设置有若干漏液阻汽装置，将两所述联箱分隔为顺序连通的多个分液空间，第一级所述分液空间连接一进汽管，两端最底部的所述分液空间并联连接一出液管，漏液阻汽装置上设置有至少一个主孔和若干个辅助孔。本实用新型使用时，冷凝液体较少时，液体就会在主孔和辅助孔表面形成一层水膜，阻止汽体从主孔和辅助孔中流出；当液量稍增大时，孔径较大的主孔会首先渗液；当分离出来的液量较大时，液体的压力会破坏覆盖在辅助孔表面的液膜，而从辅助孔也渗出，从而相当于增加了为多根排液管排液，解决了现有技术中排液量受到限制的问题。
文档编号F28B1/06GK201363970SQ200820234130
公开日2009年12月16日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者迪 吴, 张易阳, 彭晓峰, 珍 王, 规 陆 申请人:清华大学