避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热方法及装置与流程

1.本发明属于热交换技术领域，具体涉及一种在热交换过程中，避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热方法及装置。


背景技术：

2.溴化锂热泵主机溴化锂吸收式制冷机是一种必须保持高度真空状态才能进行稳定工作的制冷设备。为此，应将机组内的空气以及其他不凝结性气体及时排出。传统采用管壳式换热器，如图1所示，在运转过程中，由于蒸汽遇到管壁冷凝成液滴，在管壁面形成一个相对低压的区域，将不凝性气体紧紧贴在管壁面无法及时排出，随着蒸汽的不断冷凝，管壁面的不凝性气体越积越多，从而增大了空气热阻，导致换热系数的降低，换热效果大大降低。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的是提供一种解决非凝性气体聚集、保持换热效果的避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热方法及装置。
4.实现本发明的技术方案如下
5.一种避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热的方法，采用吸收侧/凝汽侧与冷却液体侧形成连续不间断的逆流换热，通过协同控制冷却液体的进出方向与吸收侧/凝汽侧的汽侧流动方向，实现汽侧沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在汽侧低压区处，通过汽侧低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻。
6.本技术，汽侧通过交替方式变换流体流道的流通截面积，使汽侧沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化。
7.一种避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热的装置，基于板式吸收器/板式冷凝器，包括换热壳体，换热壳体内至少将两个板式换热片连续叠放，形成板式吸收器/板式冷凝器的换热流道，换热流道为连续不间断流道；
8.其中，换热流道包括交替布置的宽换热流道、窄换热流道；
9.换热壳体设置有汽侧进入端、汽侧冷凝水排出端、冷却液体进入端、冷却液体排出端、非凝气体排出端；
10.汽侧进入端与宽换热流道的入口端形成连通，汽侧冷凝水排出端与宽换热流道的出口端形成连通，汽侧的蒸汽流过宽换热流道；
11.冷却液体进入端与窄换热流道的入口端形成连通，冷却液体排出端与窄换热流道的出口端形成连通，冷却液体流过窄换热流道；
12.在宽换热流道内沿着汽侧的蒸汽流动方向形成高压区、低压区连续有规律的动压从高到低的变化；
13.非凝气体集聚在汽侧的低压区处，通过在汽侧低压区处设置真空抽气装置将非凝
性气体连续排出。
14.本技术中，宽换热流道至少包含形成依次连通的一个入口流道、中间流道、一个出口流道；
15.中间流道与入口流道或/和出口流道不在同一平面内，形成高低起伏波浪式的流通截面；中间流道与入口流道或/和出口流道内的流道截面高度不等，形成截面积不等的流道，使汽侧沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化。
16.本技术中，换热壳体内包括若干宽流道板片和若干窄流道板片，若干宽流道板片、若干窄流道板片交替排列，在宽流道板片、窄流道板片之间交替形成上述的宽换热流道、窄换热流道。
17.本技术中，宽换热流道、窄换热流道的截面呈扁状，宽换热流道的截面宽度大于窄换热流道的截面宽度。
18.本技术中，宽流道板片、窄流道板片由若干v形部连续构成的波浪状。
19.本技术中，相邻宽流道板片、窄流道板片之间设置有对二者形成支持且使二者之间形成宽窄换热流道的支持结构。
20.本技术中，支持结构包括处于宽流道板片、窄流道板片之间以形成窄换热流道的窄支持结构，和处于宽流道板片、窄流道板片之间以形成宽换热流道的宽支持结构。
21.本技术中，窄支持结构为固定设置于窄流道板片v形部内的窄支持块；宽支持结构为固定设置于宽流道板片v形部内的宽支持块；
22.本技术中，窄支持块处于窄流道板v形部内的高度低于宽支持块处于宽流道板v形部内的高度。
23.在板式吸收器/冷凝器上，通过协同控制冷却侧流道的进出方向与汽侧流动方向，汽侧流体沿流动方向形成连续不间断的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在汽侧低压区处，通过汽侧低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻提高、换热效率降低。与传统的壳管式吸收器/冷凝器换热管束间断不连续相比，本发明换热流道连续不间断，通过控制冷却侧流体方向及汽侧流体方向，即可实现非凝性气体在低压区处聚集在线抽排，可完全避免非凝性气体聚集在换热面周围，形成无效热阻。
附图说明
24.图1为现有管壳式换热器在运转前后管壁面的换热过程示意图；
25.图2为本发明的内部示意图；
26.图3为本发明中宽、窄流道板片装配示意图；
27.图4为本发明中窄流道板片的示意图；
28.图5为本发明中宽流道板片的示意图；
29.图6为本发明种宽换热流道的截面示意图；
30.附图中，10、换热壳体，11、板式换热片，12、宽换热流道，13、窄换热流道，14、汽侧进入端，15、冷却液体排出端，16、汽侧冷凝水排出端，17、非凝气体排出端，18、冷却液体进入端，19、真空抽气装置，20、入口流道，21、中间流道，22、出口流道，23、第一中间流道，24、第二中间流道，25、第三中间流道，26、宽流道板片，27、窄流道板片，28、窄支持结构，29、宽
支持结构，30、主布液管路，31、分布液管路，32、主汇流管路，33、分汇流管路。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本技术提供的一种避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热的方法，基于板式吸收器/板式冷凝器，即可以应用在板式吸收器的换热中，也可以应用在板式冷凝器的换热当中，主要为避免换热过程中汽侧的非凝性气体聚集在换热面的周围，影响的换热。吸收侧为板式吸收器时，吸收侧为汽侧，供蒸汽通入；凝汽侧为板式冷凝器时，凝汽侧为汽侧，供蒸汽通入。
33.避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热的方法，采用吸收侧/凝汽侧与冷却液体侧形成连续不间断的逆流换热，通过协同控制冷却液体的进出方向与吸收侧/凝汽侧的汽侧流动方向，实现汽侧沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在汽侧低压区处，通过汽侧低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻。
34.逆流换热方式采用上下方式时有两种，比如汽侧从上面进入，下方排出，冷却液体则从下方进入，上方排出；而汽侧从下方进入，上方排出时，冷却液体则从上方进入，下方排出，即形成流体之间的逆流方式。通过协同控制冷却液体与汽侧的流动方向，可以使汽侧与冷却液体侧的逆流换热。而本技术中的汽侧通过交替方式变换流体流道的流通截面积，使汽侧沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化，通过变换汽侧流体通道的流通截面积，即汽侧的流体通道流通截面积采用小大交替方式连续布置，大流通截面积处的动压低于小流通截面积处的动压，使小流通截面积流道内的蒸汽朝向大流通截面积流道内的流动驱使，从而能够将换热过程中，非凝性气体集聚在流体通道内的低压区，并通过与流体通道低压区的真空抽气装置定期或在线方式将集聚于低压区的非凝性气体抽出，避免集聚在流体通道内，而造成的换热热阻提高、换热效率降低的问题。
35.请参见图2-6所示，避免非凝性气体聚集的吸收/冷凝换热的方法及装置，基于板式吸收器/板式冷凝器，即可以应用在板式吸收器的换热中，也可以应用在板式冷凝器的换热当中，主要为避免换热过程中汽侧的非凝性气体聚集在换热面的周围，而导致的无效热阻。
36.下面结合板式冷凝器的结构来对本装置进行描述，一种避免非凝性气体聚集的冷凝换热的装置，基于板式冷凝器，包括换热壳体10，换热壳体10内至少将两个板式换热片11连续叠放，相邻板式换热片11之间形成板式板式冷凝器的换热流道，换热流道为连续不间断流道；
37.换热流道包括交替布置的宽换热流道12、窄换热流道13；换热壳体10的上端部设置有汽侧进入端14、冷却液体排出端15，下端部设置有汽侧冷凝水排出端16、非凝气体排出端17、冷却液体进入端18；蒸汽从换热壳体10上方进入，下方排出，冷却液体从换热壳体10的下方进入、上方排出，以使汽侧与冷却液体侧形成逆流换热。汽侧进入端14供外部的高温
蒸汽从换热壳体10的顶部进入换热空间内；冷却液体与高温蒸汽充分换热后排出，经过换热过程，冷却液体的温度从低升高；汽侧冷凝水排出端16供蒸汽被冷却液体冷凝后，形成的冷凝水从换热壳体10的底部排出。
38.汽侧进入端14与宽换热流道12的入口端形成连通，汽侧冷凝水排出端16与宽换热流道12的出口端形成连通，汽侧的蒸汽流过宽换热流道12；冷却液体进入端18与窄换热流道13的入口端形成连通，冷却液体排出端15与窄换热流道13的出口端形成连通，冷却液体流过窄换热流道13；在宽换热流道12内沿着汽侧的蒸汽流动方向形成高压区、低压区连续有规律的动压从高到低的变化。非凝气体集聚在汽侧的低压区处，通过在汽侧低压区处设置真空抽气装置19将非凝性气体连续排出。真空抽气装置19包括真空泵、真空管道，真空管道连通于宽换热流道12的低压区，真空泵与真空管道形成连通，真空泵工作将宽换热流道12内低压区的非凝气体抽出。
39.本技术中，宽换热流道12至少包含形成依次连通的一个入口流道20、中间流道21、一个出口流道22；中间流道21与入口流道20或/和出口流道22不在同一平面内，形成高低起伏波浪式的流通截面；中间流道21与入口流道20或/和出口流道22内的流道截面高度不等，形成截面积不等的流道，使汽侧沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化。在入口流道20、出口流道22之间可以依次连通多个中间流道21。
40.本技术中，中间通道由第一中间流道23、第二中间流道24、第三中间流道25构成的梯形结构布置；入口流道20的流道截面高度大于第一中间流道23的流道截面高度，第一中间流道23的流道截面高度小于第二中间流道24的流道截面高度，第二中间流道24的流道截面高度大于第三中间流道25的流道截面高度，第三中间流道25的流道截面高度小于出口流道的流道截面高度。这里所说的流道截面高度是指流道相对应位置两侧内表面之间的距离。通过不等截面高度流道的布置，在宽换热流道12内沿着汽侧的蒸汽流动方向形成高压区、低压区连续有规律的动压从高到低的变化，使非凝性气体集聚在流体通道内的低压区。
41.冷却液体(低温水)从换热壳体10的下方进入窄换热流道13中，吸收宽换热流道12中的高温蒸汽升温后，从换热壳体10的顶部排出；而蒸汽从换热壳体10的上方进入到宽换热流道12中，与相邻窄换热流道13中的冷却液体进行热交换，被冷凝形成液态后，从换热壳体10的下方排出；通过协同控制冷却侧流道的进出方向与汽侧流动方向，汽侧流体沿流动方向形成连续不间断的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在汽侧低压区处，通过汽侧低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻提高、换热效率降低。
42.本技术的实施当中，换热壳体10内的板式换热片11包括若干宽流道板片26和若干窄流道板片27，若干宽流道板片26、若干窄流道板片27交替排列，用于吸收或释放热量，即一个宽流道板片26、一个窄流道板片27的交替放置；在宽流道板片26、窄流道板片27之间形成交替形成上述的宽换热流道12、窄换热流道13。如在宽流道板片26的一侧面与其相邻的窄流道板片27一侧面之间形成宽换热流道12，而该宽流道板片26的另一侧面与其相邻的窄流道板片27侧面之间形成窄换热流道13，通过布置多个宽窄流道板片，形成宽窄换热流道13的交替间隔布置。本技术中换热流道采用扁状连续的通道结构设置，能够在换热过程中，实现连续不间断的流动。
43.本技术的实施当中，宽换热流道12、窄换热流道13的截面呈扁状，宽换热流道12的
截面宽度大于窄换热流道13的截面宽度。宽换热流道12的截面宽度可以为窄换热流道13的截面宽度的2-5倍，具体可以根据需要来选择宽换热流道12与窄换热流道13的宽度数值及倍数比。
44.本技术的实施当中，为了增加流道板片的面积，宽流道板片26、窄流道板片27均由若干v形部连续构成的波浪状；宽流道板片26的v形部与窄流道板片27的v形部形状大小可以做成相适应，即宽流道板片26的v形部能够伸入到窄流道板片27的v形部中，同样窄流道板片27的v形部也能够伸入到宽流道板片26的v形部中。同时此种v形部的设置，也能够延长换热流道的长度，使换热时间延长，且在换热流道内流体能够不断的变换流动方向，产生相应的扰动，提升换热效率。
45.本技术的实施当中，为了保证宽窄流道板片之间的结构稳定性，在相邻宽流道板片26、窄流道板片27之间设置有对二者形成支持且使二者之间形成宽窄换热流道13的支持结构，通过支持结构一方面是增加流道板片自身的强度，二是可以通过控制支持结构来，调整宽窄换热流道的宽度。
46.本技术的实施当中，支持结构包括处于宽流道板片26、窄流道板片27之间以形成窄换热流道的窄支持结构28，和处于宽流道板片26、窄流道板片27之间以形成宽换热流道12的宽支持结构29。窄支持结构28为固定设置于窄流道板片27v形部内的窄支持块；宽支持结构为固定设置于宽流道板片26v形部内的宽支持块；窄支持块处于窄流道板v形部内的高度低于宽支持块处于宽流道板v形部内的高度。宽窄流道板片v形部的底面为平面，窄支持块、宽支持块为形状与v形部相适应的梯形，支持块的底壁、两个侧壁与v形部的内壁形成固定设置(比如采用焊接方式)，支持块与v形部的牢固结合，形成有效的支撑加强作用。
47.窄流道板片27v形部内的支持块处于底部，宽流道板片26v形部内的支持块与v形部的槽口相齐平，结合过程中，宽流道板片26的v形部外端与窄流道板片27v形部内的支持块接触形成相抵，而窄流道板片27的v形部外端与宽流道板片26v形部内的支持块接触形成相抵，从而在流道板片之间形成宽窄的换热流道。通过变换支持块的高度可以来调整相应宽窄换热流道的截面宽度。
48.本技术的实施当中，换热壳体10内的底部布置有与冷却液体进入端18形成连通的进液布液器，换热器内的顶部布置有与冷却液体排出端15形成连通的排液布液器。进液布液器为了将冷却液体进入端18进入的冷却液体分流方式送入到每一个窄换热流道当中，其包括主布液管路30和主布液管路相联通的分布液管路31，一个分布液管路与一个窄换热流道的下端形成连通，以便冷却液体经窄换热流道下方进入换热器当中；而排液布液器为了将每个窄换热流道的上部形成汇流，其中包括主汇流管路32和主汇流管路相连通的分汇流管路33，一个分汇流管路与一窄换热流道的上端形成连通，以便窄换热流道上方排出的换热流体进入主汇流管路当中排出。
49.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。