[发明专利]气液分离式套管蒸发器

说明书

技术领域

本发明涉及一种气液分离式套管蒸发器，属于热工设备技术领域。

背景技术

套管式蒸发器是一类热工设备，在动力、化工、空调工程和制冷工程中应用得非常广泛，如冰箱，冷柜，空调系统中，化工和石化工艺蒸发器等。

图1所示为传统套管式蒸发器，由同心的内管和外套管组成。如图1，图(a)为传统套管式蒸发器俯视图；图(b)为传统套管式蒸发器侧视图。其中，100-热源液体(被冷却液体或水)入口，200-被蒸发液体(对空调制冷系统为制冷剂)蒸气出口，300-被蒸发流体入口，400-被冷却液体出口，500-外套管。传统套管式蒸发器为节省空间，多采用螺旋型布置，依靠水在套管与内管间隙内的对流换热，蒸发液体在管内蒸发和沸腾实现气化过程。此类蒸发器入口为纯液体，经过全管长气化，出口基本为纯气体。管内气化换热过程中，虽然会随着干度的增大换热效果得以提高，但提高幅度不大，且采用管内气化换热，液相无法有效铺展，形成换热作用很强的液膜对流沸腾状态。同时，采用水平螺旋管式结构，内部虽存在二次流的扰动作用，但分层流仍不可避免。分层流将导致管内局部干涸，液相大量聚集于管内底层，大大削弱了换热效果。另一方面，单一管内流程蒸发及沸腾过程也导致了复杂的气液两相流，对系统运行稳定性、流动阻力和系统的调控等，都带来很不利的影响。

发明内容

发明目的：本发明提供一类气液分离式套管蒸发器。核心原理为：让蒸发流体在套管内、扭转内管束外流动，进行管束表面对流蒸发相变，中间采取若干个集气排气口进行气液分离，始终让液体在管束表面有效铺展，高效蒸发，而不形成含气增加所导致的复杂二相流动而影响蒸发；内管束利用本身扭转形成具有一定沟槽的表面，很好地实现吸附和铺展液体的功能，自然保证液体处于高效蒸发状态；套管侧在一定位置将液体和它的蒸气分隔成相向流动(液体下行，蒸气上行)的二段，有机地把蒸发与蒸气过热功能分开，可以保证蒸发过程的功能专一和高效，又能通过调节过热段长度很好地实现蒸气的过热控制(这是一般蒸发器很难实现的)；利用存液、阻液技术实现蒸发段内残存蒸发液体的循环。该分液式套管冷凝器是一种具有高效气化能力，高传热系数，小换热器体积和金属消耗的新型套管式蒸发器。主要有两种基本形式，螺旋式气液分离套管蒸发器和立式蛇形管气液分离套管蒸发器。

一种螺旋式气液分离套管蒸发器，如图2所示，包括1.加热液体(被冷却液体或水，下同。)进口、2.被蒸发液体(或制冷剂，下同。)蒸气出口、3.螺旋过热段、4.集气排气管、5.集气排气口、6.被蒸发液体进口管、7.加热液体出口、8.残存被蒸发液体液相回流口管、9.被蒸发液体进口、10.螺旋换热段、11.扭转内管束、12.外套管、13.分隔装置。

螺旋式套管蒸发器，外套管(12)及其内的数根螺旋扭转分布的内管(11)组成基本换热部分，整体成螺旋状。内管一端为加热液体进口(1)，另一端为加热液体出口。被蒸发液体进口(9)置于螺旋状外套管(12)底部，有残存被蒸发液体液相回流口管(8)与其相接。被蒸发液体进口管一端连接制冷剂进口(9)，一端与螺旋外套管(12)上端相接，接口距被蒸发液体蒸气出口(2)大约半个螺旋圆周。在每层螺旋外套管的同一位置均开有集气排气口(5)，与集气排气管(4)连通。最上端的排气口(5)位于被蒸发液体进口管(6)与外套管(12)接口的上游，将整体换热部分分为螺旋换热段(10)与螺旋过热段(3)。

被蒸发液体由被蒸发液体进口(9)进入，通过被蒸发液体进口管(6)输送至换热器上部，在螺旋换热段(10)的外套管(12)与内管(11)之间由上至下流动相变换热。每经过一圈螺旋流动，都会通过集气排气口(5)进行一次气液分离，被蒸发液体蒸气会通过集气排气口(5)排出，被蒸发液体会继续向下游流动。通过集气排气口(5)排出的蒸气会通过排气管(4)进入螺旋过热段(3)进行过热，最终经由被蒸发液体蒸气出口(2)排出。向下游流动的被蒸发液体液体会不断在螺旋换热段(10)进行换热，产生蒸气，再次通过排气口(5)气液分离排出，直至到达换热器底端，通过残存被蒸发液体液相回流口管(8)与被蒸发液体入口液体相混合，重新进入蒸发器换热。加热液体经由加热液体进口(1)进入内管，在其间流动冲刷内管以加热被蒸发液体使其气化，最终经加热液体出口(7)排出。

本发明还有二个局部技术发明点：