[发明专利]一种高效的壳管式冷凝器

说明书

技术领域

本发明涉及了一种冷凝器，具体为一种壳管式冷凝器，其具有较高换热系数，属于传热设备技术领域。

背景技术

在制冷与空调及其相关工业，水冷式冷凝器得到了广泛的应用。它们大多为壳管式换热器，在冷凝器中，主要有三种换热过程，包括：

1)过热气体的降温(去过热)；

2)气体冷凝成液体；

3)液体被进一步冷却至过冷状态。

这其中，1)、3)为没有气液状态变化的显热热交换过程，而2)为状态变化的潜热热交换过程。尽管这些过程换热有很大差异，但目前在冷凝器中，均采用统一冷凝型换热管。而这种换热管通常对于去过热及过冷过程，换热系数较低。

另外，在冷凝过程2)中，制冷剂在管外冷凝相变换热，冷却剂(例如水)在管内流动换热。传热管按一定的规律(如正三角形排列)形成管束被排列在管板之间，制冷剂通过较低温度的管束被冷凝，在传热管管壁形成冷凝液，由于重力作用往下滴落，很容易逐层在冷凝管上累积，形成上层管束下小雨，下层管束下大雨的情形。而膜状冷凝的换热系数很大程度上决定于管表面的冷凝液膜厚度，液膜越薄，冷凝换热系数越好。为减小冷凝液膜的厚度，现有设计会采用更高效的传热管来代替光管，这些传热管具有一些特殊的冷凝型三维表面(如锯齿状，参考图4c)，有利于减薄液膜和冷凝液的滴落。但是在冷凝器的管排数量显著增加时，位于下层区域的传热管由于滴落在表面的冷凝液量更大，而且新型传热管容易因为三维表面的表面张力的作用附积在表面而降低换热效率，因此传热管排数越大，换热衰减越多。这样，下层区域 的换热管的换热较差。

发明内容

本发明的发明目的是为了提供一种高效的壳管式冷凝器，以解决现有产品及设计中存在的上述问题。针对冷凝器的3个不同换热过程，通过采用各自适用的传热管来强化换热性能，来达到提高整个冷凝器性能，进一步提升冷冻机整机性能。

本发明的发明目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高效的壳管式冷凝器，包括传热管管束和壳体，其特征在于：传热管管束由两种或两种以上的传热管构成；传热管管束根据气体去过热、气体冷凝和液体过冷三个不同的换热过程，选配各自适应的传热管。

所述的冷凝器顶部用于气体降温的管束采用2维强化换热的传热管，其实际外表面积/光管面积大于3.0而小于6.0。

过冷器冷凝液相对换热管垂直流动换热时，所述的冷凝器底部用于液体过冷的管束采用2维强化换热的传热管，其实际外表面积/光管面积大于3.0而小于6.0。

过冷器冷凝液相对换热管轴向流动换热时，冷凝器底部用于液体过冷的管束采用轴向流体流动强化传热的3维强化换热的传热管。

气体降温的管束和液体过冷的管束之间为气体冷凝的管束，气体冷凝的管束为上下两层，冷凝器用于气体冷凝的下层管束采用不同于上层管束的传热管。例如，冷凝器用于冷凝的上层管束采用3维强化换热的传热管，用于冷凝的下层管束采用2维强化换热的传热管。

管程数为两程或以上时，冷却液优先经过下层管束再进入上层管束。各管程管束的换热管支数并不一定相同，而按照管内阻力及换热热流密度进行优化分配。

本发明的有益效果是：对于冷凝器中，气体过热管束、气体冷凝上层管束、冷凝下层管束、过冷管束的不同的换热过程和特点采用与之相适应的最佳传热管，相对于传统设计采用同种换热管仅对于冷凝上层管束换热优化，有效地提高了冷凝器的换热效果。

按照采用制冷剂R134a冷凝实际的试验结果，应用1758kw的冷冻机组测试，本发明与现有技术相比较，整体的饱和温度提高了0.85℃，过冷度由2.5℃增加到4.3℃。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明的技术特点；

图1是壳管式冷凝器圆筒截面图；

图2是壳管式冷凝器正视剖面图1；

图3是本发明冷凝器正视剖面图2；

图4是传热管形式的示意图，4a.一维表面换热管，4b.二维表面换热管，代号T1，4c.冷凝型三维表面换热管代号T2，4d，轴向流动传热强化的三维表面换热管代号T3；

图5是在降温用管束中的换热性能曲线；

图6是在冷凝用上层管束的换热性能曲线；

图7是在冷凝用下层管束的换热性能曲线；

图8是在过冷用管束的换热性能曲线；