[发明专利]一种卧式双相变换热器

说明书

技术领域

本发明涉及换热器技术领域。

背景技术

　　常规换热器在工作时，其换热面两侧的介质一般不发生相变，比如液/液、气/气、气/液换热。或换热面一侧的介质发生相变，比如蒸汽/液、蒸汽/气加热器。无相变换热器只能传递物料的显热，单侧相变加热器的蒸汽端发生冷凝相变放出潜热，而另一侧液体或气体物料没有相变，只是温度被提升。通常物料的显热量要比潜热量小得多，所以同样的热交换量，传统换热器通常需要很大的设备尺寸，以及大量的液体或气体输送能耗。 

　　常用的换热器有两种：板式换热器与管壳式换热器。现有的两种换热器均不适应双相变的工作状况。

　　经过本申请发明人的创造性研究，对现有两种换热器不适应双相变工作的原因有了规律性的认识，即物料发生相变时，必然伴随着体积流量的剧烈变化，板式换热器换热面之间的间隙较小，所以难以适应这种变化，不能用作双相变换热器；管壳式换热器的壳程通常是长度大于直径，单管长径比（长径比指管内沸腾液位深度与管子直径之比。）普遍远远大于30；这种情况下沸腾相变侧必然造成气液剧烈混和状态，冷凝相变侧风阻损失大、管束效应明显、液膜热阻效应强，这些因素综合在一起，导致长管（长管指长径比大于30的的管子）设计无法稳定发生相变传热。

　　申请人据此设计出上下堆叠式的双相变换热器，还会存在如下问题：

　　1. 各单元液位均需要单独控制，实现难度较大，运行可靠性低；

2. 无法采用绝热管设计，所以管路依旧比较复杂；

3. 立式设计整体高度较高，也不利于整体机组布局；

4. 制造加工困难，材料消耗多，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、换热效率高、传热温差小、便于制造和安装使用、且介质能够无须额外的输送动力而利用相变作用自动通过的卧式双相变换热器。

为实现上述目的，本发明的一种卧式双相变换热器包括卧式壳体，卧式壳体内水平设有相变筒，相变筒内沿水平方向均匀间隔设有若干换热单元；相变筒与卧式壳体的顶壁、底壁、左侧壁和右侧壁均间隔设置，相变筒与卧式壳体之间围成高温蒸汽腔；

换热单元包括竖向筒体，竖向筒体上端与相变筒顶壁密封连接，竖向筒体下端与相变筒底壁密封连接，

竖向筒体内壁与该处相变筒的顶壁和底壁之间围成冷凝腔；各换热单元的竖向筒体外壁与相变筒内壁之间围成蒸发出气腔；

竖向筒体内沿上下方向均匀间隔设有若干水平设置的连通管，各连通管的两端与竖向筒体两端的蒸发出气腔相连通；

竖向筒体顶部至少一个连通管为绝热管，竖向筒体底部至少一个连通管为绝热管；绝热管之外的其他连通管为双相变换热管；

相变筒一端底部连接有低温液体进管，低温液体进管向外伸出卧式壳体并与卧式壳体之间密封配合，低温液体进管向内伸入蒸发出气腔；相变筒于同一端顶部连接有低温蒸汽出管，低温蒸汽出管向外伸出卧式壳体并与卧式壳体之间密封配合，

低温液体进管另一端的卧式壳体侧壁设有高温蒸汽进口，该端卧式壳体的底壁上设有高温液体出口；

所述冷凝腔处的相变筒顶壁上设有上开口，上开口连通高温蒸汽腔与冷凝腔；所述冷凝腔处的相变筒底壁上设有下开口，下开口连通冷凝腔与高温蒸汽腔。

所述相变筒的左右两侧壁为平封头结构。

所述连通管的长径比小于等于30。

液态低温介质由低温液体进管9流入相变筒2内的蒸发出气腔6，蒸发出气腔6内的低温介质在通过相变筒2内具有较高导热系数的双相变换热管8时（低温介质走的是管程，高温介质走的是壳程），与相变筒2冷凝腔5内的高温介质进行热交换，从而受热蒸发。蒸发后的低温蒸汽由低温蒸汽出管10流出本发明的卧式双相变换热器。  

发明人最初设计的没有设置绝热管7的技术方案，由于各连通管均为双相变换热管，因此在沸腾相变的作用下，管子两侧的液位也不能保证一致，导致各处液位不一致，单点监控液位的方法无法保证各处液位均处于正常状态，需要使用多套监控装置进行多点监控，既增加了设备成本和安装设备的成本，又使控制液位的操作变得非常复杂。

本发明中绝热管7的导热系数低，因此低温介质在其内吸收的热量非常有限，不会发生相变（蒸发）。

这样，竖向筒体4顶部的绝热管7就成为畅通的蒸汽外排的通道。