[发明专利]潜热交换器室装置

说明书

本发明涉及一种可用于蒸馏设备的潜热交换器室装置，该潜热交换器室包括在其内表面上以毛细蒸发形式工作的蒸发器以及在其外表面上以毛细冷凝形式工作的冷凝器，并具有用于将液体定量供应到内部蒸发器表面上的微槽或微波纹中的系统，以防止在蒸发器表面上形成薄水膜，所述装置实现了很高的潜热传递系数。

技术领域

本发明涉及一种潜热交换器室装置，该潜热交换器室包括位于其内表面上的蒸发器和位于其外表面上的冷凝器，适用于蒸馏设备。

背景技术

要解决的技术问题是：

-现有的管-壳式或腔室式水平潜热交换器具有光滑或波纹状管或腔室，该管或腔室的外表面是蒸发性的，并在其上以薄降膜的形式提供待蒸发的液体流体，这种潜热交换器的潜热传递系数受到蒸发面上的薄降液膜的热阻和冷凝面上的冷凝水层的热阻的限制。使用具有波纹表面的管或腔室能增大交换表面，并产生提高热效能的高效液体湍流效应，但是增加的传热系数仍然受到液体层的热阻的限制。液体流体(尤其是水或水溶液)的薄降层的热阻使管或腔室的增加的潜热传递系数减小，这决定了当前使用的外蒸发面上的蒸发蒸汽的温度与内冷凝面上的冷凝蒸汽的温度之间的热梯度。

-现有的竖直管-壳式热交换器具有光滑或波纹状管，其外表面作为冷凝器，内表面作为降膜或升膜蒸发器，这种热交换器的潜热传递热系数受到交换管两侧的液体层的热阻的限制。由于液流中产生的湍流和增大的换热表面，在两侧使用双凹槽波纹管能使增加的潜热传递系数增大，但是该系数仍然受到液体层的热阻的限制。这些装置的管或腔室的两侧之间的当前温差也受到至少部分地覆盖竖直管壁两侧的液膜的热阻的调节，尤其是在液体是水或水溶液的情况下。

-在内表面上具有以毛细管冷凝形式工作的冷凝器-蒸发器管并在外表面上具有以毛细蒸发形式工作的现有热交换器在供应液体流体以在蒸发外表面上蒸发方面存在以下实际问题。

-当试图向位于排列成管束的管的蒸发外表面上的微槽或微间隙内提供液体流体时，很难实现不会从微槽或微间隙溢流的液体供应，因为它们通常布置在潜热交换器中。由于蒸发毛细管上的液体流体的过量供应，这种难以供应流体以将其有序地引入蒸发外表面的毛细管结构内的困难导致出现薄降层，或者在供应不足时导致出现干区。这两种现象都限制这些潜热交换器的壁的潜热交换的实际总系数。

-实际上，在供应液体以在位于管束中心的水平管的外表面上蒸发时不可能避免液体从微槽溢流，因为向管束中的所有管供应流体所需的流量大于能在每个管的微槽内流通的流量。因此，待蒸发的液体最终形成覆盖在外表面上的微槽上的薄膜，阻止它们以毛细蒸发方式工作，并产生使交换管的增加的潜热传递系数减小的绝热层。

发明内容

本发明寻求利用如权利要求中限定的潜热交换室装置来提高总潜热传递系数并减小潜热交换器的冷凝面与蒸发面之间的温度差或梯度。

所述潜热交换室具有以下特征：

-它足够紧密，能够保持其内部压力与包含所述交换室的壳体内的压力之间的差值或梯度。

-它可用于水平或竖直潜热换热器。

-它的外表面是一个冷凝器，冷凝的气相在该冷凝器上释放冷凝热。它的内表面是一个蒸发器，蒸发的液相在该蒸发器上吸收蒸发的潜热。

-它的内蒸发面覆有微槽或微间隙，待蒸发的液体在这些微槽或微间隙中流动，形成具有凹形液-汽界面的弯月面。

-它的外冷凝面覆有微槽或另一种毛细结构，待冷凝的蒸汽在该微槽或毛细结构上以毛细冷凝方式冷凝，形成具有凹形液-汽界面的弯月面。

-交换室壁可具有之字形、锯齿状或波纹状截面，使得冷凝弯月面和蒸发弯月面并置在交换室壁的两侧，或者由两个弯月面之间的短热路径分开。

-由于以下因素的组合，在冷凝外表面上释放的冷凝潜热和在蒸发内表面上吸收的潜热减少或消除了热路径中的绝热液体层：