[发明专利]一种过饱和表面蒸发换热装置及应用

说明书

本发明公开了一种过饱和表面蒸发换热装置及应用，涉及相变换热器领域。主要克服沸腾换热的局限性，解决沸腾换热器应用中能效比低及容易产生热污染的问题。其主要是通过在立式壳管换热器中构造绕管环流与间隔涡旋流场，使液态工质实现过饱和表面蒸发以及蒸气过饱和—饱和转变，从而使排向压缩机的蒸气具有较高饱和压力而降低机组功耗，以此达到提高能效比的目的。同时，因排热介质为水蒸汽，所以能够消除城市室外环境的空调“热岛效应”。该应用包括应用于空气源蒸发器和水蒸发式冷凝器。

技术领域

本发明涉及相变换热器领域，具体是一种过饱和表面蒸发换热装置。

背景技术

迄今为止，应用于各种空调与热泵机组的蒸发器都是沸腾换热器。

以满液式壳管蒸发器为例，相变工质沸腾从产生泡核、气泡长大、脱离壁面直到逸出液面的气化过程，只有在吸气压较低、换热温差较大发生剧烈沸腾时，产生的蒸气所携带的气化热量才较大。

当冬季空调与热泵机组供暖时，以0℃以下空气作为供热源，机组压缩机吸气压更低，往往需要配置多级压缩从而大大降低了机组的能效比性能。

传统空调与热泵机组的冷凝器在夏季制冷工况下的排热源通常是水源或室外空气，城市中数以万计的空调和热泵机组不断排放热量必然造成水源或室外环境的“热污染”。

发明内容

本发明的目的是克服沸腾换热的局限性，提供一种过饱和表面蒸发换热装置，以至少在一定程度解决相关技术存在的能效比低以及容易产生热污染的问题。

本发明的构思是：通过在立式壳管换热器中构造绕管环流与间隔涡旋流场，使液态工质实现过饱和表面蒸发以及蒸气过饱和—饱和转变，从而使压缩机吸入的蒸气具有较高饱和压力而降低其功耗。同时，采用该技术，排热介质为水蒸汽，因此能消除城市室外环境的空调“热岛效应”。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种过饱和表面蒸发换热装置，其包括立式壳管换热器、群喷管板(6)、排气管板(10)和力偶筒(7)，

所述立式壳管换热器包括壳体(8)和具有外翅(91)的若干换热管(9)，所述若干换热管(9)按正方形矩阵式布局，将所述壳体(8)的内腔分割，形成间隔的若干单元空间(13)；

所述群喷管板(6)安装在所述壳体(8)内靠近底端处，与所述换热管(9)的下固定板(5)之间构成供液腔(3)，所述群喷管板(6)具有与所述若干单元空间(13)对应的若干喷嘴(12)，用于将所述供液腔(3)的液态工质从下向上喷射至所述若干单元空间(13)，使得所述壳体(8)内形成雾柱矩阵；

所述排气管板(10)安装在所述壳体(8)内靠近顶端处，与所述换热管(9)的上固定板(11)之间构成排气腔(1)，所述排气管板(10)具有连通所述若干单元空间(13)和所述排气腔(1)的气孔(14)；

所述力偶筒(7)环绕所述若干换热管(9)、安装在所述壳体(8)内，与所述壳体(8)之间构成力偶气驱腔(2)，所述力偶筒(7)开设有X方向的若干第一窄长喷孔(71)和Y方向的若干第二窄长喷孔(72)，用于向所述雾柱矩阵和换热管矩阵喷射大小相等、方向相反、隔管相间的力偶组态驱动气流，使得在所述换热管(9)和所述雾柱矩阵形成绕管环流(16)和间隔涡旋耦合流场，所述X方向和所述Y方向垂直。

优选地，所述力偶筒(7)上的所述若干第一窄长喷孔(71)的开孔方向和所述若干第二窄长喷孔(72)的开孔方向，相对所述雾柱矩阵的侧部和换热管矩阵的侧部按45度角布局。

优选地，所述力偶筒(7)上的第一窄长喷孔(71)沿Z方向分层段排列，所述力偶筒(7)上的第二窄长喷孔(72)沿Z方向分层段排列，所述力偶筒(7)上的第一窄长喷孔(71)与力偶筒(7)上的第二窄长喷孔(72)沿Z方向分层段相间排列，所述Z方向与所述力偶筒(7)的中心轴的方向相同。