一種具有分層布液裝置的立式管外降膜換熱器的制作方法

本發明涉及一種具有分層布液裝置的立式管外降膜換熱器。

背景技術：

由于污水水質的特殊性，常常使與污水接觸的換熱器出現腐蝕、結垢、堵塞等情況，致使換熱器換熱效率較低，換熱效果差。近些年來，淋激式水平管降膜換熱器以其溫差小、動力消耗小、方便清洗維護等優點，已被廣泛應用于污水源熱泵空調系統中。但由于水平管存在彎頭和管束效應的影響，污水在管外易出現偏流、液滴飛濺或者膜厚不均勻的現象，很難在表面形成均勻的完整液膜，成為制約換熱器換熱效率的主要問題。

目前的立式降膜換熱器均為制冷劑在管內或管外的垂直降膜，暫無在污水在管外降膜的研究和應用。立式降膜換熱器可避免彎頭和管束效應的影響，若存在結構合理的布液裝置，管外易形成均勻的液膜，那么每根換熱管在較小流量下便可以得到較大的換熱系數。但現有的布液裝置幾乎均為單層布液，沒有考慮換熱管高度對布膜效果的影響，當換熱器超過一定高度后，由于受到換熱管壁面粘滯力和剪切力的作用，布膜效果會越發不理想，換熱效率會大大降低。

技術實現要素：

為了克服現有技術中存在的不足，本申請提供了一種具有分層布液裝置的立式管外降膜換熱器，污水靠自身重力以膜狀形式沿垂直管壁向下流動，依靠分層布液裝置對污水進行多次重新布液，使液膜始終處于最佳流動形態，提高換熱效率。

為實現上述目的，本申請采用的技術方案是：一種具有分層布液裝置的立式管外降膜換熱器，包括：殼體、分層布液裝置、換熱管束、進水口、出水口、上封頭、下封頭、上管板、下管板；所述殼體焊接在上管板與下管板之間，在殼體的一側上部設有進水口，同側下部設有出水口；所述分層布液裝置安裝在殼體內，每層布液裝置集液盤、分液盤和固定支架組成，頂層的分層布液裝置可只設分液盤；所述分層布液裝置的安裝層數依據立式換熱器的高度和管外液膜的流態而設定為三層或多層，各層裝置之間通過支架固定連接，并焊接在下管板上；所述殼體內縱向布置有換熱管束，該換熱管束貫穿各層集液盤和分液盤并被固定于上、下管板的管孔上；所述上封頭、下封頭分別通過法蘭盤與殼體固定連接，上封頭頂部設有制冷劑出口，在下封頭底部設有制冷劑入口。

進一步的，所述集液盤和分液盤為一個整體，所述集液盤上均勻分布管孔和篩孔，管孔與換熱管管徑相同，并同下方布膜孔平行對中布置；篩孔口徑略小于管孔，集液盤中的液體能通過篩孔落入分液盤中；所述集液盤具有一定容積，上方無遮擋，換熱管外的流體可全部落入集液盤中。

進一步的，所述分液盤位于集液盤的下方，分液盤上均勻分布有布膜孔，在布膜孔下方設有分配環，高度不小于8cm，分配環與布膜孔口徑相同且均略大于換熱管，同時與換熱管形成圓環空隙作為液體布膜通道，依靠分液盤內流體的重力作用進行布液。

進一步的，所述換熱管束由若干換熱管組成，管內為制冷劑，從制冷劑入口進入，制冷劑出口流出；管外為高溫流體，從殼體上部進水口流入，依次經過各層布液裝之后從下部出水口流出。

操作時，制冷劑從下封頭制冷劑入口流入，經換熱管束換熱后從上封頭制冷劑出口流出；污水從殼體一側上部的進水口進入最上層分液盤，液位積累一定高度后壓強增大，經布膜孔、分配環與換熱管間的環隙均勻分布到換熱管上，完成初始布液。污水沿管壁向下流動一段距離后，受壁面粘滯力和剪切力的作用，液膜流態會逐漸惡化從而影響換熱效果。此時，污水流入下層布液裝置的集液盤中，再通過集液盤中的篩孔落入下方分液盤，進行二次布液，依次往下，使污水在換熱管外壁始終呈膜狀流動，直至落入換熱器底部。換熱器殼體上下有密封法蘭，因而水可以在殼體底部保持一定水位，而后從出水口排出，完成一次換熱過程。

本發明由于采用以上技術方案，能夠取得如下的技術效果：本申請的一種具有分層布液裝置的立式管外降膜換熱器，具有小流量、小溫差和高熱流密度的特性，分層布液裝置能夠保證污水均勻分布在換熱管束上，使管外液膜始終呈薄膜狀流動，避免出現偏流或者膜厚不均勻的現象，換熱效率明顯提高；縱向布置換熱管束不存在浪費換熱面積的情況，有效換熱面積接近100％，且立式結構相對于水平式更為緊湊，節省占地面積，不存在死角和彎頭，更易于清洗和維護。

附圖說明

本發明共有附圖5幅：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明分層布液裝置分液盤a-a的剖面圖；

圖3為本發明分層布液裝置集液盤b-b的剖面圖；

圖4為本發明分層布液裝置c處局部放大示意圖；

圖5為本發明分層布液裝置的安裝示意圖。

圖中：1-殼體；2-分層布液裝置；2-1集液盤；2-1-1篩孔；2-1-2管孔；2-2分液盤；2-2-1布膜孔；2-2-2分配環；2-3固定支架；3-換熱管束；4-進水口；5-出水口；6-制冷劑出口；7-上封頭；8-法蘭盤；9-上管板；10-制冷劑入口；11-下封頭；12-下管板。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。

實施例1

參照附圖，一種具有分層布液裝置的立式管外降膜換熱器，主要包括殼體1、分層布液裝置2、換熱管束3、進水口4、出水口5、制冷劑出口6、上封頭7、法蘭盤8、上管板9、制冷劑入口10、下封頭11、下管板12。

殼體1為圓柱形，焊接在上管板9和下管板12之間，殼體的一側上部有進水口4，下部有出水口5。分層布液裝置2包括集液盤2-1、分液盤2-2和固定支架2-3，均為圓形，集液盤2-1位于分液盤2-2的上方。分液盤2-2上均勻分布布膜孔，下方帶有分配環2-2-2，高度不小于8cm，口徑略大于換熱管，與換熱管形成圓環空隙作為液體布膜通道。集液盤2-1上均勻分布圓形篩孔，集液盤2-1中的液體可通過篩孔2-1-1落入下方分液盤中。所述集液盤2-1上預留管孔2-1-2，與換熱管管徑相同，并與下方布膜孔2-2-1平行對中布置。換熱管束3由若干換熱管組成，內走制冷劑，在換熱器內縱向布置，依次穿過各層布液裝置2并被固定于上下管板的管孔上，通過脹接方式連接。上封頭7和下封頭11分別通過法蘭盤8與上管板9和下管板12連接，起密封作用，下封頭11下部有制冷劑入口，上封頭7上部有制冷劑出口。

本發明換熱器工作原理如下：將下封頭制冷劑入口10和上封頭制冷劑出口6與外制冷系統相連接，制冷劑從下部制冷劑入口10進入經換熱管束3換熱后從上部制冷劑出口6流出。高溫污水從殼體一側上部進水口4進入最上層分液盤2-2(最上層布液裝置無集液盤)，液位積累一定高度后壓強增大，經布膜孔2-2-1、分配環2-2-2與換熱管間的環隙流出均勻分布到換熱管上。但流體在下降過程中受到壁面粘滯力和剪切力的作用，布膜情況逐漸惡化，在未影響換熱效果前流入下層布液裝置的集液盤2-1中，再通過集液盤2-1中的篩孔2-1-1落入下方分液盤2-2，進行二次布液，以此類推。分層布液的形式使流體在換熱管外壁始終呈膜狀流動，直至落入換熱器底部，從換熱器殼體下部的出水口5排出，完成一次換熱過程。

本發明中分液層數依據立式換熱器的高度和管外液膜的流態變化而定，并不局限于附圖中所示的三層布液形式。上述實施方式僅為本發明的較佳實施例，并不能以此限制分發明的保護范圍，凡根據本發明精神實質所做的任何修改、等同替換和改進，都應涵蓋在本發明的保護范圍內。