CN107308666A - 喷淋降膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷淋降膜蒸发器，包括换热器壳体，以及设置在所述换热器壳体内部的热源蛇形管和布液喷管，所述热源蛇形管沿纵向设置，所述热源蛇形管的上端管口为热源介质引入口，所述热源蛇形管的下端管口为热源介质引出口，所述热源蛇形管在其上端管口与下端管口之间形成有多根间隔设置的横排管，所述布液喷管包括纵向喷管以及设于所述纵向喷管上的至少一根横向喷管，所述纵向喷管的上端管口封闭，所述纵向喷管的下端管口为有机介质引入口，至少一根所述横向喷管沿纵向方向间隔设置，所述横向喷管嵌套在所述热源蛇形管的两相邻的所述横排管之间，所述横向喷管上设有喷嘴。所述喷淋降膜蒸发器，能够提高换热的均匀性，提高传热效果。

Description

喷淋降膜蒸发器

技术领域

本发明涉及蒸发器技术领域，尤其涉及一种喷淋降膜蒸发器。

背景技术

随着化石能源的缺乏以及环境问题的日益突出，工业系统的中低温余热利用、地热等可再生能源发电方式使用有机介质朗肯循环做功越来越受到人们重视。在循环中，蒸发器是实现有机介质从液态向气态转化并生产过热蒸汽的主要换热部件。其中，喷淋降膜蒸发器采用有机介质喷淋的撞击式对流换热方式，能够起到较好的传热效果，在工业系统中被广泛应用。传统的，喷淋降膜蒸发器的喷淋管道一般设于加热管束的上方，整个换热器区域换热不够均匀，总体的传热效果仍有改进余地。

发明内容

基于此，有必要提供一种喷淋降膜蒸发器，该喷淋降膜蒸发器换热均匀、传热效果高。

其技术方案如下：

一种喷淋降膜蒸发器，包括换热器壳体，以及设置在所述换热器壳体内部的热源蛇形管和布液喷管，所述热源蛇形管沿纵向设置，所述热源蛇形管的上端管口为热源介质引入口，所述热源蛇形管的下端管口为热源介质引出口，所述热源蛇形管在其上端管口与下端管口之间形成有多根间隔设置的横排管，所述布液喷管包括纵向喷管以及设于所述纵向喷管上的至少一根横向喷管，所述纵向喷管的上端管口封闭，所述纵向喷管的下端管口为有机介质引入口，至少一根所述横向喷管沿纵向方向间隔设置，所述横向喷管嵌套在所述热源蛇形管的两相邻的所述横排管之间，所述横向喷管上设有喷嘴。

在其中一个实施例中，所述纵向喷管设置在所述换热器壳体的中部，所述纵向喷管的两侧均设有所述热源蛇形管，所述纵向喷管的两侧均设有至少一根所述横向喷管，对应侧的每根所述横向喷管嵌套在对应侧的所述热源蛇形管的两相邻的所述横排管之间。

在其中一个实施例中，所述布液喷管还包括连接喷管，所述纵向喷管为至少两根，至少两根所述纵向喷管的下端均与所述连接喷管连接，所述连接喷管上设有与所述纵向喷管的下端管口连通的连接口。

在其中一个实施例中，所述喷淋降膜蒸发器还包括挡板，所述挡板设置在换热器壳体的内部的上部，且所述挡板位于所述热源蛇形管和布液喷管的上方，所述挡板的端部与所述换热器壳体的侧壁之间设有有机介质引出口，所述换热器壳体上在所述挡板的上方设有蒸汽排出口，所述蒸汽排出口与所述有机介质引出口连通。

在其中一个实施例中，所述横向喷管为至少两根，位于最上端的所述横向喷管与所述热源蛇形管的最上端的横排管之间预设有流动距离。

在其中一个实施例中，所述流动距离为15mm～40mm。

在其中一个实施例中，所述横向喷管上设有多个喷嘴，多个所述喷嘴沿横向方向间隔设置，靠近所述换热器壳体的最外侧的所述喷嘴与所述换热器壳体的侧壁之间预设有换热距离。

在其中一个实施例中，所述喷嘴设置在所述横向喷管的下侧，所述喷嘴向下倾斜40°～60°设置。

在其中一个实施例中，所述喷淋降膜蒸发器还包括设置在所述换热器壳体外部的输液管、连接管以及泵，所述换热器壳体的下部形成有蓄液池，所述热源蛇形管和布液喷管设置在所述蓄液池的上方，所述输液管的一端与所述蓄液池连通，所述输液管的另一端与所述泵的泵入口连接，所述连接管的一端与所述泵的泵出口连接，所述连接管的另一端与所述纵向喷管的有机介质引入口连接。

在其中一个实施例中，所述换热器壳体的下部还设有回液口，所述回液口与所述蓄液池连通。

本发明的有益效果在于：

所述喷淋降膜蒸发器，热源蛇形管用于输送热源介质，热源蛇形管的上端管口位于换热器壳体的上部，热源蛇形管的下端管口位于换热器壳体的下部，热源介质从热源介质引入口输入通过横排管传输放热降温后从热源介质引出口输出，在传输过程中自上而下热源介质的温度逐渐降低，布液喷管用于输送有机介质液体，纵向喷管的下端管口位于换热器壳体的下部，有机介质从有机介质引入口输入自下而上流动进入横向喷管中，通过喷嘴喷淋在热源蛇形管的横排管上，有机介质在流动过程中遵循伯努利方程原理，流动的动能变为静压能，越往上流动静压越大，通过喷嘴喷出的喷射流量也越大，进而，有机介质的喷射流量大小能够与热源介质的温度高低相对应，在热源介质温度高的位置处喷嘴喷射的有机介质流量对应多，在热源介质温度低的位置处喷嘴喷射的有机介质流量对应少，可以使整个换热器壳体内部的换热区域换热更加均匀，提高传热效果；此外，对于同层处的热源介质和有机介质，横排管中的热源介质朝着靠近横向喷管的方向温度逐渐降低，而横向喷管中的有机介质朝着靠近横排管的方向喷射流量逐渐增大，有机介质的喷射流量大小也能够与热源介质的温度高低相对应，换热均匀，传热效果好。所述喷淋降膜蒸发器，通过设置热源蛇形管与布液喷管的结构及布置方式，使得在换热过程中有机介质的喷射流量大小能够与热源介质的温度高低相对应，能够提高换热的均匀性，提高传热效果。

附图说明

图1为本发明实施例所述的喷淋降膜蒸发器的结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视图。

附图标记说明：

100、换热器壳体，110、蒸汽排出口，120、蓄液池，130、回液口，200、热源蛇形管，210、热源介质引入口，220、热源介质引出口，230、横排管，300、布液喷管，310、纵向喷管，312、有机介质引入口，320、横向喷管，330、喷嘴，340、连接喷管，342、连接口，400、挡板，500、有机介质引出口，600、输液管，700、连接管，800、泵。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的术语“第一”、“第二”等在本文中用于区分对象，但这些对象不受这些术语限制。

如图1所示，一种喷淋降膜蒸发器，包括换热器壳体100，以及设置在所述换热器壳体100内部的热源蛇形管200和布液喷管300。所述热源蛇形管200沿纵向设置，所述热源蛇形管200的上端管口为热源介质引入口210，所述热源蛇形管200的下端管口为热源介质引出口220。所述热源蛇形管200在其上端管口与下端管口之间形成有多根间隔设置的横排管230。所述布液喷管300包括纵向喷管310以及设于所述纵向喷管310上的至少一根横向喷管320。所述纵向喷管310的上端管口封闭，所述纵向喷管310的下端管口为有机介质引入口312。至少一根所述横向喷管320沿纵向方向间隔设置，所述横向喷管320嵌套在所述热源蛇形管200的两相邻的所述横排管230之间。所述横向喷管320上设有喷嘴330。

本实施例中，纵向是指喷淋降膜蒸发器位于正常使用状态时与水平面垂直或大致垂直的方向，横向是指与水平面平行或大致平行的方向。具体地，当横向喷管320为多根时，每根横向喷管320对应嵌套在所述热源蛇形管200的其中两相邻的所述横排管230之间。

所述喷淋降膜蒸发器，热源蛇形管200用于输送热源介质，热源蛇形管200的上端管口位于换热器壳体100的上部，热源蛇形管200的下端管口位于换热器壳体100的下部，热源介质从热源介质引入口210输入通过横排管230传输放热降温后从热源介质引出口220输出，在传输过程中自上而下热源介质的温度逐渐降低，布液喷管300用于输送有机介质液体，纵向喷管310的下端管口位于换热器壳体100的下部，有机介质从有机介质引入口312输入自下而上流动进入横向喷管320中，通过喷嘴330喷淋在热源蛇形管200的横排管230上，有机介质在流动过程中遵循伯努利方程原理，流动的动能变为静压能，越往上流动静压越大，通过喷嘴330喷出有机介质的喷射流量也越大，进而，有机介质的喷射流量大小能够与热源介质的温度高低相对应，在热源介质温度高的位置处喷嘴330喷射的有机介质流量对应多，在热源介质温度低的位置处喷嘴330喷射的有机介质流量对应少，可以使整个换热器壳体100内部的换热区域换热更加均匀，提高传热效果；此外，对于同层处的热源介质和有机介质，横排管230中的热源介质从边缘向中间流动温度逐渐降低，而横向喷管320中的有机介质从中间向边缘流动喷射流量逐渐增大，有机介质的喷射流量大小也能够与热源介质的温度高低相对应，换热均匀，传热效果好。所述喷淋降膜蒸发器，通过设置热源蛇形管200与布液喷管300的结构及布置方式，使得在换热过程中有机介质的喷射流量大小能够与热源介质的温度高低相对应，能够提高换热的均匀性，提高传热效果。

本实施例中，所述纵向喷管310设置在所述换热器壳体100的中部。所述纵向喷管310的两侧均设有所述热源蛇形管200。所述纵向喷管310的两侧均设有至少一根所述横向喷管320，对应侧的每根所述横向喷管320嵌套在对应侧的所述热源蛇形管200的两相邻的所述横排管230之间。采用上述结构，通过有机介质引入口312引入有机介质后，有机介质先流经纵向喷管310然后再分别传输至两侧的横向喷管320，两侧的横向喷管320上的喷嘴330分别喷出有机介质与热源蛇形管200的横排管230进行换热，换热效率高，换热空间利用率高。

进一步地，如图1、图2所示，所述布液喷管300还包括连接喷管340。所述纵向喷管310为至少两根，至少两根所述纵向喷管310的下端均与所述连接喷管340连接。所述连接喷管340上设有与所述纵向喷管310的下端管口连通的连接口342。通过设置至少两根纵向喷管310，且纵向喷管310通过连接喷管340连接，可通过向连接口342处通入有机介质，即可使得有机介质通过纵向喷管310的有机介质引入口312输入，有机介质流经多根纵向喷管310，然后对应传输至每根纵向喷管310上的横向喷管320中，通过各横向喷管320上的喷嘴330喷出与热源蛇形管200进行换热，可进一步提高换热效率，提高换热空间利用率。

本实施例中，至少两根纵向喷管310沿前后方向间隔排列设置在所述换热器壳体100的中部，结构整齐美观。本实施例中，当所述纵向喷管310为至少两根时，位于纵向喷管310每侧的热源蛇形管200对应为至少两根，每根所述热源蛇形管200与每根所述纵向喷管310对应设置。

进一步地，所述喷淋降膜蒸发器还包括挡板400。所述挡板400设置在换热器壳体100的内部的上部，且所述挡板400位于所述热源蛇形管200和布液喷管300的上方。所述挡板400的端部与所述换热器壳体100的侧壁之间设有有机介质引出口500。所述换热器壳体100上在所述挡板400的上方设有蒸汽排出口110，所述蒸汽排出口110与所述有机介质引出口500连通。通过设置挡板400，挡板400端部能够与换热器壳体100的侧壁之间形成有机介质引出口500，进而，使得有机介质引出口500布置在换热器壳体100的侧壁处，换热后的饱和蒸汽在流动至有机介质引出口500的沿程中能够进一步加热成为过热蒸汽，过热蒸汽沿着换热器壳体100的侧壁处引出至蒸汽排出口110排出，能够减少换热的死角，充分利用换热器壳体100内部的传热面积。本实施例中，所述蒸汽排出口110用于与蒸汽管连接，进而将过热蒸汽引出到蒸汽透平做功。可选地，所述蒸汽排出口110设置在所述换热器壳体100的上端。

可选地，所述挡板400的部分端部与所述换热器壳体100的侧壁连接，所述挡板400的其余端部与换热器壳体100的侧壁之间形成所述有机介质引出口500，挡板400结构简单，连接方式简单。本实施例中，所述纵向喷管310的上端与挡板400连接，纵向喷管310可通过挡板400固定安装在换热器壳体100内部。

本实施例中，所述横向喷管320为至少两根，位于最上端的所述横向喷管320与所述热源蛇形管200的最上端的横排管230之间预设有流动距离。如此，能够确保下面的换热后的有机饱和蒸汽在向上流动时能够被热源蛇形管200的进行进一步加热到过热蒸汽。进一步地，所述流动距离为15mm～40mm，可保证换热后的有机饱和蒸汽能够被有效加热到过热蒸汽。可选的，所述流动距离为20mm，既能实现有机饱和蒸汽被有效加热到过热蒸汽，又能充分利用换热器壳体100内部的换热空间。

本实施例中，所述横向喷管320上设有多个喷嘴330，多个所述喷嘴330沿横向方向间隔设置。靠近所述换热器壳体100的侧壁的最外侧的所述喷嘴330与所述换热器壳体100的侧壁之间预设有换热距离。进而，最外侧的喷嘴330离换热器壳体100的侧壁有一定的距离，留有一定的换热面积，便于下面换热后产生的有机饱和蒸汽在向上流动过程中能够被进一步加热为过热蒸汽。进一步地，所述流动距离为15mm～40mm，可保证留有有效的换热面积，保证下面的有机饱和蒸汽能够被有效加热到过热蒸汽。可选的，所述流动距离为20mm，既能实现有机饱和蒸汽被有效加热到过热蒸汽，又能充分利用换热器壳体100内部的换热空间。

本实施例中，所述喷嘴330设置在所述横向喷管320的下侧，所述喷嘴330向下倾斜40°～60°设置。进而，喷嘴330能够向下更好地将有机介质喷射到热源蛇形管200的横排管230表面，提高换热效果。可选地，，所述喷嘴330向下倾斜45°设置，喷射效果好。

本实施例中，所述喷淋降膜蒸发器还包括设置在所述换热器壳体100外部的输液管600、连接管700以及泵800。所述换热器壳体100的下部形成有蓄液池120，所述热源蛇形管200和布液喷管300设置在所述蓄液池120的上方。所述输液管600的一端与所述蓄液池120连通，所述输液管600的另一端与所述泵800的泵入口连接。所述连接管700的一端与所述泵800的泵出口连接，所述连接管700的另一端与所述纵向喷管310的有机介质引入口312连接。采用上述结构，换热器壳体100的下部为蓄液池120，能够储存汇集有机介质，小部分喷淋到热源蛇形管200表面而没有成为蒸汽的有机介质能够向下滴落到蓄液池120中，汇集的有机介质液体经输液管600后由泵800作用输入至连接管700，然后在通过连接管700输送到纵向喷管310中，形成循环，实现有机介质的再利用。

进一步地，所述换热器壳体100的下部还设有回液口130，所述回液口130与所述蓄液池120连通。进而，过热蒸汽通过蒸汽排出口110排出引入到蒸汽透平做功完了以后，凝结成液体的有机介质能够再重新由回液口130送回到蓄液池120，通过输液管600、泵800、及连接管700输送到布液喷管300，实现有机介质的循环利用。

本实施例所述的喷淋降膜蒸发器的工作原理如下：图1中空心箭头简单示意出了热源介质、有机介质的流向示意图。如图1、图2所示，中低温热源介质从换热器壳体100上部的热源介质引入口210输入，经过热源蛇形管200放热降温后从换热器壳体100下部的热源介质引出口220排出，中低温热源介质输送过程中温度逐渐降低，如可从150℃降低到50℃左右。有机介质如R245fa从换热器壳体100下部的有机介质引入口312输入自下而上流动进入纵向喷管310和横向喷管320中，有机介质在流动过程中遵循伯努利方程原理，越往上流动静压越大，通过喷嘴330喷出的喷射流量也越大。中低温热源介质与有机介质在换热器壳体100内部进行换热，有机介质的喷射流量大小能够与热源介质的温度高低相对应，整个换热器壳体100内部的换热区域换热均匀，传热效果好。有机介质换热后可被加热为120℃的过热蒸汽，然后通过有机介质引出口500、蒸汽排出口110引出到蒸汽透平做功。做功完了以后，有机介质凝结成液体再重新由回液口130送回到蓄液池120，部分喷淋到热源蛇形管200表面没有成为蒸汽的有机介质液体向下滴落也汇集到蓄液池120中，与经过有机朗肯循环后的低温有机介质液体混合，再由泵800输送回换热器壳体100内部反复吸收中低温热源介质的热量，实现循环换热。本实施例所述的喷淋降膜蒸发器，具体是一种用于工业系统的中低温余热利用、地热等可再生能源发电等的有机介质朗肯循环中的降膜蒸发换热器，通过设计使得换热时喷射流量大小与热源介质温度高低对应，结构简单，能够有效提高总体传热效果，充分利用换热器壳体100内部的换热空间，换热均匀，热效率高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种喷淋降膜蒸发器，其特征在于，包括换热器壳体，以及设置在所述换热器壳体内部的热源蛇形管和布液喷管，所述热源蛇形管沿纵向设置，所述热源蛇形管的上端管口为热源介质引入口，所述热源蛇形管的下端管口为热源介质引出口，所述热源蛇形管在其上端管口与下端管口之间形成有多根间隔设置的横排管，所述布液喷管包括纵向喷管以及设于所述纵向喷管上的至少一根横向喷管，所述纵向喷管的上端管口封闭，所述纵向喷管的下端管口为有机介质引入口，至少一根所述横向喷管沿纵向方向间隔设置，所述横向喷管嵌套在所述热源蛇形管的两相邻的所述横排管之间，所述横向喷管上设有喷嘴。

2.根据权利要求1所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，所述纵向喷管设置在所述换热器壳体的中部，所述纵向喷管的两侧均设有所述热源蛇形管，所述纵向喷管的两侧均设有至少一根所述横向喷管，对应侧的每根所述横向喷管嵌套在对应侧的所述热源蛇形管的两相邻的所述横排管之间。

3.根据权利要求2所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，所述布液喷管还包括连接喷管，所述纵向喷管为至少两根，至少两根所述纵向喷管的下端均与所述连接喷管连接，所述连接喷管上设有与所述纵向喷管的下端管口连通的连接口。

4.根据权利要求1所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，还包括挡板，所述挡板设置在换热器壳体的内部的上部，且所述挡板位于所述热源蛇形管和布液喷管的上方，所述挡板的端部与所述换热器壳体的侧壁之间设有有机介质引出口，所述换热器壳体上在所述挡板的上方设有蒸汽排出口，所述蒸汽排出口与所述有机介质引出口连通。

5.根据权利要求1所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，所述横向喷管为至少两根，位于最上端的所述横向喷管与所述热源蛇形管的最上端的横排管之间预设有流动距离。

6.根据权利要求5所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，所述流动距离为15mm～40mm。

7.根据权利要求1所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，所述横向喷管上设有多个喷嘴，多个所述喷嘴沿横向方向间隔设置，靠近所述换热器壳体的最外侧的所述喷嘴与所述换热器壳体的侧壁之间预设有换热距离。

8.根据权利要求7所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，所述喷嘴设置在所述横向喷管的下侧，所述喷嘴向下倾斜40°～60°设置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，还包括设置在所述换热器壳体外部的输液管、连接管以及泵，所述换热器壳体的下部形成有蓄液池，所述热源蛇形管和布液喷管设置在所述蓄液池的上方，所述输液管的一端与所述蓄液池连通，所述输液管的另一端与所述泵的泵入口连接，所述连接管的一端与所述泵的泵出口连接，所述连接管的另一端与所述纵向喷管的有机介质引入口连接。

10.根据权利要求9所述的喷淋降膜蒸发器，其特征在于，所述换热器壳体的下部还设有回液口，所述回液口与所述蓄液池连通。