CN1271841A - 蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸发器,传热面在低温流体流动方向分隔成多个部分,高温流体侧与低温流体侧凹凸正好相反而共同形成的一定凹凸花纹,在传热面上被分隔出来的各个部分形状各异。上述凹凸花纹分别形成不同的凹凸形状,使得高温流体流入速度越大的部分对高温流体所定的阻力越大,流入速度越小的部分对高温流体所定的阻力越小,高温流体对传热面各部分处于大致均匀的分布状态。

Description

蒸发器

本发明是一种将热量从高温流体转移到低温流体，让低温流体蒸发的蒸发器，特别是关于一种蒸发效率高的蒸发器的发明。

温差发电，或蒸汽动力、化学、食品工业等的设备，以及冷冻机与热泵所用的蒸发器，一般都是在高温流体与低温流体之间进行热传递，目的是使低温流体实现从液相到气相的相变化。这种现有的蒸发器有多管式、平板式、螺旋式等种类，例如在温差发电设备中，用高温流体的热使低温流体蒸发的蒸发器，一般采用平板式蒸发器。图4与图5所示的是这种现有的蒸发器的一个实例。该图4是现有的蒸发器的主要部分立体图，图5是现有的蒸发器的组装状态的概略说明图。

上述各图中现有的蒸发器100，有许多两个一组的热交换板101、102，在相互层叠的状态下，装在架设在固定框架103与支承杆104之间的上下两根导向杆105、106上，各热交换板101、102被装在导向杆105、106上的活动框架107与固定框架103所夹持，各热交换板101、102的表里两侧形成两个一组的热交换流路A、B。这是一个高温流体108在一个热交换流路A中流动，低温流体109在另一个热交换流路B中流动，进行热交换的组合。

上述热交换板101、102是对大致为板状的材料，按一定的形状与表面状态进行冲压加工形成的，四角开口形成高温流体108或低温流体109的流通通道a、b、c、d，同时在一个表面设有避免高温流体108与低温流体109混流的分隔衬垫111、112，正反倒置后相互之间是一样的。

为了增加传热面积，同时促进从高温流体108向传热面的热转移，以及从传热面向低温流体109的热转移，在构成传热面的热交换板101、102上，形成有凹凸的花纹(图中未表示出)。

由于现有的蒸发器采用上述结构，因此高温流体108流入作为传热面的各热交换板101、102的流入部分与热交换板101、102的大小相比较小，流入的高温流体108在热交换板101、102的宽度方向成为速度不同的状态，高温流体108在整个传热面上的流量分布是不均匀的。因此，高温流体108与传热面的接触状态在传热面的各个不同位置是不均匀的，按传热面的大小比例，从高温流体108到传热面的热转移效率不高。

本发明是为了解决上述课题而开发完成的，其目的是提供一种传热面形状能让高温流体与传热面的各个位置均匀地接触，可在传热面的各个位置切实、充分地进行热交换，促进低温流体蒸发，提高热效率的蒸发器。

本发明的蒸发器是一种设置有一个或多个大致成板状体的传热面，高温流体与低温流体分别在传热面两侧流动，夹着上述传热面垂直对流，进行热交换，使低温流体从液相变为气相的蒸发器，其特征是上述传热面在低温流体流动方向分隔成多个部分，高温流体侧与低温流体侧凹凸正好相反而共同形成的一定凹凸花纹，在传热面上被分隔出来的各个部分形状各异，上述各部分的凹凸花纹分别形成不同的凹凸形状，使得高温流体流入速度越大的部分，对高温流体所定的阻力越大，流入速度越小的部分，对高温流体所定的阻力越小，沿传热面流动的高温流体对传热面的各个部分处于大致均匀的分布状态。这样，在本发明中，在热交换用的传热面上设定了多个部分，各部分都形成多种不同的凹凸花纹，各部分的凹凸花纹，根据高温流体的流入速度，使流入的高温流体遇到不同的阻力，分别对流量进行调整，从而使得流入的高温流体大致均匀地分布在传热面的各个部分，即使在因高温流体的供给位置偏倚、高温流体不能对传热面的低温流体流动方向全部以同样方式流入，在以前无法让高温流体在整个传热面上有均匀流量的情况下，也能让高温流体流遍整个传热面，使高温流体在整个传热面上的流量均匀，提高整个传热面与高温流体的接触频度，大幅度地提高高温流体经由传热面向低温流体的热转移效率。

本发明的蒸发器，如有必要，可以将上述传热面被分隔出来的多个部分中高温流体流入速度最大的部分的凹凸花纹，做成向着低温流体流动方向呈连续凸条形或沟形、且在高温流体流动方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状，同时将与上述高温流体流入速度最大的部分相邻部分的凹凸花纹，做成向着低温流体流动方向按一定角度倾斜的连续凸条形或沟形、在与该倾斜方向成垂直相交的方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状。这样，在本发明中，在传热面各部分形成的凹凸花纹中，在高温流体流入速度最大的部分，形成与高温流体流动方向垂直相交的连续凹凸花纹，增大对高温流体的阻力，另外在与上述部分相邻的其它部分，形成与高温流体流动方向倾斜的连续凹凸花纹，上述部分使得对高温流体的流动阻力变小，与高温流体流入速度最大的部分相比，其相邻部分的高温流体更能顺畅地流动，这样，高温流体从高温流体流入速度最大的部分流入与其相邻的部分，高温流体在传热面各位置的流量均匀，提高了整个传热面与高温流体的接触频度，提高了高温流体向低温流体的热转移效率，使低温流体的蒸发效率更高。

本发明的蒸发器，如有必要，可以让上述传热面一定部分的横截面大致为波浪形凹凸的凹凸花纹，由大小为从高温流体转移出热量的热转移率最好的凸条形或沟形部分，同大小为向低温流体转移热量的热转移率最好的凸条形或沟形部分，按一定间距各一个，或各多个组合形成。这样，在本发明中，在传热面的一定部分，由从高温流体转移出热量的热转移率最大的形状部分以及向低温流体转移热量的热转移率最大的形状部分，按一定间距组合形成凹凸花纹，各流体与传热面的热转移性能都处于高效状态，因此，可以使从高温流体向低温流体的热转移效率达到最高，使低温流体的蒸发更加高效率地进行。

本发明的蒸发器，如有必要，可以将上述传热面被分隔出来的多个部分中位置最靠近低温流体流入侧部分的凹凸花纹，做成高温流体侧是凸形或凹形，长度方向与低温流体流动方向一致，在高温流体流动方向按一定间距并立的多个细长的，具有一定宽度的凹凸形状。这样，在本发明中，低温流体流入侧端部的凹凸花纹形成长度方向与低温流体流动方向一致的一定形状，低温流体能方便地流入传热面，因此能确保通过凹凸扩大传热面，可以促进高温流体与传热面在低温流体流入侧部分的接触，进行热转移，同时可以降低低温流体的流入阻力，让低温流体顺畅地流入传热面之间，与传热面接触，增加从传热面向低温流体热转移的频度，使低温流体的沸腾、蒸发更加高效率地进行。

本发明的蒸发器，如有必要，可以将上述传热面的上述的多个部分中，高温流体流入速度最大的部分的、低温流体侧表面的高温流体流动方向中央部分一定范围做成多孔质。这样，在本发明中，传热面的低温流体侧表面中央部分成多孔质化，与传热面接触、加热的低温流体的气泡发生核有所增加，同时长到一定大小的气泡发生核也容易从传热面脱离，因此，因加热而产生的低温流体的气泡会是尽量小的气泡，可顺畅地脱离、上升，可以更好地确保液相的低温流体与传热面的接触面积，使低温流体的蒸发更加高效率地进行。

本发明的蒸发器，如有必要，可以将上述传热面做成高温流体流动方向与低温流体流动方向同各边方向分别一致的矩形或正方形的大致板状体，同时将上述传热面各部分的凹凸花纹做成关于与低温流体流动方向平行的、传热面二等分线对称的花纹。这样，在本发明中，传热面的各部分凹凸花纹形成关于传热面的二等分线对称的形状，即使高温流体的流入方向相反，也不会使热转移状态发生变化，因此，可以将一个传热面左右替换，用作对向的传热面，可以降低蒸发器的整体造价。

下面，参照附图对本发明的一种实施方式的蒸发器进行说明。

图1是本发明的一种实施方式的蒸发器设置状态的侧视图。

图2是本发明的一种实施方式的蒸发器的传热面的概略结构图。

图3是本发明的一种实施方式的蒸发器的传热面的主要部分切口立体图。

图4是现有的蒸发器的主要部分的分解立体图。

图5是现有的蒸发器的组装状态概略说明图。

本实施方式的蒸发器以海水为高温流体，以氨或氨与水的混合物为低温流体。

如上述图1～图3所示，本实施方式的蒸发器的结构是，在金属制的箱形机壳10内，设置着多组并立状态的金属制的矩形板状体传热面1，其与低温流体对应的面相互平行地相对向排列，相对向的两个传热面1各自的侧端部连接在一起，大致呈筒形的筒体，该大致呈筒形的筒体的上下开口部分是低温流体的出口与入口，低温流体从下部流到上部，在传热面1前后的相反侧，即大致呈筒形的筒体的外侧，高温流体在与低温流体垂直相交的方向流动。在包围着各传热面1的机壳10的各侧面上，在正好相当于传热面1上下方向中央部的高度，设置着高温流体的供给口10a与排出口10b，在机壳10的上下面上，分别设置着与上述大致呈筒形的筒体上下开口部分连通的低温流体的流出口10c与流入口10d。

上述传热面1由三条平行的分界线将其上下方向分为四个部分，高温流体侧与低温流体侧凹凸正好相反而共同形成的一定凹凸花纹，在上述被分隔出来的各个部分形状各异。各凹凸花纹除了增加传热面积、提高传热面1的强度外，还对各部分流体的流动带来阻力，起到引导流体按一定方向流动的作用。该传热面1上下方向的部分划分不一定是四个，可以根据传热面上下方向的大小确定适当的数目。

在传热面的多个部分中，相当于机壳10的供给口10a的正面、即高温流体流入速度最大的中央部分4的凹凸花纹为低显流体流动方向连续凸条形或沟形，且在高温流体流动方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状。该凹凸花纹在以海水为高温流体，氨或氨与水的混合物为低温流体的条件下，为对低温流体的热转移率(沸腾热转移率)最好的约为10mm宽度的沟形部4a两条(从低温流体侧看的形状)，以及对高温流体的热转移率(对流热转移率)最好的约为20mm宽度的沟形部4b(从低温流体侧看的形状)，反复交互相配的形状(参照图3)。在该中央部分4中，低温流体侧表面的高温流体流动方向中央部分一定范围(图2中以符号P表示的部分)用金属喷涂等加工方法做成多孔质层(图中未表示出)。该多孔质层的厚度与粗糙度可根据所用的低温流体的种类矩形适当地调整。

与上述中央部分4相邻的两个部分3、5的凹凸花纹是关于与低温流体流动方向平行的、传热面二等分线对称的花纹，是向着低温流体流动方向按一定角度倾斜的连续凸条形或沟形、且在与该倾斜方向成垂直相交的方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状。该两个部分3、5的凹凸花纹倾斜设置的部分比上述部分4的凹凸花纹对高温流体流动的阻力小。

上述传热面1最下面的部分2，是低温流体的流入侧，该部分2的凹凸花纹向着低温流体流动方向呈连续凸条形或沟形、且在高温流体流动方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状。由于在低温流体流动方向呈连续凸条形或沟形，所以对低温流体的流动阻力小。

在上述传热面1的周围，在相对向的两个传热面1被连接的同时，存在着构成因连接形成的大致呈筒形的筒体的侧面的、具有一定宽度的大致为板状的连接部分(图中未表示出)，使两个传热面1平行且保持一定的间隔。该连接用部分，一般为不会对大致呈筒形的筒体内外各流体形成阻力的平滑面，但是也可以在该连接部分，形成按一定间隔设置的、多个具有对高温流体侧为凹，对低温流体侧为凸的一定凹凸形状的凹凸花纹，这样可以大幅度地提高传热面1对抗高温流体侧来的压力的强度。

下面，对具有上述结构的蒸发器的热交换动作进行说明。

液相的低温流体被一定的压力，通过机壳10的流入口10d，从两个传热面1构成的大致呈筒形的筒体下部向上供给，低温流体被送到构成大致呈筒形的筒体内侧的传热面1。高温流体从上述机壳10的供给口10a连续供给，又从排出口10b回收，该高温流体在构成大致呈筒形的筒体内侧的传热面1之间与低温流体流相互垂直对流，通过各传热面1进行热交换。

在传热面1上，高温流体的流入速度分布为供给口正面部分速度最大，在其上下，离其越远，速度越慢，高温流体的流量按该速度分布，与传热面1的各个位置接触，但是由于传热面1各部分的凹凸花纹的形状使得它们在传热面供给口正面高温流体流入速度最快的中央部分4，对高温流体流阻力最大，在高温流体流入速度较慢的部分3、5，阻力较小，所以有一定量流入传热面1的高温流体从阻力较大的部分4转移到阻力较小的部分3、5，使得高温流体，对于使低温流体沸腾的传热面1的各部分而言，处于大致均匀分布的状态(参照图2)。这样，在各传热面位置上，高温流体进行的热转移是均匀的，能充分地向低温流体进行热转移。

在构成大致呈筒形的筒体内侧的传热面1之间，低温流体先与传热面1下侧部分2的各个位置接触，通过传热面1从外侧的高温流体吸收热量，一边被加热，一边到达其上侧部分3。在该部分3，低温流体因为高温流体的热转移而在传热面沸腾，产生气泡。在上面的中央部分4，在多孔质化的中央部位，低温流体更加沸腾得快，产生大量的小气泡，与下侧的沸腾产生的气泡一起，沿上下方向连续的凹凸花纹迅速地向上方移动，脱离液相的低温流体，变成气相的低温流体。该气相的低温流体，从构成大致呈筒形的筒体内侧的两个传热面1之间到达上部开口，通过机壳10的流出口10c被取出到外部。

这样，由于本发明的蒸发器，在机壳10内设置了热交换用的传热面1，该传热面1上设定了4个形成有形状各异的一定凹凸花纹的部分，在低温流体在该传热面1之间通过的同时，高温流体在传热面1的相反一侧以各位置均匀的流量流动，通过传热面1进行热交换，因此，传热面1各位置上高温流体的热转移效率可达到最大，低温流体在气相与液相的状态下，均可顺畅地流动，可充分地从传热面1进行热转移，热交换效率得到大幅度提高。由于传热面1上除了形成有一定的凹凸花纹外，还在低温流体侧表面一定范围内形成有多孔质层，因此可促进气泡的产生，可更加有效地进行低温流体的相位变化，从而提高蒸发器的蒸发能力。

在上述实施方式的蒸发器中，传热面1中央部分4的凹凸花纹，有两条对低温流体的热转移率最好的宽度较窄的沟形部4a，以及对高温流体的热转移率最好的、宽度较宽的沟形部4b，反复交互相配构成的形状，但是不限于此，较窄的沟形部4a与较宽的沟形部4b交互相配的状态可以变更，还可以全部由一定宽度的沟形部并立配置而构成。沟形部的宽度也不限于上述说明，在所用的高温流体与低温流体种类不同的情况下，可根据各流体的种类而采取适当的宽度。

在上述实施方式的蒸发器中，传热面1中央部分4的凹凸花纹是由横截面大致呈半圆形的凹凸形状构成的，但是也可以用其它形状，如横截面为三角形，矩形，正方形的凹凸形状构成，使高温流体在高温流体侧表面得到有效搅拌，便可以更好地提高高温流体向传热面1的热转移效率。

在上述实施方式的蒸发器中，与传热面1中央部分4相邻的部分3、5的凹凸花纹，是向着低温流体流动方向按一定角度倾斜的连续凸条形或沟形、在与该倾斜方向成垂直相交的方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状，但是也可以与上述中央部分4一样，由对低温流体的热转移率最好的宽度较窄的、以及对高温流体的热转移率最好的、宽度较宽的凸条形或沟形部分，反复交互相配构成，通过提高高温流体向低温流体的热转移总体效率，使热交换效率得到提高。

在上述实施方式的蒸发器中，在机壳10上分别设有一个流出口10c与一个流入口10d，但是并不限于此，可分别设置多个，在传热面1的数目较多，尺寸较大，蒸发器的横向尺寸较大的情况下，这样做可以将低温流体不偏倚地均匀送入各传热面1构成的大致呈筒形的筒体内。

在上述实施方式的蒸发器中，可以在机壳10的流入口10d上游侧的低温流体供给通道中，设置用超声波使低温流体振动的超声波振荡器，超声波使低温流体产生气泡，在含气泡的低温流体到达传热面1时，气泡沿传热面1上升，对传热面1下部附近的低温流体进行搅拌，促进低温流体与传热面1的接触，提高热转移率，从而提高蒸发效率。

如上所述，根据本发明，在热交换用的传热面上设定了多个部分，各部分都形成多种不同的凹凸花纹，各部分的凹凸花纹，根据高温流体的流入速度，使流入的高温流体遇到不同的阻力，分别对流量进行调整，从而使得流入的高温流体大致均匀地分布在传热面的各个部分，即使在因高温流体的供给位置偏倚、高温流体不能对传热面的低温流体流动方向全部以同样方式流入，在以前无法让高温流体在整个传热面上有均匀流量的情况下，也能让高温流体流遍整个传热面，使高温流体在整个传热面上的流量均匀，提高整个传热面与高温流体的接触频度，大幅度地提高高温流体经由传热面向低温流体的热转移效率。

另外，根据本发明，在传热面各部分形成的凹凸花纹中，在高温流体流入速度最大的部分，形成与高温流体流动方向垂直相交的连续凹凸花纹，增大对高温流体的阻力，另外在与上述部分相邻的其它部分，形成与高温流体流动方向倾斜的连续凹凸花纹，上述部分使得对高温流体的流动阻力变小，与高温流体流入速度最大的部分相比，其相邻部分的高温流体更能顺畅地流动，这样，高温流体从高温流体流入速度最大的部分流入与其相邻的部分，高温流体在传热面各位置的流量均匀，提高了整个传热面与高温流体的接触频度，提高了高温流体向低温流体的热转移效率，使低温流体的蒸发效率更高。

还有，根据本发明，在传热面的一定部分，由从高温流体转移出热量的热转移率最大的形状部分以及向低温流体转移热量的热转移率最大的形状部分，按一定间距组合形成凹凸花纹，各流体与传热面的热转移性能都处于高效状态，因此，可以使从高温流体向低温流体的热转移效率达到最高，使低温流体的蒸发更加高效率地进行。

此外，根据本发明，低温流体流入侧端部的凹凸花纹形成长度方向与低温流体流动方向一致的一定形状，低温流体能方便地流入传热面，因此能确保通过凹凸扩大传热面，可以促进高温流体与传热面在低温流体流入侧部分的接触，进行热转移，同时可以降低低温流体的流入阻力，让低温流体顺畅地流入传热面之间，与传热面接触，增加从传热面向低温流体热转移的频度，使低温流体的沸腾、蒸发更加高效率地进行。

还有，根据本发明，传热面的低温流体侧表面中央部分成多孔质化，与传热面接触、加热的低温流体的气泡发生核有所增加，同时长到一定大小的气泡发生核也容易从传热面脱离，因此，因加热而产生的低温流体的气泡会是尽量小的气泡，可顺畅地脱离、上升，可以更好地确保液相的低温流体与传热面的接触面积，使低温流体的蒸发更加高效率地进行。

另外，根据本发明，传热面的各部分凹凸花纹形成关于传热面的二等分线对称的形状，即使高温流体的流入方向相反，也不会使热转移状态发生变化，因此，可以将一个传热面左右替换，用作对向的传热面，可以降低蒸发器的整体造价。

Claims (6)

1.一种设置有一个或多个大致成板状体的传热面，高温流体与低温流体分别在传热面两侧流动，夹着上述传热面垂直对流，进行热交换，使低温流体从液相变为气相的蒸发器，其特征是，

上述传热面在低温流体流动方向分隔成多个部分，高温流体侧与低温流体侧凹凸正好相反而共同形成的一定凹凸花纹，在传热面上被分隔出来的各个部分形状各异，

上述各部分的凹凸花纹分别形成不同的凹凸形状，使得高温流体流入速度越大的部分，对高温流体所定的阻力越大，流入速度越小的部分，对高温流体所定的阻力越小，沿传热面流动的高温流体对传热面的各个部分处于大致均匀的分布状态。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征是，

上述传热面被分隔出来的多个部分中高温流体流入速度最大的部分的凹凸花纹，为向着低温流体流动方向呈连续凸条形或沟形、且在高温流体流动方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状，同时

与上述高温流体流入速度最大的部分相邻部分的凹凸花纹，为向着低温流体流动方向按一定角度倾斜的连续凸条形或沟形、在与该倾斜方向成垂直相交的方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状。

3.根据权利要求2所述的蒸发器，其特征是，上述传热面一定部分的横截面大致为波浪形凹凸的凹凸花纹，由大小为从高温流体转移出热量的热转移率最好的凸条形或沟形部分，同大小为向低温流体转移热量的热转移率最好的凸条形或沟形部分，按一定间距各一个，或各多个组合形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸发器，其特征是，上述传热面被分隔出来的多个部分中位置最靠近低温流体流入侧部分的凹凸花纹，为在低温流体流动方向为连续凸条形或沟形，在高温流体流动方向按一定间距并立的、横截面大致成波浪形的凹凸形状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的蒸发器，其特征是，上述传热面的上述的多个部分中，高温流体流入速度最大的部分的、低温流体侧表面的高温流体流动方向中央部分一定范围被多孔质化。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器，其特征是，上述传热面为高温流体流动方向与低温流体流动方向同各边方向分别一致的矩形或正方形的大致板状体，同时上述传热面各部分的凹凸花纹为关于与低温流体流动方向平行的、传热面二等分线对称的花纹。

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