專利名稱：一種基于螺旋結構的液冷式熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液冷式熱交換器，用于在電解水制備氫、氧氣時對電解后 的氣液混合物進行有效降低，并避免冷卻裝置被腐蝕。
背景技術：
在工業(yè)生產中，當采用電解水方式制備高純氫氣和氧氣時，電解后生成的 氣體以及尚未被電解的溶液溫度都很髙，不能立刻對其進行氣液分離處理，因 此要首先采用熱交換器對其進行降溫處理。
現(xiàn)有的用于對電解液熱進行降溫的交換器一般分為風冷式和液冷式(也稱 水冷式)。風冷式熱交換器降溫效果較低，并且常常受到實際空氣溫度的影響，
使其降溫的效果不能夠滿足電解液降溫需要。例如，當氣溫在40攝氏度以上時， 空氣本身的溫度就很高，采用風冷就達不到有效降溫的要求。且風冷式多采用 大功率風扇，體積大、成本較高。在液冷式熱交換器中，散熱管通常是直接放 入冷液箱(如水箱)中以帶走電解液內部的熱量，且散熱管都是以直管方式單 根或多根并排在一起，或者形成"弓"型、"W"等結構，被散熱流質(即電解 后的氣液混合物)在管內流動性不高且容易形成殘留，散熱效果不高，由于被 散熱流質存在腐蝕性，也會對散熱裝置產生破壞作用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決在電解水制備氫、氧氣時如何有效降低電解后的 氣液混合物的溫度并避免冷卻裝置被腐蝕的問題，提出一種基于螺旋結構的液 冷式熱交換器。
本發(fā)明所采用的技術方案如下
一種基于螺旋結構的液冷式熱交換器，包括冷卻室、散熱管、內管和支架， 外圍設備包括電解容器的出口、氣液分離裝置的進口。
冷卻室為一封閉容器，在其兩端設有進口和出口，且進口的位置要低于出口的位置。此外，在冷卻室上下兩端各開有一個通孔。冷卻液體從冷卻室進口
流向出口，將散熱管中待散熱流質的熱量帶走。冷卻液體采用溫度在20。以下的
無腐蝕性液體，如自來水、井水等。冷卻液體的流量根據實際散熱需求自由設 定，并可在冷卻過程中調節(jié)。
散熱管位于冷卻室內部，最好位于冷卻室的中心。散熱管兩端分別作為進 口和出口，待散熱流質從散熱管的進口流向出口。散熱管的進口和出口分別通 過冷卻室的上、下通孔伸出冷卻室之外，其與冷卻室通孔的連接處均要密封。 散熱管的進口與外圍設備中電解容器的出口相連，散熱管的出口與外圍設備中 氣液分離裝置的進口相連。散熱管的管身為波紋結構，管內外表面均設有波紋， 由此增大待散熱流質與散熱管管壁熱交換的接觸面積，加快向管外的冷卻液體 的熱交換，同時使待散熱流質產生紊流，便于均勻散熱。散熱管位于冷卻室內 的部分呈螺旋結構，其所形成的螺旋內徑、螺旋圈數(shù)要根據用戶實際的散熱需 求來確定。這種結構使得待散熱流質在散熱管中可形成螺旋式流動，待散熱流 質中各處的熱量都能夠充分的被冷卻室內的冷卻液體帶走，而且待散熱流質不 會在管內淤積甚至堵塞散熱管。其中，散熱管的螺旋結構部分要位于冷卻室入 口和出口之間，使散熱管螺旋結構在降溫時能夠全部處于冷卻液體中。
由于待散熱流質存在腐蝕性，因此散熱管以及其出、入口的材質要選用耐 腐蝕且導熱性好的金屬材質，可以釆用鋼、不銹鋼等。
經過反復實驗發(fā)現(xiàn)，為使熱交換器的體積較小同時又能夠有效散熱，必須
滿足一下要求散熱管！所形成的螺旋圈的內徑控制在i50mm 300mm;散熱 管1的管壁厚度應控制在3mm 15mm之間；散熱管1的內徑應控制在12mm 20mm之間；散熱管1的每個螺旋圈之間要留有間隙，間隙度不小于lmm。
內管處于散熱管螺旋圈結構之內，內管的兩端分別與冷卻室相連，形成一 個密閉空間。內管與散熱管之間不直接接觸，而是通過支架相連，從而固定住 散熱管。由于內管的內部不用充入冷卻液體，減少了冷卻液體用量，節(jié)約了成 本。
在使用本熱交換器對待散熱流質進行降溫時，首先向冷卻室內通入冷卻液 體。待冷卻液體充滿冷卻室內并形成勻速流動后，向散熱管中通入待散熱流質。 此時，測量從散熱管出口出來的流質溫度是否滿足要求，否則對冷卻液體流量 及待散熱流質的流量進行調整，直至流出的流質到達所要求的溫度標準為止。有益效果
本發(fā)明對比現(xiàn)有技術，通過選用具備波紋管狀的散熱管，并呈螺旋結構置 于冷卻室內，使得待散熱流質中的熱量被冷卻液體充分的帶走，導熱快，散熱 穩(wěn)定，且不易受外界環(huán)境干擾。此外，該散熱管呈螺旋盤狀置于冷卻室內，待 散熱流質在散熱管內不會淤積，管腔不易堵塞，并且其所具有的波紋結構使得 流經管中的待散熱流質易于形成湍流，便于均勻散熱。


圖1為本發(fā)明的垂直剖面結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的水平剖面結構示意圖。
其中，l-散熱管、2-冷卻室、3-內管、4-支架、5-散熱管進口、 6-散熱管出 口、 7-冷卻室進口、 8-冷卻室出口。
具體實施例方式
下面以對氫氧發(fā)生器中經電解水后生成的氣體和尚未被電解的水形成的氣 液混合物進行降溫為例，結合附圖對本發(fā)明做詳細說明。
本發(fā)明提出的一種基于螺旋結構的耐腐蝕性液冷式熱交換器，包括散熱管 1、冷卻室2、內管3和支架4。外圍設備包括電解容器的出口、氣液分離裝置 的進口。其中，散熱管1帶有散熱管進口5和散熱管出口6，冷卻室2帶有冷卻 室進口 7和冷卻室出口 8。其結構如圖1所示。
冷卻室2是一個封閉的圓柱型罐體，罐體材料采用不銹鋼。罐體高度與罐 底直徑的比例為5: 1。在圓柱罐體的下端靠近底部處的罐壁上設有冷卻室進口 7;在圓柱罐體的上端靠近頂部處的罐壁上設有冷卻室出口 8。在冷卻室頂端和 底端各開有一個通孔。
冷卻液體從冷卻室進口 7注入冷卻室2，其液面逐漸升高，直至到達冷卻 室出口 8處并流出，從而將散熱管1中氣液混合物的熱量帶走。冷卻液體采用 溫度在20。以下的自來水。當進行熱交換時，自來水在冷卻室2中的流量控制在 3 8L/min，從而做到有效散熱。
散熱管1位于冷卻室2的中心。散熱管1兩端分別作為散熱管進口 5和散熱管出口 6，且散熱管進口 5位于冷卻室頂部，散熱管出口 6位于冷卻室2底部。 散熱管進口 5和散熱管出口 6通過冷卻室2的通孔伸出冷卻室2之外，其與冷 卻室2通孔的連接處采用焊接密封；散熱管進口 5與外圍設備中電解容器的出 口相連，散熱管出口 6與外圍設備中氣液分離裝置的進口相連。待散熱的氣液 混合物從散熱管進口 5流向散熱管出口 6。散熱管1為波紋管結構，其內外表面 均設有波紋，可增大氣液混合物與散熱管管壁熱交換接觸面積，加快向管外的 自來水的熱交換。散熱管1位于冷卻室2內的部分呈螺旋結構，使得氣液混合 物在散熱管1中形成螺旋式流動，氣液混合物中各處的熱量都能夠充分的被冷 卻室2內的自來水帶走。由于待散熱流質可能存在腐蝕性，因此散熱管1以及 散熱管出口6、散熱管進口5均采用不銹鋼。
散熱管1所形成的螺旋圈的內徑控制在150mm 300mm;散熱管1的管壁 厚度應控制在3mm 15mm之間；散熱管1的內徑應控制在12mm 20mm之間； 散熱管1的每個螺旋圈之間要留有間隙，間隙度不小于lmm。
內管3采用不銹鋼，安裝在冷卻室2內，并且處于散熱管3螺旋結構之內。 內管的上、下端分別與冷卻室2的頂部、底部相連，形成一個密閉空間。內管3 與散熱管3之間通過支架4相連，支架4的兩端分別與內管3、散熱管3相焊接， 一個螺旋圈上接2根或2根以上的支架，但不需要每一個螺旋圈都用支架與內 管3相連，可以每間隔幾個螺旋圈再采用支架連接，由此固定住散熱管7。且由 于內管3的內部不用充入自來水，減少自來水用量。
在使用本熱交換器對電解水氣液混合物進行降溫時，要通過調節(jié)自來水的 流量以及電解水氣液混合物的流量，保證從散熱管出口 6出來的電解水氣液混 合物溫度在55"C以下。
本裝置的工作過程如下
當對電解水與氫氣氧氣的氣液混合物進行降溫時，首先向冷卻室2內通入 自來水。當自來水充滿冷卻室2內并形成勻速流動后，向散熱管1中通入氣液 混合物。此時，測量從散熱管出口 6出來的氣液混合物溫度是否在55。C以下， 否則對水流或氣液混合物的流速進行調整，直至到達所需溫度標準為止。
權利要求
1、一種基于螺旋結構的液冷式熱交換器，包括冷卻室、散熱管，外圍設備包括電解槽的出口、氣液分離裝置的進口；其中，冷卻室為一個封閉容器，在其兩端設有進口和出口，且進口的位置要低于出口的位置，此外，在冷卻室上下兩端各開有一個通孔；所述散熱管位于冷卻室內部，散熱管兩端分別作為進口和出口；散熱管的進口和出口通過冷卻室的通孔伸出冷卻室之外，其與冷卻室通孔的連接處均要密封；散熱管的進口與外圍設備中電解槽的出口相連，散熱管的出口與外圍設備中氣液分離裝置的進口相連；其特征在于散熱管的管身為波紋結構，管內外表面均設有波紋；散熱管位于冷卻室內的部分呈螺旋結構；散熱管的螺旋結構部分要位于冷卻室入口和出口之間；散熱管所形成的螺旋圈的內徑控制在150mm～300mm；散熱管的管壁厚度應控制在3mm～15mm之間；散熱管的內徑應控制在12mm～20mm之間；散熱管的每個螺旋圈之間要留有間隙，間隙度不小于1mm；散熱管以及其出、入口的材質包括但不限于鋼或不銹鋼中的至少一種；在冷卻室內安裝一個內管，內管處于散熱管螺旋圈結構之內；內管的兩端分別與冷卻室相連，形成一個密閉空間；內管與散熱管之間通過支架相連，用于固定住散熱管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于螺旋結構的液冷式熱交換器，解決了在電解水制備氫、氧氣時如何有效降低電解后的氣液混合物的溫度并避免裝置被腐蝕的問題。本熱交換器包括冷卻室、散熱管、內管和支架。冷卻室是一個封閉的容器，在其兩端設有進口和出口。散熱管位于冷卻室內部，散熱管兩端分別作為進口和出口，均通過冷卻室的通孔伸出冷卻室之外。散熱管管身為波紋結構，管內外表面均設有波紋。散熱管位于冷卻室內的部分呈螺旋結構并位于冷卻室入口和出口之間；散熱管及其出入口的材質選用鋼或不銹鋼。本發(fā)明裝置散熱效果好，且不易受外界環(huán)境干擾。
文檔編號F28D7/10GK101625207SQ20091009008
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權日2009年7月27日
發(fā)明者呂新民, 杜海濤, 陳姚建平 申請人:北京鶴華安吉電子技術研究所