專利名稱：一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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(jìn)行有效降低，并避免冷卻裝置被腐蝕。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)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高，不能立刻對其進(jìn)行氣液分離處理，因此要首先采用熱交 換器對其進(jìn)行降溫處理。 現(xiàn)有的熱交換器一般分為風(fēng)冷式和液冷式(也稱水冷式)。風(fēng)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(dāng)氣溫在40攝氏度以上時，空氣本身的溫度就很高，采用風(fēng)冷就達(dá)不到有效降溫 的要求。且風(fēng)冷式多采用大功率風(fēng)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(nèi)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(jié)構(gòu)，被散熱流質(zhì)(即電解后的氣液混合物) 在管內(nèi)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(zhì)存在腐蝕性，也會對散 熱裝置產(chǎn)生破壞作用。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型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(jié)構(gòu)的液冷式熱交換 器。 本實用新型所采用的技術(shù)方案如下 —種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器，包括冷卻室、散熱管，外圍設(shè)備包括電解容 器的出口 、氣液分離裝置的進(jìn)口 。 冷卻室為一封閉容器，在其兩端設(shè)有進(jìn)口和出口 ，且進(jìn)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(jìn)口流向出口，將散熱管 中待散熱流質(zhì)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(jù)實際散熱需求自由設(shè)定，并可在冷卻過程中調(diào)節(jié)。 散熱管位于冷卻室內(nèi)部，最好位于冷卻室的中心。散熱管兩端分別作為進(jìn)口和出 口，待散熱流質(zhì)從散熱管的進(jìn)口流向出口。散熱管的進(jìn)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(jìn)口與外圍設(shè)備中電解 容器的出口相連，散熱管的出口與外圍設(shè)備中氣液分離裝置的進(jìn)口相連。散熱管的管身為 波紋結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外表面均設(shè)有波紋，由此增大待散熱流質(zhì)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(zhì)產(chǎn)生紊流，便于均勻散熱。散熱管位于 冷卻室內(nèi)的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)，其所形成的螺旋內(nèi)徑、螺旋圈數(shù)要根據(jù)用戶實際的散熱需求 來確定。這種結(jié)構(gòu)使得待散熱流質(zhì)在散熱管中可形成螺旋式流動，待散熱流質(zhì)中各處的熱
3量都能夠充分的被冷卻室內(nèi)的冷卻液體帶走，而且待散熱流質(zhì)不會在管內(nèi)淤積甚至堵塞散 熱管。其中，散熱管的螺旋結(jié)構(gòu)部分要位于冷卻室入口和出口之間，使散熱管螺旋結(jié)構(gòu)在降 溫時能夠全部處于冷卻液體中。 由于待散熱流質(zhì)存在腐蝕性，因此散熱管以及其出、入口的材質(zhì)要選用耐腐蝕且 導(dǎo)熱性好的金屬材質(zhì)，可以采用鋼、不銹鋼等。 為節(jié)約冷卻液體的使用量，在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，可以在冷卻室內(nèi)安裝一個內(nèi)管，并 且處于散熱管螺旋圈結(jié)構(gòu)之內(nèi)。內(nèi)管的兩端分別與冷卻室相連，形成一個密閉空間。內(nèi)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(nèi)管的內(nèi)部不用充 入冷卻液體，可以減少冷卻液體用量節(jié)約成本。 在使用本熱交換器對待散熱流質(zhì)進(jìn)行降溫時，首先向冷卻室內(nèi)通入冷卻液體。待 冷卻液體充滿冷卻室內(nèi)并形成勻速流動后，向散熱管中通入待散熱流質(zhì)。此時，測量從散 熱管出口出來的流質(zhì)溫度是否滿足要求，否則對冷卻液體流量及待散熱流質(zhì)的流量進(jìn)行調(diào) 整，直至流出的流質(zhì)到達(dá)所要求的溫度標(biāo)準(zhǔn)為止。 有益效果 本實用新型裝置，對比現(xiàn)有技術(shù)，通過選用具備波紋管狀的散熱管，并呈螺旋結(jié)構(gòu) 置于冷卻室內(nèi)，使得待散熱流質(zhì)中的熱量被冷卻液體充分的帶走，導(dǎo)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(nèi)，待散熱流質(zhì)在散熱管內(nèi)不會 淤積，管腔不易堵塞，并且其所具有的波紋結(jié)構(gòu)使得流經(jīng)管中的待散熱流質(zhì)易于形成湍流， 便于均勻散熱。 綜上所述，本實用新型所述散熱器具有制造成本低、結(jié)構(gòu)簡單、一體化模塊化強、 耐腐蝕、導(dǎo)熱快、散熱量大、使用壽命長等特點。

圖1為本實用新型的垂直剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型的水平剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，l-散熱管、2-冷卻室、3-內(nèi)管、4-支架、5-散熱管進(jìn)口、6-散熱管出口、7-冷 卻室進(jìn)口、8-冷卻室出口。
具體實施方式下面以對氫氧發(fā)生器中經(jīng)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(jìn)行降溫為例，結(jié)合附圖對本實用新型做詳細(xì)說明。 本實用新型提出的一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性液冷式熱交換器，包括散熱管l、 冷卻室2、內(nèi)管3和支架4。外圍設(shè)備包括電解容器的出口、氣液分離裝置的進(jìn)口。其中，散 熱管1帶有散熱管進(jìn)口 5和散熱管出口 6，冷卻室2帶有冷卻室進(jìn)口 7和冷卻室出口 8。其 結(jié)構(gòu)如圖l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(shè)有冷卻室進(jìn)口7;在圓柱罐體的 上端靠近頂部處的罐壁上設(shè)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(jìn)口 7注入冷卻室2，其液面逐漸升高，直至到達(dá)冷卻室出口 8處并流出，從而將散熱管l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(dāng)進(jìn)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(jìn)口 5和散熱管出 口 6，且散熱管進(jìn)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(jìn)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(jìn)口 5與外圍設(shè)備中電解容器的出口相連，散熱管出口 6與外圍設(shè)備中氣液 分離裝置的進(jìn)口相連。待散熱的氣液混合物從散熱管進(jìn)口5流向散熱管出口6。散熱管l 為波紋管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)外表面均設(shè)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(nèi)的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)，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(nèi) 的自來水帶走。由于待散熱流質(zhì)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(jìn)口 5均采用不銹鋼。 為使熱交換器的體積較小，同時能夠有效散熱，散熱管1所形成的螺旋圈的內(nèi)徑 控制在150mm 300mm ;散熱管1的管壁厚度應(yīng)控制在3mm 15mm之間；散熱管1的內(nèi)徑 應(yīng)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(nèi)管3采用不銹鋼，安裝在冷卻室2內(nèi)，并且處于散熱管3螺旋結(jié)構(gòu)之內(nèi)。內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)管3的內(nèi)部不用充入自來水，可以減少自來水用 在使用本熱交換器對電解水氣液混合物進(jìn)行降溫時，要通過調(diào)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55t:以 下。 本裝置的工作過程如下 當(dāng)對電解水與氫氣氧氣的氣液混合物進(jìn)行降溫時，首先向冷卻室2內(nèi)通入自來 水。當(dāng)自來水充滿冷卻室2內(nèi)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(jìn)行調(diào)整，直至到達(dá)所需溫度標(biāo)準(zhǔn)為止。 以上所述的具體描述，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本、本實用新型的優(yōu)選實施方式而已，并不用于限 定本實用新型的保護(hù)范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替 換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器，包括冷卻室、散熱管，外圍設(shè)備包括電解槽的出口、氣液分離裝置的進(jìn)口；其中，冷卻室為一個封閉容器，在其兩端設(shè)有進(jìn)口和出口，且進(jìn)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；其特征在于所述散熱管位于冷卻室內(nèi)部，散熱管兩端分別作為進(jìn)口和出口；散熱管的進(jìn)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(jìn)口與外圍設(shè)備中電解槽的出口相連，散熱管的出口與外圍設(shè)備中氣液分離裝置的進(jìn)口相連；散熱管的管身為波紋結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外表面均設(shè)有波紋；散熱管位于冷卻室內(nèi)的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)；散熱管的螺旋結(jié)構(gòu)部分要位于冷卻室入口和出口之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器，其特征在于， 散熱管所形成的螺旋圈的內(nèi)徑控制在150mm 300mm;散熱管的管壁厚度應(yīng)控制在3mm 15mm之間；散熱管的內(nèi)徑應(yīng)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lmm。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器，其特征在于， 在冷卻室內(nèi)安裝一個內(nèi)管，內(nèi)管處于散熱管螺旋圈結(jié)構(gòu)之內(nèi)；內(nèi)管的兩端分別與冷卻室相連，形成一個密閉空間；內(nèi)管與散熱管之間通過支架相連，用于固定住散熱管。
專利摘要本實用新型涉及一種基于螺旋結(jié)構(gòu)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，可用于對具有腐蝕性液體、氣體、氣液混合物等進(jìn)行散熱。本熱交換器包括冷卻室、散熱管。冷卻室是一個封閉的容器，在其兩端設(shè)有進(jìn)口和出口。散熱管位于冷卻室內(nèi)部，散熱管兩端分別作為進(jìn)口和出口，且均伸出冷卻室之外，其與冷卻室的連接處均密封。散熱管管身為波紋結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外表面均設(shè)有波紋；散熱管位于冷卻室內(nèi)的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)并位于冷卻室入口和出口之間；散熱管及其出入口的材質(zhì)選用鋼或不銹鋼。在冷卻室還可以安裝一個內(nèi)管，內(nèi)管處于散熱管螺旋圈結(jié)構(gòu)之內(nèi)。本實用新型裝置散熱效果好，且不易受外界環(huán)境干擾。
文檔編號F28D7/10GK201522211SQ20092011054
公開日2010年7月7日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)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(shù)研究所