專利名稱：一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及有蓄冷功能的換熱技術(shù)，尤其涉及一種有三種換熱介質(zhì)的貯存低溫液化氣體冷量的相變耦合蓄冷換熱技術(shù)。
技術(shù)背景隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、國防科技和民用工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，低溫液化氣體的生產(chǎn)和應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。近年來液化天然氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的迅猛發(fā)展對(duì)調(diào)整國家能源結(jié)構(gòu)、保障我國能源安全具有重要意義；液氫、液氧、液氮等低溫液化氣體在國防工業(yè)和航天技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。低溫液化氣體的生產(chǎn)過程都需要消耗大量的高品質(zhì)能源驅(qū)動(dòng)低溫液化循環(huán)，最終獲得低溫液態(tài)產(chǎn)品，因而這些低溫液態(tài)產(chǎn)品所具有低溫能量具有極高的能量品質(zhì)。另一方面，這些低溫液態(tài)氣體在作為燃料使用的過程中(如液化天然氣、液氫、液氧)，都需要首先汽化成氣態(tài)，再復(fù)溫到接近環(huán)境溫度水平使用，大量寶貴的低溫冷量被直接釋放到環(huán)境空間，造成了極大能源浪費(fèi)。近年來，我國低溫工程領(lǐng)域的研究人員對(duì)低溫液化氣體(特別是液化天然氣)的冷量回收利用技術(shù)研究已經(jīng)展開了大量的科研探索和工程實(shí)踐，眾多低溫氣體冷量回收技術(shù)方案獲得國家實(shí)用新型專利授權(quán)，然而對(duì)于低溫液化氣體冷量回收過程中的能量匹配與平衡調(diào)節(jié)技術(shù)專利尚未見公開。據(jù)本實(shí)用新型人多年的研究發(fā)現(xiàn)，低溫液化氣體冷量回收過程中，液化氣體汽化量的連續(xù)性、汽化系統(tǒng)的可靠性、冷量利用裝置供冷量的穩(wěn)定性是直接關(guān)系低溫冷量回收性能的關(guān)鍵因素。然而，低溫液化氣體的氣化系統(tǒng)和冷量利用裝置之間常常會(huì)由于液化氣體氣化量的波動(dòng)，引起低溫冷量供應(yīng)量和需求量之間的矛盾。本實(shí)用新型專利提出的一種高效有三種介質(zhì)的貯存低溫液化氣體冷量的相變耦合蓄冷換熱技術(shù)即是針對(duì)低溫液化氣體冷量回收過程中的低溫冷量貯存與調(diào)節(jié)技術(shù)。通過本技術(shù)可平衡低溫冷量供需關(guān)系、保證低溫液化氣體氣化系統(tǒng)的可靠性和冷量利用系統(tǒng)供冷的穩(wěn)定性
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于，提供一種低溫液化氣體冷量回收利用過程中的冷量貯存調(diào)節(jié)與釋放技術(shù)，它能夠在低溫液化氣體氣化復(fù)溫過程中向冷量利用系統(tǒng)釋放所需冷量， 并能利用蓄冷介質(zhì)的固液相變貯存過剩的低溫冷量，以備低溫液化氣體氣化量較小、冷量供應(yīng)不足時(shí)向冷量利用裝置持續(xù)提供穩(wěn)定的冷量。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)所述蓄冷換熱裝置包括雙向翅片的內(nèi)管、帶外直肋的外殼管、上端板和 下端板；所述雙向翅片的內(nèi)管沿軸向穿過帶外直肋的外殼管，并通過上端板和下端板固定密封，使內(nèi)管和外殼管之間形成多通道夾層腔體；所述蓄冷換熱裝置的雙向翅片內(nèi)管內(nèi)側(cè)有波紋內(nèi)翅片，內(nèi)管外側(cè)有多根軸向平直翅片；[0009]所述蓄冷換熱裝置具有多通道夾層腔體，夾層腔體內(nèi)充有低溫固液相變材料。所述蓄冷換熱裝置的外殼管外側(cè)具有數(shù)根軸向平直翅片與冷量利用系統(tǒng)的載冷流體進(jìn)行換熱。所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管外側(cè)的軸向平直翅片與外殼管內(nèi)壁進(jìn)行釬焊連接。所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管為雙向翅片管，內(nèi)管上端焊接有第二上端板；增加內(nèi)管內(nèi)側(cè)波紋翅片，從而增大與低溫液化氣體的換熱面積。所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管外側(cè)帶有六根豎直軸向翅片，所述豎直軸向翅片與外殼管的內(nèi)壁采用釬焊連接。所述蓄冷換熱裝置的外管外側(cè)帶有八根豎直軸向翅片，外殼管下端焊接有第一下端板。本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)方案如下(1)所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管為雙向翅片管，內(nèi)管上端焊接有第二下端板；增加內(nèi)管內(nèi)側(cè)波紋翅片，從而增大與低溫液化氣體的換熱面積。(2)所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管外側(cè)帶有六根豎直軸向翅片，所述豎直軸向翅片與外殼管的內(nèi)壁采用釬焊連接。(3)所述蓄冷換熱裝置的外管外側(cè)帶有八根豎直軸向翅片，外殼管下端焊接有第一下端板。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的蓄冷換熱裝置能夠?qū)崿F(xiàn)低溫液化氣體氣化復(fù)溫過程，并同時(shí)具備向冷量利用系統(tǒng)釋放冷量和以低溫固液相變材料的相變潛熱形式貯存部分冷量的兩種功能，而傳統(tǒng)的蓄冷裝置的蓄冷與釋冷環(huán)節(jié)都是分別在不同的時(shí)間進(jìn)行。另外，本實(shí)用新型的蓄冷換熱裝置在低溫液化氣體側(cè)增加了波紋翅片，從而增加了低溫汽化側(cè)換熱面積，強(qiáng)化了低溫液體側(cè)換熱；在低溫固液相變材料所在的夾層中增加了豎直軸向肋片，減小了內(nèi)管與外殼管之間的傳熱熱阻，也增加了相變材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)，可有效提高該蓄冷換熱單元的蓄冷和釋冷速率；外殼管外側(cè)的豎直軸向翅片可增加冷量利用系統(tǒng)的載冷流體側(cè)的換熱面積，強(qiáng)化了該側(cè)換熱?？傊?，本實(shí)用新型的三介質(zhì)有相變耦合蓄冷換熱裝置強(qiáng)化了低溫液體-低溫固液相變材料-載冷流體三個(gè)耦合換熱環(huán)節(jié)的換熱性能，是一種高效的、可同時(shí)實(shí)現(xiàn)蓄冷和換熱的新型換熱裝置。

圖1是本實(shí)用新型貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置的主視圖；圖2是本實(shí)用新型貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置的軸向剖視圖；圖3是本實(shí)用新型貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置的徑向剖視圖；圖4是本實(shí)用新型貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置的工作原理圖。圖中1為外殼管；2為上端板；3為排氣孔；4為內(nèi)管；5為注液口 ；6為下端板；7 為排液口 ；8為錐形橡膠塞。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述參照?qǐng)D1、圖2、圖3，本實(shí)用新型公開了一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置，它包括外殼管1、第一上端板21、第二上端板22、排氣孔3、內(nèi)管4、注液口 5、第一下端板61、第二下端板62、排液口 7、錐形橡膠塞8等。外殼管為外壁帶8根軸向平直翅片的金屬換熱管；內(nèi)管為內(nèi)側(cè)有波紋內(nèi)翅片、外側(cè)有6根軸向平直翅片的金屬換熱管。上述部件的連接方式是外殼管1下端與第一下端板61焊接，所述第一下端板61 上留有排液口 7 ；內(nèi)管4上端與第二上端板22焊接；將內(nèi)管4外直肋片與外殼管1內(nèi)壁進(jìn)行釬焊連接，形成一個(gè)夾層腔體；錐形橡膠塞8從內(nèi)管4下端插入，嵌入第一下端板61的錐形孔中，再將第二下端板62穿過內(nèi)管4壓緊錐形橡膠塞8后用螺栓與第一下端板61緊固連接；最后將第一上端蓋21穿過內(nèi)管4上端壓緊橡膠0型密封圈9，并與焊接在內(nèi)管4上端的第二上端蓋22通過螺栓緊固連接，所述第一上端蓋21上開有排氣孔3和注液口 5。本實(shí)用新型的使用步驟為將排液口 7接連一只截止閥，并將閥門關(guān)閉，之后打開排氣孔3的旋塞，從注液口 5注入低溫固液相變材料，待相變材料注入到一定液位后，預(yù)留一定相變體積膨脹空間，旋上排氣孔3的旋塞、將注液口 5連接一只截止閥，并使之關(guān)閉。如圖4所示，根據(jù)實(shí)際換熱量的大小，將一臺(tái)或幾臺(tái)本實(shí)用新型的蓄冷換熱裝置并聯(lián)或者串聯(lián)連接后，安裝至低溫液化氣體氣化系統(tǒng)和冷量利用系統(tǒng)，使低溫液化氣體流過本實(shí)用新型的蓄冷換熱裝置內(nèi)管4內(nèi)側(cè)進(jìn)行汽化和復(fù)溫，一部分冷量經(jīng)過內(nèi)管4外壁及外直肋片傳遞給外殼管1，再通過外殼管1的外壁及外直肋片傳遞給冷量利用系統(tǒng)的載冷流體，保證冷量利用系統(tǒng)的供冷量；另一部分冷量經(jīng)內(nèi)管4的外壁和外直肋直接傳遞給夾層腔體內(nèi)的低溫固液相變材料，使之發(fā)生固液相變，以相變潛熱的形式貯存冷量。待低溫液化氣體流量降低使氣化量變小，甚至氣化量為零時(shí)，貯存在低溫固液相變材料腔的冷量再通過內(nèi)管4的外直肋傳遞給外殼管1，繼續(xù)為冷量利用系統(tǒng)的載冷流體釋放冷量，保證冷量利用系統(tǒng)供冷量的持續(xù)性和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的貯存低溫液化氣體冷量的三介質(zhì)有相變耦合蓄冷換熱裝置通過在低溫液化氣體側(cè)、低溫相變材料側(cè)和冷量利用系統(tǒng)的載冷劑側(cè)采取了相應(yīng)的強(qiáng)化換熱措施，使該換熱裝置結(jié)構(gòu)更為緊湊，且具有較高的低溫液化氣體的汽化復(fù)溫能力；低溫固液相變材料腔內(nèi)的軸向直肋片既可實(shí)現(xiàn)低溫液體直接向載冷流體傳遞冷量，且有效提高了相變材料區(qū)域的換熱性能，從而提高了相變材料腔內(nèi)蓄冷和釋冷的速率。本實(shí)用新型可成功地解決由于低溫液化氣體流量的波動(dòng)而引起冷量利用系統(tǒng)供冷量不穩(wěn)定的問題，是低溫液化氣體冷量回收利用技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)用新型。本實(shí)用新型的貯存低溫液化氣體冷量的三介質(zhì)有相變耦合蓄冷換熱裝置在低溫液化氣體、低溫固液相變材料、冷量利用系統(tǒng)載冷流體側(cè)的強(qiáng)化措施還有多種，例如，內(nèi)管內(nèi)側(cè)采用螺紋肋片、軸向豎直肋片等；低溫固液相變材料腔內(nèi)可采用環(huán)狀肋片、針狀肋片等；載冷流體側(cè)采用環(huán)狀肋片、繞片等強(qiáng)化措施等，因此，在本實(shí)用新型基本構(gòu)思下的蓄冷換熱裝置形狀及尺寸的改進(jìn)都應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置，其特征在于所述蓄冷換熱裝置包括雙向翅片的內(nèi)管、帶外直肋的外殼管、上端板和下端板；所述雙向翅片的內(nèi)管沿軸向穿過帶外直肋的外殼管，并通過上端板和下端板固定密封，使內(nèi)管和外殼管之間形成多通道夾層腔體；所述蓄冷換熱裝置的雙向翅片內(nèi)管內(nèi)側(cè)有波紋內(nèi)翅片，內(nèi)管外側(cè)有多根軸向平直翅片；所述蓄冷換熱裝置具有多通道夾層腔體，夾層腔體內(nèi)充有低溫固液相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置，其特征在于 所述蓄冷換熱裝置的外殼管外側(cè)具有數(shù)根軸向平直翅片與冷量利用系統(tǒng)的載冷流體進(jìn)行換熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置，其特征在于 所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管外側(cè)的軸向平直翅片與外殼管內(nèi)壁進(jìn)行釬焊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置，其特征在于 所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管為雙向翅片管，內(nèi)管上端焊接有第二上端板；增加內(nèi)管內(nèi)側(cè)波紋翅片，從而增大與低溫液化氣體的換熱面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置，其特征在于 所述蓄冷換熱裝置的內(nèi)管外側(cè)帶有六根豎直軸向翅片，所述豎直軸向翅片與外殼管的內(nèi)壁采用釬焊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置，其特征在于 所述蓄冷換熱裝置的外管外側(cè)帶有八根豎直軸向翅片，外殼管下端焊接有第一下端板。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種貯存低溫液化氣體冷量的蓄冷換熱裝置。它包括雙向翅片的內(nèi)管和帶外直肋的外殼管、上下端板，其特征在于，雙向翅片內(nèi)管內(nèi)側(cè)有波紋內(nèi)翅片，內(nèi)管外側(cè)有多根軸向平直翅片；外殼管外側(cè)有數(shù)根軸向平直翅片與冷量利用系統(tǒng)的載冷流體換熱；內(nèi)管外側(cè)的軸向平直翅片與外殼管內(nèi)壁進(jìn)行釬焊連接；內(nèi)管與外殼管之間形成的多通道夾層腔體內(nèi)充有低溫固液相變材料。本實(shí)用新型提供了采用低溫固液相變材料的相變潛熱貯存和調(diào)節(jié)低溫液化氣體汽化復(fù)溫過程釋放的低溫冷量的蓄冷換熱裝置，該裝置不僅具有貯存調(diào)節(jié)低溫冷量的功能，同時(shí)可保證冷量利用系統(tǒng)供冷量的持續(xù)性和穩(wěn)定性，是低溫液化氣體冷量回收利用技術(shù)的關(guān)鍵裝置。
文檔編號(hào)F28F1/42GK202041038SQ20112002431
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者厲彥忠, 林晨, 牟珊珊, 王亮, 譚宏博 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)