專利名稱：一種混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，具體地說是一種在換熱管間填充液態(tài)蓄熱介質(zhì)，在蓄熱介質(zhì)上方設(shè)置氣液分離空間，適用于熱源存在波動(dòng)且導(dǎo)熱系數(shù)較低的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器。
背景技術(shù)：
管殼式換熱器廣泛應(yīng)用于化工、能源和冶金等工業(yè)領(lǐng)域，為了滿足節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、可靠以及適用性強(qiáng)等要求，人們已經(jīng)開發(fā)了多種適用不同領(lǐng)域、具有不同特點(diǎn)的管殼式換熱器。目前，基于有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)的發(fā)電技術(shù)引起了越來越多的關(guān)注，其主要特點(diǎn)是通過采用沸點(diǎn)較低的有機(jī)工質(zhì)代替水蒸汽推動(dòng)動(dòng)力機(jī)做功，以實(shí)現(xiàn)中低溫?zé)嵩蠢冒l(fā)電的技術(shù)。所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電裝置主要由蒸發(fā)器、動(dòng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、工質(zhì)泵等組成。有機(jī)朗肯循環(huán)主要應(yīng)用于中低溫?zé)嵩矗Ｒ姷倪@類熱源情況比較復(fù)雜，往往存在熱·源流量或者溫度不穩(wěn)定的情況，比如說工業(yè)余熱受生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)狀況的影響，太陽能的輻射強(qiáng)度受天氣變化影響。這種熱源溫度或流量的波動(dòng)情形影響蒸發(fā)器的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，工質(zhì)的蒸發(fā)溫度或蒸發(fā)量都會(huì)隨之而波動(dòng)，從而影響系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行和熱量的充分利用。當(dāng)熱源溫度或流量降低時(shí)，工質(zhì)蒸發(fā)溫度下降、蒸發(fā)量降低，甚至有可能造成系統(tǒng)無法運(yùn)行。而當(dāng)熱源溫度或者流量高于設(shè)計(jì)值時(shí)，又會(huì)造成熱量利用不充分等情況。此外，換熱器中經(jīng)常存在傳熱不均、導(dǎo)熱系數(shù)較低、設(shè)備投資大以及設(shè)備腐蝕等常見問題，因此，如何在有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中充分高效利用這類存在溫度或流量波動(dòng)的熱源是一個(gè)亟待研究的課題。另外，在有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，人們提出采用先通過余熱鍋爐逆流換熱加熱導(dǎo)熱油，然后導(dǎo)熱油在蒸發(fā)器里直接與有機(jī)循環(huán)工質(zhì)混合接觸換熱的方法，這種方法的缺點(diǎn)在于增加設(shè)備，系統(tǒng)較復(fù)雜，難于維護(hù)等缺點(diǎn)。在蓄熱管殼式換熱器上，人們也提出了一些解決方案，如中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?00920104250. 4、名稱為“一種多層泡沫金屬管殼式換熱器”和中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?00820081601. X、名稱為“一種換熱儲(chǔ)能裝置”，分別在換熱管內(nèi)填充多層泡沫金屬或相變吸熱材料，這種方式能夠提高傳熱面或者實(shí)現(xiàn)部分蓄熱的目的，但同時(shí)也增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，占用了換熱管或者殼體的流體通行空間。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述換熱器在熱源波動(dòng)情況下的缺點(diǎn)和困難，本實(shí)用新型提供一種新型高效的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其主要方法是在換熱管間填充液態(tài)蓄熱介質(zhì)。這種介質(zhì)既能實(shí)現(xiàn)高效傳熱且傳熱均勻，還能起到蓄熱的作用，充分利用熱能。由于蓄熱介質(zhì)的比熱容高，能夠在熱源流量大、溫度高時(shí)充分吸收熱量，而在熱源流量小、溫度低時(shí)，釋放蓄存在介質(zhì)中的熱量，起到緩沖的作用。同時(shí)，通過液態(tài)蓄熱介質(zhì)還具有傳熱均勻、熱穩(wěn)定性好、防腐蝕以及導(dǎo)熱性優(yōu)良等特點(diǎn)，解決了現(xiàn)有換熱器在應(yīng)用于熱源波動(dòng)情況下的熱量高效穩(wěn)定利用等問題。[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下所述一種混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，在管殼式換熱器的換熱管間，填充一種比熱容高、飽和壓力小、導(dǎo)熱系數(shù)較高、密度較大的液態(tài)蓄熱介質(zhì)，高溫流體走管程，與蓄熱介質(zhì)通過換熱管間接換熱；低溫流體工質(zhì)走殼程，與液態(tài)蓄熱介質(zhì)直接混合接觸換熱。由于低溫工質(zhì)與蓄熱介質(zhì)換熱蒸發(fā)后會(huì)產(chǎn)生蒸汽，氣泡在形成、聚并、運(yùn)移以及逃逸過程中，會(huì)劇烈攪動(dòng)蓄熱介質(zhì)，從而使蓄熱介質(zhì)體系熱量保持均勻，提高換熱效率。在蓄熱介質(zhì)的上部區(qū)域設(shè)置氣液分離空間，使液態(tài)蓄熱介質(zhì)與蒸發(fā)出來的工質(zhì)實(shí)現(xiàn)分離，工質(zhì)氣體由連接管送出換熱器主體。所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)要求具有高比熱容、高導(dǎo)熱系數(shù)、高熱穩(wěn)定性、高密度以及低腐蝕性和低飽和蒸汽壓力，可以采用有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)鹽等物理化學(xué)性能好的蓄熱介質(zhì)，也可以混合加入其它提高蓄熱特性的材料，比如說金屬粉末。所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)選用與直接混合接觸流體工質(zhì)具有較好的互溶性，以實(shí)現(xiàn)二者之間的充分接觸和良好的換熱效果。所述氣液分離空間要滿足不同情形下，蒸發(fā)出來的工質(zhì)與蓄熱介質(zhì)的有效分離， 根據(jù)實(shí)際需要，可以在該空間安裝除沫罩。另外，由下部的進(jìn)口連接管進(jìn)入的蒸發(fā)器的工質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)部設(shè)置有一根或者一根以上的導(dǎo)流管，每根導(dǎo)流管上分布一系列出口，出口可以為一個(gè)或者一個(gè)以上，并且均勻分布，數(shù)量根據(jù)大小、流速和工質(zhì)類型而確定。同時(shí)，導(dǎo)流管形狀可以是環(huán)形，但不限于環(huán)形，導(dǎo)流管的數(shù)量根據(jù)需要而確定。由上所述，由導(dǎo)流管引入工質(zhì)，主要作用在于增大與液態(tài)蓄熱價(jià)值的接觸面積，使工質(zhì)與蓄熱介質(zhì)接觸、溶解更充分，使熱量傳遞更充分高效。同時(shí)也防止工質(zhì)在速度較高的情況下，出現(xiàn)節(jié)涌等問題。具體的說，依據(jù)以上所述的本實(shí)用新型具有以下技術(shù)特征—種混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的換熱管，所述換熱管間填充液態(tài)蓄熱介質(zhì)，在所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)上部的殼體內(nèi)設(shè)置氣液分離空間，在液態(tài)蓄熱介質(zhì)內(nèi)設(shè)置有一根或者一根以上的導(dǎo)流管，每根導(dǎo)流管上分布一個(gè)或者一個(gè)以上的導(dǎo)
流管出口。根據(jù)以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)比熱容大于工質(zhì)的比熱容。根據(jù)以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)其飽和蒸發(fā)壓力小于工質(zhì)飽和蒸發(fā)壓力。根據(jù)以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)可以是有機(jī)物質(zhì)。根據(jù)以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)可以是無機(jī)物質(zhì)。根據(jù)以上的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)可以是中長鏈烷烴。根據(jù)以上的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)也可以是低溫熔融鹽。根據(jù)以上的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，所述導(dǎo)流管形狀可以是環(huán)形，但不限于環(huán)形，導(dǎo)流管的數(shù)量根據(jù)需要而確定。[0023]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱均勻、成本較低、熱利用率高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。由于殼體間填充液態(tài)蓄熱介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效快捷的換熱，并起到蓄熱的效果，使其在熱源溫度或者流量波動(dòng)的情形下，能夠緩沖這種影響，對(duì)維護(hù)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行具有良好的作用。此外，由于氣泡攪動(dòng)蓄熱介質(zhì)，從而使換熱更高效快速。因此，本實(shí)用新型所述管殼換熱器，既保留了傳統(tǒng)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)，又充分利用液態(tài)蓄熱介質(zhì)的特性，適用于各種熱源波動(dòng)情形下的高效穩(wěn)定溫度換熱。

附圖I為本實(shí)用新型的混合換熱蓄能管殼式換熱器之結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為附圖I中A— A向視圖。在圖中，I、氣液分離空間；2、進(jìn)口連接管；3、液態(tài)蓄熱介質(zhì)；4、封頭蓋(或底);5、管板；6、換熱管；7、換熱器殼體；8、除沫罩；9、出口連接管；11、導(dǎo)流管；12、導(dǎo)流管出口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖以及實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的描述如圖I所示，本實(shí)用新型混合換熱蓄能管殼式換熱器，包括換熱器殼體7、換熱管
6、進(jìn)口連接管2、出口連接管9、封頭蓋(或底)4和管板5,以及填充在換熱管間的液態(tài)蓄熱介質(zhì)3和蓄熱介質(zhì)上方的氣液分離空間1，在氣液分離空間I中可安裝除沫罩8。上述液態(tài)蓄熱介質(zhì)3具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)3可以是有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)物質(zhì)或者是二者的混合物，包括但不限于中長鏈烷烴或低溫熔融鹽。選擇材料時(shí)，首先是要求蓄熱介質(zhì)3的比熱容大于工質(zhì)的比熱容。對(duì)于有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，所采用的有機(jī)工質(zhì)一般是低沸點(diǎn)的小分子，其熱容相對(duì)較低，以三氟二氯乙烷(R123)和二氧化碳為例，其在常溫常壓下的等壓熱容分別為110. 24J/mol.K和37. 17J/mol. K，而常規(guī)低溫熔融鹽的熱容為30(T800J/mol. K。同時(shí)，有機(jī)工質(zhì)的飽和蒸發(fā)壓力要遠(yuǎn)大于蓄熱介質(zhì)，甚至可以說蓄熱介質(zhì)幾乎沒有蒸汽壓。因此液態(tài)蓄熱介質(zhì)既能夠在熱源流量或者溫度波動(dòng)的時(shí)候，起到蓄熱的作用，同時(shí)也不會(huì)大量蒸發(fā)。另外，蓄熱介質(zhì)還具有良好的其它性能，比如說化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性以及密度等，且最好是與混合工質(zhì)互溶。以采用低溫熔融鹽為例，其一般具有非常優(yōu)良的溶解能力，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。除了低溫熔融鹽，還有一些其它的有機(jī)物或者無機(jī)物，有機(jī)物主要包括石蠟、脂肪酸、醇類；無機(jī)物也可以選用水合物無機(jī)鹽或者無機(jī)鹽等，該類物質(zhì)也具有較高的熱容，良好的物理化學(xué)性質(zhì)。此外,蓄熱介質(zhì)也可是多種物質(zhì)的混合，以實(shí)現(xiàn)不同介質(zhì)特性的互補(bǔ)，甚至可以添加金屬顆粒，以提高蓄熱和傳熱性能。上述氣液分離空間I根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定大小和配置，主要考慮蓄熱介質(zhì)的用量，在高溫工作狀態(tài)下的液態(tài)蓄熱介質(zhì)體積膨脹系數(shù)，以及高溫工作狀態(tài)下工質(zhì)蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生氣泡帶動(dòng)蓄熱介質(zhì)的沸騰等。在考慮這些情況下，設(shè)計(jì)合適的氣液分離空間I。同時(shí)，可以在氣液分離空間中裝設(shè)除沫罩8，以防止在高溫狀態(tài)下蓄熱介質(zhì)被夾帶出換熱器。另外，如圖2所示，由下部的進(jìn)口連接管進(jìn)入的蒸發(fā)器的工質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)部設(shè)置有一根或者一根以上的導(dǎo)流管11，每根導(dǎo)流管11上分布一系列導(dǎo)流管出口 12，導(dǎo)流管出口12可以為一個(gè)或者一個(gè)以上(圖示為一個(gè))，并且均勻分布，數(shù)量根據(jù)大小、流速和工質(zhì)類型而確定。同時(shí)，導(dǎo)流管11形狀可以是環(huán)形，但不限于環(huán)形，導(dǎo)流管的數(shù)量根據(jù)需要而確定。由上所述，由導(dǎo)流管11引入工質(zhì)，主要作用在于增大與液態(tài)蓄熱價(jià)值的接觸面積，使工質(zhì)與蓄熱介質(zhì)接觸、溶解更充分，使熱量傳遞更充分高效。同時(shí)也防止工質(zhì)在速度較高的情況下，出現(xiàn)節(jié)涌等問題。本實(shí)用新型混合換熱蓄能管殼式換熱器一般適用于立式結(jié)構(gòu)。高溫流體從上部進(jìn)口連接管2直接導(dǎo)入換熱管6，經(jīng)與液態(tài)蓄熱介質(zhì)3間接換熱后從下部釋放出來。低溫流體從下部進(jìn)口連接管注入換熱器殼體7中的液態(tài)蓄熱介質(zhì)3，與蓄熱介質(zhì)充分接觸換熱后蒸發(fā)，經(jīng)過氣液分離空間1，蒸發(fā)出來的氣體從蒸發(fā)器頂部的出口連接管9出來。為了使混合工質(zhì)與蓄熱介質(zhì)的充分接觸，可以分設(shè)多個(gè)低溫流體注入口。 ·
權(quán)利要求1.一種混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的換熱管，其特征在于，所述換熱管間填充液態(tài)蓄熱介質(zhì)，在所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)上部的殼體內(nèi)設(shè)置氣液分離空間，在液態(tài)蓄熱介質(zhì)內(nèi)設(shè)置有一根或者一根以上的導(dǎo)流管，每根導(dǎo)流管上分布一個(gè)或者一個(gè)以上的導(dǎo)流管出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其特征是，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)比熱容大于工質(zhì)的比熱容。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其特征是，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)其飽和蒸發(fā)壓力小于工質(zhì)飽和蒸發(fā)壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或者2或者3所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其特征是，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)是有機(jī)物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或者2或者3所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其特征是，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)是無機(jī)物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其特征是，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)是中長鏈烷烴。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其特征是，所述液態(tài)蓄熱介質(zhì)是低溫熔融鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，其特征是，所述導(dǎo)流管形狀是環(huán)形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器，它主要應(yīng)用于工質(zhì)的高效蒸發(fā)，特別適用于熱源波動(dòng)且傳熱系數(shù)較低的場(chǎng)合，該混合換熱蓄能管殼式蒸發(fā)器包括殼體和換熱管，其主要特征是在換熱管間注入液態(tài)蓄熱介質(zhì)，在蓄熱介質(zhì)的上部設(shè)置氣液分離空間，在液態(tài)蓄熱介質(zhì)內(nèi)設(shè)置有一根或者一根以上的導(dǎo)流管，每根導(dǎo)流管上分布一個(gè)或者一個(gè)以上的導(dǎo)流管出口，高溫流體首先通過換熱管間接加熱蓄熱介質(zhì)，蓄熱介質(zhì)與低溫流體直接混合接觸實(shí)現(xiàn)換熱蒸發(fā)，由于液態(tài)蓄熱介質(zhì)能起到蓄熱和傳熱作用，解決了熱源波動(dòng)造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定等問題，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的換熱系數(shù)和熱利用率，該蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熱效率高、成本低、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F28D20/00GK202675975SQ20122021212
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者李朝波, 曾志勇, 鄧金云 申請(qǐng)人:深圳市中礦投資管理有限公司, 江西德順節(jié)能科技有限公司