專利名稱：以恒沸物為工質(zhì)的分離式相變換熱低溫余熱回收裝置和技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫余熱回收，具體地說是一種以恒沸物為循環(huán)工質(zhì)的分離式相變換熱低溫余熱回收裝置和技術(shù)。
在動力、石油化工、有機合成等生產(chǎn)過程中，常有150℃以下的流體(產(chǎn)品或中間產(chǎn)品)需冷卻到工藝要求的溫度或轉(zhuǎn)到下一工序繼續(xù)加工。它們的溫度勢雖不高，但流量很大，故熱容量不小。為了回收這種低溫余熱，國內(nèi)外科技工作者作了大量工作。先后開發(fā)了低沸點有機工質(zhì)發(fā)電、吸收制冷、熱泵、熱管、熱媒換熱等低溫余熱回收裝置和技術(shù)。但是它們有的投資過大，有的換熱效率不高。利用重力熱管原理開發(fā)的真空相變換熱技術(shù)(中國專利89207329.2)雖然已有了工業(yè)利用，然而，由于需要在真空度高達0.0965 MPa條件下運轉(zhuǎn)，故對設(shè)備的材質(zhì)和加工要求很高。文獻上開發(fā)的有機工質(zhì)發(fā)電，一般選用低沸點單一有機物為工質(zhì)，為使這種有機工質(zhì)得以循環(huán)，必須配備低于該有機物沸點的冷源。
本發(fā)明的目的旨在提供一種制造容易、選擇余地大的低溫余熱回收裝置和技術(shù)。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的在具有蒸發(fā)段(設(shè)在下部)、冷凝段(設(shè)在上部)和聯(lián)結(jié)通道(設(shè)在中部)的余熱回收裝置中，采用具有最低恒沸點的恒沸物為循環(huán)工質(zhì)。待回收余熱的熱流體使蒸發(fā)段內(nèi)的液態(tài)恒沸物汽化，經(jīng)聯(lián)接通道進入冷凝段并被冷流體冷凝成液態(tài)，再依靠重力沿聯(lián)接通道的內(nèi)壁自動流回蒸發(fā)段中，以此實現(xiàn)工質(zhì)的操作循環(huán)。已被加熱的冷流體可直接送往用戶，從而實現(xiàn)了余熱的回收。
恒沸現(xiàn)象是某些液體特有的性質(zhì)，它們有二元恒沸物，三元恒沸物和多元恒沸物。對某一指定的恒沸而言，其恒沸點和恒沸物組成是一定的。在恒沸點以下它們都呈液態(tài)，而且是互不相溶或至多微溶。具有最低恒沸點的恒沸物的恒沸溫度低于組成該恒沸物的純物質(zhì)沸點，例如二元恒沸物丙二醇一乙醇的恒沸點為63.5℃，其組成為丙二醇∶乙醇＝81∶19，而純物質(zhì)的沸點1，2丙二醇為188.2℃，1，3丙二醇為214℃，乙醇為78.4℃。
采用具有最低恒沸點的恒沸物為循環(huán)工質(zhì)可使原來在常壓下不能實現(xiàn)相變換熱的傳熱過程變?yōu)橄嘧儞Q熱過程，以提高其傳熱系數(shù)。也可在減壓下操作，進一步降低恒沸點，以回收更低溫度的余熱。
本發(fā)明具有以下特點1、恒沸工質(zhì)在蒸發(fā)段和冷凝段都是相變換熱，由于對同一流體來說相變換熱比無相變換熱的表面換熱系數(shù)要大數(shù)十倍近至百倍，特別是由于恒沸物是由互不相溶的單質(zhì)組成，在相變過程中不會形成膜狀沸騰或膜狀冷凝，這樣使得傳熱系數(shù)更大。
2、無需真空，使加工制造大為簡化。
3、恒沸物種類很多，而且和純單質(zhì)一樣其恒沸點也隨系統(tǒng)的真空度提高而降低，因此工作溫度選擇余地很大。
4、依靠重力實現(xiàn)工質(zhì)的自動循環(huán)無需動力，因此結(jié)構(gòu)緊湊。
5、使用恒沸點逐漸降低的恒沸物或改變各級操作壓力可以實現(xiàn)分級回收熱量，以滿足不同的工藝要求。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的描述

圖1為系統(tǒng)示意圖。
蒸發(fā)段(1)在下部，冷凝段(2)在上部，其中間用聯(lián)接通道(3)相聯(lián)接。蒸發(fā)段(1)和冷凝段(2)的結(jié)構(gòu)有多種型式，但它們都是間壁式熱交換器，推薦采用高效換熱元件DAE或DAC。在蒸發(fā)段(1)內(nèi)裝有循環(huán)工質(zhì)(4)。待回收余熱的流體以較高溫度T1由蒸發(fā)段進口(6)經(jīng)管程后以T2(T1＞T2)由蒸發(fā)段出口(7)排出，待加熱流體以溫度t1由冷凝段進口(9)進入冷凝段的管程后以溫度t2(t2＞t1)從冷凝段出口(8)送往用戶。在冷凝段(2)的上部設(shè)有止逆閥(5)。當(dāng)系統(tǒng)為常壓操作時，止逆閥(5)出口和大氣相通以排放系統(tǒng)中的不凝汽〔此時系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)(4)溫度為該恒沸物的恒沸點TH〕；當(dāng)系統(tǒng)處于負壓操作時，止逆閥(5)出口和真空系統(tǒng)相聯(lián)接(此時系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)溫度低于該恒沸物的恒沸點，其數(shù)值取決于系統(tǒng)的真空度)。
為保證在聯(lián)接通道(3)中汽一液各行其道，圖2給出了聯(lián)接通道(3)的局部放大圖。聯(lián)接通道(3)上端伸入冷凝段(2)的外殼并有一定的高度h，在聯(lián)接通道(3)靠近冷凝段(2)內(nèi)壁處沿周開有若干小孔(10)。在聯(lián)接通道(3)內(nèi)測設(shè)有裙圍(11)，裙圍(11)下端為鋸齒狀，齒尖緊貼聯(lián)接通道(3)內(nèi)壁，這樣，上升蒸汽由聯(lián)接通道(3)中間部分上升，而積在冷凝段(2)的液態(tài)工質(zhì)(4)經(jīng)由小孔(10)及裙圍(11)沿聯(lián)接通道(3)的內(nèi)壁流往蒸發(fā)段(1)中。
為防止上升蒸汽挾帶回流的液滴，在某些特殊條件下(如汽相流速太大)，還可設(shè)置承液盤(12)及導(dǎo)液管(13)，將回流液體直接送往蒸發(fā)段(1)的液面下。
為滿足不同用戶的要求，圖3給出了分(溫度)級回收系統(tǒng)圖(圖中給出了三級)。待回收余熱的流體以溫度T1進入熱回收系統(tǒng)的第一級的蒸發(fā)段，經(jīng)第二級的蒸發(fā)段最后以溫度T4離開第三級的蒸發(fā)段(顯然T1＞T2)。被加熱的流體以溫度t1、t3、t5分別進入各級冷凝段(t1、t3、t5的數(shù)值可以相同，也可不同)后被加熱，并分別以溫度t2、t4、t6送往用戶。(一般情況t6＞t4＞t2)。至于各段中的蒸發(fā)冷凝溫度TH1，TH2，TH3是不同的，而且存在著TH1＞TH2＞TH3的關(guān)系，其數(shù)值是設(shè)計中根據(jù)綜合平衡擇優(yōu)選擇的，一俟確定后可以采用(1)選擇恒沸物種類；(2)選擇蒸發(fā)一冷凝器內(nèi)的工作壓力，可在很寬的范圍內(nèi)調(diào)整蒸發(fā)冷凝溫度。
本分離式相變換熱低溫余熱回收裝置可以在常壓或不高的真空度下操作，設(shè)備容易制造，對密封要求不高，設(shè)備緊湊，占地面積小，換熱效率高。改變恒沸物種類和真空度可以在很寬的范圍內(nèi)回收低溫(＜150℃)的余熱，是一種理想的低溫余熱回收裝置。
權(quán)利要求
1.一種以恒沸物為工質(zhì)的分離式相變換熱低溫余熱回收裝置和技術(shù)，是由蒸發(fā)段(1)、冷凝段(2)、聯(lián)接通道(3)和循環(huán)工質(zhì)(4)等組成，其特征在于循環(huán)工質(zhì)(4)為具有最低恒沸點的恒沸物，循環(huán)工質(zhì)(4)在下部的蒸發(fā)段吸熱汽化，上升到上部冷凝段(2)放熱冷凝，冷凝的液態(tài)工質(zhì)(4)依靠重力自動回流到蒸發(fā)段(1)，實現(xiàn)了循環(huán)工質(zhì)(4)的操作循環(huán)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的分離式低溫余熱回收裝置和技術(shù)，其特征在于在冷凝段(2)的上部設(shè)有止逆閥(5)，用以排除蒸發(fā)段(1)和冷凝段(2)內(nèi)的不凝汽并防止空氣倒流。
3.一種如權(quán)利要求1和2所述的分離式低溫余熱回收裝置和止逆閥，其特征在于止逆閥(5)的出口可以抽真空，能使蒸發(fā)段(1)和冷凝段(2)的殼程在不同的真空度下操作。
4.一種如權(quán)利要求1和2所述的分離式低溫余熱回收裝置和止逆閥，其特征在于聯(lián)接通道(3)上端伸入冷凝段(2)內(nèi)并有一定的高度，聯(lián)接通道(3)壁上開有若干小孔(10)，聯(lián)接通道(3)內(nèi)壁設(shè)有下端呈鋸齒狀的裙圍(11)，以保證由小孔(10)流下的回流液態(tài)恒沸物工質(zhì)(4)能沿聯(lián)接通道(3)內(nèi)壁流往下部的蒸發(fā)段(1)。
5.一種如權(quán)利要求1所述的分離式低溫余熱回收裝置和技術(shù)，其特征在于在聯(lián)接通道(3)的下端設(shè)有承液盤(12)和導(dǎo)液管(13)，沿壁而下的液態(tài)恒沸物工質(zhì)(4)在承液盤(12)中集中后由導(dǎo)液管(13)通往蒸發(fā)段(1)的液面中。
6.一種如權(quán)利要求1所述的分離式低溫余熱回收裝置和技術(shù)，其特征在于它既可以一級回收余熱，還可以分級回收余熱。
全文摘要
一種以恒沸物為工質(zhì)的分離式相變換熱低溫余熱回收裝置和技術(shù)，是由蒸發(fā)段(1)、冷凝段(2)和聯(lián)接通道(3)、循環(huán)工質(zhì)(4)等組成，其特征在于選用恒沸物作為循環(huán)工質(zhì)(4)。其優(yōu)點是可以在常壓或不高的真空度下操作；設(shè)備容易制造，對密封要求不高；設(shè)備緊湊，占地面積?。粨Q熱效率高。改變恒沸物種類和真空度可以在很寬的范圍內(nèi)回收低溫(＜150℃)的余熱，是一種理想的低溫余熱回收裝置。
文檔編號F28D15/02GK1124841SQ9411403
公開日1996年6月19日 申請日期1994年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月14日
發(fā)明者吳植華 申請人:中國紡織大學(xué)