一種混合換熱蓄能管殼式蒸發器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種混合換熱蓄能管殼式蒸發器，它主要應用于工質的高效蒸發，特別適用于熱源波動且傳熱系數較低的場合，該混合換熱蓄能管殼式蒸發器包括殼體和換熱管，其主要特征是在換熱管間注入液態蓄熱介質，在蓄熱介質的上部設置氣液分離空間，在液態蓄熱介質內設置有一根或者一根以上的導流管，每根導流管上分布一個或者一個以上的導流管出口，高溫流體首先通過換熱管間接加熱蓄熱介質，蓄熱介質與低溫流體直接混合接觸實現換熱蒸發，由于液態蓄熱介質能起到蓄熱和傳熱作用，解決了熱源波動造成系統工作不穩定等問題，同時也提高了系統的換熱系數和熱利用率，該蒸發器具有結構簡單、熱效率高、成本低、適用性強等優點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

一種混合換熱蓄能管殼式蒸發器
本技術涉及一種混合換熱蓄能管殼式蒸發器，具體地說是一種在換熱管間填充液態蓄熱介質，在蓄熱介質上方設置氣液分離空間，適用于熱源存在波動且導熱系數較低的混合換熱蓄能管殼式蒸發器。
技術介紹
管殼式換熱器廣泛應用于化工、能源和冶金等工業領域，為了滿足節能、經濟、可靠以及適用性強等要求，人們已經開發了多種適用不同領域、具有不同特點的管殼式換熱器。目前，基于有機朗肯循環技術的發電技術引起了越來越多的關注，其主要特點是通過采用沸點較低的有機工質代替水蒸汽推動動力機做功，以實現中低溫熱源利用發電的技術。所述有機朗肯循環發電裝置主要由蒸發器、動力機、發電機、冷凝器、工質泵等組成。有機朗肯循環主要應用于中低溫熱源，而常見的這類熱源情況比較復雜，往往存在熱·源流量或者溫度不穩定的情況，比如說工業余熱受生產工藝和生產狀況的影響，太陽能的輻射強度受天氣變化影響。這種熱源溫度或流量的波動情形影響蒸發器的穩定連續運行，工質的蒸發溫度或蒸發量都會隨之而波動，從而影響系統的持續穩定運行和熱量的充分利用。當熱源溫度或流量降低時，工質蒸發溫度下降、蒸發量降低，甚至有可能造成系統無法運行。而當熱源溫度或者流量高于設計值時，又會造成熱量利用不充分等情況。此外，換熱器中經常存在傳熱不均、導熱系數較低、設備投資大以及設備腐蝕等常見問題，因此，如何在有機朗肯循環發電系統中充分高效利用這類存在溫度或流量波動的熱源是一個亟待研究的課題。另外，在有機朗肯循環發電系統中，人們提出采用先通過余熱鍋爐逆流換熱加熱導熱油，然后導熱油在蒸發器里直接與有機循環工質混合接觸換熱的方法，這種方法的缺點在于增加設備，系統較復雜，難于維護等缺點。在蓄熱管殼式換熱器上，人們也提出了一些解決方案，如中國專利申請號為200920104250. 4、名稱為“一種多層泡沫金屬管殼式換熱器”和中國專利申請號為200820081601. X、名稱為“一種換熱儲能裝置”，分別在換熱管內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現部分蓄熱的目的，但同時也增加了結構的復雜性，占用了換熱管或者殼體的流體通行空間。
技術實現思路
針對上述換熱器在熱源波動情況下的缺點和困難，本技術提供一種新型高效的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，其主要方法是在換熱管間填充液態蓄熱介質。這種介質既能實現高效傳熱且傳熱均勻，還能起到蓄熱的作用，充分利用熱能。由于蓄熱介質的比熱容高，能夠在熱源流量大、溫度高時充分吸收熱量，而在熱源流量小、溫度低時，釋放蓄存在介質中的熱量，起到緩沖的作用。同時，通過液態蓄熱介質還具有傳熱均勻、熱穩定性好、防腐蝕以及導熱性優良等特點，解決了現有換熱器在應用于熱源波動情況下的熱量高效穩定利用等問題。本技術的技術方案如下所述一種混合換熱蓄能管殼式蒸發器，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、導熱系數較高、密度較大的液態蓄熱介質，高溫流體走管程，與蓄熱介質通過換熱管間接換熱；低溫流體工質走殼程，與液態蓄熱介質直接混合接觸換熱。由于低溫工質與蓄熱介質換熱蒸發后會產生蒸汽，氣泡在形成、聚并、運移以及逃逸過程中，會劇烈攪動蓄熱介質，從而使蓄熱介質體系熱量保持均勻，提高換熱效率。在蓄熱介質的上部區域設置氣液分離空間，使液態蓄熱介質與蒸發出來的工質實現分離，工質氣體由連接管送出換熱器主體。所述液態蓄熱介質要求具有高比熱容、高導熱系數、高熱穩定性、高密度以及低腐蝕性和低飽和蒸汽壓力，可以采用有機物質、無機鹽等物理化學性能好的蓄熱介質，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。所述液態蓄熱介質選用與直接混合接觸流體工質具有較好的互溶性，以實現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，蒸發出來的工質與蓄熱介質的有效分離， 根據實際需要，可以在該空間安裝除沫罩。另外，由下部的進口連接管進入的蒸發器的工質，在蒸發器內部設置有一根或者一根以上的導流管，每根導流管上分布一系列出口，出口可以為一個或者一個以上，并且均勻分布，數量根據大小、流速和工質類型而確定。同時，導流管形狀可以是環形，但不限于環形，導流管的數量根據需要而確定。由上所述，由導流管引入工質，主要作用在于增大與液態蓄熱價值的接觸面積，使工質與蓄熱介質接觸、溶解更充分，使熱量傳遞更充分高效。同時也防止工質在速度較高的情況下，出現節涌等問題。具體的說，依據以上所述的本技術具有以下技術特征—種混合換熱蓄能管殼式蒸發器，包括殼體和設置在殼體內的換熱管，所述換熱管間填充液態蓄熱介質，在所述液態蓄熱介質上部的殼體內設置氣液分離空間，在液態蓄熱介質內設置有一根或者一根以上的導流管，每根導流管上分布一個或者一個以上的導流管出口。根據以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，所述液態蓄熱介質比熱容大于工質的比熱容。根據以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，所述液態蓄熱介質其飽和蒸發壓力小于工質飽和蒸發壓力。根據以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，所述液態蓄熱介質可以是有機物質。根據以上所述的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，所述液態蓄熱介質可以是無機物質。根據以上的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，所述液態蓄熱介質可以是中長鏈烷烴。根據以上的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，所述液態蓄熱介質也可以是低溫熔融鹽。根據以上的混合換熱蓄能管殼式蒸發器，所述導流管形狀可以是環形，但不限于環形，導流管的數量根據需要而確定。本技術與現有技術相比，具有結構簡單、傳熱均勻、成本較低、熱利用率高、適用范圍廣等優點。由于殼體間填充液態蓄熱介質，能夠實現高效快捷的換熱，并起到蓄熱的效果，使其在熱源溫度或者流量波動的情形下，能夠緩沖這種影響，對維護系統持續穩定運行具有良好的作用。此外，由于氣泡攪動蓄熱介質，從而使換熱更高效快速。因此，本技術所述管殼換熱器，既保留了傳統管殼式換熱器的結構和優點，又充分利用液態蓄熱介質的特性，適用于各種熱源波動情形下的高效穩定溫度換熱。附圖說明附圖I為本技術的混合換熱蓄能管殼式換熱器之結構示意圖。附圖2為附圖I中A— A向視圖。在圖中，I、氣液分離空間；2、進口連接管；3、液態蓄熱介質；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、導流管；12、導流管出口。具體實施方式以下結合附圖以及實施方式對本技術進行進一步的描述如圖I所示，本技術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蓄熱介質3和蓄熱介質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。上述液態蓄熱介質3具有優良的物理化學性能，所述液態蓄熱介質3可以是有機物質、無機物質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，首先是要求蓄熱介質3的比熱容大于工質的比熱容。對于有機朗肯循環系統，所采用的有機工質一般是低沸點的小分子，其熱容相對較低，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，而常規低溫熔融鹽的熱容為30(T800J/mol. K。同時，有機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混合換熱蓄能管殼式蒸發器，包括殼體和設置在殼體內的換熱管，其特征在于，所述換熱管間填充液態蓄熱介質，在所述液態蓄熱介質上部的殼體內設置氣液分離空間，在液態蓄熱介質內設置有一根或者一根以上的導流管，每根導流管上分布一個或者一個以上的導流管出口。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李朝波，曾志勇，鄧金云，
申請(專利權)人：深圳市中礦投資管理有限公司，江西德順節能科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：