专利名称：一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及有蓄冷功能的换热技术，尤其涉及一种有三种换热介质的相变耦合蓄 冷换热技术。
背景技术：
随着我国社会经济的快速发展、国防科技和民用工业技术的不断进步，低温液化 气体的生产和应用在国民经济发展中发挥越来越重要的作用。近年来液化天然气相关产业 链的迅猛发展对调整国家能源结构、保障我国能源安全具有重要意义；液氢、液氧、液氮等 低温液化气体在国防工业和航天技术领域中应用越来越广泛。低温液化气体的生产过程都需要消耗大量的高品质能源驱动低温液化循环，最终 获得低温液态产品，因而这些低温液态产品所具有低温能量具有极高的能量品质。另一方 面，这些低温液态气体在作为燃料使用的过程中(如液化天然气、液氢、液氧)，都需要首先 汽化成气态，再复温到接近环境温度水平使用，大量宝贵的低温冷量被直接释放到环境空 间，造成了极大能源浪费。近年来，我国低温工程领域的研究人员对低温液化气体(特别是液化天然气)的 冷量回收利用技术研究已经展开了大量的科研探索和工程实践，众多低温气体冷量回收技 术方案获得国家发明专利授权，然而对于低温液化气体冷量回收过程中的能量匹配与平衡 调节技术专利尚未见公开。据本发明人多年的研究发现，低温液化气体冷量回收过程中，液 化气体汽化量的连续性、汽化系统的可靠性、冷量利用装置供冷量的稳定性是直接关系低 温冷量回收性能的关键因素。然而，低温液化气体的气化系统和冷量利用装置之间常常会 由于液化气体气化量的波动，引起低温冷量供应量和需求量之间的矛盾。本发明专利提出 的一种高效有三种介质的相变耦合蓄冷换热技术即是针对低温液化气体冷量回收过程中 的低温冷量贮存与调节技术。通过本技术可平衡低温冷量供需关系、保证低温液化气体气 化系统的可靠性和冷量利用系统供冷的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种低温液化气体冷量回收利用过程中的冷量贮存调节 与释放技术，它能够在低温液化气体气化复温过程中向冷量利用系统释放所需冷量，并能 利用蓄冷介质的固液相变贮存过剩的低温冷量，以备低温液化气体气化量较小、冷量供应 不足时向冷量利用装置持续提供稳定的冷量。为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现—种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，包括带外直肋的内管和外直肋外壳 管；内管与外壳管的上端由第一上端板与焊接在内管上的第二上端板紧固密封连接，内管 与外壳管的下端由焊接在外管下端的第一下端板与第二下端板压紧锥形橡胶塞坚固连接 和密封，上端板有注液口和排气孔、下端板有排液口 ；内管外直肋与外壳管内壁钎焊连接； 内管内换热流体为低温液化气体、外管外为冷量回收利用系统制冷工质、内管与外管之间
3的夹层空腔内为低温固液相变蓄冷材料。其特征在于，低温液化气体在内管内汽化并复温， 通过内管外壁及外直肋与低温固液相变材料进行换热并使之发生固液相变贮存一部分冷 量；另一部分冷量通过内管外直肋传递至外壳管，并通过外壳管的外直肋释放给冷量回收 利用系统。本发明的进一步改进方案如下(1)所述蓄冷换热装置的内管为双向翅片管，内管上端焊接有第二下端板；增加 内管内侧波纹翅片，从而增大与低温液化气体的换热面积。(2)所述蓄冷换热装置的内管外侧带有六根竖直轴向翅片，所述竖直轴向翅片与 外壳管的内壁采用钎焊连接。(3)所述蓄冷换热装置的外管外侧带有八根竖直轴向翅片，外壳管下端焊接有第 一下端板。本发明的有益效果本发明的蓄冷换热装置能够实现低温液化气体气化复温过 程，并同时具备向冷量利用系统释放冷量和以低温固液相变材料的相变潜热形式贮存部分 冷量的两种功能，而传统的蓄冷装置的蓄冷与释冷环节都是分别在不同的时间进行。另外， 本发明的蓄冷换热装置在低温液化气体侧增加了波纹翅片，从而增加了低温汽化侧换热面 积，强化了低温液体侧换热；在低温固液相变材料所在的夹层中增加了竖直轴向肋片，减小 了内管与外壳管之间的传热热阻，也增加了相变材料的有效导热系数，可有效提高该蓄冷 换热单元的蓄冷和释冷速率；外壳管外侧的竖直轴向翅片可增加冷量利用系统的载冷流体 侧的换热面积，强化了该侧换热。总之，本发明的三介质有相变耦合蓄冷换热装置强化了低 温液体-低温固液相变材料-载冷流体三个耦合换热环节的换热性能，是一种高效的、可同 时实现蓄冷和换热的新型换热装置。
图1是本发明高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置的主视图；图2是本发明高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置的轴向剖视图；图3是本发明高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置的径向剖视图；图4是本发明高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置的工作原理图。图中1为外壳管；2为上端板；3为排气孔；4为内管；5为注液口 ；6为下端板；7 为排液口 ；8为锥形橡胶塞。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述参照图1、图2、图3，本发明公开了一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，它 包括外壳管1、第一上端板21、第二上端板22、排气孔3、内管4、注液口 5、第一下端板61、 第二下端板62、排液口 7、锥形橡胶塞8等。外壳管为外壁带8根轴向平直翅片的金属换热 管；内管为内侧有波纹内翅片、外侧有6根轴向平直翅片的金属换热管。上述部件的连接方式是外壳管1下端与第一下端板61焊接，所述第一下端板61 上留有排液口 7 ；内管4上端与第二上端板22焊接；将内管4外直肋片与外壳管1内壁进 行钎焊连接，形成一个夹层腔体；锥形橡胶塞8从内管4下端插入，嵌入第一下端板61的锥
4形孔中，再将第二下端板62穿过内管4压紧锥形橡胶塞8后用螺栓与第一下端板61紧固 连接；最后将第一上端盖21穿过内管4上端压紧橡胶0型密封圈9，并与焊接在内管4上 端的第二上端盖22通过螺栓紧固连接，所述第一上端盖21上开有排气孔3和注液口 5。本发明的使用步骤为将排液口 7接连一只截止阀，并将阀门关闭，之后打开排气 孔3的旋塞，从注液口 5注入低温固液相变材料，待相变材料注入到一定液位后，预留一定 相变体积膨胀空间，旋上排气孔3的旋塞、将注液口 5连接一只截止阀，并使之关闭。如图4 所示，根据实际换热量的大小，将一台或几台本发明的蓄冷换热装置并联或者串联连接后， 安装至低温液化气体气化系统和冷量利用系统，使低温液化气体流过本发明的蓄冷换热装 置内管4内侧进行汽化和复温，一部分冷量经过内管4外壁及外直肋片传递给外壳管1， 再通过外壳管1的外壁及外直肋片传递给冷量利用系统的载冷流体，保证冷量利用系统的 供冷量；另一部分冷量经内管4的外壁和外直肋直接传递给夹层腔体内的低温固液相变材 料，使之发生固液相变，以相变潜热的形式贮存冷量。待低温液化气体流量降低使气化量变 小，甚至气化量为零时，贮存在低温固液相变材料腔的冷量再通过内管4的外直肋传递给 外壳管1，继续为冷量利用系统的载冷流体释放冷量，保证冷量利用系统供冷量的持续性和 稳定性。本发明的三介质有相变耦合蓄冷换热装置通过在低温液化气体侧、低温相变材料 侧和冷量利用系统的载冷剂侧采取了相应的强化换热措施，使该换热装置结构更为紧凑， 且具有较高的低温液化气体的汽化复温能力；低温固液相变材料腔内的轴向直肋片既可实 现低温液体直接向载冷流体传递冷量，且有效提高了相变材料区域的换热性能，从而提高 了相变材料腔内蓄冷和释冷的速率。本发明可成功地解决由于低温液化气体流量的波动而 引起冷量利用系统供冷量不稳定的问题，是低温液化气体冷量回收利用技术中的关键技术 发明。本发明的三介质有相变耦合蓄冷换热装置在低温液化气体、低温固液相变材料、 冷量利用系统载冷流体侧的强化措施还有多种，例如，内管内侧采用螺纹肋片、轴向竖直肋 片等；低温固液相变材料腔内可采用环状肋片、针状肋片等；载冷流体侧采用环状肋片、绕 片等强化措施等，因此，在本发明基本构思下的蓄冷换热装置形状及尺寸的改进都应属于 本发明的保护范围。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所 提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所述蓄冷换热装置包括双 向翅片的内管、带外直肋的外壳管、上端板和下端板；所述双向翅片的内管沿轴向穿过带外 直肋的外壳管，并通过上端板和下端板固定密封，使内管和外壳管之间形成多通道夹层腔 体。
2.根据权利要求1所述的一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所 述蓄冷换热装置的双向翅片内管内侧有波纹内翅片，内管外侧有多根轴向平直翅片。
3 根据权利要求1所述的一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所 述蓄冷换热装置具有多通道夹层腔体，夹层腔体内充有低温固液相变材料。
4.根据权利要求1所述的一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所 述蓄冷换热装置的外壳管外侧具有数根轴向平直翅片与冷量利用系统的载冷流体进行换 热。
5.根据权利要求1所述的一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所 述蓄冷换热装置的内管外侧的轴向平直翅片与外壳管内壁进行钎焊连接。
6.根据权利要求1所述的一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所 述蓄冷换热装置的内管为双向翅片管，内管上端焊接有第二上端板；增加内管内侧波纹翅 片，从而增大与低温液化气体的换热面积。
7.根据权利要求1所述的一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所 述蓄冷换热装置的内管外侧带有六根竖直轴向翅片，所述竖直轴向翅片与外壳管的内壁采 用钎焊连接。
8.根据权利要求1所述的一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置，其特征在于所 述蓄冷换热装置的外管外侧带有八根竖直轴向翅片，外壳管下端焊接有第一下端板。
全文摘要
本发明涉及有蓄冷功能的换热技术，公开了一种高效三介质有相变耦合蓄冷换热装置。它包括双向翅片的内管和带外直肋的外壳管、上下端板，其特征在于，双向翅片内管内侧有波纹内翅片，内管外侧有多根轴向平直翅片；外壳管外侧有数根轴向平直翅片与冷量利用系统的载冷流体换热；内管外侧的轴向平直翅片与外壳管内壁进行钎焊连接；内管与外壳管之间形成的多通道夹层腔体内充有低温固液相变材料。本发明提供了采用低温固液相变材料的相变潜热贮存和调节低温液化气体汽化复温过程释放的低温冷量的蓄冷换热装置，该装置不仅具有贮存调节低温冷量的功能，同时可保证冷量利用系统供冷量的持续性和稳定性，是低温液化气体冷量回收利用技术的关键装置。
文档编号F28F1/42GK102080906SQ20111002461
公开日2011年6月1日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者厉彦忠, 吴青平, 林晨, 牟珊珊, 王亮, 谭宏博 申请人:西安交通大学