凝汽器及热能利用系统的制作方法

本发明涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种凝汽器及热能利用系统。

背景技术：

凝汽器又称复水器，是将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器；主要用于汽轮机动力装置中。凝汽器除将汽轮机的排汽冷凝成水，供锅炉重新使用外，还能在汽轮机排汽处建立真空和维持真空。

现有的凝汽器，其管束包括多个并列的冷却管，且多个冷却管均匀间隔设置。现有凝汽器在使用循环冷却水的情况下能够正常工作，但是在使用低温液体介质进行乏汽冷凝，和低温液体剧烈吸热形成相变的情况下，该结构的凝汽器就很容易在冷却管入口出现大量结冰堵塞乏汽等热源流通通道的现象，甚至将冷凝器内部冷却管之间的间隙都全部结冰和堵塞。若凝汽器内部出现结冰的现象，将导致热源乏汽等热源介质通道堵塞，严重影响凝汽器的换热效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供凝汽器，以减少凝汽器在低温冷却介质发生相变剧烈吸热造成内部结冰的现象发生，提高凝汽器的换热效率。

本发明的目的还在于提供热能利用系统，以减少凝汽器内部结冰的现象，提高凝汽器的换热效率。

基于上述第一目的，本发明提供的凝汽器，包括壳体和设置在所述壳体内部的管束；所述壳体上设置有热源入口和热源冷凝出口；所述热源入口设置于所述热源冷凝出口的上方；

所述管束包括多个与所述壳体固定连接的冷却管；

多个所述冷却管呈行呈列排列；每一行的多个所述冷却管呈折线形依次连通；

相邻的两行所述冷却管，靠近所述热源入口的一行的所述冷却管的出口连通另一行所述冷却管的入口。

进一步地，沿所述管束内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的所述冷却管的导热率，不大于后流经冷却介质的所述冷却管的导热率；

和/或，沿所述管束内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的所述冷却管的横截面积，不大于后流经冷却介质的所述冷却管的横截面积。

进一步地，靠近所述热源冷凝出口的所述冷却管设置有换热翅片；

和/或，靠近所述热源冷凝出口的所述冷却管设置有多个支管。

进一步地，沿所述管束内的冷却介质的流动方向，多个所述冷却管之间的间隔依次减小。

进一步地，沿所述管束内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的所述冷却管的材质的导热系数，不大于后流经冷却介质的所述冷却管的材质的导热系数；

和/或，全部或者部分所述冷却管外设置有保温涂层；沿所述管束内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的所述冷却管的所述保温涂层厚度，不小于后流经冷却介质的所述冷却管的所述保温涂层厚度。

进一步地，所述壳体上设置有冷却进室和冷却出室；相对于所述冷却出室，所述冷却进室靠近于所述热源入口；

所述管束的入口与所述冷却进室连通，所述管束的出口与所述冷却出室连通。

进一步地，所述壳体内设置有多个所述管束；每个所述管束的入口与所述冷却进室连通，每个所述管束的出口与所述冷却出室连通。

进一步地，所述冷却管为耐高压管。

进一步地，所述壳体外套有保温层；

所述壳体的形状为矩形体、圆柱形体或扁柱体；

所述壳体内固定设置有支架板；所述支架板设置有多个与所述冷却管一一对应的板孔；所述支架板通过所述板孔支撑连接所述冷却管；

所述热源冷凝出口设置有热井；所述热井设置有凝结液出液管。

基于上述第二目的，本发明提供的热能利用系统，包括所述的凝汽器。

本发明的有益效果：

本发明提供的凝汽器，包括壳体和管束，通过在管束内流通冷却介质，以与流经热源入口和热源冷凝出口的热源介质进行热量交换；其中，管束包括多个呈行呈列排列的冷却管，且每一行的多个冷却管呈折线形依次连通，相邻的两行冷却管中靠近热源入口的一行的冷却管的出口连通另一行冷却管的入口，也即多个冷却管依次串联连接，以减少或者避免冷却管出现结冰的现象，尤其是减少或者避免靠近热源入口的冷却管出现结冰和造成热源介质流通通道的堵塞现象，从而使热源乏汽等热源介质在凝汽器内的流通通路更加通畅，以提高凝汽器的换热效率。

本发明提供的热能利用系统，包括所述的凝汽器，可以减少凝汽器内部结冰的现象，提高凝汽器的换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的凝汽器的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的凝汽器的冷却管的剖视图；

图3为本发明实施例一提供的凝汽器的管束的立体图；

图4为本发明实施例一提供的凝汽器的管束的第一角度结构示意图；

图5为图4所示的管束的俯视图；

图6为本发明实施例二提供的凝汽器的剖面结构示意图。

图标：110-壳体；111-热源入口；112-热源冷凝出口；113-冷却进室；114-冷却出室；120-管束；121-冷却管；122-保温涂层；130-热井；131-凝结液出液管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图5所示，本实施例提供了一种凝汽器；图1为本实施例提供的凝汽器的剖面结构示意图；图2为本实施例提供的凝汽器的冷却管的剖视图；图3为本实施例提供的凝汽器的管束的立体图，图4为凝汽器的管束的第一角度结构示意图，5为图4所示的管束的俯视图。其中，图1中所示的箭头方向为冷却介质/热源介质的流动方向。

参见图1-图5所示，本实施例提供的凝汽器，包括壳体110和设置在壳体110内部的管束120；壳体110上设置有热源入口111和热源冷凝出口112；热源入口111设置于热源冷凝出口112的上方；高温气体从热源入口111进入壳体内部，与管束120内的冷却介质换热，从热源冷凝出口112流出壳体。

管束120包括多个与壳体110固定连接的冷却管121。

多个冷却管121呈行呈列排列；每一行的多个冷却管121呈折线形依次连通；

相邻的两行冷却管121，靠近热源入口111的一行的冷却管121的出口连通另一行冷却管121的入口。管束120包括多个的冷却管121也可以理解为管束120呈一根连通的蛇形管，还可以理解为管束120为多个冷却管121串联。

本实施例中所述凝汽器，包括壳体110和管束120，通过在管束120内流通冷却介质，以与流经热源入口111和热源冷凝出口112的热源介质进行热量交换；其中，管束120包括多个呈行呈列排列的冷却管121，且每一行的多个冷却管121呈折线形依次连通，相邻的两行冷却管121中靠近热源入口111的一行的冷却管121的出口连通另一行冷却管121的入口，也即多个冷却管121依次串联连接，以减少或者避免冷却管121出现结冰的现象，尤其是减少或者避免靠近热源入口111的冷却管121出现结冰的现象，从而使热源介质在凝汽器内的流通通路更加通畅，以提高凝汽器的换热效率。

可选地，本实施例中所述凝汽器采用低温冷却介质，例如低温冷却介质的沸点低于0度；可选地，所述低温冷却介质在凝汽器内发生相变，以充分利用低温冷却介质的蒸发潜热，以在一定程度上提高凝汽器的换热效率。可选地，呈液相的低温冷却介质输入凝汽器内，与热源介质换热后输出呈气相或者气液混合的低温冷却介质。可选地，呈气相的热源介质输入凝汽器内，与低温冷却介质换热后输出呈液相或者气液混合的热源介质。

采用使低温冷却介质在凝汽器内发生相变的设计，低温冷却介质进入的时候温度很低，其靠近冷却管121入口更容易出现结冰现象，尤其在高温气体入口处与冷却管121入口处相结合的位置。本实施例所述凝汽器通过令多个冷却管121依次串联连接，也即每一行的多个冷却管121呈折线形依次连通、且相邻的两行冷却管121中靠近热源入口111的一行的冷却管121的出口连通另一行冷却管121的入口，以减少或者避免冷却管121出现结冰的现象，以使热源介质在凝汽器内的流通通路更加通畅，以提高凝汽器的换热效率。

本实施例的可选方案中，沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的横截面积，不大于后流经冷却介质的冷却管121的横截面积。也就是说，沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的横截面积可以与后流经冷却介质的冷却管121的横截面积相同，也可以小于后流经冷却介质的冷却管121的横截面积；可选地，沿管束120内的冷却介质的流动方向，冷却管121的横截面积逐渐增大。随着冷却介质在冷却管121内的流动，冷却介质的温度逐渐升高，热源介质的温度逐渐降低；通过令先流经冷却介质的冷却管121的横截面积不大于后流经冷却介质的冷却管121的横截面积，以减少或者避免先流经冷却介质的冷却管121的外面结冰的现象，以使凝汽器的结构设计更加合理。

本实施例的可选方案中，沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的导热率，不大于后流经冷却介质的冷却管121的导热率。也即，靠近管束120的入口的冷却管121的导热率最低，靠近管束120的出口的冷却管121的导热率最高。可选地，靠近热源入口111的冷却管121的导热率最低；可选地，靠近热源冷凝出口112的冷却管121的导热率最高。

本实施例的可选方案中，沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数，不大于后流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数；也即多个冷却管121采用的材质至少部分不相同。也就是说，沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数可以与后流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数相同，也可以小于后流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数；可选地，沿管束120内的冷却介质的流动方向，冷却管121材质的导热系数逐渐增大。随着冷却介质在冷却管121内的流动，冷却介质的温度逐渐升高，热源介质的温度逐渐降低；通过令先流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数不大于后流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数，以减少或者避免先流经冷却介质的冷却管121的外面结冰的现象，以使凝汽器的结构设计更加合理。

参见图2所示，本实施例的可选方案中，全部或者部分冷却管121外设置有保温涂层122；沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的保温涂层122厚度，不小于后流经冷却介质的冷却管121的保温涂层122厚度。也就是说，沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的保温涂层122厚度可以与后流经冷却介质的冷却管121的保温涂层厚度相同，也可以大于后流经冷却介质的冷却管121的保温涂层厚度；可选地，沿管束120内的冷却介质的流动方向，冷却管121的保温涂层厚度逐渐减少。随着冷却介质在冷却管121内的流动，冷却介质的温度逐渐升高，热源介质的温度逐渐降低；通过令先流经冷却介质的冷却管121的保温涂层厚度不小于后流经冷却介质的冷却管121的保温涂层厚度，以减少或者避免先流经冷却介质的冷却管121的外面结冰的现象，以使凝汽器的结构设计更加合理。

可选地，保温涂层采用纳米隔热保温涂料涂设而成；纳米隔热保温涂料例如可以为现有材料，以合成树脂乳液为基料，引进反射率高、热阻大的纳米级反射隔热材料，如中空陶瓷粉末、氧化钇等而制成的隔热保温涂料；是建立在低密度和超级细孔(小于50nm)结构基础上，其导热系数低而反射率高。

需要说明的是，沿管束120内的冷却介质的流动方向，先流经冷却介质的冷却管121的导热率不大于后流经冷却介质的冷却管121的导热率，可以采用先流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数不大于后流经冷却介质的冷却管121的材质的导热系数，也可以采用先流经冷却介质的冷却管121的保温涂层厚度不小于后流经冷却介质的冷却管121的保温涂层厚度，也可以二者都采用，或者采用其他方式。

本实施例的可选方案中，靠近热源冷凝出口112的冷却管121设置有换热翅片(图中未显示)；通过换热翅片，以提高靠近热源冷凝出口112的冷却管121的换热效率。

可选地，靠近热源冷凝出口112的冷却管121设置有多个支管(图中未显示)。通过多个支管，以提高靠近热源冷凝出口112的冷却管121的换热效率。

可选地，靠近热源冷凝出口112的冷却管121设置有换热翅片和多个支管。

其中，靠近热源冷凝出口112的冷却管121设置的多个支管，可以呈星型、放射性、y型等设置，多个支管还可以呈横向或纵向设置、先横向串联后再纵列向串联等等方式。

本实施例的可选方案中，沿管束120内的冷却介质的流动方向，多个冷却管121之间的间隔依次减小。可选地，从热源入口111至热源冷凝出口112的方向，相邻两行冷却管121之间的间隔依次减小；沿管束120内的冷却介质的流动方向，相邻两列冷却管121之间的间隔依次减小。在一定条件下，冷却管121吸热结冰，通过增加靠近热源入口111处的冷却管121的间距，以能够预留有足够的空间，尽可能避免冷却管121外面结冰后把换热通道堵塞。

本实施例的可选方案中，冷却管121为耐高压管。例如低温冷却介质吸热气化可形成高压的气体或者气液混合物；该气体或者气液混合物输入螺杆膨胀机或者汽轮机进行发电。

可选地，壳体110采用耐压材料。

本实施例的可选方案中，壳体110外套有保温层(图中未显示)；以防止凝汽器外部热能进入到凝汽器内部，以在一定程度上提高凝汽器的换热效率。保温层例如可以为珍珠棉、聚氨酯保温棉、保温涂层、保温砂浆层等等。

可选地，壳体110的形状为矩形体、圆柱形体、扁柱体或者其他形状。

本实施例的可选方案中，冷却管121通过支架(图中未显示)或者支架板(图中未显示)与壳体110固定连接。

优选地，壳体110内固定设置有支架板；支架板设置有多个与冷却管121一一对应的板孔；支架板通过板孔支撑连接冷却管121；也即冷却管121穿过板孔。可选地，支架板的数量为多个，多个支架板平行设置。可选地，支架板垂直于冷却管121的轴向，或者支架板与冷却管121的轴向呈锐角设置。

本实施例的可选方案中，热源冷凝出口112设置有热井130；通过热井130回收热源介质被冷凝而产生的液体。

可选地，热井130设置有凝结液出液管131；通过凝结液出液管131，以排出热井内收集的液体。

本实施例中所述凝汽器，经过热交换，冷却介质温度逐渐升高，乏汽等热源介质的潜热能量和温度逐渐降低，通过冷却管的管道的换热面积逐渐增加和/或冷却管的换热管道的导热能力逐渐增加；也可以理解为随着冷却介质温度的逐渐增加，冷却管的管道的导热能力也逐渐增强、换热面积也逐渐增加，以提高冷却管的换热面积和导热效果，靠近热源冷凝出口的冷却管可以通过支管、换热片以达到实现最大换热能力的效果,以减少或者避免冷却管出现结冰的现象，尤其是减少或者避免靠近热源入口的冷却管出现结冰的现象，从而使热源介质在凝汽器内的流通通路更加通畅，以提高凝汽器的换热效率。

实施例二

实施例二提供了一种凝汽器，该实施例是在实施例一的基础上改进后的另一技术方案，实施例一所公开的凝汽器的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的凝汽器的技术特征不再重复描述。

图6为本实施例提供的凝汽器的剖面结构示意图。其中，图6中所示的箭头方向为冷却介质/热源介质的流动方向。

结合图2-图5，参见图6所示，本实施例提供的凝汽器，壳体110上设置有冷却进室113和冷却出室114；相对于冷却出室114，冷却进室113靠近于热源入口111；

管束120的入口与冷却进室113连通，管束120的出口与冷却出室114连通。

可选地，冷却进室113和冷却出室114外设置有保温层。

本实施例的可选方案中，壳体110内设置有多个管束120；每个管束120的入口与冷却进室113连通，每个管束120的出口与冷却出室114连通。也即冷却进室113和冷却出室114之间并列设置多个管束120。可选地，靠近冷却进室113的多个管束120的间距不小于靠近冷却出室114的多个管束120的间距；以减少或者避免管束120的冷却管121出现结冰的现象，尤其是减少或者避免靠近冷却进室113的冷却管121出现结冰的现象，从而使热源介质在凝汽器内的流通通路更加通畅，以提高凝汽器的换热效率。

本实施例中所述凝汽器具有实施例一所述凝汽器的优点，实施例一所公开的所述凝汽器的优点在此不再重复描述。

实施例三

实施例三提供了一种热能利用系统，该实施例包括实施例一、实施例二所述的凝汽器，实施例一、实施例二所公开的凝汽器的技术特征也适用于该实施例，实施例一、实施例二已公开的凝汽器的技术特征不再重复描述。

本实施例提供的热能利用系统包括凝汽器。该热能利用系统例如可以为发电系统或者其他采用凝汽器的系统。

本实施例中所述热能利用系统具有实施例一、实施例二所述凝汽器的优点，实施例一、实施例二所公开的所述凝汽器的优点在此不再重复描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。