一种离心转动高效换热结晶器的制作方法

本实用新型涉及一种离心转动高效换热结晶器。

背景技术：

相变蓄热是一种以相变储能材料为基础的高新储能技术，也是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾。目前应用主要有风力发电高温蓄热器系统、太阳能光伏发电蓄热系统、风光互补电蓄热器系统和新型楼宇冷热源系统。

风力发电高温蓄热器系统其利用风力发电机发出的电能转变成热能，直接存储在风力发电固体蓄热器中，用于采暖和供热水系统释放；太阳能光伏发电蓄热系统是将太阳能光伏装置吸收阳光的光能变成电能，再将电能转化成热能，储存于固体结晶蓄热器中，形成从光伏发电到固体蓄热设备采暖和供热水系统，实现了电能转化热能；风光互补电蓄热器系统将风能和太阳能光伏发电直接转化成热能并储存在蓄热体中，为用户提供持续、稳定的取暖；新型楼宇冷热源系统利用水冰蓄冷技术和电加热蓄热设备组合成一整套管路系统，充分利用低谷电，取代中央空调，解决现代城市办公耗电量高、费用高、污染严重的问题。

但是上述应用中由于因为绝大多数的相变材料结晶固体导热系数及密度小, 如冰结晶,石蜡,水合硝酸盐，水合磷酸盐，水合醋酸盐等结晶，导热性能非常差,也无法对流换热,如何传热强化的问题成为重大的问题。目前大多数的解决方案是采用热传导方法，但是石蜡和其他化工品结晶固体的导热系数都很小,故在实际应用方案主要有：1.采用多层螺旋盘管以增加换热面积，2.加金属肋片及采取扩大接触面积，3.采用在石蜡中添加铜粉、硅粉和不锈钢丝带等方法强化石蜡的导热性能,4.把相变材料分装在小容器内以一定的方式排列于蓄热器中,形成胶囊、圆盘、球、圆柱、周向或纵向翅片管式相变潜热蓄热器，以提高蓄热器的蓄热和放热能力。但上述方案存在投资昂贵，占地面积大，设备故障率高，维修费用大，操作难度，可靠性差等问题。

在石化工厂的石蜡脱油装置中普遍采用挂片换热结晶器和其他滑动式换热器,存在着效率较差,难操作,故障多,生产成本高。很多装置不敢用高比例丁酮的丁酮和甲苯混合液,无法去油太多,品质无法提高,也不敢用含油分低的石蜡原料,否则会导致石蜡结晶太快导致粘在设备表面上.石蜡结晶析出时会附着在设备的壁面,传热不佳,操作稍有波动,就造成装置停车,难操作和停机频繁成为目前石蜡装置最头疼的问题。

技术实现要素：

本实用新型解决了上述技术问题，提供一种离心转动高效换热结晶器。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种离心转动高效换热结晶器，其特征在于，包括：

中心轴，所述的中心轴内包括冷介质流通段和热介质流通段，所述的冷介质流通段内流通冷介质，所述的热介质流通段内流通热介质；

电机，所述的电机驱动中心轴转动，进而带动结晶器整体转动；

多根结晶管，所述的多根结晶管围绕中心轴并且与中心轴平行排列，所述的多根结晶管内流通冷介质或者热介质；

端面，所述的结晶管的两端各与一端面固定并且连通，所述的端面与中心轴位置固定，结晶管两端的端面一个与中心轴的冷介质流通段连通，一个与中心轴的热介质流通段连通，结晶管、端面与中心轴之间形成冷介质或者热介质流通循环。

进一步的，所述的端面包括中心液体汇总管、顶端通介质长管、顶端通介质短管和布液连通管，所述的中心液体汇总管通过布液连通管与中心轴连通，顶端通介质长管与顶端通介质短管均沿着中心液体汇总管的径向方向设置并且围绕中心液体汇总管的圆周面均匀分布，顶端通介质长管与顶端通介质短管间隔排列，结晶管与顶端通介质长管、顶端通介质短管和布液连通管固定并连通。

进一步的，所述的端面包括多根流体方管，所述的流体方管围绕并且均布在中心轴上，所述的每个流体方管与多根结晶管连通。

进一步的，所述的流体方管的外表上设有多个破晶钉，所述的破晶钉设置在流体方管的两侧并且对应结晶管的位置。

进一步的，所述的靠近空心轴的破晶钉的长度小于远离空心轴的破晶钉的长度。

进一步的，所述的中心轴上焊接扰流薄板，所述的扰流薄板围绕中心轴放置并且均布在中心轴的圆周面上。

进一步的，所述的冷介质流通段和热介质流通段上均设置进液口和通液口，所述的通液口与端面连通。

进一步的，还包括一冷端系统和一热端系统，所述的中心轴分别通过冷端系统、热端系统与外部管道相接，所述的冷端系统和热端系统均包括介质流动腔体、迷宫密封、轴承和支撑主体，所述的轴承套在中心轴上并且固定在支撑主体内，介质流动腔体与中心轴的冷介质流通段或者热介质流通段连通并且穿过支撑主体与外部管道相接，支撑主体内设有迷宫密封，冷端系统中的中心轴插入支撑主体，热端系统中的中心轴穿过支撑主体。

进一步的，所述的结晶管通过小固定片加固与中心轴的连接。

进一步的，所述的结晶器还包括一外部结晶塔体，所述的结晶器设置在外部结晶塔体的上方或者下方。

本实用新型设备结构简单,传热效率可提高一倍以上,投资省,占地面积小，设备体积缩小50%以上,无须铜等贵重材料,不会发生结晶附着现象,设备故障率低，维修费用小，操作简单，可靠性好.可广泛应用在风力发电高温蓄热器系统,太阳能光伏发电蓄热系统,风光互补电蓄热器系统,新型楼宇冷热源系统等等,产生很好的经济效益和社会效益。

特别在用在石蜡脱油装置,效率比传统刮片套管结晶器高50%，故障率低80%，操作简单可靠，不会发生堵塞停机。设备结构简单,投资省.在生产时可采用高比例丁酮的丁酮和甲苯混合液,充分去除油分,石蜡结晶品质大为提高,也可以用含油分低的石蜡原料,石蜡结晶不会附着在结晶器表面,也不会发生设备堵塞停机.此技术可代替刮式套管结晶器,广泛应用在石化和煤化工等项目的石蜡脱油装置，并且产生不错的经济效益。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是本实用新型结晶器标准结构示意图；

图2是本实用新型结晶器中端面结构第一实施例示意图；

图3是本实用新型结晶器中端面结构第二实施例示意图；

图4是本实用新型结晶器中中心轴标准轴结构示意图，4（a）为主视图，4（b）为俯视图；

图5是本实用新型结晶器加长结构示意图；

图6是本实用新型结晶器中中心轴长轴结构示意图，6（a）为主视图，6（b）为俯视图；

图7是本实用新型结晶器中冷端系统结构示意图；

图8是本实用新型结晶器中热端系统结构示意图；

图9是本实用新型结构应用在石蜡脱油的示意图；

图10是本实用新型结构应用在风电/光伏蓄热系统的石蜡中温蓄热池中蓄热阶段示意图；

图11是本实用新型结构应用在风电/光伏蓄热系统的石蜡中温蓄热池中放热阶段示意图；

图12是本实用新型用于光伏蓄热发电系统的熔融盐蓄热阶段示意图；

图13是本实用新型用于光伏蓄热发电系统的熔融盐放热阶段示意图

图14是本实用新型用于空调冰蓄冷系统时蓄冷阶段示意图；

图15是本实用新型用于空调冰蓄冷系统时放冷阶段示意图；

图16是本实用新型用于空调冰蓄冷系统时放冷阶段长轴结晶器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

图1至图4所示，一种离心转动高效换热结晶器，包括：中心轴10、电机20、多根结晶管30和端面40，所述的中心轴10内包括冷介质流通段11和热介质流通段12，所述的冷介质流通段11内流通冷介质，所述的热介质流通段12内流通热介质；所述的冷介质流通段11和热介质流通段12上均设置进液口111和通液口112，所述的通液口112与端面40连通。所述的电机20驱动中心轴10转动，进而带动结晶器整体转动；所述的多根结晶管30围绕中心轴10并且与中心轴10平行排列，所述的多根结晶管30内流通冷介质或者热介质；所述的结晶管30的两端各与一端面40固定并且连通，所述的端面40与中心轴10位置固定，结晶管30两端的端面40一个与中心轴10的冷介质流通段11连通，一个与中心轴10的热介质流通段12连通，结晶管30、端面40与中心轴10之间形成冷介质或者热介质流通循环。优选的情况下，结晶管30的中部通过小钢片来加固与中心轴10的连接，在冰蓄冷时和石蜡中温蓄热时,使用碳钢材料.在高温熔融盐和导热油时,使用不锈钢材料。

端面40的第一种结构包括中心液体汇总管41、顶端通介质长管42、顶端通介质短管43和布液连通管44，所述的中心液体汇总管41通过布液连通管44与中心轴10连通，顶端通介质长管42与顶端通介质短管43均沿着中心液体汇总管41的径向方向设置并且围绕中心液体汇总管41的圆周面均匀分布，顶端通介质长管42与顶端通介质短管43间隔排列，结晶管30与顶端通介质长管42、顶端通介质短管43和布液连通管44固定并连通，本实施例中，顶端通介质长管42上连通固定有两个结晶管30，顶端通介质短管43和布液连通管44连通固定有一个结晶管30，但并不以此为限制。所述的中心轴10与中心液体汇总管41之间焊接扰流薄板13，所述的扰流薄板13围绕中心轴10放置并且均布在中心轴10的圆周面上。

端面的第二种结构包括多根流体方管45，所述的流体方管45围绕并且均布在中心轴10上，所述的每个流体方管45与多根结晶管30连通，本实施例中流体方管45相互直接垂直设置，但并不以此为限制。所述的流体方管45的外表上设有多个破晶钉46，所述的破晶钉46设置在流体方管45的两侧并且对应结晶管30的位置。所述的靠近空心轴10的破晶钉46的长度小于远离空心轴10的破晶钉46的长度。所述的中心轴10上焊接扰流薄板13，所述的扰流薄板13围绕中心轴10放置并且均布在中心轴10的圆周面上。由于钉传热好,石蜡首先在钉上形成结晶,钉的形状是圆形,结晶附着力,在结晶器转动时,容易脱落,当结晶混合溶液与方管碰撞加速时,结晶更加无法附着在方管表面上.因此,小方管的数量可减少,结构变得简单,效果预计更好。

图5、6所示，结晶器加长结构，根据实际需求，增加结晶管30的根数、长度，对中心轴30进行更多的分段划分，以适用于更广的范围。

图7、8所示，结晶器还包括一冷端系统50和一热端系统60，所述的中心轴10分别通过冷端系统50、热端系统60与外部管道相接，所述的冷端系统50包括冷介质流动腔体51、迷宫密封52、轴承53和冷端支撑主体54，中心轴10插入冷端支撑主体54，所述的轴承53套在中心轴10上并且固定在冷端支撑主体54内，冷介质流动腔体51与中心轴10的冷介质流通段11连通并且穿过冷端支撑主体54与外部管道相接，冷端支撑主体54内设有迷宫密封52。热端系统60包括热介质流动腔体61、迷宫密封52、轴承53和热端支撑主体62，中心轴10穿过热端支撑主体62与电机20相连。

具体的，结晶器上安装有大量的薄钢板制成的小方管或圆管，即结晶管；结晶管内通流体介质,如冷冻水,热水,导热油等等,相变液体在结晶管表面上和周边大量冷却结晶。这些结晶管组成的结晶器由电机转动，正方向和反方向间隔转动，结晶管表面上的结晶脱落,液体从结晶塔体的两端流入,结晶和液体组成液固混合物。当结晶比液体轻时,如冰,石蜡等等,结晶器设置在下方,此时液固混合物被方管加速排出,液固混合物上升时,碰到下一个结晶管,结晶管上的结晶被液体冲击脱落,也混入液固混合物中,液固混合物也进一步冷却产生晶体,预计液固混合物在升到顶部时至少被碰撞2次以上,最终液固混合物上升到塔体上面结晶逐渐在液体上方积聚，结晶管继续冷却液体使其结晶。结晶管内的流体被加热回流到空心轴的一端,流到外界冷冻系统冷却后,从空心轴另一端进到结晶管；此循环连续进行,则结晶不断生产。当结晶比液体更重时,如熔融盐等,结晶器设置在上方,此时液固混合物被结晶管加速排出,液固混合物逐步下降时,碰到下一个结晶管,结晶管上的结晶被液固混合物冲击脱落,也混入液固混合物中,液固混合物也进一步冷却产生晶体,预计液固混合物在降到顶部时至少被碰撞2次,最终液固混合物下沉到到塔体下部,结晶逐渐积聚，结晶管继续冷却液体使其结晶。结晶管内的流体被加热回流到空心轴的一端,流到外界冷冻系统冷却后,从空心轴另一端进到结晶管，此循环连续进行,则结晶不断生产，生产连续进行。

图9所示，用于石蜡脱油中，在结晶器转动时,热石蜡从两端流入,被结晶管冷却的同时又推动上升流出,在液体上部结晶聚集。

图10图11所示用于风电/光伏蓄热系统的石蜡中温蓄热池，蓄热池的下方安装多台结晶器，根据产量需要，可调整结晶器数量和长度。需要蓄热时，蓄热锅炉通电发热提供热水，热水流进结晶器,结晶器转动并加热周边的液体，液体从结晶器两端进入被结晶器推动上升与上面的固体结晶加速换热，固体结晶融化。在池里中部位置装有搅拌泵,当此处固体融化时,液体泵运行将液体进一步上升加热顶部固体,至所有石蜡融化。需要放热时，结晶器通冷却水,水被加热并对外输出,结晶器周边的液体被冷却结晶，逐渐富积，结晶器转动，将石蜡结晶扰动甩出，固体上升到塔上面。液体从两端流入结晶器与冷水充分换热，逐步将石蜡全部固体化。蓄热阶段石蜡固体熔化到液体泵该位置，由于液体重，因此泵叶片转动，液体上升，强化换热。在结晶器转动时,冷石蜡从两端流入,被方管中热水加热后,又推动上升流出。放热阶段，石蜡结晶时比液体轻，自然上升，液体泵不用运行。在结晶器转动时,热石蜡液体从两端流入,加热方管中的冷水后,石蜡结晶混合液被结晶器推动上升流出。

也可用于用于石蜡脱油装置中，取代刮片式套管结晶器。结构同上述实施例相近似，在生产时，结晶管内通乙二醇冷冻水,水被加热输出,周边的石蜡液体被冷却结晶，逐渐沉积，结晶器转动，将石蜡结晶扰动甩出，混合物液体上升时,碰到下一个结晶管，结晶管上的结晶被液体冲击脱落,也混入混合液中,混合液也进一步冷却产生晶体,预计混合液在升到顶部时至少被碰撞2次,最终混合液上升到塔体上面。结晶物聚集,从出口排出塔器，进入下道工序。上段酮苯石蜡混合液继续往下流动与筒件充分换热，连续生产。

图12图13所示，用于光伏蓄热发电系统的熔融盐高温蓄热中，结晶池上部装有结晶器，在白天需要蓄热时，高温导热油从光伏集热器输出进入结晶器，结晶器周边的熔融盐固体加热为高温液体，结晶器转动，将热液体推动往下流动与下部的固体加速换热，固体盐融化。在池里中部位置装有搅拌泵,当此处固体融化时,泵运行将液体进一步推动去加热底部固体,至所有固体融化。在晚上需要放热时，低温导热油输入结晶器,被加热成为高温导热油对外输出,周边的液体被冷却为盐结晶，逐渐富积，结晶器转动,将结晶扰动甩出，固体结晶下沉到底部。液体继续流动与结晶器内低温油充分换热，逐步将盐全部固体结晶化。蓄热阶段结晶盐熔化逐渐到泵体位置，由于液体轻，因此泵叶片转动，液体向下流动，与底部固体强化换热。在结晶器转动时,冷液体从两端流入,冷却结晶管中的高温导热油；放热阶段盐结晶时比液体重，自然下沉，液体泵不用运行。在结晶器转动时,热液体从两端流入,加热结晶管中的冷导热油。

图14、15、16为用于空调冰蓄冷系统中，结晶池下部装有结晶器，在晚上需要蓄冷时，冷冻机工作，结晶器内通冷冻水，冷却周边的混合液使其结冰,结晶器转动，将冰晶扰动甩出，冰水上升至水池上部。池水从结晶器两端进入与冷冻水充分换热,如此不断循环,池水逐步全部结冰。冷冻水被加温成温水回冷冻机冷却循环.当白天使用冷量时，常温水进结晶器，加热周边池水，结晶器转动将池水推动上升与上部的冰加速换热，冰融化成水。在池里中部位置装有搅拌泵,当此处冰融化时运行将水进一步上升加热顶部冰,至所有冰融化.结晶器管内温水被冷却后，输出至空调房间，循环使用。蓄冷阶段蓄冷池中的水处于结冰阶段，结晶换热器转动运行，冷水进去，温水出来，冷冻机运行将温水降低温度，循环制冷，蓄冷池的冰满到位为止；用冷阶段结，蓄冷池中的冰逐渐融化，结晶换热器转动运行，温水进去，冷水出来，冷冻机不运行或减负荷运行。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。