专利名称：一种汽化超低温液体的热交换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及人为控制相变的装置，具体讲是对超低温液体进行汽化的装置。
背景技术：
在通常情况下，对超低温液体进行汽化时，均采用环境汽化的方法。即以大气温度或江河湖海的水温作为汽化过程中的热源。这种环境汽化法对于把温度不太低、压力不太大或者小流量的液化汽转化为汽体的情况，是一种较为经济和节能的方法。例如，民用液化石油汽钢瓶，就是一个环境汽化装置。但是，对于超低温的液体(液氮、液氧、液态天然气)、并且在要求流量较大的情况下，用环境汽化法就完全不能满足要求了。目前，许多城市里已改装出了大量的天然气汽车，对该天然气汽车充汽的加汽站就是一个比较典型的例子。通常，是将常压超低温(有的低至-163℃)的液化天然气经由低温高压泵强制性注入处于高温介质中的热交换管道(热交换装置的核心构件)里，使超低温的液态天然气吸收热量而迅速发生相变。要求在热交换管道出口不断输出常温状态的所需压力(200～250Kg/cm2)和所需流量(≮200Nm3/h)的充瓶天然气。不过，包括给天然气汽车加汽的装置在内的现有装置中，存在如下所有的或部分不足(1)设备体积庞大，成本高；(2)所汽化的高压气体流量小，且产汽量不稳定；(3)外界受季节和外界环境影响，温度变化大。尤其是在我国北方的冬季，气温常在-40℃～-10℃。而按照国标的规范要求，这种温度下的汽体是绝不允许充装在高压气瓶中去的，还须再把该汽体进一步加热至20℃方可充装。也就是说，作为汽化超低温液体设备中的热交换装置除应能保证快速汽化外，其中的热交换管道的出口处还应加装能进行稳压与恒温输出控制的传感探头。目前的这类设备基本上均是这样做的。然而，设计其中的热交换装置时，却遇到了一个由快速汽化所带来的安全问题。该热交换装置(参见图1)由充满热交换介质的热交换箱体和其盘管部分在该热交换箱体内、而与该盘管相连的低温液体进液管和高压气体出气管均在该箱体外的热交换管道组成。如果要使进入热交换管道内的超低温液体快速汽化，势必要加大热交换管道内的温度梯度。而这温度梯度增大的后果是，其进液管在热交换箱体壁之外的一端(冷端)与该进液管在热交换箱体壁之内的一端(热端)之间，因受温度的剧变而使得其内的一端激剧膨胀，带来了的强大的反向剪切应力。这样，除对该处箱体壁与管道的联接部分有一定的破坏作用外，严重的是，经过装置的频繁启动和/或长期使用，该处的管道必将产生严重的疲劳损伤。在高压的作用下将引发管道爆裂，甚至导致人身伤亡事故。因此，目前都只能通过降低汽化的速率来避免了。
实用新型内容本实用新型的目的是，提供一种安全可靠、且汽化速度快的超低温液体的热交换装置。
为实现所述目的，提供这样一种汽化超低温液体的热交换装置。该装置包括有液体热介质从其内通过的热交换箱体和其盘管部分在该热交换箱体内、与该盘管相连的低温液体进液管和高压气体出气管均在该箱体外的热交换管道。其改进之处是，热交换箱体与热交换管道的进液管之间，是通过一个套在该进液管外的、两者间的间隙中填充有金属碎屑的温度均衡套相联接起来的——该温度均衡套的一端密封地固联在该进液管上，与该密封端相反一端的温度均衡套的外周密封地固联在热交换箱体的筒壁上。
进一步的特征是，填充的金属碎屑的粒度为0.3～0.5mm，并在其温度均衡套与热交换管道的进液管之间的间隙中全部填满；把该金属碎屑封装在其温度均衡套内的是法兰盘或环形塞。
与现有的热交换装置相比较，由于本实用新型增设了其间隙中填充有金属碎屑的温度均衡套，于是，其内的金属碎屑使冷端温度和热端温度得到充分地混合、缓冲和过渡，起到了受压内管温度缓冲区的作用，使受压内管上下不存在明显的温差突变断面。使得低温液体从入口到热交换箱体壁的交界处温度逐渐升高，并将冷量大量地传递给金属碎屑；而热介质的热量经受压内管和温度均衡套也大量传递给金属碎屑，使热交换箱体壁的交界处上的冷热温差大幅度降低。同时，在汽化频繁开启的过程中，由于金属碎屑间存在大量空穴，使其又具有一定的储热储冷性能，使整个受压内管自身的温度突变也大大减少。确保了高压大流量高温热源汽化装置在使用过程中的安全性。在这种情况下，本实用新型的体积就能比环境汽化法装置的体积缩小1/10以下，重量减少到1/4以下，汽化输出流量增加几十倍，高压充装速度也快5～10倍。简言之，由于汽化超低温液体的热交换装置在安全性方面有了可靠的保证，其汽化效率自然能够大大提高，进而又极大地减小了热交换装置的体积与重量。因此，制造成本与运行成本也均有了大幅度的降低。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1——现有的汽化超低温液体的热交换装置示意图图2——一种本实用新型装置的示意图图3——图2中I区域的局部放大图图4——(对应于图2中I区域的)另一种本实用新型装置的局部放大图图5——(对应于图2中I区域的)又一种本实用新型装置的局部放大图具体实施方式
一种汽化超低温液体的热交换装置(参考图2、3、4、5)。该装置包括有液体热介质6(热水或热蒸汽)从其内通过的热交换箱体5和其盘管7部分在该热交换箱体5内、与该盘管7相连的低温液体进液管1和高压气体出气管2均在该箱体5外的热交换管道。当然，与现有的类似装置相同，其液体热介质6(热水或热蒸汽)的进口3在热交换箱体5下部的一侧，其液体热介质6的出口4在热交换箱体5在上部的另一侧；还有与现有的类似装置相同的必备的配套设备或装置，例如，高压气体出气管2的出口处应有的能进行稳压与恒温输出控制的传感探头(因不属本实用新型的区别特征，为附图清晰，省略未画)。本实用新型的热交换箱体5与热交换管道的进液管1之间，是通过一个套在该进液管1外的、两者间的间隙中填充有金属碎屑9的温度均衡套相联接的。该温度均衡套的一端密封地固联在该进液管1上，与该密封端相反一端的温度均衡套的外周密封地固联在热交换箱体5的筒壁上。在大多数情况下，所说的固联是通过焊接来实现的。
进一步讲，填充的金属碎屑9的粒度为0.3～0.5mm，并在其温度均衡套与热交换管道的进液管1之间的间隙中全部填满——最好是不要加压、压实，自然填满即可。把这些金属碎屑9封装在温度均衡套内的是法兰盘10或环形塞(由于理解起来较容易，故在相关附图中均仅示意画出法兰盘10)。
更具体地讲，这些金属碎屑9可以是铜屑、铝屑或铁屑。通常情况下，收集车削加工的车屑即可。当然，还可以不锈钢等材料的车屑。其中，以铜屑为最好。
结合前述的优越性介绍，看完上面披露的内容后，本领域的技术人员已能正确地实施本实用新型了。故上述内容也是以下更具体实例的总述，在以下各例中与本总述相同的内容不赘述。
实施例1(参考图2、3)本例是在总述部分的基础上的一个更具体的举例。本例中的温度均衡套为圆柱形管8。它与进液管1固联的一端是该圆柱形管8的封头，该封头端位于热交换箱体5内。该圆柱形管8与热交换箱体5固联的一端可以是该封头相反端的端头外周、也可以是该封头相反端的端部的外周。显然，此处所说的“端部”并非“端头”，而是距端头较近的这一段。具体位置应当根据要求和/或其他条件确定。本例附图所画出的是固联于其端部。
实施例2(参考图2、4)本例是在总述部分的基础上的另一个更具体的举例。在本例中，其温度均衡套为半球形套8′。它与进液管1固联的一端是该半球形套8′的底部，该半球形套8′的底部位于热交换箱体5内。该半球形套8′与热交换箱体5固联的一端是该半球形套8′的边沿外周。
实施例3(参考图2、5)本例是在总述部分的基础上的更具体举例。本例中的温度均衡套为圆锥形管8″。它与进液管1固联的一端是该圆锥形管8″小端上的封头，该封头端位于热交换箱体5内。该圆锥形管8″与热交换箱体5固联的一端可以是该封头相反端的端头外周、也可以是该封头相反端的端部的外周。与实施例1一样，具体位置应当根据要求和/或其他条件确定。本例附图所画出的是固联于其端头的。
如前所述，本实用新型的重量和体积均足够小。因此，在上述各例中，在填充金属碎屑9时，可把热交换箱体5倾过来，让温度均衡套的开口朝上，装填金属碎屑9的同时，轻轻敲击(振动)温度均衡套。装填满后，用法兰盘10或环形塞把它们封住。然后，再复位、安装。
显然，温度均衡套的尺寸参数，应当、也能够通过常规的实验，根据要求和/或条件确定。例如，在实施例1中，该温度均衡套在热交换箱体5内的长度取28cm、箱体外取25cm；温度均衡套内径与热交换管道的进液管1外径间的距离2cm。
同样显然的是，上述各例并非穷举，只要是“热交换箱体5与热交换管道的进液管1之间，是通过一个套在该进液管1外的、两者间的间隙中填充有金属碎屑9的温度均衡套相联接起来的”这种汽化超低温液体的热交换装置，均为本实用新型所提出的技术方案。
权利要求1.一种汽化超低温液体的热交换装置，该装置包括有液体热介质(6)从其内通过的热交换箱体(5)和其盘管(7)部分在该热交换箱体(5)内、与该盘管(7)相连的低温液体进液管(1)和高压气体出气管(2)均在该箱体(5)外的热交换管道，其特征在于，所述热交换箱体(5)与热交换管道的进液管(1)之间，是通过一个套在该进液管(1)外的、两者间的间隙中填充有金属碎屑(9)的温度均衡套相联接的；该温度均衡套的一端密封地固联在该进液管(1)上，与该密封端相反一端的温度均衡套的外周密封地固联在热交换箱体(5)的筒壁上。
2.根据权利要求1所述的汽化超低温液体的热交换装置，其特征在于，所述温度均衡套为圆柱形管(8)，它与所述进液管(1)固联的一端是该圆柱形管(8)的封头；该封头端位于所述热交换箱体(5)内，该圆柱形管(8)与热交换箱体(5)固联的一端可以是该封头相反端的端头外周、也可以是该封头相反端的端部的外周。
3.根据权利要求1所述的汽化超低温液体的热交换装置，其特征在于，所述温度均衡套为半球形套(8′)，它与所述进液管(1)固联的一端是该半球形套(8′)的底部；该半球形套(8′)的底部位于所述热交换箱体(5)内，该半球形套(8′)与热交换箱体(5)固联的一端是该半球形套(8′)的边沿外周。
4.根据权利要求1所述的汽化超低温液体的热交换装置，其特征在于，所述温度均衡套为圆锥形管(8″)，它与所述进液管(1)固联的一端是该圆锥形管(8″)小端上的封头；该封头端位于所述热交换箱体(5)内，该圆锥形管(8″)与热交换箱体(5)固联的一端可以是该封头相反端的端头外周、也可以是该封头相反端的端部的外周。
5.根据权利要求1至4中之任一项所述的汽化超低温液体的热交换装置，其特征在于，填充的所述金属碎屑(9)的粒度为0.3～0.5mm，并在其温度均衡套与热交换管道的进液管(1)之间的间隙中全部填满；把该金属碎屑(9)封装在其温度均衡套内的是法兰盘(10)或环形塞。
6.根据权利要求1至4中之任一项所述的汽化超低温液体的热交换装置，其特征在于，所述的金属碎屑(9)是铜屑、铝屑或铁屑。
7.根据权利要求5所述的汽化超低温液体的热交换装置，其特征在于，所述的金属碎屑(9)是铜屑、铝屑或铁屑。
专利摘要一种汽化超低温液体的热交换装置。该装置包括有液体热介质从其内通过的热交换箱体和其盘管部分在该热交换箱体内、与该盘管相连的低温液体进液管和高压气体出气管均在该箱体外的热交换管道。热交换箱体与进液管段之间，是通过一个套在该进液管段外的、两者间的间隙中填充有金属碎屑的温度均衡套相联接起来的。由于温度均衡套内金属碎屑的作用，极大地降低了因热交换温度梯度过大而带来的对热交换管道的巨大反向剪切应力。这样，汽化超低温液体的热交换装置在安全性方面有了可靠的保证，获得高压气体的效率也就大大提高，进而又极大地减小了热交换装置的体积与重量。因此，制造成本与运行成本也均有了大幅度的降低。
文档编号F28D7/10GK2901225SQ20062011026
公开日2007年5月16日 申请日期2006年4月3日 优先权日2006年4月3日
发明者巫山 申请人:巫山, 重庆川友科技发展有限公司