一种多相变立体加热装置的制作方法

本实用新型涉及换热器装置领域，特别是涉及一种多相变立体加热装置。

背景技术：

在石油、化工等工业系统中，对原油等高粘度液体的加热并进行输送是个棘手问题，对能源的消耗较大，首先是高粘度液体需要加热到一定的温度才能输送；其次高粘度液体的输送管道阻力大，需要大功率泵来驱动，消耗电能大；再有高粘度液体导热能力差，液体受热不均匀需要消耗更多能量，需要提高加热温度来保证液体输送。

传统的换热器装置难以满足原油加热温度均匀性要求，冷热流体完全分开要求，高效节能要求，常常影响对原油的顺利输送。相变换热器作为一种均温加热装置应用于工业中，但是目前的相变换热器只有一种相变介质且无法实现液体的立体加热，并且对于高粘度液体加热效率很低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多相变立体加热装置，以解决上述现有技术存在的问题，使得多相变立体加热装置采用两种相变介质立体加热，提高对高粘度液体的高效率加热。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种多相变立体加热装置，包括筒体和至少一个换热管；

所述筒体包括加热筒体和换热筒体；

所述加热筒体包括加热腔、第一进液口和第一出液口，所述加热腔内填充有第一相变介质；

所述换热筒体包括换热腔、第二进液口和第二出液口；

所述换热管包括外换热管和内换热管，所述内换热管内填充有第二相变介质；

所述外换热管分别设置在所述加热腔和换热腔内，所述内换热管设置在所述外换热管内部且同时贯穿所述加热腔和换热腔；

所述第一进液口通过所述加热腔内的所述外换热管和内换热管的间隙与所述第一出液口连通；

所述第二进液口通过所述换热腔内的所述外换热管和内换热管的间隙与所述第二出液口连通；

所述加热腔上部通过蒸发管与所述换热腔上部连通，所述加热腔底部通过冷凝管与所述换热腔底部连通。

优选的，所述加热腔一侧设置有第一进液腔，所述加热腔的另一侧设置有第一出液腔，所述第一进液口与所述第一进液腔连通，所述第一出液口与所述第一出液腔连通；

优选的，所述加热腔与所述第一进液腔之间设置有隔板，所述加热腔与所述第一出液腔之间设置有隔板；

优选的，所述换热腔一侧设置有第二进液腔，所述换热腔的另一侧设置有第二出液腔，所述第二进液口与所述第二进液腔连通，所述第二出液口与所述第二出液腔连通；

优选的，所述换热腔与所述第二进液腔之间设置有隔板，所述换热腔与所述第二出液腔之间设置有隔板；

优选的，所述第一出液腔和第二进液腔通过换热隔离板连接；

优选的，所述内换热管的一端设置在所述第一进液腔，所述内换热管的另一端依次贯穿所述加热腔、第一出液腔、第二进液腔和换热腔且设置在所述第二出液腔内；

优选的，所述加热腔内的所述外换热管的两端与所述加热腔的隔板密封设置；

所述换热腔内的所述外换热管的两端与所述换热腔的隔板密封设置；

优选的，所述外换热管和所述内换热管之间设置有旋流片；

优选的，所述第一相变介质的蒸发温度低于所述第二相变介质的蒸发温度。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本实用新型提供的多相变立体加热装置采用多相变介质，第一相变介质的蒸发温度低于第二相变介质的蒸发温度，先吸收部分热量进行高粘度液体的预加热，减少液体粘度，提高其导热系数能力，进而提高换热效率。

2、本实用新型提供的多相变立体加热装置选用不同蒸发温度的相变介质可以实现内外相变腔的压力控制，当加热量变化时，通过控制温度实现相变的蒸发与否，从而实现对换热能力的控制。

3、本实用新型提供的多相变立体加热装置在换热管之间设置旋流片，旋流片使得高粘度液体沿着螺旋形流道上升，单位长度上提高了液体的流程，增加液体扰流，提高换热效率；液体在螺旋流道流动中，与液体接触的金属壁温均有加热作用，内外管腔，螺旋片同时对液体进行加热，形成立体加热圈，提高加热液体的加热均匀性。

4、本实用新型提供的多相变立体加热装置采用三段式换热，加热液体先经过入口段预热，升温段双面螺旋流立体加热，出口段混合加热，实现高粘度液体温度均温性。

5、本实用新型提供的多相变立体加热装置设备结构紧凑，占地面积小，单位体积内换热能大，加热效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型多相变立体加热装置的结构示意图；

图2为本实用新型多相变立体加热装置的换热管的结构示意图；

其中，1-第一进液口、2-第一进液腔、3-加热腔、4-第一出液腔、5-第一出液口、6-第二进液口、7-第二进液腔、8-换热腔、9-第二出液腔、10-第二出液口、11-蒸发管、12-冷凝管、13-换热隔离板、14-外换热管、15-内换热管、151-端盖、152-法兰、16-旋流片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种多相变立体加热装置，以解决上述现有技术存在的问题，使得多相变立体加热装置采用两种相变介质立体加热，提高对高粘度液体的高效率加热。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种多相变立体加热装置，包括筒体和三个换热管，筒体包括加热筒体和换热筒体，两个筒体可以单独设置，分别实现加热和换热的功能。

其中，加热筒体包括加热腔3、第一进液口1和第一出液口5，加热腔3内填充有第一相变介质，换热筒体包括换热腔8、第二进液口6和第二出液口10，换热管包括外换热管14和内换热管15，内换热管15内填充有第二相变介质，而且第一相变介质的蒸发温度低于第二相变介质的蒸发温度。

本实施例的外换热管14分别设置在加热腔3和换热腔8内，内换热管15设置在外换热管14内部且同时贯穿加热腔3和换热腔8；这样第一相变介质就能够在外换热管14的外部进行热交换，而第二相变介质就能够在内换热管15内进行热交换。

第一进液口1通过加热腔3内的外换热管14和内换热管15的间隙与第一出液口5连通，第二进液口通过换热腔8内的外换热管14和内换热管15的间隙与第二出液口10连通；这样热源液体就可以通过第一进液口1进入加热腔3内的外换热管14和内换热管15之间的环形流道对第一相变介质和第二相变介质进行加热，加热完之后通过第一出液口5流出，实现对不同位置的两种类型相变介质进行加热。

在加热腔3上部通过蒸发管11与换热腔8上部连通，加热腔3底部通过冷凝管12与换热腔8底部连通，这里的蒸发管11和冷凝管12均是为了连通加热腔3和换热腔8内部的第一相变介质，由于填充有第二相变介质的内换热管15是贯穿加热腔3和换热腔8的，所以内换热管15是可以直接进行液体热交换的，但是加热腔3和换热腔8内与外换热管14之间的空间并不是互相连通的，加热腔3内的热源液体在外换热管14和内换热管15直接流过后，对内换热管15里的第二相变介质直接加热上升到换热腔8内，对外换热管14和加热腔3之间的第一相变介质加热蒸发后通过蒸发管11将第一相变介质送入换热腔8内，此时位于外换热管14和换热腔8之间第一相变介质对外换热管14内的液体进行加热。

在第一相变介质和第二相变介质通过热源液体加热后均流入换热腔8内，待加热液体通过第二进液口6进入换热腔8内，待加热液体流过换热腔8内外换热管14和内换热管15之间的环形流道后双向加热，使得待加热液体双向换热，进而对待加热液体进行换热，换热后的待加热液体通过第二出液口10流出，从而实现对液体的换热，换热后第一相变介质冷凝从换热腔8底部的冷凝管12又回流到加热腔3内继续进行加热蒸发，从而周而复始进行循环，第二相变介质在内换热管15上下运动加热。

本实施例的多相变立体加热装置选用不同蒸发温度的相变介质，由于第一相变介质的蒸发温度低于第二相变介质的蒸发温度，先吸收部分热量进行高粘度液体的预加热，减少液体粘度，提高其导热系数能力，进而提高换热效率。

本实施例的加热筒体和换热筒体可以单独设置，分别实现加热和换热的功能，而且选用不同相变蒸发温度的介质可以实现内外相变腔的压力控制，当加热量变化时，通过控制温度实现相变的蒸发与否，从而实现对换热能力的控制。

实施例二

如图1所示，本实施例提供一种多相变立体加热装置，在实施例一的基础上，本实施例的加热腔3和换热腔8还具有以下特点：

本实施例的加热腔3的下部设置有第一进液腔2，加热腔3与第一进液腔2之间设置有隔板，第一进液口1与第一进液腔2连通，加热腔3的上部设置有第一出液腔4，加热腔3与第一出液腔4之间设置有隔板，第一出液口5与第一出液腔4连通，加热腔3内的外换热管14的两端与加热腔3的隔板密封设置；这样加热筒体的两端增加了第一进液腔2和第一出液腔4，上述两个腔室又与加热腔3通过隔板隔开，这样热源液体通过第一进液口1先进入第一进液腔2，热源液体在第一进液腔2内同时进入三个换热管内对第一相变介质进行加热，加热后热源液体一起流入第一出液腔4并通过第一出液口5排出。

本实施例的换热腔8的下部设置有第二进液腔7，换热腔8与第二进液腔7之间设置有隔板，第二进液口6与第二进液腔7连通，换热腔8的上部设置有第二出液腔9，换热腔8与第二出液腔9之间设置有隔板，第二出液口10与第二出液腔9连通，换热腔8内的外换热管14的两端与换热腔8的隔板密封设置；这样换热筒体的两端各自增加了第二进液腔7和第二出液腔9，上述两个腔室又与换热腔8通过隔板隔开，这样待加热液体通过第二进液口6先进入第二进液腔7，待加热液体在第二进液腔7内同时进入三个换热管内对待加热液体进行换热，换热后的待加热液体一起流入第二出液腔9并通过第二出液口10排出。

在第一出液腔4和第二进液腔7通过换热隔离板13连接，此时的多相变立体加热装置从上到下依次为第二出液腔9、换热腔8、第二进液腔7、第一出液腔4、加热腔3和第一进液腔2的立体设计，内换热管15的一端设置在第一进液腔2，内换热管15的另一端依次贯穿第一加热腔3、第一出液腔4、第二进液腔7和换热腔8设置在第二出液腔9内。

在本实施例中由于第一出液腔4和第二进液腔7通过换热隔离板13隔离，这样加热液体进入第一进液腔2先对内换热管15加热，加热液体流到第一出液腔4后可以对第二进液腔7进行换热，从而对待加热液体进行一次预加热。

加热液体进入第一进液腔2后，进液腔与加热腔3接触面积大可以对加热腔3内的第一相变介质加热，同样待加热液体在进入第二进液腔7后能够被换热腔8的隔板和第一出液腔4的换热隔离板13进行双向预加热，待加热液体在第二出液腔9也能够通过换热腔8的隔板进行加热，这样本实施例的多相变立体加热装置实现了三段式换热，实现高粘度液体温度均温性。

实施例三

如图2所示，本实施例提供一种多相变立体加热装置，在实施例一和二的基础上，本实施例的换热管还具有以下特点：

本实施例的外换热管14和内换热管15之间设置有旋流片16，内换热管15的两端密封有端盖151，本实施例的内换热管15可以是多段组合，多段内换热管15可以通过焊接法兰152连接。

本实施例换热管之间设置的旋流片16使得高粘度液体沿着螺旋形流道上升，单位长度上提高了液体的流程，增加液体扰流，提高换热效率；液体在螺旋流道流动中，与液体接触的金属壁温均有加热作用，内外管腔，螺旋片同时对液体进行加热，形成立体加热圈，提高加热液体的加热均匀性。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本实用新型的保护范围内，本实用新型的相变介质不限于两个，多个相变介质换热均为本实用新型的多向换热原理。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。