一种汽化换热装置的制作方法

1.本发明属于换热技术领域，更具体地，涉及一种汽化换热装置。


背景技术：

2.低温液体制冷以其无需主动制冷设备、吸热潜力巨大、经济方便等原因被广泛应用于医疗和激光器新型热控系统等领域中，其原理是利用低温液体在汽化过程的巨大相变潜热为冷媒降温，从而达到制冷的目的。
3.传统的低温液体制冷利用水浴式换热器，即将内部流通低温液体的带翅片的金属管道没入冷媒中，依靠冷媒与管道间和管道与低温液体间的对流换热，将冷媒热量传递给低温液体，从而为其提供汽化热量，冷媒自身温度随之降低。该换热方式的换热能力极易受管道换热热阻的影响，导致换热效率低，造成巨大的能源浪费。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种汽化换热装置，其目的在于不仅可以使得低温液体与冷媒直接接触，还能在接触过程中强化对流，从而提高了换热效率，避免了能源浪费。
5.本发明提供了一种汽化换热装置，所述汽化换热装置包括冷媒组件和低温液体组件；
6.所述冷媒组件包括水箱和换热罩，所述水箱的顶部和底部分别具有连通所述水箱的内腔的冷媒进料口和冷媒出料口，所述水箱中充设有冷媒，所述换热罩为锥形结构，所述换热罩朝向所述水箱底部的方向内径逐渐增大，且所述换热罩浸没在所述冷媒中，所述换热罩的顶部具有通气孔；
7.所述低温液体组件包括储液罐、高压泵和喷嘴，所述储液罐内充设有低温液体，所述储液罐的出口依次与所述高压泵、所述喷嘴连通，所述喷嘴位于所述冷媒中，且所述喷嘴的出口朝向所述换热罩的底部内壁布置。
8.可选地，所述冷媒组件还包括电机和叶轮，所述电机的输出轴和所述叶轮传动连接，所述叶轮位于所述冷媒中。
9.可选地，所述叶轮位于所述换热罩内，且所述喷嘴位于所述叶轮的外边缘上。
10.可选地，所述汽化换热装置还包括控制组件，所述控制组件包括控制器和温度传感器，所述控制器分别与所述温度传感器和所述高压泵电连接，所述温度传感器位于所述水箱的内壁上，且所述温度传感器浸没在所述冷媒中。
11.可选地，所述汽化换热装置还包括加热器，所述加热器位于所述水箱的内壁上，且所述加热器浸没在所述冷媒中，以对所述冷媒加热。
12.可选地，所述加热器和所述控制器电连接。
13.可选地，所述换热罩上具有多孔介质层，所述多孔介质层沿所述换热罩的内壁延伸。
14.可选地，所述水箱的外周壁具有保温层。
15.可选地，所述冷媒为水和乙二醇的混合物。
16.可选地，所述储液罐、所述高压泵和所述喷嘴之间通过不锈钢管道连通。
17.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
18.对于本发明实施例提供的一种汽化换热装置，在通过低温液体对冷媒进行热交换时，启动高压泵，通过高压泵将储液罐内的低温液体泵入喷嘴，从而使得低温液体以高速喷出。低温液体在喷出的过程中，低温液体会撞击换热罩内壁，破碎为若干分散的小液泡及气泡，这些小液泡及气泡则会沿换热罩的内壁斜向缓慢上升。与此同时，小液泡及气泡会与冷媒及换热罩充分接触，且自下而上沿换热罩内壁上升对流，使得自身汽化吸收冷媒的热量，并最终通过通气孔上升到水箱顶部，并从冷媒进料口排出至大气。在这个过程中，低温液体与冷媒直接接触，且在换热罩、高压泵和喷嘴的作用下强化了对流，从而提高了换热效率，避免了能源浪费。而冷媒则在将热量传递出去的过程中温度下降，从而可以得到低温的液体，通过冷媒出料口排出即可对相关设备进行降温。
19.也就是说，本发明实施例提供的一种汽化换热装置，不仅可以使得低温液体与冷媒直接接触，还能在接触过程中强化对流，从而提高了换热效率，避免了能源浪费。
附图说明
20.图1是本发明实施例提供的一种汽化换热装置的结构示意图。
21.图中各符号表示含义如下：
22.1、冷媒组件；11、水箱；111、冷媒进料口；112、冷媒出料口；113、排气孔；12、换热罩；121、通气孔；13、电机；14、叶轮；2、低温液体组件；21、储液罐；22、高压泵；23、喷嘴；24、不锈钢管道；3、控制组件；31、控制器；32、温度传感器；4、加热器。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
24.图1是本发明实施例提供的一种汽化换热装置的结构示意图，如图1所示，汽化换热装置包括冷媒组件1和低温液体组件2。
25.冷媒组件1包括水箱11和换热罩12，水箱11的顶部和底部分别具有连通水箱11的内腔的冷媒进料口111和冷媒出料口112，水箱11中充设有冷媒，换热罩12为锥形结构，换热罩12朝向水箱11底部的方向内径逐渐增大，且换热罩12浸没在冷媒中，换热罩12的顶部具有通气孔121。
26.低温液体组件2包括储液罐21、高压泵22和喷嘴23，储液罐21内充设有低温液体，储液罐21的出口依次与高压泵22、喷嘴23连通，喷嘴23位于冷媒中，且喷嘴23的出口朝向换热罩12的底部内壁布置。
27.对于本发明实施例提供的一种汽化换热装置，在通过低温液体对冷媒进行热交换时，启动高压泵22，通过高压泵22将储液罐21内的低温液体泵入喷嘴23，从而使得低温液体
以高速喷出。低温液体在喷出的过程中，低温液体会撞击换热罩12内壁，破碎为若干分散的小液泡及气泡，这些小液泡及气泡则会沿换热罩12的内壁斜向缓慢上升。与此同时，小液泡及气泡会与冷媒及换热罩12充分接触，且自下而上沿换热罩12内壁上升对流，使得自身汽化吸收冷媒的热量，并最终通过通气孔121上升到水箱11顶部，并从冷媒进料口111排出至大气。在这个过程中，低温液体与冷媒直接接触，且在换热罩12、高压泵22和喷嘴23的作用下强化了对流，从而提高了换热效率，避免了能源浪费。而冷媒则在将热量传递出去的过程中温度下降，从而可以得到低温的液体，通过冷媒出料口112排出即可对相关设备进行降温。
28.也就是说，本发明实施例提供的一种汽化换热装置，不仅可以使得低温液体与冷媒直接接触，还能在接触过程中强化对流，从而提高了换热效率，避免了能源浪费。
29.需要说明的是，低温液体是指在标准大气压下沸点低于120k的液体，可以为液氮和液氢等。但为了兼顾安全性和经济性，在本实施例中低温液体为液氮。
30.另外，冷媒可以为水和乙二醇的混合物。冷媒进料口111还起到补充冷媒的作用。
31.在本发明的其他实施例中，水箱11的顶部设置有排气孔113，即低温液体汽化后可以通过排气孔113排出，避免对冷媒进料口111形成干涉。
32.容易理解的是，冷媒出料口112排出降温后的低温冷媒，在经过对相关设备降温而自身温度升高后可以通过冷媒进料口111重新加入，从而形成循环。
33.在本实施例中，冷媒组件1还包括电机13和叶轮14，电机13的输出轴和叶轮14传动连接，叶轮14位于冷媒中。
34.在上述实施方式中，通过电机13驱动叶轮14转动，能够均匀搅拌冷媒，保证冷媒温度一致，能够强化冷媒和低温液体之间的对流，便于充分热交换。
35.示例性地，电机13的输出轴和叶轮14通过金属杆传动连接，电机13驱动叶轮14高速旋转，从而带动水箱11内的冷媒旋转流动。另外，电机13可以为变频电机，采用可变频方式工作，以不同速率驱动叶轮14旋转，从而控制换热效率。
36.示例性地，叶轮14位于换热罩12内，且喷嘴23位于叶轮14的外边缘上。
37.在上述实施方式中，叶轮14旋转的过程中可以带动喷嘴23旋转，使得喷出的高速低温液体呈螺旋上升的状态，从而进一步实现与冷媒的充分接触。
38.继续参见图1，汽化换热装置还包括控制组件3，控制组件3包括控制器31和温度传感器32，控制器31分别与温度传感器32和高压泵22电连接，温度传感器32位于水箱11的内壁上，且温度传感器32浸没在冷媒中。
39.在上述实施方式中，控制组件3可以实现对本汽化换热装置的自动化控制。
40.示例性地，当温度传感器32检测到冷媒的温度高于设定值时，温度传感器32将信号传递至控制器31，控制器31则控制高压泵22启动，从而将低温液体泵入冷媒中，使得自身汽化吸收冷媒的热量，而冷媒则在将热量传递出去的过程中温度下降，从而最终实现对冷媒的降温。当温度传感器32检测到冷媒的温度低于设定值时，温度传感器32将信号传递至控制器31，控制器31则控制高压泵22关机，冷媒已处于较低温，无需降温。
41.在本实施例中，喷嘴23可以为高压电控喷嘴，其可以通过电信号控制其开启和闭合。喷嘴23同样与控制器31电连接，当控制器31控制高压泵22开启时，同样会控制喷嘴23开启，低温液体经由喷嘴23喷出后，并迅速闭合，完成一次动作。
42.在本发明的一种实现方式中，汽化换热装置还包括加热器4，加热器4位于水箱11的内壁上，且加热器4浸没在冷媒中，以对冷媒加热。
43.在上述实施方式中，加热器4可以对冷媒进行加热，使得本装置可以充当加热设备，将冷媒加热后可以对相关设备进行加热。
44.示例性地，加热器4和控制器31电连接。
45.容易理解的是，当温度传感器32检测到冷媒的温度低于设定值时，温度传感器32将信号传递至控制器31，控制器31控制高压泵22关机，并控制加热器4工作，此时本装置可以通过加热获取较高温度的冷媒，对相关设备进行加热。
46.也就是说，本发明提供的汽化换热装置，不仅可以使得低温液体与冷媒直接接触，从而对冷媒降温，还能通过加热器4对冷媒加温。因此，本装置可以根据实际工艺要求，制备所需温度的冷媒，以对相关设备进行降温或者加热。
47.在本实施例中，换热罩12上具有多孔介质层，多孔介质层沿换热罩12的内壁延伸，多孔介质层不仅有利于破碎低温液体，使之形成小液泡及气泡，还能形成阻碍，延缓其上升的速率，从而使得低温液体与冷媒充分接触及对流。
48.示例性地，换热罩12的外侧由高强度金属片制成，整体呈钟罩型。
49.示例性地，水箱11的外周壁具有保温层。
50.在上述实施方式中，保温层可以对水箱11起到保温隔热的作用，避免冷媒直接通过水箱11与外界大气热交换，从而进一步提高换热效率。
51.示例性地，储液罐21、高压泵22和喷嘴23之间通过不锈钢管道24连通。
52.本发明具有以下几个优点：
53.(1)换热效率高，采用强化的液液、气液直接接触式混合换热，减少了诸多管道等的换热热阻，且气液在多孔介质层内混合换热，使得本装置换热效率得到进一步大幅提升。
54.(2)运行经济性得到大幅提升，该装置利于低温液体充分吸热汽化，进而可以在相同的低温液体使用量的情况下，其汽化潜热的实际利用率较传统水浴式换热器相比得到大幅提升，单位质量低温液体制冷量相应提高，理论上低温液体冷量有效利用率将高于90％，提高系统运行经济性，具有巨大社会经济效益。
55.(3)温控精度高，水箱11内冷媒的旋转流动，使换热效率进一步提升的同时，水箱11内的冷媒温度趋于一致，更有利于温控精度的提升。
56.(4)该汽化换热装置结构简单，无需主动制冷设备，运行噪音低，适应制冷、换热设备小型化发展需求，尤其在激光器制冷、医疗恒温水箱、低温液体汽化等领域便于大规模商业应用。
57.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。