液体汽化装置及其汽化方法与流程

本发明涉及能源化工领域，特别涉及液体汽化装置及其汽化方法。

背景技术：

由于钢瓶内装的液体例如二氧化碳、液体甲烷、液氮、液氧等均为工业或实验室中的常用原料或介质，而在使用时通常需将钢瓶中的液体汽化，在液体汽化后方可进入下游工段进行反应或应用。

汽化过程是一个吸热的过程，合理控制钢瓶中液体的汽化速率才能实现效率与安全的同时改善。如果液体汽化速率太快，瞬间吸热量较大，无热介质辅助时，易使管道内、外水蒸气凝霜结冰而导致堵塞管道甚至冻伤；如果液体汽化的速率太慢，则可能会无法满足下游工段的需求量。

有鉴于此，需要提供一种可以有效控制钢瓶液体汽化速率的汽化装置及汽化方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种液体汽化装置及其汽化方法。所述技术方案如下：

本发明的一个目的是提供了一种液体汽化装置。

本发明的另一目的是提供了一种使用液体汽化装置的汽化方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种液体汽化装置装置，其中，

所述液体汽化装置包括：

壳体，所述壳体具有内腔，所述内腔用于容纳钢瓶和容纳使装在所述钢瓶内的液体汽化的热介质，所述壳体具有用于放入或取出所述钢瓶的壳体开口；

多个热介质喷嘴，所述多个热介质喷嘴设置在所述壳体上用于将所述热介质喷射入所述壳体的内腔中；

热介质分布管网，所述热介质分布管网与所述多个热介质喷嘴连通，用于将所述热介质传输至所述多个热介质喷嘴并控制所述多个热介质喷嘴的喷射量和喷射速度。

具体地，所述多个热介质喷嘴均匀设置在所述壳体上以使所述热介质在所述内腔中传热均匀，并且所述多个热介质喷嘴通过配管与所述热介质分布管网连通；

所述钢瓶为大致圆柱体形并且所述壳体也呈现大致圆柱体形；

所述多个热介质喷嘴中的每一个热介质喷嘴均沿所述壳体的径向方向延伸，所述每一个热介质喷嘴的一端设置为中空的圆柱体且与所述配管连接，另一端设置为中空的圆锥体并延伸至所述壳体的所述内腔中。

优选地，所述多个热介质喷嘴在所述壳体上分上层、中层、下层三层布置，所述热介质分布管网包括多个分布管，所述多个分布管分别通过所述配管与所述多个热介质喷嘴一一对应连接，在所述多个分布管中的每一个分布管上均设置用于控制所述热介质的喷射量和喷射速度且用于开关相对应的热介质喷嘴的热介质阀门。

优选地，所述多个热介质喷嘴借助于所述热介质分布管网彼此并联连接，在所述上层、中层、下层中的每一层中均匀分布有6个热介质喷嘴，且所述每一层中的所述6个热介质喷嘴均分布在与所述壳体的轴向方向相垂直的同一平面中，且相邻两个的热介质喷嘴彼此间隔60°布置。

进一步地，在将所述钢瓶放入所述液体汽化装置中之后，所述壳体的内腔与所述钢瓶之间形成了用于容纳所述热介质的环形空腔；

所述壳体包括为半圆柱形空腔的第一子壳体和第二子壳体，所述第一子壳体和第二子壳体彼此可拆卸连接以形成所述内腔。

具体地，所述壳体的顶端设置有顶端开口，所述顶端开口设置成允许所述钢瓶的上端延伸出所述壳体，

所述第一子壳体和第二子壳体均包括沿所述壳体的轴向方向延伸的第一侧边和第二侧边，所述第一子壳体和第二子壳体在所述第一侧边通过铰链连接，所述第一子壳体和第二子壳体在所述第二侧边通过搭扣连接。

进一步地，在所述壳体的底部设置有多个热介质冷凝液排放口，所述多个热介质冷凝液排放口与热介质冷凝液收集管网通过所述配管连接；

在所述顶端开口与所述钢瓶的结合处设置有绝热耐磨密封垫，且在所述第一子壳体和所述第二子壳体彼此结合的结合面处设置有耐温耐压密封件。

进一步地，在所述壳体开口处设置有便于打开和关闭所述壳体开口的把手，

所述壳体包括内层和外层，所述壳体的内层与所述壳体的外层之间填充有保温材料，

在所述壳体的顶部还设置有安全阀和测压元件，在所述壳体的中部设置有测温元件和至少一个观察窗，在所述壳体的底部还设置有万向轮。

具体地，所述壳体的内层和外层均由不锈钢薄板压制而成；

所述保温材料为泡沫塑料、硅酸盐保温材料、陶瓷保温材料、玻璃棉、岩棉、玻璃纤维和预氧化纤维中的任一种或它们的任意组合；

所述观察窗的窗面采用耐高温高压的有机玻璃制成；

所述热介质冷凝液收集管网或所述热介质分布管网采用多个不锈钢伸缩波纹管制成。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种液体汽化装置的汽化方法，该方法包括以下步骤：

(1)使所述热介质通过所述热介质分布管网传输至所述多个热介质喷嘴中；

(2)通过所述热介质分布管网控制所述多个热介质喷嘴将所述热介质喷射到所述壳体的所述内腔中给所述钢瓶中的液体传热使其汽化；

(3)在所述钢瓶中的液体汽化的同时或之后，通过所述液体汽化装置中的多个热介质冷凝液排放口和热介质冷凝液收集管网将所述壳体的所述内腔中的冷凝液排放出所述壳体。

根据本发明的液体汽化装置及其汽化方法具有以下优点中的至少一个：

(1)本发明提供的液体汽化装置及其汽化方法具有成本低、汽化效果好，而且能减小钢瓶中的液体例如二氧化碳对管道、设备的冻伤，从而提高了设备使用寿命的特点；

(2)本发明提供的液体汽化装置及其汽化方法能够提高钢瓶中的液体例如二氧化碳在加热汽化的过程中对温度的响应性和精度；

(3)本发明提供的液体汽化装置及其汽化方法可以根据需要调节热介质喷嘴对蒸汽的喷射量与速度，从而实现了液体汽化装置对钢瓶中的液体例如二氧化碳的汽化量的可控调节，进一步实现了对钢瓶中液体的均匀、可控、稳定汽化。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的液体汽化装置的结构示意图；

图2是根据本发明的另一实施例的使用液体汽化装置的汽化方法的流程图。

其中，100液体汽化装置，1壳体，2热介质喷嘴，3铰链，4搭扣，5热介质分布管网，6热介质冷凝液排放口，7热介质冷凝液收集管网，8绝热耐磨密封垫，9钢瓶，10观察窗，11测温元件，12安全阀，13测压元件，14万向轮，15内腔，16壳体的内层，17壳体的外层，18保温材料，19耐温耐压密封件，20液体。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

钢瓶内装的液体20例如二氧化碳、液体甲烷、液氮、液氧等均为在工业或实验中的常用原料，一般均需要汽化后方可使用。而汽化过程为吸热过程，如果汽化速率太快容易使管道内、外的水蒸气凝霜结冰堵塞管道，而如果汽化速率太慢会影响下一进程的正常操作，因此有效控制钢瓶中的液体20的汽化速率尤为关键。

如图1所示，本发明提供了根据本发明的一个实施例的一种液体汽化装置100。液体汽化装置100包括壳体1、多个热介质喷嘴2、热介质分布管网5。具体地，壳体1具有内腔15，内腔15用于容纳钢瓶9和容纳使装在钢瓶9内的液体20汽化的热介质，且壳体1还具有用于放入或取出钢瓶9的壳体开口(未示出)。在一个示例中，热介质为满足压力要求的低压蒸汽、热水等非可燃液态热载体。在一个示例中，钢瓶(例如40l的标准钢瓶)为大致的圆柱体形，且壳体1也呈大致的圆柱体形，因此在将钢瓶9放入液体汽化装置100中之后，壳体1的内腔15与钢瓶9之间形成了用于容纳热介质的环形空腔。

本领域技术人员可以明白，钢瓶还可以是长方体形、圆台形等形状，壳体可以与钢瓶的形状一致，也可以与钢瓶的形状不相同，例如钢瓶设置为圆柱形，壳体设置为长方体形，此时用于容纳热介质的环形空腔也可以不再是圆环形，其可以为方形等，只要能够保证在使用时壳体的内腔能够容纳钢瓶，且能够容纳在汽化过程中所需的热介质即可。

在一个示例中，壳体1包括内层16和外层17，且内层16和外层17均由不锈钢薄板压制组成的两个半圆柱空腔，在壳体1的内层16与外层17的夹层之间均匀填充有保温材料18。保温材料18可以为泡沫塑料、硅酸盐保温材料、陶瓷保温材料、玻璃棉、岩棉、玻璃纤维和预氧化纤维等中的任一种或它们的任意组合。

继续参见图1，在一个示例中，壳体1包括第一子壳体(未示出)和第二子壳体(未示出)。第一子壳体和第二子壳体均为中空的半圆柱体，当第一子壳体和第二子壳体彼此可拆卸地连接在一起时形成了壳体1，同时第一子壳体的内腔和第二子壳体的内腔一起形成了壳体1的内腔，且在第一子壳体与第二子壳体的结合面处形成了壳体1的壳体开口。

本领域技术人员可以明白，第一子壳体和第二子壳体为沿壳体1的轴向方向而分开的两个子壳体。当然本领域人员可以明白，第一子壳体和第二子壳体可以为由沿壳体1的径向方向而分开的两个子壳体，在使用时，将第一子壳体和第二子壳体分别依次套设在钢瓶上即可。当然本领域技术人员还可以明白，壳体1可以沿壳体1的轴向方向和径向方向同时开口，由此将壳体1分为了四个子壳体，在使用时，将该四个子壳体彼此组合并连接即可。本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员可以根据需要进行相应的选择和调整。

在一个示例中，第一子壳体和第二子壳体均包括沿壳体的轴向方向延伸的第一侧边和第二侧边，且第一子壳体的第一侧边和第一子壳体的第二侧边彼此相对设置，第二子壳体的第一侧边与第二子壳体的第二侧边彼此相对设置。第一子壳体和第二子壳体在第一侧边通过不锈钢铰链连接，第一子壳体和第二子壳体在第二侧边通过不锈钢搭扣(即卡扣)连接。当然本领域技术人员可以明白，第一子壳体与第二子壳体彼此相对应的侧边，例如彼此对应的第一侧边，彼此对应的第二侧边，还可以通过例如焊接连接、铆接连接、螺纹连接、过盈连接等方式进行连接。本领域技术人员可以根据需要选择其连接方式。

在壳体的顶端设置有顶端开口(未示出)，顶端开口能够允许钢瓶的上端延伸出壳体一定距离，以保证对钢瓶的操作。在一个示例中，在顶端开口与钢瓶9的结合处设置有绝热耐磨密封垫8，且在第一子壳体和第二子壳体彼此结合的结合面处设置有耐温耐压密封件19。为了便于打开和关闭壳体，在壳体开口处(即壳体的开合处)配有不锈钢把手(未示出)。

继续参见图1，在保温壳体1上分布有保证热介质能够均匀传热的多个热介质喷嘴2。如图所示，热介质喷嘴2的数量设置为18个，分为上层、中层和下层共三层布置，也可以说，分为了上圈、中圈、下圈、三圈布置，每一层或者说每一圈均匀分布有6个热介质喷嘴2，相邻两个热介质喷嘴彼此间隔60°布置，且18个热介质喷嘴通过热介质分布管网彼此并联连接。通过这样的设计，能够有效地将热介质传输至多个热介质喷嘴2中，且还能够精确地控制多个热介质喷嘴2的喷射量和喷射速度。

在一个示例中，多个热介质喷嘴2中的每一个均通过配管(未示出)与热介质分布管网5连通。本领域技术人员应当明白，配管由管道、弯头、二通接头和三通接头等组成。本领域技术人员还应当明白，热介质喷嘴2可以设置为其它任意个数，例如12个、24个、28个等，只要能够保证内腔15中的热介质均匀，液体20汽化稳定即可。

在一个示例中，热介质喷嘴2沿壳体的径向方向延伸布置，其中热介质喷嘴2的一端为中空的圆柱体且与配管彼此连接，而该热介质喷嘴2的另一端为中空的圆锥体并延伸至壳体1的内腔15中。通过热介质喷嘴这样的设计，可以保证在喷射热介质时不会过快地进行喷射，从而进一步控制了钢瓶中的液体20的汽化速率，这样有效地避免了由于液体汽化速率过快而导致的管道内、外的水蒸气凝霜结冰堵塞管道。

在一个示例中，每一层中的6个热介质喷嘴均分布在与壳体的轴向方向相垂直的同一平面中。当然可以将同一层的6个热介质喷嘴2彼此按照一定距离间隔，但可以不同时分布在同一平面中，例如同一层的6个热介质喷嘴2可以按照波纹的形状进行分布，当然本领域技术人员可以根据需要采用其它分布形式，只要能够保证通过所有热介质的分布能够使壳体的内腔15中的热介质分布均匀即可。

在一个示例中，热介质分布管网包括多个分布管(未示出)，多个分布管分别通过配管与多个热介质喷嘴一一对应连接。在多个分布管中的每一个分布管上均设置用于控制热介质的喷射量和喷射速度且用于开关相对应的热介质喷嘴2的热介质阀门(未示出)。在使用时，可以根据实际的工况，选择性地开关相应的热介质阀门，从而选择性地控制了壳体上的热介质喷嘴的开关。同时还可以通过控制相应的热介质阀门从而控制热介质喷嘴2的喷射量和喷射速度。例如，当需要时，可以只开下层或者说下圈的6个热介质喷嘴2，也可以根据工况只开下层和中层(即下圈和中圈)的12个热介质喷嘴2，当然还可以根据工况只开18个热介质喷嘴中的某几个等，只要能够保证内腔15中的热介质分布均匀和/或钢瓶中的液体汽化速率均匀、稳定、适当即可。在一个示例中，热介质分布管网5采用多个不锈钢伸缩波纹管制成，例如分布管采用不锈钢伸缩波纹管制成。本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。

在一个示例中，在壳体1的底部设置有3个热介质冷凝液排放口6。该3个热介质冷凝液排放口6均与热介质冷凝液收集管网7通过配管(未示出)连接。该热介质收集管网包括多个收集管(未示出)，每一个热介质冷凝液排放口6均与相应的收集管彼此一一对应连接。本领域技术人员应当明白，配管由管道、弯头、二通接头和三通接头等组成。本领域技术人员还可以明白，热介质冷凝液排放口6还可以设置为6个并均匀分布在壳体1的底部，热介质冷凝液排放口可以根据内腔2中的液体的液位和内腔中的温度进行连续排放或间歇排放设置在一个示例中，热介质冷凝液收集管网7采用多个不锈钢伸缩波纹管制成，例如收集管采用不锈钢伸缩波纹管制成。本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。

在一个示例中，在壳体的顶部还设置有安全阀12和测压元件13，且在壳体1的中部还设置有测温元件11和2个观察窗10，在壳体的底部还安装有耐磨万向轮以方便移动液体汽化装置100。在一个示例中，观察窗10的窗面采用耐高温高压的有机玻璃制成。通过观察窗10的设置，在使用时可以观察内腔15中的热介质能否完全冷却，还能够观察当热介质过量而导致汽化量瞬间过大的情况，当发生这样的情况时，可以根据该情况来决定关闭某几个热介质阀门，以保证内腔中热介质的均匀分布和液体汽化的速率稳定。同时还能通过观察窗10随时了解到内腔15中的具体情况，从而做到有效控制，进而避免了由于热介质不足而造成的气化效率低或由于热介质过量而可能导致气化过快而超压等问题。

下面通过详细叙述本发明所提供的使用液体汽化装置100的汽化方法来进一步说明液体汽化装置100的具体结构。

如图2所示，在使用时，首先将装有液体20的钢瓶9通过壳体开口放入壳体的内腔中，并使钢瓶9的上部伸出壳体1一定距离。在钢瓶9进入液体汽化装置100之后，将第一子壳体和第二子壳体通过两侧的不锈钢铰链3和搭扣4彼此连接。待壳体1固定并密封好以后，打开热介质分布管网5上的预定数量(例如18个)的热介质阀门，使热介质通过热介质分布管网5传输至18个热介质喷嘴2中；之后通过热介质分布管网5控制该18个热介质喷嘴2将所传输的热介质喷射到壳体的内腔15中；然后钢瓶9中的液体20吸收热介质中的热量以汽化，同时热介质液化为冷凝液；在钢瓶中的液体20汽化的同时或之后，通过热介质冷凝液排放口6和热介质冷凝液收集管网7排出壳体1外。在此过程中，通过测温元件和测压元件监测所述内腔中的温度和压力，并通过热介质分布管网5控制热介质喷嘴2的打开个数和调节热介质阀门的大小以控制热介质的喷射量和喷射速率，从而而实现钢瓶装液体的均匀、可控、稳定汽化。

根据本发明的液体汽化装置及其汽化方法具有以下优点中的至少一个：

(1)本发明提供的液体汽化装置及其汽化方法具有成本低、汽化效果好，而且能减小钢瓶中的液体例如二氧化碳对管道、设备的冻伤，从而提高了设备使用寿命的特点；

(2)本发明提供的液体汽化装置及其汽化方法能够提高钢瓶中的液体例如二氧化碳在加热汽化的过程中对温度的响应性和精度；

(3)本发明提供的液体汽化装置及其汽化方法可以根据需要调节热介质喷嘴对蒸汽的喷射量与速度，从而实现了液体汽化装置对钢瓶中的液体例如二氧化碳的汽化量的可控调节，进一步实现了对钢瓶中液体的均匀、可控、稳定汽化。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。