CN1008477B - 贮罐或输送管道中流体的加热装置 - Google Patents

Abstract

一种贮罐或输送管道用流体加热装置，有一个控制区在一侧的、平放或稍向下朝控制区斜放的热虹吸器装在贮罐或管道内或绕其外周上，控制区在贮罐或管道外面，工作液接收区在靠控制区的热虹吸器底部，排气管从控制区侧插入热虹吸器，接收区内工作液被放在其内或外的加热器加热蒸发。另有实施例，其一为工作液接收区与热虹吸器分离，工作液容器装在贮罐或管道内或外，另一为贮罐或管道至少其周壁是双层结构，其间空心层通热虹吸器。

Description

本发明涉及一种对液体或气体加热的装置，这些液体或气体在温度较低时粘性大为增加，或出于某种目的必须使之保持适当的温度。

如前所述，需要对这类流体加温，使流体在贮罐中，在通过输送管线途中等等情况下，其温度高于一个固定值。

图11所示的是普通的加热装置中最常使用的一种加热装置。在该普通加热装置中，钢管制成的传热管8安放在贮罐9内，热导管的一端从贮罐9伸出，而装满矿石棉（rock    wool）81的内筒82又插入热导管8内。在此内筒82的外围，紧密而呈螺旋形地缠绕着矿物质绝缘电缆-MI电缆（不粘附的绝缘电缆）83，在MI电缆83和热导管8之间，填满矾土84，使电缆83和热导管8之间保持低热阻。当MI电缆83通电后，所产生的热量经矾土填充层84和热导管8传给贮罐中的油。标号91是一个装配凸缘，标号85是图11中的接线盒。

上述加热装置在工作时操作方便，但一遇故障，则要更换主要由热导管8构成的整个加热装置。因为只有将贮罐中的油全部抽出才能更换整个加热装置，所以就碰到了对付故障的问题。问题还在于，尽管热导管与MI电缆之间填满矾土，热阻仍然很高，致使MI电缆升温，并且加热装置的加热温度低于MI电缆的容许温度相当多。再则，加热装置的热输出以及热导管的长度又受到MI电缆的热输出和长度的制约，这就不适用于大容量的贮罐等等的情况。

本发明的目的，是要克服上述普通加热装置所遇到的问题，也就是说，要提供一种加热装置，在发生故障等的情况下便于维修，热输出及 加热温度不受电缆等构件的任何限制，即使加热大容量贮罐里的油，也能满足基本的要求;同时，该加热装置的安装成本低廉。

本发明是一种利用热虹吸器使流体加热的装置。第一种实施方案为，一端有一控制区的热虹吸器装在流体的贮罐或输送管内，该热虹吸器平放或控制区朝下倾斜安放，控制区处在上述贮罐或输送管的外部，在靠控制区一侧的所述热虹吸器的底部形成一个工作流体的接收区，一根排气管从控制区边上插入该热虹吸器，接收区内的工作流体经加热器加热而蒸发。第二种实施方案为，工作流体的接收区与热虹吸器分离，在上述贮罐或输送管外面或里面设置一个工作流体接收容器，使工作流体流入热虹吸器和接收容器。第三种实施方案是，上述至少贮罐或输送管的周围侧壁是一种有固定空间间隔层的双层结构，同时该间隔层与热虹吸器相通，使空间间隔层中产生的冷凝流体能流入热虹吸器，并且工作流体在热虹吸器内被加热并蒸发。

图1至图3是本发明的第一种实施方案，图1是局部简化剖面图，示出加热装置的一个实例，图2是必要部分的局部简化剖面图，示出另一实例中的热虹吸器，图3是概略平面图，举例说明使用图2所示热虹吸器的加热装置。

图4至图7是本发明的第二种实施方案，图4是局部简化剖面图，示出加热装置的一个实例，图5是必要部分的局部简化剖面图，示出另一实例中的热虹吸器，图6是一个概略侧视图，举例说明使用图5所示热虹吸器的加热装置，图7是局部简化剖面图，示出另外一个实例。

图8至图10是本发明的第三种实施方案，图8是局部简化剖面图，示出加热装置的一个实例，图9为局部简化剖面图，放大表示图8实例所示的热虹吸器，图10为举例说明另一加热装置的剖面图。

图11为普通加热装置的局部简化剖面图。

本发明提供一种使用热虹吸器的加热装置，通过工作流体的蒸发与冷凝来给出和接收潜热，本发明巧妙地运用了热管原理。通过工作流体的蒸发，蒸发潜热传输到整个热虹吸器乃至传到前面提及的容器周围侧壁的空间间隔层，使与之接触的流体升温，同时，工作流体蒸气冷凝后循环流入安放在热虹吸器内部或外部的工作流体接收区，流体加热后再度蒸发。于是，随着蒸发潜热的重复供给与接收，贮罐或输送管道中的流体被加热。

对于放入热虹吸器的工作流体，应根据打算要加热的流体加热和保温的温度来适当选择。可以列举出一些这类工作流体与打算要加热流体加热和保温的温度的组合情况，括弧内表示温度：例如，水（50-150℃）;水加抑制剂如氟里昂（-10-50℃），萘（150-220℃），甲苯（60-150℃），联苯（150-200℃），联苯与二苯醚的混合物（150-260℃），等等，但也可采用上述以外的任何介质流体，只要该流体在一个固定的工作温度附近蒸发，热稳定性极好，并且对蒸发与冷凝的热量有高的传导率。

工作流体的加热可直接把加热器浸入工作流体内也可采用间接加热法在热虹吸器的外部加热工作流体的接收区或接收容器。至于加热器，除电热器外，可以使用热介质的加热管、用热水的加热管以及用蒸气的加热管，等等。至于用加热管做成的加热器，从安全考虑，最好配上热偶，当加热器的温度由于工作流体烧干了、产生不冷凝气体等原因而超过一定数值时切断与加热器连接的电源。此外，对于由加热管构成的加热器，最好在罩盖或端板上有螺纹部分将加热器装配插入工作流体的接收区使发生故障时便于更换。

热虹吸器中有温度探测器，指示蒸气温度。利用这种定点温度探测法所测出的热虹吸器的温度值来控制所述加热器，可以使热虹吸器内的温度在任何时候都保持恒定。

热虹吸器内还有一根细排气管。这根细排气管，一端在热虹吸器内 开口，另一端伸入控制区用阀门等方式将其密封。安装该排气管时，要使开口端尽量远离工作流体接收区。这样，当热虹吸器内积累了不冷凝的气体等物质时，打开控制区一侧的管口就能排出管中的气体。

热虹吸器的热导管，不限于使用碳钢管，也可使用不锈钢管、铜或铜合金管、铝或铝合金管、软管、陶瓷管以及能经受所述工作温度的其它材质的导管，还可使用带散热片的管子。

本发明的加热装置可适用于非常广阔范围的流体。例如，曾经用于如印尼米纳斯（MINAS）原油、C级重油、润滑油、食用油等油类;曾用于各种原材料、半成品和成品，如水、硫酸、烧碱、石炭酸、石蜡、尿素、硫、金属钠、石油沥青、焦油历青、焦油、巧克力、黄油、人造黄油、二异氰酸甲苯酯（TDI）、4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、清漆、油墨等，还有用于空气、液化石油气、氯气、二氧化硫及其类，效果都极好。

下面，将按附图所示的实例较详细地说明本发明。

图1中，标号9代表贮油罐，在其侧面有带凸缘91的开口92。

标号1为热虹吸器，其一端是控制区12，在靠该控制区12一侧的底部有收集工作流体3的接收区2。此实例中，有一根大口径短管1a和一根小口径主导管1b，两者均为碳钢管，通过一个收缩接头1c焊接起来，主导管1b的端部焊接了一个盖帽1d。

在安插热虹吸器1时，要让包括加热器4等在内的控制区12留在贮罐9的外面，而热虹吸器1从贮罐9的所述开口92基本上水平地伸入罐内，或者朝着接收区2所在的控制区12一侧稍微朝下倾斜，并将封住开口的盖板11的外圆周紧固在凸缘91上将热虹吸器与贮罐装配在一起，必要时，可用适当的支撑部件（图中未示出）把热虹吸器支撑在贮罐9内。

这样，当热虹吸器1内产生了冷凝的流体时，流体会自然流入工作流体3的接收区2。

在工作流体3的接收区2中，加热器4由加热管构成，它穿过盖板11，而且靠这种加热器4使接收区2里的工作流体3被加热并蒸发。

标号5是穿过盖板11的上述热虹吸器的温度探测器，标号6是一根细排气管，它穿过盖板11一直伸到热虹吸器1上部的最深处。在工作流体3的接收区2附近有一个无开关的供料窗（图上未示出）穿过盖板11以供应工作流体。标号7是一个无开关接线盒，用以盖住包括加热器4、温度探测器5、阀门61等的控制区12。

根据此例中的加热装置，被加热器4加热的接收区2中的工作流体3被蒸发，到达整个热虹吸器1的内部，其潜热经热虹吸器1传给贮罐9内的油，工作流体经释放潜热而冷凝，再流回接收区2。通过这样反复放出与接收潜热，就把贮罐9里的油加热到适当的温度。

遇到大容量贮罐，可以沿贮罐圆周或垂直的方向按上述情况按规则间隔安放多个上述的热虹吸器1。

图2是另一个实例，一根大口径管1a和一根小口径的类似檐口状的软管（波纹管）的主导管1b经一段收缩接头焊接在一起，主导管1b的一端焊接一个管帽1d，从而构成热虹吸器1。此例中，冷凝的流体聚积在小口径主导管1b的内底部，当聚积超过一定量时，就会流往接收区2。

在图2所示的热虹吸器中，可把主导管1b如图3所示那样盘绕地安装在贮罐9内，也可将主导管1b螺旋形上升地安放在贮罐9里，其功效与图1实例中的装置是一样的。

图4中，标号9是贮油罐，在底面有个孔口16的热虹吸器1放在贮罐9内，靠支架17支撑。

热虹吸器1由碳钢管的一端焊有一块端板1e，另一端与盖帽1d焊接所构成，热虹吸器1安放成使器内产生的冷凝流体流向上述孔口16，也就是说，此实例中的热虹吸器1可以平放，也可朝着上述孔口16向下倾斜着安放。

标号2a是基本封闭的接收容器，工作流体3即在其中。该接收容器的上方经导管15与孔口16相通，以便接收容器2a中产生的工作流体3的蒸气经过导管15而进入热虹吸器1，同时在热虹吸器1里产生的冷凝流体又经过导管15向下流进接收容器2a。在此接收容器2a的适当部位，有一个无开关的供料口（图上未示出）用以供给工作流体3。

在工作流体3的接收容器2a中，加热器4是由加热管构成的，它穿过侧壁21;接收容器2a中的工作流体3经该加热器4加热后蒸发。加热器也可安置在工作流体3的接收容器2a的外面。

标号5是温度探测器，它穿过端板1e和贮罐9的侧壁，通过同时亦起罩盖作用的管状导套71而插入热虹吸器1，导套71的一端与端板1e焊接，而另一端则穿过贮罐9的侧壁。标号6是一根细排气管，它穿过端板1e和贮罐9的侧壁伸到热虹吸器1上方的最深处，它通过同时亦起罩盖作用的管状导套72，插入热虹吸器1，导套的一端与端板1e焊接，另一端穿过贮罐9的侧壁。

标号92是一个无开关的连接箱，用它盖住包括接收容器2a、加热器4、温度探测器5、阀门61等的控制区。

根据此例的加热装置，接收容器2a中的工作流体3被加热器4加热而蒸发，到达热虹吸器1的整个内部，其潜热通过热虹吸器1传给贮罐9里的油，而工作流体则因释放潜热而冷凝，再经过导管15返回接收容器2a。通过这样的反复放出和接收潜热，贮油罐9中的油就被加热到适当的温度。

当贮罐9具有大的容量时，可以沿贮罐9的圆周或垂直方向按上述情况按规则间隔安放多个上述的热虹吸器1。

此外，如果热虹吸器1与导管15的安放姿态是要让热虹吸器1内产生的冷凝流体能经导管15流入接收容器2a，热虹吸器1的孔口16的位置就不限于上述实例中的位置，在实践中，可把它放在例如端板1e或盖帽 1d的下部，也是可行的。

热虹吸器1若不使用上述实例中的直管，而用图5所示的近似于檐口状的软管，两端分别焊上端板1e和盖帽1d，也是可行的。就图5实例中的热虹吸器1而言，冷凝的流体积存在内底部，积存超过一定量就会流入接收容器2a。

图5中的热虹吸器1，适于沿垂直方向呈螺旋形地安放在贮罐9中，如图6所示;也可盘绕地安放在贮罐内，其功效与图4实例中的装置几乎是一样的。

在上述各实例中，如果把工作流体3的接收容器2a按图7所示方法装在贮罐内也是可行的。图7实例中，接收容器2a安放在热虹吸器1的下面，热虹吸器1和接收容器2a由一根直导管15连通，由加热管构成的加热器4改从贮管9的外边通过同时亦起罩盖作用的管状导套22插入接收容器2a，这样加热器4能在贮罐9的外面加以控制。图中标号23是一根供应工作流体3的输送管。安装时，它一端通接收容器2a，另一端经贮罐9穿出去。图7的实例与图4的实例的功效也是一样的。

图8与图9中，标号9表示罐式装油容器，它由外罐31和具有同样形状但稍小的内罐32组成。外罐31与内罐32利用隔片33相互固定，隔片沿周壁方向以规则间距安装在周壁的适当部位，使贮罐9的周围侧壁9a和底壁9b做成有一个固定空间间隔层S的双层结构。在外罐31的外壁上，最好涂有隔热涂层（图上未示出）以防止或抑制空间间隔层S中的热量向外辐射。

尽管空间间隔层S的上端（图上未示出）是封闭的，但有一个可以开关的排气口（图上未示出）以便在必要时把积存在上述间隔层中的不冷凝气体等排放出去。

标号1是热虹吸器，里面封装有工作流体3，直导管的一头焊接有端板21，另一头焊接有盖帽1d。热虹吸器1基本上平放在上述贮罐9的下 面并通过连接管14与空间间隔层S相通，使贮罐9的空间间隔层S中产生的冷凝流体能流入热虹吸器。在热虹吸器1的外面最好加盖隔热罩（图上未示出）以防热量向外辐射。

由加热管组成的加热器4穿过端板21插入上述热虹吸器1内并使之浸没在工作流体3中，加热器4使热虹吸器1中的工作流体3受热并蒸发。加热器4也可安放在热虹吸器1的外面。

标号5是温度探测器，它穿过端板21插入上述热虹吸器1，而在热虹吸器1和贮罐空间间隔层S中的温度基本保持恒定。

根据上述实例中的加热装置，加热器4使热虹吸器1中的工作流体3受热、蒸发并充满贮罐9的空间间隔层S，它的潜热传给贮罐9中的油，释放潜热后冷凝的工作流体，经管道14流回到热虹吸器1。通过这样反复地放出和接收潜热，贮罐9中的油就被加热到适当的温度。

贮罐9具有大的容量时，可按前面介绍的方法安装多个热虹吸器。

在上述实例中，贮罐9的底壁9b也有空间间隔层S。但是，也可以根据贮罐9的大小只在贮罐9的周围侧壁9a做空间间隔层S，并使之与热虹吸器1相通。

图10是贮罐9的另一实例，它适用于设置在流体输送管路中的装置上。

图10中的管道10由大管道18和小管道19构成一个有固定空间间隔层S的双层结构，其两端焊有凸缘36和37。与前一实例相同，上述空间间隔层S通过连接管道14与热虹吸器1相通，使空间间隔层S中产生的冷凝流体流入热虹吸器1。最好像前一实例那样在管道10的上端部安装一个无开关的排气口（图中未示出）。这个例子中的其它结构与功效，均与图8实例的装置相似，因而说明从略。

以上介绍的各种加热装置，结构极简单，安装费用低，有故障时可很容易地局部更换加热器4等而不必更换整个装置。此外，各构件没有 带来什么限制。因此，能安装大容量的加热装置。

由此可见，与普通的加热装置相比，本发明的加热装置在发生故障等的情况下，维修极为简便，热输出及加热温度不受电缆等的制约，而且，若要加热大量流体，可视容量选定加热装置。同时，结构简单，安装费用低廉，而且由于只需用少量工作流体，加热能耗也低，所以运行费用也低。

Claims (9)

1、一种贮罐或输送管道内的流体加热装置，其中包括：

a.一个接收工作流体的接收区，

b.一个加热所述工作流体的加热器，

c.一个与接收区连通的热虹吸器，该热虹吸器具有与待加热流体接触的表面，

借助于在接收区蒸发和在热虹吸器壁面冷凝，所述工作流体将热量从加热器向待加热的流体传递，

本发明的特征在于：

d.热虹吸器与接收区直接连通或借助一根导管连通，

e.该接收区基本水平设置并具有一个装在其一端上的盖板，

f.呈热管形式的加热器通过盖板插入接收区的下部，并在贮罐或管道外部操作，

g.一个插进所述接收区或热虹吸器的温度探测器，用来显示蒸汽温度，

h.该热虹吸器具有排气装置。

2、如权利要求1中所述之贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为工作流体接受区和热虹吸器分隔，一工作流体接受容器安装在该贮罐或输送管道的外部或内部，而热虹吸器和接受容器连通，热虹吸器和该管道的相对安装位置要使热虹吸器内产生的冷凝流体流入接受容器，而接受容器中的工作流体由加热器来加热而蒸发。

3、如权利要求1或2中所述的贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为工作流体的接收区与装进贮罐或管道中的热虹吸器一体形成，该热虹吸器是一个伸向贮罐或管道内部的小直径管形部分，该连接在贮罐或管道的壁上的接收区有一大直径，用以收集工作流体。

4、如权利要求1或2中所述之贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为热虹吸器部分，是一根大致呈波纹形的管子。

5、如权利要求3中所述的贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为热虹吸器是一根大致呈波纹形的管子。

6、如权利要求4中所述之贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为热虹吸器沿垂直方向呈螺线形安装。

7、如权利要求5中所述的贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为热虹吸器沿垂直方向呈螺线形安装。

8、如权利要求1中所述的贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为热虹吸器装在一个围绕贮罐或管道具有固定空间间隔的外周套层上，工作流体封在其中，该热虹吸器与接收容器连通，使在隔层中产生的冷凝流体流入接收容器，而在接收容器中的流体被加热器加热蒸发。

9、如权利要求2或8中所述之贮罐或输送管道内的流体加热装置，其特征为加热器设在工作流体内或在热虹吸器工作流体接受区或接受容器的外部。

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