CN101021392A - 热管式固相粉末换热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有的流体和固相粉末的两相混合物的加热和冷却过程中能源浪费严重的问题，发明一种基于热管原理的、可利用余热对流体和固相粉末的两相混合物进行加热或有效地吸取流体和固相粉末的两相混合物热量的、从而实现节能目的热管式固相粉末换热系统，它由作为分离式热管一端的流体和固相粉末的混合物的输送换热装置(10)和作为分离式热管另一端的换热装置(11)组成，分离式热管的冷、热两端也可均由流体和固相粉末的混合物的输送换热装置(10)组成，它们通过热管工质上升管路(1)和下降管路(6)相连。它通过利用热管内的工作介质的蒸发和冷凝的循环，吸收热介质的热量，将冷介质加热，不需要消耗外界高品位的高温高压蒸汽，因此节能效果十分明显。
Description
技术领域
本发明涉及换热装置系统，尤其是一种采用热管技术利用余热对流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物进行加热、或对流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物的余热进行有效利用的换热系统，具体地说是一种热管式固相粉末换热系统。
背景技术
目前，将流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物进行加热所采用的方法通常是，使流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物在管内流动，管外有一套管，夹套间隙内通入高温、高压的蒸汽，由蒸汽冷凝并降温放出的热量加热流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物，但蒸汽冷凝成水并降温后不断地被排放且不回收，消耗了大量的高品位的高温、高压蒸汽而造成能源浪费。
发明内容
本发明的目的是针对在现有的对流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物加热或冷却过程中能源浪费严重的问题，发明一种基于热管原理的、可利用余热对流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物进行加热或有效地吸取流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物热量的、从而实现节能目的的热管式固相粉末换热系统。
本发明的技术方案之一是：
一种热管式固相粉末换热系统，其特征是它由作为分离式热管一端的流体(流体或液体)和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10和作为分离式热管另一端的换热装置11组成，流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10和作为分离式热管另一端的换热装置11通过热管工质上升管路1和下降管路6相连；所述的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10主要由输送内管5、包裹在输送内管5上的夹套外管3组成，输送内管5的两端均伸出夹套外管3外和法兰2连接，法兰2还可作多段串联连接用，在夹套外管3和输送内管5之间形成一既可作为热管工质蒸汽冷凝又可作为热管工质液体蒸发的空间4，上升管路1的一端和下降管路6的一端均与该空间4相通；所述的热管另一端的换热装置11主要由壳体8、热管束7组成，热管束7中各传热管的一端均与下联管12相通，下联管12与下降管路6的另一端相通，热管束7中各传热管的另一端均与上联管13相通，上联管13与上升管路1的另一端相连，在壳体8中、热管束7的外表面之间形成相对于低温的流体和固相粉末的两相混合物的高温热流体通道9、或相对于高温的流体和固相粉末的两相混合物的低温冷流体的通道9。
在所述的法兰2上并排安装有一个以上的个输送内管5，每个输送内管5上均套装有相应的夹套外管3，各夹套外管3和输送内管5之间的空间4均与上升管路1和下降管路6的一端相连。
本发明的目的还可通过以下技术方案加以实现：
一种热管式固相粉末换热系统，其特征是它至少由两个结构相同的分别作为分离式热管冷、热端的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10组成，它们相互之间通过热管工质上升管路1和下降管路6相连，所述的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10主要由输送内管5、包裹在输送内管5上的夹套外管3组成，输送内管5的两端均伸出夹套外管3外和法兰2连接，法兰2可作多段串联连接用，在夹套外管3和输送内管5之间形成一既可作为热管工质蒸汽冷凝又可作为热管工质液体蒸发的空间4，上升管路1的一端和下降管路6的一端均与该空间4相通。
同样在所述的法兰2上并排安装有一个以上的个输送内管5，每个输送内管5上均套装有相应的夹套外管3，各外夹套外管3和输送内管5之间的空间4均与上升管路1和下降管路6的一端相连。
本发明具有以下优点：
1、本发明的换热系统利用废热流体的余热加热冷流体。冷、热流体之一或两者均是流体相(流体或液体)和固相粉末的两相混合物，流体相(流体或液体)和固相粉末的两相混合物的组成可以是：固相重量占90％以上，流体相重量占10％以下。流体相具有一定的压力，作为固相的输送载体，流体和固相粉末的两相混合物一起流动。
2、发明首次采用了分离式热管传热元件。
3、以固相粉末重量占90％以上和流体相重量占10％以下的两相混合物作为热管传热元件的换热介质，在国内、外未见报导，属于首次。
4、由于流体和固相粉末的两相混合物在流动和传热过程中对传热面的磨损，会引起壁面受损，提高了使用过程中该侧更换的频率，而非流体和固相粉末的两相混合物的另一侧不存在这个问题可以长周期地使用，以分离式热管作为这样换热场合的传热元件，冷、热两侧分开，不处于同一空间的装置内，可以解决这个问题。
5、非流体和固相粉末的两相混合物侧的管束外表面可以通过增加翅片的手段进行传热面的扩展以强化传热；在流体和固相粉末的两相混合物侧的夹套内管的外表面也可以通过增加翅片以强化蒸发或冷凝过程。
6、本发明用处之一可通过利用热管内的工作介质的蒸发和冷凝的不断循环，吸收废热流体的余热，将流体和固相粉末的两相混合物加热，不需要消耗高品位的高温高压蒸汽；本发明用处之二可通过利用热管内的工作介质的蒸发和冷凝的不断循环，吸收流体和固相粉末的两相混合物的余热，将冷流体加热；本发明用处之三可通过利用热管内的工作介质的蒸发和冷凝的不断循环，吸收高温的流体和固相粉末的两相混合物的余热，将另一种低温的流体和固相粉末的两相混合物加热，因此节能效果十分明显。
附图说明
图1是本发明的利用废热流体对流体和固相粉末的两相混合物进行加热时的换热系统的结构示意图。
图2是本发明的利用流体和固相粉末的两相混合物的余热加热冷流体的换热系统结构示意图。
图3是本发明的利用高温的流体和固相粉末的两相混合物的余热对低温的流体和固相粉末的两相混合物进行加热的换热系统结构示意图。
图中：14为废热流体流动方向，15为气体、固相粉末入口，16为冷流体流动方向。
具体实施方式
下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种热管式固相粉末换热系统，它由作为分离式热管冷凝端的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10和分离式热管蒸发端的蒸发段换热装置11组成，流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10和热管蒸发段换热装置11通过热管工质上升管路1和下降管路6相连；所述的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10主要由冷凝段输送内管5、包裹在输送内管5上的冷凝段夹套外管3组成，输送内管5的两端均伸出夹套外管3外，端部有法兰2可作多段串联连接用，在夹套外管3和输送内管5形成一作为热管工质蒸汽冷凝的空间4，上升管路1的一端和下降管路6的一端均与该空间4相通；所述的热管热端换热装置11主要由蒸发段壳体8、蒸发段热管束7组成，热管束7中的各传热管的一端均与下联管12相通，下联管12与下降管路6的另一端相通，热管束7中各传热管的另一端均与上联管13相通，上联管13与上升管路1的另一端相连，在壳体8中、热管束7外表面之间形成有一个废热流体通道9。
具体实施时，通过所述的法兰2可并排安装有多个(一个以上)冷凝段输送内管5，每个输送内管5上均套装有相应的冷凝段夹套外管3，各外夹套外管3和输送内管5之间的热管工质蒸汽冷凝空间4均与上升管路1和下降管路6的一端相连。
当流体和固相粉末的两相混合物温度较低时，废热流体经过蒸发段热管束7的管外表面，废热流体放出热量，热管内的工作介质液体吸收该热量后在热管束7的内部蒸发。热管冷凝段是一个夹套式结构，流体和固相粉末的两相混合物流经冷凝段输送内管5的管内，蒸发段位于冷凝段之下，热管束7内的工质蒸汽，通过上升管路1流入热管工质蒸汽冷凝空间4内后冷凝成饱和液体并放出热量，通过下降管路6流回蒸发段热管束7的管内再次吸热蒸发，热量最终从废热流体传给了冷的流体和固相粉末的两相混合物(图1)。沿着废热流体的流动方向，可以有多个热管束7串联位于蒸发段壳体8内。沿着流体和固相粉末的两相混合物的流动方向，可以有多个冷凝段通过法兰2串联而成。每个热管束7分别与冷凝端的夹套管对应。
实施例二。
如图2所示。
一种热管式固相粉末换热系统，它由作为分离式热管蒸发端的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10和作为分离式热管冷凝端的冷凝段换热装置11组成，流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10和热管冷凝段换热装置11通过热管工质上升管路1和下降管路6相连；所述的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10主要由蒸发段输送内管5、包裹在输送内管5上的蒸发段夹套外管3组成，输送内管5的两端均伸出夹套外管3外，端部有法兰2可作多段串联连接用，在夹套外管3和输送内管5之间形成一作为热管工质液体蒸发的空间4，上升管路1的一端和下降管路6的一端均与该空间4相通；所述的热管冷凝段换热装置11主要由冷凝段壳体8、冷凝段热管束7组成，热管束7中的各传热管的一端均与下联管12相通，下联管12与下降管路6的另一端相通，热管束7中各传热管的另一端均与上联管13相通，上联管13与上升管路1的另一端相连，在壳体8中、热管束7的外表面之间形成有一个冷流体通道9。
具体实施时，在所述的法兰2上可并排安装有多个(一个以上)蒸发段输送内管5，每个输送内管5上均套装有相应的蒸发段夹套外管3，各外夹套外管3和输送内管5之间的热管工质液体蒸发空间4均与上升管路1和下降管路6的一端相连。
当流体和固相粉末的两相混合物温度较高时，冷流体流经冷凝段热管束7的管外表面进入冷凝段壳体8中的冷流体通道9中，热管蒸发段是一个夹套式结构，流体和固相粉末的两相混合物流经蒸发段输送内管5的管内，热管的工作介质液体在蒸发空间4内吸热蒸发成饱和蒸汽，通过上升管路1流入换热管束7的管内后冷凝成饱和液体并放出热量，通过下降管路6流回蒸发空间4内再次吸热蒸发，热量最终从流体和固相粉末的两相混合物传给了冷流体(图2)。沿着冷流体的流动方向，可以有多个热管束7串联位于8内。沿着流体和固相粉末的两相混合物的流动方向，可以有多个蒸发段夹套外管通过法兰2串联而成。每个热管束7分别与蒸发端的夹套管对应。
实施例三。
如图3所示。
一种热管式固相粉末换热系统，它由两个(也可为两组)结构相同的分别作为分离式热管的蒸发端和冷凝端的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10组成，它们相互之间通过热管工质上升管路1和下降管路6相连，所述的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置10各自分别主要由输送内管5、包裹在输送内管5上的夹套外管3组成，输送内管5的两端均伸出夹套外管3外，端部有法兰2可作多段串联连接用，在夹套外管3和输送内管5形成一既可作为热管工质蒸汽冷凝又可作为热管工质液体蒸发的空间4，上升管路1的一端和下降管路6的一端均与该空间4相通。两个(或两组)输送内管5中的一个(组)为蒸发段输送内空，另一个(组)为冷凝段输送内管，两个(组)夹套外管3中一个(组)为蒸发段夹套外管，另一个(组)为冷凝段夹套外管，相应地位于输送内管5与夹套外管3之间的空间一个(组)为热管工质液体蒸发空间，另一个(组)为热管工质蒸汽冷凝空间。
当冷、热介质均为流体和固相粉末的两相混合物时，热管的蒸发段和冷凝段均为夹套式结构，热管的工质在蒸发空间4内吸收较高温度的流体和固相粉末的两相混合物放出的热量汽化成饱和蒸汽，通过上升管路1流入另一热管工质蒸汽冷凝空间4内后冷凝成饱和液体并放出热量给较低温度的流体和固相粉末的两相混合物，再通过下降管路6流回热管工质蒸发空间4内再次吸热蒸发，热量最终从高温的流体和固相粉末的两相混合物传给了低温的流体和固相粉末的两相混合物(图3)。沿着冷、热介质各自的流动方向，可以分别有多个冷凝段夹套外管3通过法兰2串联而成，同时也可以有多个蒸发段夹套外管3通过法兰2串联而成。蒸发端与冷凝端相互对应。
本发明未涉及部分均与现有技术相同。
Claims (4)
1、一种热管式固相粉末换热系统，其特征是它由作为分离式热管一端的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置(10)和作为分离式热管另一端的换热装置(11)组成，流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置(10)和热管另一端换热装置(11)通过热管工质上升管路(1)和下降管路(6)相连；所述的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置(10)主要由输送内管(5)、包裹在输送内管(5)上的夹套外管(3)组成，输送内管(5)的两端均伸出夹套外管(3)外，它的两端和法兰(2)连接，在夹套外管(3)和输送内管(5)之间形成一既可作为热管工质蒸汽冷凝又可作为热管工质液体蒸发的空间(4)，上升管路(1)的一端和下降管路(6)的一端均与该空间(4)相通；所述的分离式热管的另一端的换热装置(11)主要由壳体(8)、热管束(7)组成，热管束(7)中各传热管的一端均与下联管(12)相通，下联管(12)与下降管路(6)的另一端相通，热管束(7)中各传热管的另一端均与上联管(13)相通，上联管(13)与上升管路(1)的另一端相连，在壳体(8)中和热管束(7)的外表面之间形成流体通道(9)。
2、根据权利要求1所述的热管式固相粉末换热系统，其特征是在所述的法兰(2)上并排安装有一个以上的个输送内管(5)，每个输送内管(5)上均套装有相应的夹套外管(3)，各夹套外管(3)和输送内管(5)之间的空间(4)均与上升管路(1)和下降管路(6)的一端相连。
3、一种热管式固相粉末换热系统，其特征是它至少由两个结构相同的分别作为分离式热管冷、热端的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置(10)组成，它们相互之间通过热管工质的上升管路(1)和下降管路(6)相连，所述的流体和固相粉末的两相混合物的输送换热装置(10)主要由输送内管(5)、包裹在输送内管(5)上的夹套外管(3)组成，输送内管(5)的两端均伸出夹套外管(3)外和法兰(2)连接，在夹套外管(3)和输送内管(5)之间形成一既可作为热管工质蒸汽冷凝又可作为热管工质液体蒸发的空间(4)，上升管路(1)的一端和下降管路(6)的一端均与该空间(4)相通。
4、根据权利要求3所述的热管式固相粉末换热系统，其特征是在所述的分离式热管冷、热各端的法兰(2)上并排安装有一个以上的个输送内管(5)，每个输送内管(5)上均套装有相应的夹套外管(3)，各夹套外管(3)和输送内管(5)之间的空间(4)均与上升管路(1)和下降管路(6)的一端相连。
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Assignee: NANJING HUADIAN ENERGY-SAVING AND ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Tech University Contract record no.: 2011320000211 Denomination of invention: Heat pipe type solid phase powder heat exchanging system Granted publication date: 20081217 License type: Exclusive License Open date: 20070822 Record date: 20110310 |
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Granted publication date: 20081217 Termination date: 20120215 |