CN101050885B - 机械虹吸相变循环传热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机械虹吸相变循环传热系统，系将锅炉充当热管蒸发器，将间壁式用热设备充当热管冷凝器，用复合介质充当汽液相变传热媒体，通过蒸汽管与冷液管互相联通，且在冷液管上安装虹吸机形成分离式热管系统或虹吸增压锅炉热管体系。虹吸效应与增压输送使之适用于各种供热流程而总是按照热管工况运行，不结垢、不腐蚀、耐低温、热效率极高，有望节水100％，节电40％，节燃料30％，无需日常加药处理排污水，少排烟气30％。比其它锅炉凝水回收系统具有最佳的节能减排特性。

Description

机械虹吸相变循环传热系统

本发明涉及分离式热管传热系统、锅炉热管体系与锅炉供热流程。

一种分离式热管采暖系统(专利号91103204.5)实质上就是一种分体热虹吸相变循环传热系统，按其设计要求，用热设备冷凝器必须设置在以锅炉为蒸发器的上方且要有一定的高度差，才能产生热虹吸效应使冷凝液流回锅炉再吸热，实现相变循环，这在工程上应用受到极大限制。那些较远距离的或较大功率的或较高压力的供热系统，都很难利用热虹吸回流冷液。一种锅炉热管体系(专利号98124252.9)是在冷液管上设置贮液贮汽罐和输液泵，冷凝液收集在贮液贮汽罐由泵输入锅炉。由于这一区间存在满管流、非满管流、两相流等复杂情况，特别是对于供热范围大，多种用热工况并存的复杂体系，设计要求严格，操作要求更严。目前有些锅炉供热流程采用往复式活塞泵回收凝结水，由于其传动轴密封易磨损泄漏，因此无法满足传热系统成为热管体系的要求。此外，还有采用热水泵(离心泵)与贮热水箱(高位槽)组成凝结水回收系统，同样不能满足热管体系的要求，同时还受到安装现场地形坡向及落差的限制。若为开式回收系统，则回收率低；若为闭式回收系统，则容易造成冷凝液流动不畅，甚至停滞在用热设备内影响传热性能。当下还有许多中小型锅炉供热系统仍敝开排放冷结水，余热浪费极严重。

本发明的目的是提供一种机械虹吸装置安装在冷液管上，产生虹吸增能效应，使凝结液从用热设备内及时地转移排出并对从疏水阀逸漏蒸汽及其二次蒸汽都返回锅炉或流入贮液贮汽罐再由后续泵输回锅炉，而不受供热范围、现场坡向与落差的限制，适用于各种供热工况，都能按照热管工况高效运行。

为实现上述目的，本发明的机械虹吸相变循环传热系统由锅炉充当热管蒸发器，由间壁式用热设备充当热管冷凝器，由工质充当汽液相变传热载能体，锅炉蒸发器与用热设备冷凝器分体远离，它们通过蒸汽管与冷液管互相联通。冷液管上安装疏水阀和机械虹吸装置，或者还安装贮液贮汽罐及输液泵，构成机械虹吸热管回路。所说用热设备冷凝器包括单台或多台，它们的用热温度/压力包括同一个指标或多种指标，它们按照并联、串联或混联组成若干支路，各支路安装疏水阀、单向阀，汇集于冷液总管，在总管上安装机械虹吸装置接通锅炉或贮液贮汽罐。也可以组成若干支路安装疏水阀与机械虹吸装置，接通于锅炉或贮液贮汽罐。还可以在虹吸装置出口管段上安装除气缸或在冷液管网上设置若干除气缸。还可以附设贮液槽旁路并联于虹吸装置。

此机械虹吸相变循环传热系统，使用机械虹吸装置优选具有密封不泄漏，自吸性能好，有适配的工作温度、工作压力和流量，且可变流量/压力作单向抽吸与输送的泵机，或者对汽液混合的流体也能抽吸与增能传输的泵机，因为它对流体起着抽吸与增能加压作用，所以可称为虹吸泵或虹吸机。

所说锅炉蒸发器也包括单台或多台组成的联合供热系统，凡有2台以上的系统可以设置一个回液分配器，由各台锅炉的液位器控制每台锅炉的回液量。

由于冷液出口设置有疏水阀且虹吸泵具有较好的汽液混输功能，因此能适应于满管、非满管流动工况，也适用于两相流流动的工况。特别是对从疏水阀逸漏的蒸汽及二次蒸汽也能加予吸纳传输。它的单向传输，为相变循环创造了必要的条件。

由于可变流量压力输送，因此便于采用相应的调节控制手段使那些非稳定供热工况也可适用；

由于虹吸泵具有足够的自吸增压能力，分散安装在支路上，因此不受供热现场地形坡向及落差的限制，能适应于大范围的供热工况。可方便地将供热流程按工作温度/压力指标分级或按供热地域划分若干支路，组成循环系统，因此还可适应于多种供热工艺并存的复杂系统。机械虹吸驱使凝结液从间壁式用热设备内及时地转移排出，甚至保持在饱和状态下或接近饮和状态下流动。虹吸泵的应用，有望使所有间壁式用热设备100％实现相变循环传热。

由于结构上密封无泄漏，因此能适配于锅炉与用热设备组成的传热系统，形成全封闭的热管体系而按照热管的工况高效运行。这是普通锅炉供热系统采用开式或闭式凝结水回收流程无法比拼的。

下面结合附图及实施细则加以说明。

图1为本发明单虹吸热管回路实施方式的示意图。

图2为本发明若干虹吸回路实施方式示意图。

图3为本发明单虹吸回路另一种实施方式的示意图。

图4为本发明单虹吸回路又一种实施方式的示意图。

如图1所示，本发明包括充当蒸发器的锅炉1，充当冷凝器的间壁式用热设备4、5、6、7、8、9，充当热媒的工质2及蒸汽管道3、冷液管道11-14。其中用热设备5、6互相并联，7、8、9互相串联成独立支路12、13与另一个支路11汇集于总管14，支路11、12、13分别安装疏水阀10、单向阀17，总管14安装虹吸泵15，虹吸机15出口设置除气缸16，通过单向阀17连接于锅炉1。热媒工质2可采用复合工质，它在锅炉1内吸收热量，由液相变成汽相；汽相工质沿着蒸汽管3进入用热设备4-9，释放热量凝结成液相，俗称冷液或凝结液。由于虹吸泵15作用，冷液管道11-14产生虹吸效应，将管内冷液吸纳并增能输出，流入锅炉蒸发器1再吸热循环。当有不凝性气体随工质流体流经除气缸16时，即被分离贮存在除气缸16内，可以从排气阀18适时给予排除。为了及时彻底地排除不凝性气体，最好在冷液管网上设置若干除气缸，例如在冷液管道拐弯处，或在冷液支管与总管的连接处安装除气缸。

回液管14附设贮液槽旁路23，并联于虹吸泵15与除气缸16。旁路23安装贮液槽21，当锅炉液位超过上限时，打开旁路阀19让多余工质从锅炉1流出存放在贮槽21内；当系统泄漏损耗工质时，打开旁路阀24，由虹吸机15将贮存工质输入锅炉1加予补充。贮液槽21安装有液位计20，便于监视存放量，还安装有安全液封22，防止贮槽内压力过高，兼作溢流管使用，又防止空气进入贮槽内。

图2为由若干虹吸回路汇集于贮液贮汽罐再由泵输入锅炉的循环流程图。工作温度/压力相同或相近的用热设备5、6，互相并联安装虹吸机15成独立虹吸回路12。另一工作温度/压力指标的用热设备4出口也安装疏水阀10与虹吸机15成独立虹吸回路11，它与虹吸回路12又并联成总虹吸回路14联通于贮液贮汽罐25。另一工作温度/压力指标的用热设备7、8、9互相串联安装疏水阀10、虹吸装置15成独立虹吸回路13联通于贮液贮汽罐25，形成多回路循环的形式。冷液工质受机械虹吸作用流入贮液贮汽罐25，由泵26输入锅炉1再吸热循环。

图3所示单虹吸回路的循环流程是一种利用二次蒸汽的机械相变循环传热系统，高温工况用热设备7工作压力P₁与低温工况用热设备8工作压力P₂互相串联，它们之间连接二次蒸发箱28。从用热设备7排出的高温液相工质经二次蒸发箱28产生二次蒸汽送到低温用热设备8进一步放热冷凝，从管道13流出与二次蒸发箱28凝结液都经过多级液封30引入室外冷液管网14，在机械虹吸泵15作用下返回锅炉1再吸热循环。当二次汽不够用时，可通过减压阀27调节补汽。低压用热设备冷液支路13设有调节阀29，使得虹吸回液流量/压力能够适配。该系统适用于能分散利用二次汽，供热范围内地形不受限制，锅炉房位置可任意安装，外管网管径较小。

图4所示单虹吸回路相变循环流程是一种供热与冷却交替作业的机械虹吸相变循环系统。用热设备5、6分别安装进汽阀31及疏水阀10、自控阀32，各支路汇集于冷液总管14，总管14上安装虹吸泵15，对冷液进行虹吸输送返回锅炉1，在自控阀34、35的控制下，虹吸泵15也交替地抽吸冷却水及系统内空气，从冷却水总管33排去冷却水槽。

Claims (5)

1.一种机械虹吸相变循环传热系统，由锅炉充当热管蒸发器(1)，由间壁式用热设备充当热管冷凝器(4、5、6、7、8、9)，由工质充当汽液相变传热载能体(2)，锅炉蒸发器与用热设备冷凝器分体远离，它们通过蒸汽管(3)与冷液管(11、12、13、14)互相联通，冷液管上安装疏水阀(10)，或者还安装贮液贮汽罐(25)、输液泵(26)，其特征在于：在冷液管(11、12、13、14)上安装机械虹吸装置(15)，形成机械虹吸热管回路。

2.根据权利要求1所说机械虹吸相变循环传热系统，其特征在于：所说机械虹吸热管回路是在若干冷液支路(11、12、13)汇集的冷液总管(14)上安装机械虹吸装置(15)形成单虹吸回路。

3.根据权利要求1所说机械虹吸相变循环传热系统，其特征在于：所说机械虹吸热管回路是在若干冷液支路(11、12、13)安装机械虹吸装置形成多个虹吸回路。

4.根据权利要求1所说机械虹吸相变循环传热系统，其特征在于：所说机械虹吸热管回路还安装除气缸(16)。

5.根据权利要求1所说机械虹吸相变循环传热系统，其特征在于：所述虹吸回路附设贮液槽旁路(23)并联于虹吸装置，旁路(23)安装贮液槽(21)及控制阀(19)、(24)。

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