CN102478366A - 多级组合换热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级组合换热装置,包括多个换热单元,每个换热单元包括一个封闭的容器,在容器内设置换热模块,换热模块的两端分别与用于工质进出的工质一管和工质二管相连接,容器上固定连接有用于换热液体或气体进出的第一换热管和第二换热管;多个换热单元中的工质一管和工质二管按工质流动方向串联相连接,多个换热单元中的第一换热管和第二换热管按换热液体或气体的流动方向串联连接,工质的流动方向与换热液体或气体的流动方向相反。该装置整体结构简单,成本低,可靠性高,对换热液体或气体逐级冷却或加热,可以提取多个温度段的换热液体或气体,满足用户对换热液体或气体温度的不同需求,同时大幅度提高了换热系统的效率。

Description

多级组合换热装置
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种热交换装置,特别涉及一种可广泛用于气气、液液或气液热量交换的多级组合换热装置。
背景技术
[0002] 在石油化工、锅炉、热水器、空调冷水机组、热泵热水器及热水空调等技术领域,都会使用到用于气气、液液和气液热量交换的热交换装置,热交换装置根据用途不同,结构也会有所不同。
[0003] 换热器可以对换热液体或气体进行升温或降温,在各类系统中可以起着加热器、 冷却器、蒸发器、冷凝器、再沸器等作用。现有的换热器基本上采用单级换热,既使用单个的换热器进行热交换,这样,导致换热液体或气体的温度范围过窄,不能够满足用户需要多个温区的要求,且不能起到良好的蒸发或冷凝效果,同时,由于其结构复杂而导致成本高且可靠性低,很难实现大规模的推广。
发明内容
[0004] 本发明主要目的在于解决上述问题和不足,提供一种结构简单,成本低,换热效率高,且可以提供多个温区换热液体或气体的多级组合换热装置。
[0005] 为实现上述目的,本发明的技术方案是:
[0006] 一种多级组合换热装置,包括多个换热单元,每个换热单元包括一个封闭的容器, 在所述容器内设置换热模块,所述换热模块的两端分别与用于工质进出的工质一管和工质二管相连接,所述容器上固定连接有用于换热液体或气体进出的第一换热管和第二换热管;多个换热单元中的工质一管和工质二管按工质流动方向串联相连接,多个换热单元中的第一换热管和第二换热管按换热液体或气体的流动方向串联连接,所述工质的流动方向与换热液体或气体的流动方向相反。
[0007] 本发明进一步改进在于,所述每个换热单元中的工质一管、工质二管、第一换热管及第二换热管均固定连接于所述容器的底壁上,所述第二换热管的顶部开口直接开在所述容器底壁上并与所述容器内腔连通,所述第一换热管穿过所述容器的底壁伸入至容器的内部。
[0008] 所述每个换热单元中的换热模块包括直管和螺旋盘管两部分,所述直管的一端连接于所述工质一管,所述直管的另一端连接于所述螺旋盘管的顶部,所述螺旋盘管的底部连接于所述工质二管。
[0009] 所述第一换热管的顶部开口位于所述容器内腔的上部,所述第一换热管为一直管。
[0010] 在所述每个换热单元的容器的底壁上连通一排污管。
[0011] 在至少一个换热单元中,位于容器外部的所述第一换热管上连通一泄压管,所述泄压管上设置一泄压阀。[0012] 在至少一个换热单元中设置外加电流阴极保护装置,所述外加电流阴极保护装置包括置于所述容器内腔中的阳极、固定于所述容器壳体上的阴极及直流电源,所述阳极通过绝缘材料绝缘固定于所述容器的壳体上,所述阳极固定连接于所述容器的底壁上。
[0013] 本发明更进一步改进在于,在每两个相邻的所述换热单元之间用于连通第一换热管和第二换热管的连接管路上设置一用于换热液体或气体排出的分支管路,在所述每个分支管路上设置排放阀。
[0014] 综上内容,本发明所述的一种多级组合换热装置,整体结构简单,成本低,可靠性高,而且该装置是由多个换热单元组成,可以实现对工质显热和潜热的分别提取,对换热液体或气体逐级冷却或加热,可以提取多个温度段的换热液体或气体,满足用户对换热液体或气体温度的不同需求,同时大幅度提高了换热系统的效率,实现高效换热的目的。可广泛用于石油化工、锅炉、热水器、空调冷水机组、热泵热水器、热水空调器等众多技术领域。
[0015] 本发明将所有管路均固定连接于容器的底部,使得该换热装置的整体结构更加简单,同时也简化了加工工艺,无论容器的底部采用焊接工艺或是采用法兰盘工艺,均可以大幅度降低材料及制造成本,并可大幅度提高其可靠性。
[0016] 本发明还可以通过调节每个换热单元中的第一换热管的高度,实现容器内换热液体或气体的有效分层,从而在最短的时间内得到不同温度要求的液体或气体,进一步提高了整个装置的换热效率和换热速度。
[0017] 另外,本发明在容器的底部连通一排污管,可以实现在换热液体污浊时的有效排放,保证了液体的洁净,不但可以进一步提高换热效率,同时也使得换热后的液体达到卫生标准。
[0018] 在至少一个换热单元中设置泄压管和泄压阀,可以实现系统压力超标时自动泄压保护,同时不会被沉在容器底部的污浊物堵塞,保证了整个装置的安全可靠性。
[0019] 本发明还设置有外加电流阴极保护装置,可以有效地防止换热液体对容器壳体等金属的腐蚀,进一步提高整个装置的安全可靠性。
附图说明
[0020] 图1本发明结构示意图。
[0021] 如图1所示,换热单元1,容器2,换热模块3,工质一管4,工质二管5,第一换热管 6,第二换热管7,底壁8,顶部开口 9,排污管10,泄压管12,连接管路13,分支管路14,排放阀15,外加电流阴极保护装置16,阳极17,壳体18,阴极19,绝缘材料20。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
[0023] 实施例一:
[0024] 本实施例以该换热装置作为换热系统的蒸发装置为例。
[0025] 如图1所示,一种多级组合换热装置,由多个换热单元1串联组成,本实施例以由三个换热单元1组成为例,分别为1号换热单元la、2号换热单元Ib和3号换热单元lc。
[0026] 每一个换热单元1包括一封闭的容器2,在容器2内设置换热模块3,换热模块3 内流动的是工质,用于与容器2内的换热液体或气体进行热交换,换热模块3的两端分别与用于工质流入或流出的工质一管4和工质二管5相连接,容器2上固定连接有第一换热管 6和第二换热管7,第一换热管6和第二换热管7用于换热液体或气体的流入或流出。
[0027] 其中,每一个换热单元1的工质一管4、工质二管5、第一换热管6及第二换热管7 均固定连接于容器2的底壁8上,这样,为保证底壁8的强度,可以只加厚底壁8的材料厚度,相应的容器2其它壁面的材料就可以相对地薄一些,从而可以降低材料成本,同时,无论容器2的底壁8采用焊接工艺或是采用法兰盘工艺进行安装,均可以简化整个装置的加工工艺,并可保证其安装强度,降低制造成本,大幅度提高其可靠性。
[0028] 第二换热管7的顶部开口直接开在容器2的底壁8上,并与容器2的内腔连通。
[0029] 第一换热管6穿过容器2的底壁8伸入至容器2的内部,第一换热管6的高度可以根据实际需要进行调节,其顶部开口 9位于容器2内的不同高度,就可以获得不同温度的液体或气体,实现容器2内换热液体或气体的有效分层。如要保证容器2内的换热液体或气体与工质进行充分的热交换,以获得该换热单元1内的最高温度或最低温度的液体或气体,则需要将第一换热管6的顶部开口 9置于容器2内腔靠近上部的位置。为保证液体或气体在短时间内流入或流出第一换热管6,第一换热管6采用直管的形式。
[0030] 换热模块3包括直管3a和螺旋盘管北两部分,直管3a的一端连接于工质一管4, 直管3a的另一端连接于螺旋盘管北的顶部,螺旋盘管北的底部连接于工质二管5。当工质一管4内有高温工质流入时,直管3a部分可以保证高温工质在短时间内到达容器2的上部,此时,工质与容器2内的液体之间热交换较少,工质再通过螺旋盘管北部分与容器2内的换热液体或气体进行充分的热交换,以实现容器2内换热液体或气体的有效分层。
[0031] 因为低温的液体或气体的比重高于高温液体或气体的比重,为提高换热效率,并有助于换热液体或气体在容器2内从下至上实现不同温度区域的有效分层,第一换热管6 设计为高温换热液体或气体的流入或流出管,也就是保证高温液体或气体从每个换热单元 1的容器2的上部流入或流出容器2,相应的第二换热管7设计为低温换热液体或气体的流出或流入管,也就是保证低温的液体或气体从容器2的底部流入或流出,同理,工质一管4 为高温工质的流入或流出管,相应的工质二管5为低温工质的流出或流入管。
[0032] 三个换热单元1中的第一换热管6和第二换热管7按换热液体或气体的流动方向串联连接,工质一管4和工质二管5也同样按换工质的流动方向串联连接。
[0033] 因本实施例为蒸发装置,所以,高温换热液体从1号换热单元Ia的第一换热管6 进入到容器2的内腔中,再由第二换热管7流出,通过连接管路13,进入2号换热单元Ib的第一换热管6,进而流入容器2内,再由第二换热管7流出,通过连接管路13,进入3号换热单元Ic的第一换热管6,进而流入容器2内,再由第二换热管7流出。由于每个换热单元1 中的换热模块3内的低温工质基本上是从下向上流动,所以容器2内的液体或气体从上至下温度逐步降低,容器2内的底部液体或气体的温度最低。高温换热液体或气体在此过程中,与三个换热单元1中的换热模块3内的低温工质进行热交换,最后,低温液体或气体从 3号换热单元Ic的第二换热管7流出,进入到换热系统中。
[0034] 低温的工质(液体状态)则从3号换热单元Ic的工质二管5进入到换热模块3 的螺旋盘管北部分从上至下流动,经过螺旋盘管北部分到达容器2的上部,工质再经直管 3a部分从工质一管4流出,进入至2号换热单元Ib的工质二管5中,再经换热模块3进行热交换后从工质一管4流出,进入至1号换热单元Ia的工质二管5中,再经换热模块3进行热交换后,最后工质(气体状态)从1号换热单元Ia的工质一管4流出,进入到换热系统中。低温工质在此过程中,与三个容器2内的换热液体或气体进行充分的热交换,完成低温工质的蒸发过程,分别吸收显热和潜热最后,高温工质(气体状态)从1号换热单元Ia 的工质一管4流出,进入到换热系统中。
[0035] 在每两个相邻的换热单元1之间,也就是在1号换热单元Ia与2号换热单元Ib 之间,及2号换热单元Ib与3号换热单元Ic之间,在用于连通第一换热管6和第二换热管 7的连接管路13上,均设置一用于该段换热液体或气体排出的分支管路14,在每个分支管路14上设置排放阀15,可以提取多个温度段的换热液体或气体,满足用户对换热液体或气体温度的不同需求。
[0036] 在本实施例中,工质的流动方向与换热液体或气体的流动方向相反,可以实现对工质显热和潜热的分别提取,对换热液体或气体进行逐级冷却降温,实现换热液体或气体的有效分层,在最短时间内获得所需要的低温液体或气体,同时达到提高工质蒸发温度的目的,提高换热系统的效率。
[0037] 在每个换热单元1的容器2的底壁8上再连通一排污管10,在每个排污管10上设置一排污阀(图中未显示),排污管10应尽可能地开在底壁8的最低点位置,更有利于容器2内的液体排出。当容器2内的换热液体污浊时,可以打开排污阀,将污浊的液体从排污管10排出,这样不但可以进一步提高整个换热装置的换热效率,同时可以保证液体的卫生标准。
[0038] 在至少一个换热单元1中,位于容器2外部的第一换热管6上连通一泄压管12,泄压管12上设置一泄压阀(图中未显示),当容器2内的压力过高,超过泄压阀的设定值时, 泄压阀就会自动开启,保证整个换热装置的可靠性,同时,泄压管12位于容器2的外部,还可以避免沉在容器2底部的污浊物堵塞泄压管12。本实施例中,在每个换热单元1中均设置了泄压管12。
[0039] 在至少一个换热单元1中设置外加电流阴极保护装置16,外加电流阴极保护装置 16包括置于容器2内腔中的阳极17、固定于容器2壳体18上的阴极19及直流电源(图中未显示),阳极17通过绝缘材料20绝缘固定于容器2的壳体18上。其中,阳极17 —般采用钛金属棒,置于容器2内的换热液体中,阴极19固定于容器2的金属壳体18上,与金属壳体18导通共同作为阴极。在阳极17和阴极19之间施加直流电源,这样在通电后,大量的电子被强制从电解质(换热液体)中流向被保护的金属壳体18,使用壳体18表面产生负电荷(电子)的积累,这样就起到了抑制金属失去电子的作用,从而较好的防止金属壳体 18的腐蚀。在本实施例中,外加电流阴极保护装置16只设置在3号换热单元Ic上,当然, 也可以每个换热单元1中都外加电流阴极保护装置16。
[0040] 综上所述,工质一管4、换热模块3、工质二管5组成该换热装置的降温系统;容器 2、第一换热管6、第二换热管7组成该换热装置的能量存储、转移系统;容器2、排污管10、 总排污管11、泄压管12、外加电流阴极保护装置16组成该换热装置的安全系统。
[0041] 实施例二:
[0042] 本实施例以该换热装置作为换热系统的冷凝装置为例。
[0043] 如图1所示,一种多级组合换热装置,由多个换热单元1串联组成,本实施例以由三个换热单元1组成为例,分别为1号换热单元la、2号换热单元Ib和3号换热单元lc。[0044] 每一个换热单元1的结构同实施例一,这里不再另做详细描述。
[0045] 三个换热单元1中的第一换热管6和第二换热管7按换热液体或气体的流动方向串联连接,工质一管4和工质二管5也同样按换工质的流动方向串联连接。
[0046] 因本实施例为冷凝装置,其工质的流动方向与实施例一相反,换热液体或气体的流动方向与实施例一相反。
[0047] 低温换热液体从3号换热单元Ic的第二换热管7进入到容器2的内腔中,再由第一换热管6流出,通过连接管路13,进入2号换热单元Ib的第二换热管7,进而流入容器2 内,再由第一换热管6流出,通过连接管路13,进入1号换热单元Ia的第二换热管7,进而流入容器2内,再由第一换热管6流出。由于每个换热单元1中的换热模块3内的高温工质基本上是从上向下流动,所以容器2内的液体或气体从下至上温度逐步升高,容器2内的上部靠近第一换热管6顶部开口 9的位置处,液体或气体的温度最高。低温换热液体或气体在此过程中,与三个换热单元1中的换热模块3内的高温工质进行热交换,吸收工质的显热和潜热,最后,高温液体或气体从1号换热单元Ia的第一换热管6流出,进入到换热系统中。
[0048] 高温的工质(气体状态)则从1号换热单元Ia的工质一管4进入到换热模块3 的直管3a部分,经过直管3a部分到达容器2的上部,工质再沿螺旋盘管北部分从上至下流动,然后工质从工质二管5流出,进入至2号换热单元Ib的工质一管4中,再经换热模块 3进行热交换后从工质二管5流出,进入至3号换热单元Ic的工质一管4中,再经换热模块3进行热交换后,最后工质(液体状态)从3号换热单元Ic的工质二管5流出,进入到换热系统中。高温工质在此过程中,与三个容器2内的换热液体或气体进行充分的热交换, 完成高温工质的冷凝过程,释放工质的显热和潜热,最后,低温工质(液体状态)从3号换热单元Ic的工质二管5流出,进入到换热系统中。
[0049] 在每两个相邻的换热单元1之间,也就是在1号换热单元Ia与2号换热单元Ib 之间,及2号换热单元Ib与3号换热单元Ic之间,在用于连通第一换热管6和第二换热管 7的连接管路13上,均设置一用于该段换热液体或气体排出的分支管路14,在每个分支管路14上设置排放阀15,可以提取多个温度段的换热液体或气体,满足用户对换热液体或气体温度的不同需求。
[0050] 在本实施例中,工质的流动方向与换热液体或气体的流动方向相反,可以实现对工质显热和潜热的分别提取,对换热液体或气体进行逐级加热,实现换热液体或气体的有效分层,在最短时间内获得所需要的高温液体或气体,同时达到降低工质冷凝温度的目的, 提高换热系统的效率。
[0051 ] 在每个换热单元1的容器2的底壁8上再连通一排污管10,在每个排污管10上设置一排污阀(图中未显示),排污管10应尽可能地开在底壁8的最低点位置,更有利于容器2内的液体排出。当容器2内的换热液体污浊时,可以打开排污阀,将污浊的液体从排污管10排出,这样不但可以进一步提高整个换热装置的换热效率,同时可以保证液体的卫生标准。
[0052] 在至少一个换热单元1中,位于容器2外部的第一换热管6上连通一泄压管12,泄压管12上设置一泄压阀(图中未显示),当容器2内的压力过高,超过泄压阀的设定值时, 泄压阀就会自动开启,保证整个换热装置的可靠性,同时,泄压管12位于容器2的外部,还可以避免沉在容器2底部的污浊物堵塞泄压管12。本实施例中,在每个换热单元1中均设置了泄压管12。
[0053] 在至少一个换热单元1中设置外加电流阴极保护装置16,外加电流阴极保护装置 16的结构同实施例一所述。当然,也可以每个换热单元1中都外加电流阴极保护装置16。
[0054] 综上所述,工质一管4、换热模块3、工质二管5组成该换热装置的升温系统;容器 2、第一换热管6、第二换热管7组成该换热装置的能量存储、转移系统;容器2、排污管10、 总排污管11、泄压管12、外加电流阴极保护装置16组成该换热装置的安全系统。
[0055] 如上所述,结合附图和实施例所给出的方案内容,可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1. 一种多级组合换热装置,其特征在于:包括多个换热单元(1);所述换热单元(1)包括一个封闭的容器O),在所述容器O)内设置换热模块(3),所述换热模块(3)的两端分别与用于工质进出的工质一管(4)和工质二管(¾相连接,所述容器(¾上固定连接有用于换热液体或气体进出的第一换热管(6)和第二换热管(7);多个换热单元(1)中的工质一管(4)和工质二管(¾按工质流动方向串联相连接,多个换热单元(1)中的第一换热管(6)和第二换热管(7)按换热液体或气体的流动方向串联连接;所述工质的流动方向与换热液体或气体的流动方向相反。
2.根据权利要求1所述的多级组合换热装置,其特征在于:所述每个换热单元(1)中的工质一管G)、工质二管(5)、第一换热管(6)及第二换热管(7)均固定连接于所述容器 (2)的底壁(8)上,所述第二换热管(7)的顶部开口直接开在所述容器(2)的底壁(8)上并与所述容器O)内腔连通,所述第一换热管(6)穿过所述容器O)的底壁(8)伸入至容器 (2)的内部。
3.根据权利要求2所述的多级组合换热装置,其特征在于:所述每个换热单元(1)中的换热模块C3)包括直管(3a)和螺旋盘管(3b)两部分,所述直管(3a)的一端连接于所述工质一管G),所述直管(3a)的另一端连接于所述螺旋盘管(3b)的顶部,所述螺旋盘管 (3b)的底部连接于所述工质二管(5)。
4.根据权利要求2所述的多级组合换热装置,其特征在于:所述第一换热管(6)的顶部开口(9)位于所述容器O)内腔的上部。
5.根据权利要求2所述的多级组合换热装置,其特征在于:所述第一换热管(6)为一直管。
6.根据权利要求2所述的多级组合换热装置,其特征在于:在所述每个换热单元(1) 的容器O)的底壁(8)上连通一排污管(10)。
7.根据权利要求2所述的多级组合换热装置,其特征在于:在至少一个换热单元(1) 中,位于容器(¾外部的所述第一换热管(6)上连通一泄压管(12),所述泄压管(1¾上设置一泄压阀。
8.根据权利要求2所述的多级组合换热装置,其特征在于:在至少一个换热单元(1) 中设置外加电流阴极保护装置(16),所述外加电流阴极保护装置(16)包括置于所述容器 (2)内腔中的阳极(17)、固定于所述容器⑵壳体(18)上的阴极(19)及直流电源,所述阳极(17)通过绝缘材料00)绝缘固定于所述容器O)的壳体(18)上。
9.根据权利要求8所述的多级组合换热装置,其特征在于:所述阳极(17)固定连接于所述容器⑵的底壁⑶上。
10.根据权利要求1至9任一项所述的多级组合换热装置,其特征在于:在每两个相邻的所述换热单元(1)之间用于连通第一换热管(6)和第二换热管(7)的连接管路(13)上设置一用于换热液体或气体排出的分支管路(14),在所述每个分支管路(14)上设置排放阀(15)。
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