CN103075895A - 一种过冷水制取装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于热能源技术领域，具体涉及一种气液之间进行换热的过冷水制取装置，包括容器，位于容器内的布液器和集液器，以及设在容器上的进风口和出风口，容器内部设置有可加热的过冷液膜形成部件，所述过冷液膜形成部件设置在布液器与集液器之间，且在进风口与出风口之间；所述过冷液膜形成部件与液体流向、气体流向成夹角；所述过冷液膜形成部件表面设置有不良导热层，所述过冷液膜形成部件加热时热量缓慢释放至不良导热层表面，控制液膜温度大于或等于液体凝固点。换热介质之间能够直接接触，换热效率高，体积小，制造成本低，并能够对气体换热介质中的杂质进行清除。

Description

一种过冷水制取装置

技术领域

本发明属于热能源技术领域，具体涉及一种气液之间进行换热的过冷水制取装置。

背景技术

现有技术中的气液之间的换热方式采用板式换热或表面换热的方式；其中，板式换热方式为，参见图1，在气体介质与液体介质之间设置有换热板101，气体介质从换热板的一侧穿过，与换热板接触，而液体介质从换热板的另一侧穿过与换热板接触，这样液体（气体）介质的热量先传递给换热板，再通过换热板将热量传递给气体（液体）介质，气体介质、液体介质之间不接触，换热效率低；

另一种表面换热方式，参见图2，其液体介质在依附着板体102或管体壁流下，气体介质从液体介质的表面拂过获取液体介质的热量，虽然，气体介质与液体介质之间有接触，气体介质仅获取了液体介质表面的热量，气体介质获取的热量少，换热效果差；

此两种换热方式具有以下缺陷：

1、在气体与液体介质换热时，会出现由于液体介质温度过冷，而形成结冰的现象，气体介质与液体介质之间无法进行换热，影响换热的正常进行；

2、由于液体介质与气体介质之间不能充分接触，气体介质与液体介质之间的热量换取效率低、换热效果差；

3、现有的两种换热结构，为了提升换热效率和好的换热效果，便需要增加气体介质与液体介质之间的换热面积；其中，板式换热方式便需要增加换热板的面积，使液体介质与气体介质之间的换热面增大；表面换热方式便需要增加液体所依附的板体或管体的面积，增大液体的换热面积；因而也就增大了这两种方式所用装置的体积，占用空间增大，也增加了设备的制造成本；

4、在气体介质与液体介质之间进行换热时，由于介质间不充分接触，气体介质中的杂质不能够被清除。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种过冷水制取装置，换热介质之间能够直接接触，换热效率高，体积小，制造成本低，并能够对气体换热介质中的杂质进行清除。

实现本发明的技术方案如下：

一种过冷水制取装置，包括容器，位于容器内的布液器和集液器，以及设在容器上的进风口和出风口，容器内部设置有可加热的过冷液膜形成部件，所述过冷液膜形成部件设置在布液器与集液器之间，且在进风口与出风口之间；所述过冷液膜形成部件与液体流向、气体流向形成夹角；所述过冷液膜形成部件表面设置有不良导热层，所述过冷液膜形成部件加热时热量缓慢释放至不良导热层表面，控制过冷液膜形成部件上的液膜温度大于或等于液体凝固点。

采用本发明的技术方案，液体介质经过布液器喷洒到过冷液膜形成部件上，由于液体表面张力的作用，液体介质在过冷液膜形成部件上形成液膜，气体介质顶破液膜与液体介质进行换热，换热后的液体介质进入集液器中；气体介质是从进风口进入容器中，由于过冷液膜形成部件与液体流向、气体流向形成夹角，因而气体介质需要完全冲破过冷液膜形成部件上液体介质所形成的液膜，才能从出风口处排出；在气体介质冲破液体介质形成的液膜过程中，气体介质与液体介质之间能够充分的接触，气体介质能够更多的获取液体介质中的热量（包括显热与潜热）；在整个换热过程中，由于过冷液膜形成部件的可加热性，且产生的热量通过不良导热层缓慢释放至液膜形成部件中的液膜区域，用以控制液膜温度大于或等于液体介质的凝固点，防止过冷液膜形成部件中的液膜结冰；因而在整个换热过程中，过冷液膜形成部件附近及液膜不会出现结冰现象，实现低温条件下利用低品位水源热量。

进一步地，所述过冷液膜形成部件为密布有液膜形成孔的金属液膜网，在金属液膜网上设置有不良导热层，在金属液膜网通电后，金属液膜网产生热量并缓慢释放到不良导热层表面。金属液膜网采用5目的金属孔网；液体介质喷洒在金属液膜网上，由于液体表面张力的作用，在金属液膜网的网孔中形成液膜；在与气体介质换热时，气体介质冲破金属液膜网上的液膜，这样气体介质与液体介质之间能够充分接触进行换热，换热效率高，换热效果好；而通过给金属液膜网通电发热，使产生的热量通过不良导热层缓慢释放出，释放出的热量温度大于或等于液体介质的凝固点，用以防止金属液膜网上液膜的结冰。

进一步地，所述过冷液膜形成部件包括密布有液膜形成孔的液膜网，以及对液膜网区域进行加热，用以控制液膜网上的液膜温度大于或等于液体凝固点的加热装置。这里采用加热装置直接对液膜形成孔的液膜网区域进行加热，防止液膜网上所形成液膜的结冰，解决液膜结冰无法换热的问题。

更进一步地，所述加热装置包括对液膜网区域进行加热的加热丝，以及控制加热丝工作的控制器。通过控制器控制加热丝的加热时间、加热温度，有效防止液膜网区域及液膜网上液膜结冰；这里可以设置对液膜网区域温度进行监测的温度传感器，当液膜网区域的温度低于或高于设定值时，温度传感器便会通过控制器来控制加热丝的加热或停止加热。

进一步地，所述布液器为进液管，进液管上设置有使从进液管进入的液体喷洒在过冷液膜形成部件上的喷淋器；喷淋器能够使液体介质喷洒出来，以便液体介质在过冷液膜形成部件上形成液膜；所述集液器为将容器内的液体排出的出液管。

更进一步地，为了使喷洒到过冷液膜形成部件上的液体介质更均匀，所述容器内设置有对布液器排出的液体进行分布的布液板，布液板上密布有供液体通过的通孔。这样液体介质先均匀分布在布液板上，然后通过液体让位孔均匀的洒落在过冷液膜形成部件上并通过过冷液膜形成部件形成液膜。

进一步地，经过与液体介质换热后的气体含有较多的水份，便需要在所述容器出风口处设置气液分离的气液分离器，气液分离器能够将气体中的水份凝结并回落到容器中，而供气体通过，从而使气液得以分离。

进一步地，所述容器的进风口连通有进风管，出风口连通有出风管，在出风管上设置有使容器内形成负压的风机。

本发明具有以下优点：

1、由于过冷液膜形成部件的可加热性，在气体介质与液体介质换热时，不会出现由于液体介质温度过度，而结冰的现象，保证了换热的进行；

2、由于换热过程中，气体介质与液体介质之间直接接触，且气体介质是顶破液体介质形成的液膜，从而气体介质与液体介质之间得以充分的接触，气体介质与液体介质之间的热量换取效率高、换热效果好；

3、本发明的换热结构，整个体积的大小仅为容器大小，占用空间少，制造成本降低，便于后序运输、安装、维护；

4、在气体介质与液体介质之间进行换热时，由于介质之间充分接触，因而在气体介质含有的杂质时，杂质会被液体介质吸收，使气体介质得以净化，从而排出的干净气体介质可以直接得以利用。

附图说明

图1为现有技术中板式换热方式的结构示意图；

图2为现有技术中表面换热方式的结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明中过冷液膜形成部件的结构示意图；

图5为曲面式过冷液膜形成部件的两种结构示意图；

图6为本发明中布液板的结构示意图；

图7为金属液膜网的剖视图；

图8为本发明中介质通过过冷液膜形成部件的走向图；

图9为本发明的另一实施例示意图；

附图中，1为容器，2为进液管，3为出液管，4为输送泵，5为进风管，6为出风管，7为风机，8为过冷液膜形成部件，9为喷淋器，10为液膜形成孔，11为金属液膜网，12为布液板，13为液体让位孔，14为气液分离器，15为不良导热层，16为液膜网，17为加热丝，18为控制器，19为温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

参见图3-图8，一种过冷水制取装置，包括容器1，位于容器内的布液器和集液器，具体实施时，布液器为进液管2，集液器为将容器内的液体排出的出液管3；出液管3上增设有输送泵4；以及设在容器上的进风口和出风口，进风口连通有进风管5，出风口连通有出风管6，以及出风管6上设置有使容器内形成负压的风机7；容器1内部设置有可加热的过冷液膜形成部件8，图3中示出的过冷液膜形成部件为板式的，其水平的设置在容器内；当然为了增大过来液膜形成部件的液膜形成面积，过冷液膜形成部件可以倾斜的设置在容器内；另外，参见图5，过冷液膜形成部件还可以采用曲面式的过冷液膜形成部件，即可以为弧形或波浪形。

过冷液膜形成部件设置在布液器与集液器之间，且在进风口与出风口之间；过冷液膜形成部件的液膜形成表面与液体流向、气体流向形成夹角，形成角度主要是为了便于液体介质喷洒到过冷液膜形成部件上并在过冷液膜形成部件上形成液膜，同样便于气体介质能够冲破液体介质在过冷液膜形成部件形成的液膜；图8示出了过冷液膜形成部件的液膜形成表面与液体介质流向形成的夹角A，夹角A大于0度小于180度，过冷液膜形成部件的液膜形成表面与气体介质流向形成的夹角B，夹角B大于0度小于180度；这样便于液体介质洒在过冷液膜形成部件上形成液膜，气体介质从过冷液膜部件形成部件上的液膜下方穿破液膜，使液体介质与气体介质之间充分得以接触进行换热；过冷液膜形成部件表面设置有不良导热层，对过冷液膜形成部件加热时热量缓慢释放至不良导热层表面，控制液膜温度大于或等于液体凝固点。

在进液管2上设置有使从进液管进入的液体喷洒在过冷液膜形成部件的喷淋器9；喷淋器能够使液体介质喷洒出来，这样容易在过冷液膜形成部件上形成液膜；

进一步地，过冷液膜形成部件为密布有液膜形成孔10的金属液膜网11，在金属液膜网上设置有不良导热层15，不良导热层可以涂或包覆在金属液膜网上，但是不遮挡液膜形成孔，液体介质在洒到金属液膜网上后，由于液体表面张力的作用，很容易在液膜形成孔中形成液膜，在金属液膜网通电后，金属液膜网产生热量并缓慢释放到不良导热层表面，防止液膜结冰。具体实施中，金属液膜网采用5目的孔网，这样能够保证的顺利形成；当然也可以采用目数稍大或稍小的孔网，只要能使液体在其上形成液膜即可；具体实施中，金属液膜网11只要通电便可发热的金属材料制成即可，具体可以采用铁、铜、铝、钛等等材料制成；而不良导热层采用导热系数较小的材料制成，如纳米保温材料、陶瓷、隔热涂层等。

为了使喷洒到过冷液膜形成部件上的液体介质更均匀，在容器1内设置有使布液器排出的液体呈均匀分布的布液板12，在布液板上均匀的分布有液体让位孔13；布液板可以倾斜的设置在容器内，也可以水平的设置，其设置的角度最好与过冷液膜形成部件平行，另外布液板可以设置多层；由于在经过换热后的气体含有较多的水份，便在容器出风口处设置有气液分离的气液分离器14，气液分离器能够凝结气体中的水份而让气体通过，从而使气液进行分离，这样气体仅带走液体中的热量；上述气液分离器为直接购买件，在液体蒸汽与气液分离器接触时，蒸汽中的水份能够凝结成液体，供气体通过。

另一种实施例，参见图9，可加热的过冷液膜形成部件包括密布有液膜形成孔的液膜网16，以及对液膜网区域进行加热，用以控制液膜温度大于或等于液体凝固点的加热装置。加热装置包括对液膜网区域进行加热的加热丝17，以及控制加热丝工作的控制器18，加热丝可以缠绕在液膜网16上，或铺设在液膜网上表面或/和下表面，或有间隔的设置在液膜网的上表面或/和下表面；但是加热丝的设置不遮挡液膜网上的液膜形成孔；这里采用加热丝直接对液膜形成孔的液膜网进行加热，防止过冷液膜形成部件区域及形成的液膜结冰，无法换热。其中，通过控制器控制加热丝的加热时间、加热温度，有效防止液膜结冰；也可以设置对液膜网区域温度进行监测的温度传感器19，当液膜网区域的温度低于或高于设定值时，温度传感器便会通过控制器来控制加热丝的工作状态。

下面对本发明的原理进行更进一步的说明：低温水经过进液管喷洒到过冷液膜形成部件上，由于液体表面张力的作用，水在过冷液膜形成部件上形成液膜，与气体介质换热后的水通过出液管排出容器；空气从进风口进入容器，由于过冷液膜形成部件与液体流向、气体流向形成夹角，因而空气需要完全冲破过冷液膜形成部件上水形成的水膜，才能从出风口处排出；在空气冲破水形成的液膜过程中，空气与水之间能够充分的接触，从而空气吸收水中的热量（包括显热与潜热）；在整个换热过程中，由于过冷液膜形成部件的可加热性，产生的热量通过不良导热层缓慢释放至出，用以控制液膜温度大于或等于液体介质的凝固点，因而在过冷液膜形成部件附近不会出现结冰现象，从而实现低温条件下利用低品位水源热量；气体为空气容易得到，整个设备价格低廉，且低温条件下，其焓值因温度而变化较大。

Claims (8)

1.一种过冷水制取装置，包括容器，位于容器内的布液器和集液器，以及设在容器上的进风口和出风口，其特征在于：容器内部设置有可加热的过冷液膜形成部件，所述过冷液膜形成部件设置在布液器与集液器之间，且在进风口与出风口之间；所述过冷液膜形成部件与液体流向、气体流向形成夹角；所述过冷液膜形成部件表面设置有不良导热层，所述过冷液膜形成部件加热时热量缓慢释放至不良导热层表面，控制过冷液膜形成部件上的液膜温度大于或等于液体凝固点。

2.根据权利要求1所述的一种过冷水制取装置，其特征在于：所述过冷液膜形成部件为密布有液膜形成孔的金属液膜网，在金属液膜网上设置有不良导热层，在金属液膜网通电后，金属液膜网产生热量并缓慢释放到不良导热层表面。

3.根据权利要求1所述的一种过冷水制取装置，其特征在于：所述过冷液膜形成部件包括密布有液膜形成孔的液膜网，以及对液膜网区域进行加热，用以控制液膜网上的液膜温度大于或等于液体凝固点的加热装置。

4.根据权利要求3所述的一种过冷水制取装置，其特征在于：所述加热装置包括对液膜网区域进行加热的加热丝，以及控制加热丝工作的控制器。

5.根据权利要求1所述的一种过冷水制取装置，其特征在于：所述布液器为进液管，进液管上设置有使从进液管进入的液体喷洒在过冷液膜形成部件上的喷淋器；所述集液器为将容器内的液体排出的出液管。

6.根据权利要求1所述的一种过冷水制取装置，其特征在于：所述容器内设置有对布液器排出的液体进行分布的布液板，布液板上密布有供液体通过的通孔。

7.根据权利要求1所述的一种过冷水制取装置，其特征在于：所述容器出风口处设置有对气液介质进行分离的气液分离器。

8.根据权利要求1所述的一种过冷水制取装置，其特征在于：所述容器的进风口连通有进风管，出风口连通有出风管，在出风管上设置有使容器内形成负压的风机。

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