CN104266415B - 一种利用lng冷能的多层式平板冷凝器 - Google Patents

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Abstract

一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，涉及一种利用金属泡沫的多层式平板冷凝器。本发明为了解决LNG冷能利用过程中产生的较大换热温差，及由此导致的较大的设备热应力、冷能供应波动性大且利用率低的问题。利用LNG冷能的多层式平板冷凝器包括绝热层、冷凝器壳体和多个中间隔板，绝热层包覆在冷凝器壳体的外壁上，冷凝器壳体的内部由多个中间隔板分隔成多个流动通道；流动通道包括LNG流动通道和气态中间介质流动通道，气态中间介质为气态载冷剂，气态中间介质流动通道和LNG流动通道相间分布，在气态中间介质流动通道和/或LNG流动通道内设置有金属泡沫。本发明利用LNG气化时释放的冷量，使中间介质冷凝的多层式平板冷凝器，被冷凝的中间介质可以作为低温热源。

Description

一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器
技术领域
本发明涉及一种多层式平板冷凝器，具体涉及一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器。
背景技术
LNG是在低温下以液态形式存在的天然气，储存温度为-162℃。LNG在气化时产生的冷量大约为840kJ/kg。传统的气化过程是利用海水作为气化的热源，这样不仅造成了大量的能源浪费，而且还造成了一定程度的低温污染。因此，LNG冷能的回收不仅能够实现能源的高效利用，而且回收LNG中的冷能对于生态环境的保护也具有十分重要的意义。LNG冷能可以用于冷能发电、空气分离、海水淡化、CO2液化、食品冷冻、海产品和农产品保鲜、轻烃分离、冷库等。在LNG冷能利用过程中会产生较大换热温差，由此导致了较大的设备热应力，而这对在低温条件下具有较大脆性的换热设备是极其不利的。为此应该寻求减小LNG低温传热过程温差的换热思路，采用具有合适相变物性参数的中间介质吸收LNG冷能是减小这类低温传热过程温差的一种可行方法。冷凝器的工作原理是通过中间介质冷凝释放出潜热给LNG，从而实现将LNG的冷量传递给中间介质。
如果开发一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，将LNG气化富余的冷量吸收贮存在中间介质中，在需要冷量时将储存的冷量释放出来，或外运到其他所需要的地方，供冷能利用设备使用，将有利于解决目前冷能供应波动性很大等问题，大幅度提高LNG冷能的利用率。
发明内容
本发明为了解决LNG冷能利用过程中产生的较大换热温差，及由此导致的较大的设备热应力、冷能供应波动性大且利用率低的问题，进而提供一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器。其是一种利用LNG气化时释放的冷量，使中间介质冷凝的多层式平板冷凝器，被冷凝的中间介质可以作为低温热源。
本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是：
本发明的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，包括绝热层、冷凝器壳体和多个中间隔板，所述绝热层包覆在冷凝器壳体的外壁上，冷凝器壳体的内部由多个中间隔板分隔成多个流动通道；所述流动通道包括LNG流动通道和气态中间介质流动通道，所述气态中间介质为气态载冷剂，气态中间介质流动通道和LNG流动通道相间分布，在气态中间介质流动通道和/或LNG流动通道内设置有金属泡沫。
为了更好地增加流体件的传热面积，破坏流动边界层以增强换热效果，金属泡沫的孔隙率ε和孔密度ω范围分别为0.8<ε<0.99，5PPI<ω<200PPI。
为了保证冷凝器的结构稳定性，金属泡沫烧结在气态中间介质流动通道和/或LNG流动通道内。
为了更好的吸收贮存LNG气化富余的冷量，在需要时将储存的冷量释放出来，气态中间介质为乙烷、丙烷或丁烷。也可以采用其他载冷剂替换。气态中间介质的选择可以根据需求进行选择。
所述中间隔板等间距排列。
所述金属泡沫充满在气态中间介质流动通道和/或LNG流动通道内；
或金属泡沫部分填充在气态中间介质流动通道和/或LNG流动通道内。
当金属泡沫部分填充在气态中间介质流动通道和/或LNG流动通道内时：
第一种填充形态：金属泡沫的填充形态为连续的等边三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
第二种填充形态：以单个流动通道的右上角至其左下角建立对角线，对角线下方烧结金属泡沫，金属泡沫的填充形态为直角三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
第三种填充形态：以单个流动通道的左上角至其右下角建立对角线，对角线上方烧结金属泡沫，金属泡沫的填充形态为直角三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
优选的：所述气态中间介质流动方向与LNG流动方向相同或相反。流动方向相反时冷能交换量大。
LNG及气态中间介质的流动通道金属泡沫填充方式可以根据实际使用状况自由选择。相同条件下，金属泡沫全部填满流动通道时冷量传递速率最快。
通过以上的分析可知：根据金属泡沫的填充方式的不同，布置方案多样。用户可以根据具体的情况选择一种方案，并且由自身的冷能所需数量及速率确定各环道中金属泡沫的孔隙参数。
根据实际情况选择冷凝器的放置方式，可以是横放也可以是竖放。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本发明的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器的冷凝器壳体内部由多个中间隔板分隔成多个流动通道，LNG与中间介质的流动通道相间分布，流动通道中采用金属泡沫进行填充。将LNG气化富余的冷量吸收贮存在中间介质中，在需要冷量时将储存的冷量释放出来，或外运到其他所需要的地方，供冷能利用设备使用，将有利于解决目前冷能供应波动性很大等问题，大幅度提高LNG冷能的利用率。金属泡沫不仅能增加流体的换热面积，还能破坏流动边界层，增强流体湍动度，可以大大提高换热速率。此外，可以根据对冷能传递数量及速率的实际应用需求选择不同的金属泡沫强化换热方案，包括填充方式、孔隙率、孔密度等基本参数的调整。
附图说明
图1是本发明的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器的外形图；
图2是平板冷凝器的横截面示意图；
图3是平板冷凝器的纵截面示意图；
图4是平板冷凝器的换热单元示意图；
图5是中间介质和LNG顺流示意图；
图6是中间介质和LNG逆流示意图；
图7是金属泡沫的填充形态为连续的等边三角形的填充形态图；
图8是金属泡沫的填充形态为下直角三角形的填充形态图；
图9是金属泡沫的填充形态为上直角三角形的填充形态图；
图10是金属泡沫的填满流动通道的示意图；
图11是流动通道内未填充金属泡沫的示意图；
图中：1-气态中间介质流动通道；2-LNG流动通道；3-绝热层；4-冷凝器壳体；5-中间隔板；6-金属泡沫。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4、图6、图10进行说明，本实施方式的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，
(1)根据设计要求确定对应的平板冷凝器对应的长、宽、高、平板间距及平板厚度；(2)根据换热量以及换热速率的要求确定各通道中金属泡沫的填充方式、填充比例以及金属泡沫孔隙率和孔密度；(3)选择合适的中间介质与LNG进行换热；(4)根据实际情况选择装置中流体流动的方式(顺流或逆流)、装置的放置方式(横放或竖放)。采用本发明可以有效地将LNG气化时释放的冷量传递给中间介质，另外采用金属泡沫作为填充物可以极大的增加流体间的传热面积，破坏流动边界层以增强换热效果。
利用LNG冷能的多层式平板冷凝器的结构为：
包括绝热层3、冷凝器壳体4和多个中间隔板5，所述绝热层3包覆在冷凝器壳体4的外壁上，冷凝器壳体4的内部由多个中间隔板5分隔成多个流动通道；所述流动通道包括LNG流动通道2和气态中间介质流动通道1，所述气态中间介质为气态载冷剂，气态中间介质流动通道1和LNG流动通道2相间分布，在气态中间介质流动通道1和/或LNG流动通道2内设置有金属泡沫6。气态中间介质在冷凝器中被LNG冷凝为液体，释放出潜热获得LNG的冷量。
定义l、a、b分别表示冷凝器的长、宽、高，b1、b2则分别表示气态中间介质流动通道的半高以及LNG流动通道的半高。
金属泡沫6的孔隙率ε和孔密度ω范围分别为0.8<ε<0.99，5PPI<ω<200PPI。
气态中间介质为乙烷、丙烷或丁烷。也可以采用其他载冷剂替换。
中间隔板5等间距排列。
金属泡沫6充满在气态中间介质流动通道1和LNG流动通道2内。
气态中间介质流动方向与LNG流动方向相反，即两种流体流动方式为逆流。
具体实施方式二：结合图5、图7至图9、图11进行说明，本实施方式的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器与具体实施方式一所述的冷凝器的区别在于：
气态中间介质流动方向与LNG流动方向相同，即两种流体流动方式为顺流。
金属泡沫6部分填充在气态中间介质流动通道1和LNG流动通道2内；
或者金属泡沫6仅填充在气态中间介质流动通道1或LNG流动通道2内。
当金属泡沫6部分填充在气态中间介质流动通道1和LNG流动通道2内时：
第一种填充形态：金属泡沫6的填充形态为连续的等边三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
第二种填充形态：以单个流动通道的右上角至其左下角建立对角线，对角线下方烧结金属泡沫，金属泡沫6的填充形态为直角三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
第三种填充形态：以单个流动通道的左上角至其右下角建立对角线，对角线上方烧结金属泡沫，金属泡沫6的填充形态为直角三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，包括绝热层(3)、冷凝器壳体(4)和多个中间隔板(5)，所述绝热层(3)包覆在冷凝器壳体(4)的外壁上，冷凝器壳体(4)的内部由多个中间隔板(5)分隔成多个流动通道；其特征在于：所述流动通道包括LNG流动通道(2)和气态中间介质流动通道(1)，所述气态中间介质为气态载冷剂，气态中间介质流动通道(1)和LNG流动通道(2)相间分布，在气态中间介质流动通道(1)和/或LNG流动通道(2)内设置有金属泡沫(6)；金属泡沫(6)部分填充在气态中间介质流动通道(1)和/或LNG流动通道(2)内；金属泡沫(6)的填充形态为连续的等边三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
2.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，其特征在于：金属泡沫(6)的孔隙率ε和孔密度ω范围分别为0.8<ε<0.99，5PPI<ω<200PPI；金属泡沫(6)烧结在气态中间介质流动通道(1)和/或LNG流动通道(2)内。
3.根据权利要求2所述的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，其特征在于：气态中间介质为乙烷、丙烷或丁烷。
4.根据权利要求3所述的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，其特征在于：中间隔板(5)等间距排列。
5.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，其特征在于：所述气态中间介质流动方向与LNG流动方向相同或相反。
6.一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，包括绝热层(3)、冷凝器壳体(4)和多个中间隔板(5)，所述绝热层(3)包覆在冷凝器壳体(4)的外壁上，冷凝器壳体(4)的内部由多个中间隔板(5)分隔成多个流动通道；其特征在于：所述流动通道包括LNG流动通道(2)和气态中间介质流动通道(1)，所述气态中间介质为气态载冷剂，气态中间介质流动通道(1)和LNG流动通道(2)相间分布，在气态中间介质流动通道(1)和/或LNG流动通道(2)内设置有金属泡沫(6)；金属泡沫(6)部分填充在气态中间介质流动通道(1)和/或LNG流动通道(2)内；以单个流动通道的右上角至其左下角建立对角线，对角线下方烧结金属泡沫，金属泡沫(6)的填充形态为直角三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
7.根据权利要求6所述的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，其特征在于：所述气态中间介质流动方向与LNG流动方向相同或相反。
8.一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，包括绝热层(3)、冷凝器壳体(4)和多个中间隔板(5)，所述绝热层(3)包覆在冷凝器壳体(4)的外壁上，冷凝器壳体(4)的内部由多个中间隔板(5)分隔成多个流动通道；其特征在于：所述流动通道包括LNG流动通道(2)和气态中间介质流动通道(1)，所述气态中间介质为气态载冷剂，气态中间介质流动通道(1)和LNG流动通道(2)相间分布，在气态中间介质流动通道(1)和/或LNG流动通道(2)内设置有金属泡沫(6)；金属泡沫(6)部分填充在气态中间介质流动通道(1)和/或LNG流动通道(2)内；以单个流动通道的左上角至其右下角建立对角线，对角线上方烧结金属泡沫，金属泡沫(6)的填充形态为直角三角形，填充体积为单个流动通道体积的二分之一。
9.根据权利要求8所述的一种利用LNG冷能的多层式平板冷凝器，其特征在于：所述气态中间介质流动方向与LNG流动方向相同或相反。
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