CN105466265B - 一种氨水换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氨水换热器，包括壳体，壳体内由外向内依次设置有储液器、毛细芯、换热壁面和热源流体壳层，毛细芯和换热壁面之间设有富氨蒸汽通道，壳体两端分别设有氨水出口和氨水进口，且氨水进口和氨水出口与储液器相通，壳体两端分别设有热源流体进口和热源流体出口，且热源流体进口和热源流体出口与热源流体壳层相通，壳体一端面上还设有富氨蒸汽出口，且富氨蒸汽出口与富氨蒸汽通道相通。该氨水换热器结构紧凑，通过毛细芯将氨水工质气液两相进行隔离，通过一个换热器实现了氨水工质分离成富氨蒸汽及稀氨溶液的目的，从而减少了氨水工质在换热器及气液分离器中的能量损失，提高了氨水动力循环的热效率。

Description

一种氨水换热器
技术领域
本发明属于中低温余热发电技术领域，具体涉及一种氨水换热器。
背景技术
氨水动力循环发电技术是以氨水混合物为工质，适用于75～350℃热源的中低温发电技术，是目前最高效的中低温余热发电技术，该技术适用于钢铁、有色、建材、石化等工业领域产生的中低温余热资源，也适用于地热、太阳能等可再生能源领域。氨水相变过程为一个变温过程，减少了蒸发和冷凝过程传热的不可逆损失，使氨水动力循环更接近理想洛伦兹循环，其热效率比单一工质动力循环高15%以上。
然而，氨水动力循环系统结构比较复杂，需要通过加热氨水混合物然后通过气液分离器来实现内部工质浓度不同，该方法在加热及气液分离过程中产生能量损失，这也影响了氨水动力循环的效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有氨水动力循环系统中氨水工质在换热器及气液分离器中能量损失，影响氨水动力循环效率的问题。
为此，本发明提供了一种氨水换热器，包括壳体，所述壳体内由上至下依次设置有储液器、毛细芯、换热壁面和热源流体壳层，所述毛细芯和换热壁面之间设有富氨蒸汽通道，所述壳体两端分别设有氨水出口和氨水进口，且氨水进口和氨水出口与储液器相通，所述壳体两端分别设有热源流体进口和热源流体出口，且热源流体进口和热源流体出口与热源流体壳层相通，所述壳体一端面上还设有富氨蒸汽出口，且富氨蒸汽出口与富氨蒸汽通道相通。
进一步地，上述热源流体进口和氨水进口分别设置在壳体的不同侧。
进一步地，上述氨水换热器为平板型或圆柱型结构。
进一步地，上述平板型氨水换热器的氨水进口、氨水出口、热源流体进口、热源流体出口和富氨蒸汽出口均设有多个，且各个氨水进口之间、各个氨水出口之间、各个热源流体进口之间、各个热源流体出口之间、各个富氨蒸汽出口之间均水平等间距分布。
进一步地，上述圆柱型氨水换热器的氨水进口、氨水出口和富氨蒸汽出口均设有多个，且在壳体上沿周向等间距分布；热源流体进口和热源流体出口均为一个，设置在壳体的中心。
进一步地，上述储液器、热源流体壳层和富氨蒸汽通道均为一个。
进一步地，上述富氨蒸汽通道为锯齿结构。
本发明的有益效果：本发明提供的这种氨水换热器通过毛细芯将氨水工质气液两相进行隔离，从而通过一个换热器实现了原来由换热器加气液分离器才能实现的功能，且该氨水换热器具有结构紧凑、热效率高等优点，能够提高氨水动力循环的热效率。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明中平板型氨水换热器的剖面结构示意图。
图2是本发明中平板型氨水换热器的左视图。
图3是本发明中平板型氨水换热器的右视图。
图4是本发明中圆柱型氨水换热器的剖面结构示意图。
图5是本发明中圆柱型氨水换热器的左视图。
图6是本发明中圆柱型氨水换热器的右视图。
附图标记说明：1、壳体；2、储液器；3、毛细芯；4、换热壁面；5、热源流体壳层；6、富氨蒸汽通道；7、氨水出口；8、富氨蒸汽出口；9、热源流体进口；10、热源流体出口；11、氨水进口。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有氨水动力循环系统中氨水工质在换热器及气液分离器中能量损失，影响氨水动力循环效率的问题，如图1和图4所示，本实施例提供了一种氨水换热器，包括壳体1，所述壳体1内由上至下依次设置有储液器2、毛细芯3、换热壁面4和热源流体壳层5，所述毛细芯3和换热壁面4之间设有富氨蒸汽通道6，所述壳体1两端分别设有氨水出口7和氨水进口11，且氨水进口11和氨水出口7与储液器2相通，所述壳体1两端分别设有热源流体进口9和热源流体出口10，且热源流体进口9和热源流体出口10与热源流体壳层5相通，所述壳体1一端面上还设有富氨蒸汽出口8，且富氨蒸汽出口8与富氨蒸汽通道6相通。
其中，氨水工质和热源流体可以从壳体1的同侧进入该换热器；也可从两侧分别进入，优选氨水工质和热源流体从壳体1两侧分别进入，即热源流体进口9和氨水进口11分别设置在壳体1的不同侧，这样可以保证富氨蒸汽有更加稳定的过热度。
该氨水换热器可做成平板型和圆柱型结构两种形式，如图1、图2和图3为平板型氨水换热器，图4、图5和图6为圆柱型氨水换热器。
该氨水换热器的工作过程如下：
氨水工质从氨水进口11进入储液器2，毛细芯3通过毛细力使氨水工质充满整个毛细芯3，同时，热源流体从热源流体进口9进入热源流体壳层5，通过换热壁面4将热量传给毛细芯3，然后热源流体从热源流体出口10排出，由于氨水中的氨沸点低于水，所以毛细芯3内的氨组份先蒸发成氨蒸汽，氨蒸汽通过富氨蒸汽通道6排出，在排出过程中，热源流体对富氨蒸汽通道6中的氨蒸汽进行加热，氨和水为极易相溶的物质，储液器2中的氨将通过扩散作用很快补充到毛细芯3内以保持氨水的浓度，当系统达到稳定状态时，该氨水换热器将从富氨蒸汽出口8稳定的产出富氨蒸汽，储液器2内剩下的稀氨溶液将从氨水出口7排出。
该氨水换热器通过毛细芯将氨水工质气液两相进行隔离，从而通过一个换热器实现了原来由换热器加气液分离器才能实现的功能，而且由于毛细芯3的阻隔作用，储液器2中的氨水工质温度始终较低，使得从氨水出口7排出的稀氨溶液温度较低，不会带走过多热量，从而提高了热源流体热量的利用率。
另外，作为一种优选的实施方式，多种工质可通过多个并联的进出口进出换热器。如图2和图3所示，平板型氨水换热器的氨水进口11、氨水出口7、热源流体进口9、热源流体出口10和富氨蒸汽出口8均设有多个，且各氨水进口11之间水平等间距分布、各氨水出口7之间水平等间距分布、各热源流体进口9之间水平等间距分布、各热源流体出口10之间水平等间距分布、各富氨蒸汽出口8之间水平等间距分布；储液器2、热源流体壳层5和富氨蒸汽通道6均为一个，这多个氨水进口11和氨水出口7均连通同一个储液器2，多个热源流体进口9和热源流体出口10均连通同一个热源流体壳层5，多个富氨蒸汽出口8均连通同一个富氨蒸汽通道6，减少设备体积，节省占地面积。如图5和图6所示，圆柱型氨水换热器的氨水进口11、氨水出口7和富氨蒸汽出口8均设有多个，且在壳体1上沿周向等间距分布；热源流体进口9和热源流体出口10均为一个，设置在壳体1的中心，氨水出口7、富氨蒸汽出口8、热源流体进口9沿壳体1径向由外到内分布，多个氨水进口11和氨水出口7均连通同一个储液器2，多个富氨蒸汽出口8均连通同一个富氨蒸汽通道6。
上述实施方式中，富氨蒸汽通道6为锯齿结构，该锯齿结构会对富氨蒸汽气流产生一定的扰动作用，使气流受热更加均匀；另外，锯齿状结构还增加了换热面积，从而使气流温度更高，保证富氨蒸汽有稳定的过热度。
综上所述，本发明提供的这种氨水换热器结构紧凑，通过毛细芯将氨水工质气液两相进行隔离，通过一个换热器实现了氨水工质分离成富氨蒸汽及稀氨溶液的目的，从而减少了氨水工质在换热器及气液分离器中的能量损失，提高了氨水动力循环的热效率。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氨水换热器，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)内由上至下依次设置有储液器(2)、毛细芯(3)、换热壁面(4)和热源流体壳层(5)，所述毛细芯(3)和换热壁面(4)之间设有富氨蒸汽通道(6)，所述壳体(1)两端分别设有氨水出口(7)和氨水进口(11)，且氨水进口(11)和氨水出口(7)与储液器(2)相通，所述壳体(1)两端分别设有热源流体进口(9)和热源流体出口(10)，且热源流体进口(9)和热源流体出口(10)与热源流体壳层(5)相通，所述壳体(1)一端面上还设有富氨蒸汽出口(8)，且富氨蒸汽出口(8)与富氨蒸汽通道(6)相通。
2.如权利要求1所述的氨水换热器，其特征在于：所述热源流体进口(9)和氨水进口(11)分别设置在壳体(1)的不同侧。
3.如权利要求2所述的氨水换热器，其特征在于：所述氨水换热器为平板型或圆柱型结构。
4.如权利要求3所述的氨水换热器，其特征在于：所述平板型氨水换热器的氨水进口(11)、氨水出口(7)、热源流体进口(9)、热源流体出口(10)和富氨蒸汽出口(8)均设有多个，且各个氨水进口(11)之间、各个氨水出口(7)之间、各个热源流体进口(9)之间、各个热源流体出口(10)之间、各个富氨蒸汽出口(8)之间均水平等间距分布。
5.如权利要求3所述的氨水换热器，其特征在于：所述圆柱型氨水换热器的氨水进口(11)、氨水出口(7)和富氨蒸汽出口(8)均设有多个，且在壳体(1)上沿周向等间距分布；热源流体进口(9)和热源流体出口(10)均为一个，设置在壳体(1)的中心。
6.如权利要求4或5所述的氨水换热器，其特征在于：所述储液器(2)、热源流体壳层(5)和富氨蒸汽通道(6)均为一个。
7.如权利要求1或2或3所述的氨水换热器，其特征在于：所述富氨蒸汽通道(6)为锯齿结构。
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