CN108452543B - 蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸发器，其包括由蒸发器壳体(5)包围的蒸发器本体(3)，其中蒸发器壳体(5)设有用于供给液体至蒸发器壳体(5)的供给管线(1)和用于排出产生的任何蒸气的出口(6)，蒸发器本体(3)包括多个板(7)，所述多个板以平坦的方式一个布置在另一个上方，空隙(8)在每种情况中形成在相邻的板(7)之间，其中空隙(8)中的每个均流体连接至出口，液体分配器在供给管线(1)和蒸发器本体(3)之间相互连接，其中，所述液体分配器在蒸发器本体(3)的方向上从供给管线(1)分支成至少两个分配器管线(VR)，每个分配器管线(VR)连接至至少一个空隙(8)。

Description

蒸发器

技术领域

本发明涉及一种具有液体分配器的蒸发器。

背景技术

具有液体分配器的蒸发器例如从G.Kolb等人(期刊Green Process Synth.，2014,3:81-84)已知。已知的液体分配器设计用于蒸发器，其中蒸发器包括多个板，这些板以平坦的方式一个位于另一个上方布置，其中在每种情况中空隙形成在相邻的板之间。已知的分配器包括用于供给液体的供给管线和与供给管线流体连接的腔，其中腔连接至多个所述空隙。

具有液体分配器的另一个蒸发器从英国格拉斯哥2011年第四次世界氢技术会议的M.O’Connel等人已知。该已知的蒸发器特别用于蒸发燃料，所述燃料例如为甲醇、乙醇、液化石油气或柴油。在该情况下，燃料通过供给管线供给。在供给管线的端部处形成有腔。该腔比供给管线具有更大的横截面，以便将液体分配至蒸发器的所有板。分配器的各个板具有例如呈凹槽形式的微结构。

已知的液体分配器的缺点是，各个板不均匀地填充有液体，特别是燃料。结果，蒸发器的容量不能充分利用。具体而言，太少比例的液体被转化成气相。不均匀的填充引起不均匀的蒸发，并导致蒸发器中的不均匀的温度分布。因此，较难调节蒸发器内的温度，以及因此气体从蒸发器离开的离开温度特别高。

DE 100 39 592 A1公开了用于通过分配器单元将初始材料供给至平行的彼此分隔开的空间的装置，其中分配器单元的离开装置配给所述空间，并且其中用于蒸发液体介质的蒸发器结构设置在所述空间中，其中，在每种情况下，分配器单元的一个离开装置突伸至空间中，并且分配器单元中的介质的沸点高于介质在分配器单元中的温度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷。特别是，本发明旨在限定允许在蒸发器的高度上具有均匀的液体压力的分配器结构。

根据本发明，提供了一种包括由蒸发器壳体围绕的蒸发器本体的蒸发器，其中蒸发器壳体设有用于供给液体至蒸发器壳体的供给管线和用于排出产生的任何蒸气的出口。所述蒸发器本体包括多个板，所述多个板以平坦的方式一个布置在另一个上方，其中至少一个空隙在每种情况中均形成在相邻的板之间，其中空隙中的每个均流体连接至所述出口。液体分配器在供给管线和蒸发器本体之间相互连接，其中，所述液体分配器在蒸发器本体的方向上从供给管线分支成至少两个分配器管线，以及其中，每个分配器管线连接至至少一个空隙。

由于从单个大体积腔运动离开，现在可以通过使用所提出的液体分配器来将液体以目标方式供给至蒸发器本体的各部段。特别是，液体可以以目标方式供给至例如板的上部部分和板的下部部分。具有一个在另一个上方平行布置的板的蒸发器可以以水平取向或者以某种其它取向操作(例如倾斜取向或者甚至竖直取向)。更一般地，蒸发器可以以相对于重力或者各力的合力以任何所需的取向操作。

在这种情况下，供给管线的横截面积基本对应于各分配器管线的横截面积之和。因此，降低了流体的流量的改变。

供给管线的面对蒸发器本体的端部与每个分配器管线的面对蒸发器本体的端部之间的压力损失有利地基本相同。因此，液体可以以基本相同的压力从每个分配器管线供给至空隙。因此可以实现蒸发器本体的更均匀的填充。

各分配器管线内的相等的压力损失通过每个具体的供应管线的相等的体积实现的。有利地，分配器管线具有基本相同的长度，并具有相同的横截面。由于相等的压力损失，液体也以大致相等的流率供给至蒸发器本体中的空隙。

有利地，前置分配器结构(pre-distributor structure)连接在供给管线和分配器管线之间，所述供给管线在所述前置分配器结构中以树状方式分支成多个末端供给管线，其中每个末端供给管线分支成至少两个分配器管线。供给管线的多重分支特别是在非常大的蒸发器中特别有利，从而在每个分支处确保了均匀的液体分布。

在另外的构造中，每个分配器管线通入腔，其中所述腔连接至多个所述空隙。所述腔具有比连接至所述腔的分配器管线更大的横截面。有利地，有n个腔，其中n是自然数，其中每个腔在每种情况下连接至空隙总数的大约1/n。例如，如果n＝4，每个腔连接至这些空隙的1/4。

在另一种构造中，分配器管线在垂直于供给管线的平面中延伸，并且与延伸方向垂直地引入到腔内。分配器管线在垂直平面中的延伸使得可以调整在每种情况中通入各腔内的分配器管线的长度，使得在每种情况下在其中产生相同的压力损失。另外，由于该构造，可以减小液体分配器的尺寸。

板可以设有流导向元件。这种流导向元件可以例如是通过表面的微结构引入到板中的样式。为了产生微结构，可以使用已知的添加或减去的方法，例如沉积或蚀刻，或可替代的形成方法，例如冲压或轧制。有利地，所有的板具有相同的微结构。其可以是通道样式、鱼骨状结构样式或者类似物。板的微结构可以引入到所述板的一侧或者两侧上。

在另外的构造中，通道在板内整体地形成，其中相邻的板在通道之间的区域中直接彼此抵接，使得多个空隙形成在两个相邻的板之间，所述空隙流体连接至供给管线和出口。由于提供通道，流体和板之间的接触区域被放大。因此，液体或者产生的蒸气可以快速地并几乎没有误差地被带到所需的温度并保持在那里。通道特别地可以是沿板延伸的平行的通道。

有利地，孔板布置在腔和空隙之间。所述孔板另外地用于液体的均匀分布。孔板特别具有适于板之间的空隙、特别是通道的开口。

在一个使用的实施例中，液体分配器用于燃料电池系统中的微结构重整部的丙二醇/水混合物的蒸发。

为了从丙二醇/水的混合物中产生氢，首先要将丙二醇转化为气相。为了提高燃料电池系统的效率，有利地将所有丙二醇/水的混合物转化为气相，并在随后的反应器中以规定的温度提供。丙二醇/水的混合物经由供给管线供给。在根据本发明的液体分配器中，丙二醇/水的混合物分配到不同的分配器管线，使得丙二醇/水的混合物以相同的压力供给至每个腔。每个腔将丙二醇/水的混合物进一步分配至在蒸发器本体中的与腔连接的空隙。有利地，蒸发器是具有带微结构的板的板式蒸发器，使得液体以恒定的压力供给至多个另外的管线或每个板上的凹槽。这些板特别是结构完全相同的，并且彼此以相同的间隔设置。因此，所有的空隙均匀地填充有丙二醇/水的混合物，并允许丙二醇/水的混合物的均匀蒸发。基本上形成了平面蒸发前部。以这种方式，相对容易地调整蒸发器的温度以及因此转化为气相的丙二醇/水混合物的温度。以这种方式产生的气体被引入到随后的反应器内。

附图说明

本发明将在下面借助于图示进行说明，其中：

图1示出了根据现有技术的具有板式蒸发器的巨大的液体分配器；

图2示出了根据本发明的用于蒸发器的液体分配器；

图3示出了液体分配器的分解视图；

图4a示出了通过蒸发器本体中的板的横截面图；以及

图4b示出了通过蒸发器本体中的板的横截面的另一种构造。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的用于具有蒸发壳体5和出口6的板式蒸发器的大体积液体分配器F。供给管线1变宽进入作为液体分配器F的大体积腔2。大体积腔2连接至蒸发器本体3，所述蒸发器本体3具有以平坦的方式一个布置在另一个上方的多个板7。板7中的每个通常具有微结构，所述微结构例如呈从大体积腔2延伸到蒸发器的出口的通道形式。为了操作根据现有技术的蒸发器，需要大体积腔2完全填充液体以便防止蒸发器中的各空隙8变干。对于这种已知的分配器，不能够调节在腔和空隙之间的单个过渡部中的液体压力。

图2示出了根据本发明的液体分配器。液体经由供给管线1被引入。在该示例性实施例中，供给管线1分成四个分配器管线。这些分配器管线表示成用于第一分配器管线的VR1至用于第四分配器管线的VR4。分配器管线VR1至VR4的每个分别连接至腔VK1至VK4。腔VK1至VK4布置成一个位于另一个上方，使得腔VK1至VK4中的每个连接至位于蒸发器本体3的各板7之间的空隙8的特定部分。有利地，例如由供给管线1、第一分配器管线VR1、第一腔VK1构成的供应管线具有相同的压力损失。相同的压力损失通过分配器管线VR1至VR4的大致相同的长度和横截面以及通过腔VK1至VK4的相同的体积实现的。腔VK1至VK4以及蒸发器本体3之间的孔板B1的引入用于调整各腔VK相对于各板7之间空隙8的(特别是各通道K的)入口的横截面。也可以使末端供给管线(feed end lines)连接至分配器管线VR和腔VK之间(未示出)。

图3示出了液体分配器的分解视图。在所描述的示例性实施例中，供给管线1分成四个分配器管线VR。第一分配器管线VR1和第四分配器管线VR4分别通到外部的第一腔VK1和第四腔VK4。第二分配器管线VR2和第三分配器管线VR3在相同的平面中延伸。然而第二分配器管线VR2和第三分配器管线VR3构造成使得它们通到内部的第二腔VK2和第三腔VK3。由于第二分配器管线VR2和第三分配器管线VR3的弯曲的实施例，可以实现与第一分配器管线VR1和第四分配器管线VR4相同的长度。分配器管线VR1至VR4中的每个分别垂直于分配器管线VR1至VR4的延伸方向通入腔VK1至VK4。腔VK1至VK4具有相同的形状和尺寸。在腔VK1至VK4的每一个的上方是孔板B1，该孔板B1对于每个腔VK1至VK4具有矩形孔。

这种液体分配器布置成使得例如第一腔VK1连接至板7的第一下部部分和位于板7之间的空隙8。第二腔VK2连接至接下来的板堆叠区域，第三腔VK3连接至位于其上方的随后的板堆叠区域，最后第四腔VK4连接至蒸发器本体3的最上方的板堆叠区域。虽然在该实施例中示出了分成四个腔VK1至VK4，可以使用更少或更多数目的腔VK和相关联的供应管线以及可选地连接在它们之间的末端供给管线，这取决于蒸发器的高度和与其相关联的板7的数目。

图4a示出了通过蒸发器本体中的板7的横截面。示出的是来自两个板7的细节。板7具有呈凹槽形式的微结构。在所示的情况中，这些凹槽可以被引入到板的顶侧和下侧，并形成通道K。板7的突起的区域彼此抵靠，使得通过凹槽形成空隙8。虽然在该截面中通过示例仅示出两块板7，多个相同结构的板7布置在蒸发器本体中。图4b示出了可替换的构造，在该可替换的构造中板7的仅一侧具有呈凹槽形式的微结构并形成通道K。

附图标记

1 供给管线

2 大体积腔

3 蒸发器本体

5 蒸发器壳体

6 出口

7 板

8 空隙

B1 孔板

F 液体分配器

K 通道

VK 腔

VK1 第一腔

VK2 第二腔

VK3 第三腔

VK4 第四腔

VR 分配器管线

VR1 第一分配器管线

VR2 第二分配器管线

VR3 第三分配器管线

VR4 第四分配器管线

Claims (10)

1.一种蒸发器，其包括由蒸发器壳体(5)包围的蒸发器本体(3)，其中蒸发器壳体(5)设有用于将液体供给至蒸发器壳体(5)并且然后进入蒸发器的供给管线(1)和用于排出产生的任何蒸气的出口(6)，

其中所述蒸发器本体(3)包括多个封闭板(7)，所述多个封闭板以平坦的方式一个布置在另一个上方，其中至少一个分隔的空隙(8)在每种情况中均形成在相邻的封闭板(7)之间，其中所述分隔的空隙(8)中的每个均流体连接至所述出口，

其中，液体分配器在供给管线(1)和蒸发器本体(3)之间相互连接，其中，所述液体分配器在蒸发器本体(3)的方向上从供给管线(1)分支成至少两个分配器管线(VR)，以及

其中，每个分配器管线(VR)连接至至少一个分隔的空隙(8)，

其中，供给管线(1)的横截面积基本对应于这些分配器管线(VR)的横截面积之和。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其中供给管线(1)的面对蒸发器本体(3)的端部与每个分配器管线(VR)的面对蒸发器本体(3)的端部之间的压力损失基本相同。

3.根据权利要求1或2所述的蒸发器，其中各分配器管线(VR)具有基本相同的长度，并具有相同的横截面。

4.根据权利要求1或2所述的蒸发器，其中前置分配器结构连接在供给管线(1)和各分配器管线(VR)之间，所述供给管线(1)在所述前置分配器结构中以树状方式分成多个末端供给管线，其中每个所述末端供给管线分支成至少两个分配器管线(VR)。

5.根据权利要求1所述的蒸发器，其中每个分配器管线(VR)通入腔(VK)，其中所述腔(VK)连接至多个所述空隙(8)。

6.根据权利要求5所述的蒸发器，其中各分配器管线(VR)在垂直于供给管线(1)的平面中延伸，并且与延伸方向垂直地通入到各腔(VK)。

7.根据权利要求1或2所述的蒸发器，其中所述封闭板(7)设有流引导元件。

8.根据权利要求5所述的蒸发器，其中通道(K)整体地形成在所述封闭板(7)上，其中相邻的封闭板(7)在所述通道(K)之间的区域中直接彼此抵靠，使得多个分隔的空隙(8)形成在相邻的两个封闭板(7)之间，所述空隙(8)流体连接至供给管线(1)和出口(A)。

9.根据权利要求8所述的蒸发器，其中所述通道(K)彼此平行地延伸。

10.根据权利要求8或9所述的蒸发器，其中孔板(B1)布置在所述腔(VK)和所述通道(K)之间。

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