CN109764696A - 一种换热器和冷箱设备 - Google Patents

Abstract

一种换热器及冷箱设备，属于热能利用技术领域。换热器及冷箱设备由壳体及设置在壳体内部的蚊香型或者蛇形换热管道构成2在壳体构成的腔体顶部设有通入待冷却的高温流体的第一入口、在壳体构成的腔体底部设有输出低温液体的第一出口；多个蚊香型盘管或者蛇形盘管从下到上连通垒叠到一起形成柱状，所述柱状蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热管道，设置于所述壳体的腔体中2所述换热管道的第二入口从所述腔体的外壳体底部引出，所述换热管道的第二出口从所述腔体的外壳体顶部引出。所述换热器及冷箱设备的壳体外还设置有绝热层，因此本换热器能够减少换热器内部与外部环境的热量交换，提高换热效率。

Description

一种换热器和冷箱设备

技术领域

本发明涉及热能利用技术领域，具体而言，涉及一种换热器及冷箱设备。

背景技术

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体。换热器主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。冷箱是一组高效、绝热保冷的低温换热设备。在空分分离深冷过程中经常采用，因为低温极易散冷，要求极其严密的绝热保冷，故用绝热材料把换热器包装在一个箱形物内，称之为冷箱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高换热效率的蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热器及冷箱设备，同时还能够减少换热器内部与外部环境的热量交换，提高换热效率和实现节能的目的。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种换热器，由壳体及设置在壳体内部的换热管道构成；在所述壳体构成的腔体顶部设置有通入待冷却高温流体的第一入口，在所述腔体的底部设有输出低温液体的第一出口；在所述腔体的底部还设置有所述换热管道的第二入口，在所述腔体的顶部设置有所述换热管道的第二出口；

进一步地，所述换热管道为不限数量的蚊香型盘管或者蛇形盘管组合，相邻的所述蚊香型盘管或者蛇形盘管之间管道串联连通或者并联连通；

所述换热管道为一组或者多组，设置在所述换热器的外壳体所构成的内部腔体中。

进一步地，所述蚊香型盘管或者蛇形盘管的第二入口所输入的介子为液体，流经蚊香型盘管或者蛇形盘管与待冷却的高温流体换热，吸收高温流体热能气化后，从第二出口输出气体；

进一步地，所述蚊香型盘管或者蛇形盘管从第二入口到第二出口，先串联增加其换热长度，再并联增加管道的换热面积。

进一步地，所述蚊香型盘管或者蛇形盘管的形状包括并不局限于圆形、方形或者长方形；

所述换热管道为不限数量的蚊香型盘管或者蛇形盘管，从下到上连通垒叠到一起形成柱状，包括并不局限于圆柱体、方柱体或者长方形柱体；

所述蚊香型盘管或者蛇形盘管形成的柱状体，设置在所述壳体形成的腔体中；

所述换热器的第二入口管道从所述腔体的壳体底部引入，

所述换热器的第二出口管道从所述腔体的壳体顶部引出。

进一步地，相邻的蚊香型盘管或者蛇形盘管之间设置有隔离支架，所述隔离支架将相邻的蚊香型盘管或者蛇形盘管隔离架空，令蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热管道与待冷却高温流体充分的进行换热；

所述隔离支架为结实的导热金属，包括并不局限于金属的圆棒、方棒、梯形或者圆管、方管；其作用一方面承受蚊香型盘管或者蛇形盘管的质量；另一方面也作为所述蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热片，增加和拓展换热管道的换热面积；

所述隔离支架与所述换热器的壳体固接，包括并不局限于焊接、螺丝紧固或者卡槽。

可选的，位于最底层的隔离支架与所述壳体底部之间设有储液腔；所述高温流体冷却后流至所述储液腔，所述储液腔与所述第一出口连通。

进一步的，所述壳体构成的腔体顶部，还设置有压力保护装置；以及温度测量装置和压力测量装置；所述压力保护装置包括但不仅限于弹簧式安全阀。

第二方面，本发明实施例还提供一种低温换热器，包括上述的任意一项换热器。具体实施如下：

所述低温换热器壳体和换热管道均为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢；

进一步地，所述低温换热器的外壳体上设置有绝热层；所述低温换热器连接的输入和输出管道以及接口处均设置有绝热层；所述绝热层包括并不局限于真空隔热板、气凝胶、泡沫材料、纤维材料、玻璃棉、高硅氧棉。

第三方面，本发明实施例还提供一种冷箱设备，包括上述的任意一项的换热器。

进一步地，所述壳体外周套设有附加壳体，所套设的附加壳体数量为一层或者多层；所述附加壳体与内部壳体之间设置有蚊香型盘管或者蛇形盘管的拓展换热管道；

所述拓展换热管道与其壳体内部的换热管道串联连接；在最外层附加壳体上设置第一入口，用于通入待冷却的高温气体。

进一步地，所述拓展换热管道冷却产生的液体从附加壳体底部的出液口对外输出；

所述附加壳体内腔与其内部壳体内腔之间设置有通气口，从第一入口输入的高温气体，其未冷凝的气体由所述通气口逐级进入到其内部壳体的内腔中继续冷却。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供的换热器，通过壳体及设置在壳体外部的绝热层和设置在壳体内部的蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热管道；使得本实施例的换热器在使用中具有体积小，但其换热效率很高；壳体内部为高温低压的气体或者液体，蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热管道为耐高压管，通入低温液体工质后，与高温的气体或者液体换热，蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热管道内部的低温工质吸热气化形成高压，通入并驱动汽轮机或者膨胀机高速旋转做功。同时换热器内部与外部完全的绝热，保证低温换热器内部的冷量尽量不被损失。采用浸泡式蚊香型盘管或者蛇形盘管换热管道，相对于其他板式换热器、夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器，更加便于制造加工，并且体积小成本低，并且还能够明显提高本换热器的换热效率。

本发明实施例提供的换热器，可以实现高温液体和低温液体换热；令第一入口输入到壳体中的高温液体成为低温液体从壳体底部的第一出口输出；同时第二入口输入到换热管道中的低温液体，吸热气化后从第二出口输出高温高压的气体；

另外，本发明实施例提供的换热器，还可以实现高温气体和低温液体的换热。令第一入口输入到壳体中的高温气体成为低温气体或者液体，从壳体底部的第一出口输出；同时第二入口输入到换热管道中的低温液体，吸热气化后从第二出口输出高温高压气体。

壳体底部为了能更好的输出液体，本发明实施例还在壳体底部设置有储液腔，所述储液腔具有气液分离作用，高温流体冷却后流至储液腔，通过壳体底部的储液腔，能够确保壳体底部输出的全部是低温的液态流体，储液腔与低温液体的第一出口输出管道连通；该低温换热器除了满足换热器的需求，同时该低温换热器结构还适用于生产和制造特殊需求的冷箱设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图；

图1为A-A的剖视图；

图2为A-A另一种剖视图；

图3为本发明实施例提供的换热器的整体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种冷箱设备整体结构示意图。

图标：1-第一入口；2-第一出口；3-第二入口；4-第二出口；5-壳体；6-蚊香型盘管或者蛇形盘管；7-盘管垒叠柱体；8-隔离支架；9-储液腔；10-漏液孔；11-支撑；13-压力保护装置；14-第一出液口；15-第二出液口；16-第二通气口；17-第一通气口；18-第一拓展换热管道；19-第二拓展换热管道；20-第一附加壳体；21-第二附加壳体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1，图1为A-A剖视图；图中所展示的为长方形的蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热管道，设置在壳体5中。

例如蚊香型盘管或者蛇形盘管6中介子为低温液体，与壳体5中的高温流体进行换热；由于蚊香型盘管或者蛇形盘管6的管束壁面即为传热面，并且浸泡在壳体5构成的腔体中的流体中，这样做能够让蚊香型盘管或者蛇形盘管6的管束壁面充分的与壳体5中的高温流体进行换热，因此该蚊香型盘管或者蛇形盘管换热器的换热效率非常高。

本发明实施例所提供的换热器，所述蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热管道可以任意组合和延长，另外：为能够增加换热面积，本发明实施例所提供的换热器，还能够进行多根蚊香型盘管或者蛇形盘管6进行并联的组合。

蚊香型盘管或者蛇形盘管6的下面(以及上面)还设置有隔离支架8，其主要目的是将上下两层相邻的蚊香型盘管或者蛇形盘管6隔离和架空，便于所述蚊香型盘管或者蛇形盘管6能够充分的与壳体5中的高温流体接触和进行换热。所述隔离支架8为结实的导热金属，包括但不仅限于方棒、圆棒、方管、圆管，其作用一方面是承受蚊香型盘管或者蛇形盘管的质量；另外一方面也是作为所述蚊香型盘管或者蛇形盘管的拓展换热片，目的是增加蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热面积，一举多得；所述隔离支架8设置在壳体底部和相邻两层蚊香型盘管或者蛇形盘管之间，有利于蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热器管道与壳体中高温流体进行换热，隔离支架8也是浸泡在壳体5内的高温流体中，能够与高温流体充分接触和换热，因此这种完全浸泡式的蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热效率非常高。

所述蛇形盘管的形状包括但不仅限于圆形、方形、长方形，图1中所展示的为长方形蛇形盘管；所述蛇形盘管的管道除图1展示的盘绕蛇形(像是静止盘绕的蛇)；在图1展示的长方形壳体中，还可以设置为“几字形状”的蛇形，管道由长方形一端到另外一端，然后再折回，再不断的进行“几字形状”折回；两层相邻的蛇形盘管之间设有隔离支架8，将上下两层相邻的蛇形盘管6进行隔离和架空，便于所述蛇形盘管6能够充分的与壳体5中的高温流体接触和换热。

图2为A-A另一种剖视图；图中所展示的为一个长方形的蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热管道，先进行串联增加换热管道的换热长度；再进行并联增加换热管道的换热面积；串联是不断的延长所述蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热管道长度；并联是不断的增加换热管道的换热面积；并联的位置可以如图2中所示，也可设在蚊香型盘管或者蛇形盘管6的端头位置。

图3为本发明实施例提供的换热器的整体结构示意图；

如图3所示：图1和图2所示的蚊香型盘管或者蛇形盘管6从下到上依次连通垒叠到一起形成柱状，包括并不局限于圆柱体、方柱体或者长方形柱体；所述蚊香型盘管或者蛇形盘管6垒叠成为盘管垒叠柱体7，设在所述壳体5形成的腔体中。

如图3所示：所述壳体构成的腔体顶部设置有通入待冷却高温流体的第一入口1；在所述腔体的底部设有输出低温液体的第一出口2；同时，所述换热器的第二入口管道3从所述腔体的壳体底部引入，所述换热器的第二出口管道4从所述腔体的壳体5顶部引出；蚊香型盘管或者蛇形盘管6从下到上依次连通垒叠到一起形成盘管垒叠柱体7；上下相邻两层蚊香型盘管或者蛇形盘管6之间设置有隔离支架8，所述隔离支架8将相邻的蚊香型盘管或者蛇形盘管6隔离架空，令蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热管道与第一入口1输入的待冷却高温流体充分的换热。

当第一入口1输入的待冷却高温流体为气体，第一出口2输出低温气体时，如图3所示：高温气体通过与蚊香型盘管或者蛇形盘管6换热后，形成低温的气体直接从第一出口2输出；

当第一入口1输入的待冷却高温流体为液体，第一出口2输出低温液体时，如图3所示：高温液体通过与蚊香型盘管或者蛇形盘管6换热后，形成低温的液体从第一出口2直接输出；

当第一入口1输入的待冷却高温流体为气体，第一出口2输出低温液体时，如图3所示：高温气体通过与蚊香型盘管或者蛇形盘管6换热后，形成低温的液体从第一出口2输出；为更好的实现液体输出，如图3所示，换热器底部还设有储液腔9，所述储液腔9由壳体5的底部与最底层的隔离支架8构成，隔离支架8具有气液分离器功能，拥有漏液孔10和支撑11；

从第一入口1输入的待冷却高温气体，与第二入口3输入到蚊香型盘管或者蛇形盘管6中的极其低温液体换热，导致第一入口1输入的待冷却高温气体冷凝成为液体，并且进入到储液腔9中进行气液分离，以确保第一出口2输出的为全部液体；

如图3所示，本发明实施例提供的换热器，通过设在壳体5中的蚊香型盘管或者蛇形盘管6，以及从下到上依次连通垒叠到一起形成盘管垒叠柱体7，能够充分的利用从第二入口3输入到蚊香型盘管或者蛇形盘管6中的低温液体与第一入口1输入的待冷却高温气体进行换热，令第一入口1输入的待冷却高温气体充分冷凝成为液体，并从第一出口2对外输出。

从第二入口3输入到蚊香型盘管或者蛇形盘管6中的低温液体，从下到上逐步的与第一入口1输入的高温气体换热，令第二入口3输入的低温液体吸收气体热能，并且在所述蚊香型盘管或者蛇形盘管6中气化，如图3所示的换热管道先串联，然后再并联增加蚊香型盘管或者蛇形盘管6的换热面积，如前所述并在每层相邻的盘管之间设有隔离支架8，一方面承受蚊香型盘管或者蛇形盘管6及盘管垒叠柱体7的质量；另一方面也作为各层蚊香型盘管或者蛇形盘管6的拓展换热片，增加换热管道的换热面积；同时，隔离支架8与各层蚊香型盘管或者蛇形盘管6和壳体5固接(包括焊接、螺丝紧固或卡槽)，一方面增加盘管垒叠柱体7的机械强度，同时与壳体5固接后，可以增加壳体5的耐压强度，不管壳体5腔体中的气体是高于大气压还是低于大气压，也不管壳体5体积有多大，都能够承受高温高压或者低温低压，并且该换热器不但换热效率非常高，同时该换热器机械强度也非常高。

例如：第一入口1所输入的高温流体温度为380℃以上的液体熔盐(或者高温的水蒸汽)，第二入口3输入为低温液体水，当低温液体水通过水泵，输入到蚊香型盘管或者蛇形盘管6以及盘管垒叠柱体7中后，蚊香型盘管或者蛇形盘管6中的低温液体水与温度为380℃以上的高温液体熔盐(或高温的水蒸汽)充分的换热，低温液体水吸收高温液体熔盐(或高温的水蒸汽)的热能量，气化形成高温高压水蒸汽，由于蚊香型盘管或者蛇形盘管6以及盘管垒叠柱体7完全浸泡在380℃以上的液体熔盐(或者高温的水蒸汽)中，换热效率非常的高，并在每层相邻的盘管之间设有隔离支架8，一方面承受蚊香型盘管或者蛇形盘管6及盘管垒叠柱体7的质量；另一方面也作为各层蚊香型盘管或者蛇形盘管6的拓展换热片，增加换热管道的换热面积；

本发明实施例所提供的蚊香型盘管或者蛇形盘管6以及盘管垒叠柱体7完全浸泡在380℃以上的液体熔盐(或者高温的水蒸汽)中，因此该换热器的换热效率非常高，因此从第二出口4输出的高温高压水蒸汽，与380℃以上的液体熔盐(或者高温的水蒸汽)的换热温差极小，第二出口4输出的高温高压水蒸汽完全可以输入和驱动汽轮机或者膨胀机设备高速旋转和做功，输出机械能或者带动发电机输出电能，汽轮机或者膨胀机排出的乏汽再还原成为低温液体水，通过水泵继续加压将低温液体水输送至第二入口3和蚊香型盘管或者蛇形盘管6中，继续与380℃以上的液体熔盐(或者高温的水蒸汽)换热和吸收热能量，气化形成高温高压水蒸汽从第二出口4输出。

第一入口1输入的380℃以上液体熔盐温度降低后，形成低温的液体熔盐从第一出口2直接对外输出；

第一入口1输入的380℃以上水蒸汽与蚊香型盘管或者蛇形盘管6中的低温水充分的换热以后，高温水蒸汽冷凝成为低温液体水，重力作用进入到储液腔9中进行气液分离，未冷凝的水蒸汽继续与蚊香型盘管或者蛇形盘管6中的低温水换热，由于储液腔9的气液分离作用，从第一出口2输出为全部液体水；

由于系统和工艺的需要，所述换热管道可以为一组或者多组，分别设置在所述换热器的外壳体所构成的内部腔体中。

不同冷凝温度的高温流体，第二入口3输入不同的低温液体进行冷凝；对于低温工质，第一入口1输入的气体冷凝成为液体后，为防止其液体冻冰和结霜，所述换热器管道在与低温气体和液体换热时，根据冷凝气体和液体温度，在适当位置减少换热面或者在换热管道上设隔热层，阻止温度的进一步降低，可有效防止结冰结霜。

图3中，壳体5的腔体顶部，还设置有压力保护装置13；以及温度测量和压力测量装置(为简洁与压力保护13设一起)；所述压力保护装置13包括但不仅限于弹簧式安全阀，其作用是限制壳体5内部的压力，当壳体5内部的压力达到或者超过设定的压力范围，所述压力保护装置13动作，释放掉壳体5内部多余的压力，以达到保护换热器(或者冷箱)设备目的(或是为满足系统对换热器(或者冷箱)的要求，这也是其他普通的换热器或者冷箱不具备的功能)，同时，该压力保护装置13还能够不间断的频繁动作和进行恢复，满足特殊的系统工艺对换热器设备(或者冷箱)的特殊需求。

为适应低温领域的应用，所述低温换热器壳体5和蚊香型盘管或者蛇形盘管6；以及隔离支架8均为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢；为防止所述换热器(或者冷箱)内部热能量损失和冷量的损失，所述换热器壳体5上还设置有绝热层，输入和输出管道以及接口处均设置有绝热层；所述绝热层包括并不局限于真空隔热板、气凝胶、泡沫材料、纤维材料、玻璃棉、高硅氧棉。

本发明实施例提供的换热器，可以任意的做成大型设备，还可以制造冷箱；令第二入口3输入的极其低温的工质能够充分的与第一入口1输入的高温气体换热，令气体温度逐步降低，冷凝成液体后进入储液腔9，并从第一出口2对外输出低温液体；从第二入口3输入到换热管道中的极其低温液体，吸收气体热能后气化成高温高压气体，从第二出口4输出。可以用于驱动汽轮机或膨胀机等设备高速旋转做功或带动发电机输出电能。

图4为本发明实施例提供的一种冷箱设备整体结构示意图，如图4中所示：图3所示的换热器或者冷箱设备在图4的中心区域。进一步地，所述壳体5外周套设有第一附加壳体20，所述第一附加壳体20与内部壳体5之间设置有蚊香型盘管或者蛇形盘管的第一拓展换热管道18(由于为剖面图，因此第一拓展换热管道18在图4中显示为左右两部分)；

进一步的，所述第一附加壳体20外周套设有第二附加壳体21，所述第二附加壳体21与第一附加壳体20之间设置有蚊香型盘管或者蛇形盘管的第二拓展换热管道19(由于为剖面图，因此第二拓展换热管道19在图4中也显示为左右两部分)；

进一步的，所述第一拓展换热管道18与壳体5内部的蚊香型盘管或者蛇形盘管6和盘管垒叠柱体7的管道串联连通；第二拓展换热管道19与第一附加壳体20内部的第一拓展换热管道18的蚊香型盘管或者蛇形盘管的管道串联连通；

进一步的，所述第一附加壳体20内腔与其内部壳体5内腔之间设置有第一通气口17；所述第二附加壳体21内腔与其内部的第一附加壳体20内腔之间设置有第二通气口16；所述的第一入口1设置在第二附加壳体21的顶部；在图4中，所述压力保护装置13，也设置在第二附加壳体21的顶部。

进一步的，第一拓展换热管道18底部还设有第一出液口14，第二拓展换热管道19底部还设有第二出液口15，拓展换热管道冷却气体所产生的液体从壳体底部的出液口对外输出；

所述壳体外周套设的附加壳体、拓展换热管道、通气口、出液口数量为一套或者多套，在图4中为两套，具体情况可以根据系统工艺和第一入口1输入的工质而定。

进一步的，所述冷箱(或者低温换热器)的第二附加壳体21和内部的壳体上设置有绝热层，令所述冷箱(或者换热器)与外界隔绝，避免壳体内部的热量或者冷量损失；输入和输出管道以及接口处均设置有绝热层；所述绝热层包括并不局限于真空隔热板、气凝胶、泡沫材料、纤维材料、玻璃棉、高硅氧棉，具体的保低温绝热结构和层数不作详细具体的限定，这些属于保低温绝热和真空隔热技术领域的范畴；所述冷箱(或者换热器)的壳体、附加壳体、蚊香型盘管或者蛇形盘管、拓展换热管道以及隔离支架均为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢；

如图4所示：从所述第一入口1输入的高温气体为含有水蒸汽的空气，并(通过压缩后)具有一定的压力；从所述第二入口3输入到蚊香型盘管或者蛇形盘管里面的工质为极其低温的液氮(温度达零下-196℃以下)；含有水蒸汽的空气从第一入口1输入后，与第二附加壳体21内部的第二拓展换热管道19进行换热，高温空气的温度不断降低，水蒸汽等沸点温度较高的气体随着气体温度的降低而冷凝成为液体，所冷凝的液体通过第二出液口15对外输出；通过第二拓展换热管道19冷却的，剩下的没有冷凝的低温气体，通过第二通气口16进入到第一附加壳体20与壳体5之间，与第一拓展换热管道18继续换热，气体温度低于零下-60℃，其中沸点温度相对较高的二氧化碳等气体，将会变成液体(或者成为雪花状)，冷凝的液体(或者固体)因比重较大，会落到换热器底部的储液腔中或者通过第一出液口14对外排出；由于空气中这种低温气体的量不是很大，即使有一点雪花和结冰现象，对冷箱设备的影响也不是很大，冷箱设备停止运行时就会自动的进行化解，同时还可以多设置几道附加壳体和拓展换热管道，以及更多的设置出液口，这样可明显降低气体冻冰的情况发生。

剩余的绝大部分未冷凝气体为空气中的氮气、氧气、氩气等极其难冷凝的低沸点气体，进入到最里面壳体5的内腔体中，进行最后的深入冷凝，由于气体温度已经很低，同时内部的换热面积更大，外加气体具有压力，冷凝温度高于标准冷凝温度，第二入口3输入的极其低温液氮或者液氢，与相对高温的低温空气高效率的换热，极有可能被压缩和冷凝成为低温的液体，所述冷凝的低温液体进入到储液腔9中，通过第一出口2对外输出低温液空，未冷凝的低温气体继续与壳体5中的蚊香型盘管或者蛇形盘管6充分接触和不断的换热，最终冷凝成为液体通过第一出口2对外输出低温液体。

第二入口3输入的极其低温液氮或者液氢，通过蚊香型盘管或者蛇形盘管6和盘管垒叠柱体7与相对高温度的空气换热，吸热气化形成高压气体，继续依次进入到第一附加壳体20内的第一拓展换热管道18和第二附加壳体21内的第二拓展换热管道19中继续吸热，形成高温高压气体从第二附加壳体21右侧顶部的第二出口4输出。可选的，高温高压气体进入并驱动低温工质汽轮机或者膨胀机等设备高速旋转做功，将吸收的热能量转为机械能或者带动发电机输出电能，做功后的低温乏汽再通过特殊的系统工艺冷凝还原成为液体，继续通过低温液体泵输送至第二入口3和蚊香型盘管或者蛇形盘管6以及盘管垒叠柱体7中继续的吸收热能，再进入第一拓展换热管道18和第二拓展换热管道19中继续吸热，最后从第二出口4输出高温高压气体，所述冷箱和换热器如此不断的循环和换热。所述蚊香型盘管或者蛇形盘管6不但要选择耐低温的钢材料，同时还要求具有一定的承压能力。该冷箱结构为前面所述的低温换热器200结构的放大版和拓展应用。本发明实施例所提供的冷箱或者换热器，相对于其他板式换热器、夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、以及其他冷箱设备来说，更加便于制造加工，还具有体积小和成本低廉的优势，并且还能够明显提高本换热器的换热效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于，由壳体及设置在壳体内部的换热管道构成；在所述壳体构成的腔体顶部设置有通入待冷却高温流体的第一入口，在所述腔体的底部设有输出低温液体的第一出口；在所述腔体的底部还设置有所述换热管道的第二入口，在所述腔体的顶部设置有所述换热管道的第二出口。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热管道为不限数量的蚊香型盘管或者蛇形盘管组合，相邻的所述蚊香型盘管或者蛇形盘管之间管道串联连通或者并联连通；

所述换热管道为一组或者多组，设置在所述换热器的外壳体所构成的内部腔体中；

所述蚊香型盘管或者蛇形盘管的第二入口所输入的介子为液体，流经蚊香型盘管或者蛇形盘管与待冷却的高温流体换热，吸收高温流体热能气化后，从第二出口输出气体；

所述蚊香型盘管或者蛇形盘管从第二入口到第二出口，先串联增加其换热长度，再并联增加换热管道的换热面积。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述蚊香型盘管或者蛇形盘管的形状包括并不局限于圆形、方形或者长方形；

所述蚊香型盘管或者蛇形盘管，从下到上连通垒叠到一起形成柱状，包括并不局限于圆柱体、方柱体或者长方形柱体；

所述蚊香型盘管或者蛇形盘管形成的柱状体，设置在所述壳体形成的腔体中；

所述换热器的第二入口管道从所述腔体的壳体底部引入，所述换热器的第二出口管道从所述腔体的壳体顶部引出。

4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，上下相邻两层蚊香型盘管或者蛇形盘管之间设置有隔离支架，所述隔离支架将相邻的蚊香型盘管或者蛇形盘管隔离架空，令蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热管道与待冷却高温流体充分的换热；

所述隔离支架为结实的导热金属，其作用一方面承受蚊香型盘管或者蛇形盘管的质量；另一方面也作为所述蚊香型盘管或者蛇形盘管的换热片，其目的是拓展和增加管道的换热面积；

所述隔离支架与所述换热器的壳体固接，包括并不局限于焊接、螺丝紧固或者卡槽。

5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，位于最底层的隔离支架与所述壳体底部之间设有储液腔；所述高温流体冷却后流至所述储液腔，所述储液腔与所述第一出口连通。

6.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述壳体构成的腔体顶部，还设置有压力保护装置；以及温度测量装置和压力测量装置；所述压力保护装置包括但不仅限于弹簧式安全阀。

7.一种低温换热器，包括权利要求1-6所述的换热器，其特征在于，所述低温换热器壳体和换热管道均为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢；

所述低温换热器的外壳体上设置有绝热层；所述低温换热器连接的输入管道和输出管道以及相应的接口处均设置有绝热层；所述绝热层包括并不局限于真空隔热板、气凝胶、泡沫材料、纤维材料、玻璃棉、高硅氧棉。

8.一种冷箱设备，其特征在于，包括权利要求1～7任意一项的换热器。

9.如权利要求8所述的冷箱设备，其特征在于，所述壳体外周套设有附加壳体，所套设的附加壳体数量为一层或者多层；所述附加壳体与其内部壳体之间设置有蚊香型盘管或者蛇形盘管的拓展换热管道；

所述拓展换热管道与其壳体内部的换热管道串联连接；在最外层附加壳体上设置第一入口，用于通入待冷却的高温气体。

10.如权利要求9所述的冷箱设备，其特征在于，所述拓展换热管道冷却产生的液体从附加壳体底部的出液口对外输出；

所述附加壳体内腔与其内部壳体内腔之间设置有通气口，从第一入口输入的高温气体，其未冷凝的气体由所述通气口逐级进入到其内部壳体的内腔中继续冷却。