CN111023867A - 一种温差可调式低温液氮换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温差可调式低温液氮换热器，包括壳体、换热管、折流板、风机和测温装置；所述壳体内部布置有两块隔板，将壳体内部分隔为换热区、液氮蒸发区和回流通道，便于低温氮气的循环利用；所述换热管数目若干，分为多组，从上到下分层布置于换热区，每组换热管又分为多层，每层换热管呈蛇形排列，在保证换热面积的同时，使得结构更加紧凑；所述折流板布置在所述壳体内的换热区；所述风机布置在壳体的一侧面，还设置有导向罩，用于提高低温氮气的流速，加强湍流效果；所述液氮蒸发区内布置有液氮喷淋器，该液氮喷淋器的液氮进口管路上安装有电磁控制阀，可以根据测温装置所得温差来调节液氮喷淋量，以实现对最大温差的控制。

Description

一种温差可调式低温液氮换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器，尤其是一种温差可调式低温液氮换热器。
背景技术
液氮是一种优良的制冷剂，其最低制冷温度可达-180℃，并且具有无污染、价廉易得的优点，因而在工业制冷领域得到了广泛应用。申请公布号为CN109764698A的中国专利公开了一种液氮冷媒换热器，包括壳体、支撑隔板和翅片管；申请公布号为CN102338573A的中国专利公开了一种高效紧凑的深冷液氮换热器，包括多层交叉螺旋缠绕的弹性管束。这些结构克服了传统管壳式换热器换热面积小，热应力大的问题，但是均采用液氮作为冷媒直接换热，传热温差较大，且不可调，不适用于一些对换热温差有严格要求的场合；同时气化氮气直接排放，冷能利用不充分，增大了液氮消耗量。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种换热面积大、热应力小、冷能利用充分且传热温差可调的低温液氮换热器。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种温差可调式低温液氮换热器，包括壳体、换热管、折流板、风机和测温装置，所述壳体内部布置有两块隔板，将壳体内部分隔为换热区、液氮蒸发区和回流通道；所述换热管数目若干，分为多组，从上到下分层布置于换热区；所述折流板布置在所述壳体内的换热区；所述风机布置在壳体的一侧面；所述液氮蒸发区内布置有液氮喷淋器。
进一步，所述壳体顶部为可拆卸的顶板；所述壳体的顶板上布置有排气管；所述壳体的一端面布置有进液主管和出液主管。
进一步，所述排气管内部有多层交替布置的弓形挡板。
进一步，所述隔板分为隔板一和隔板二，两隔板配合使用，形成“L”型布置，且固连与壳体。进一步，所述换热管每组有多层，每层换热管呈蛇形排列，相邻两层换热管用一个弯头连接，每组换热管只有一个进口和一个出口，且分别通过汇流排与所述进液主管和出液主管相连。进一步，所述液氮喷淋器上有多个液氮喷头，每个液氮喷头的喷射角度可变，用以调节液氮喷淋方向，同时，与所述液氮喷淋器相连的液氮进口管路上安装有电磁控制阀。
进一步，所述风机的电机位于壳体外侧，扇叶位于壳体内侧，扇叶外设置有导向罩。
进一步，所述测温装置为布置在所述进液主管内的温度测点一和布置在所述液氮蒸发区的温度测点二。
本发明的有益效果在于：
(1)壳体为方型结构，利用隔板形成低温氮气的回流通道，借助风机和导向罩的作用，驱动低温氮气在壳体内循环流动，以提高冷能利用率。
(2)隔板将液氮蒸发区和换热区分开，液氮蒸发为低温氮气后进入换热区进行换热，根据冷热流体的温差来调节液氮喷淋量，以实现对最大传热温差的控制。
(3)换热管束采用水平放置，多组管层叠迂回排布，结构紧凑，布局灵活。
(4)换热管束与壳体和隔板之间无固定接触点，低温自收缩能力强，热应力小。
(5)风机、导向罩和折流板配合使用，以提高低温氮气的流速，加强湍流效果，提高传热效率。
附图说明
图1为本发明的俯视剖面图。
图2为本发明的右视剖面图。
图中：1、壳体；2、液氮蒸发区；3、隔板一；4、液氮喷头；5、液氮进口管；6、电磁控制阀；7、液氮喷淋器；8、隔板二；9、换热区；10、折流板；11、换热管；12、回流通道；13、汇流排；14、温度测点一；15、进液主管；16、出液主管；17、导向罩；18、扇叶；19、电机；20、温度测点二；21、顶板；22、排气管；23、弓形挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案的实施方式做详细说明：
如图1所示，一种温差可调式低温液氮换热器，包括壳体1、换热管11、折流板10、风机和测温装置，所述壳体1内部布置有两块隔板，将壳体1内部分隔为液氮蒸发区2、换热区9和回流通道12，其中，壳体1和隔板均做保温处理；所述换热管11数目若干，在本实施例中，分为六组，从上到下分层布置于换热区9，所述折流板10数目为4，布置在所述壳体1内的换热区9，折流板10上有呈正三角形排布的换热管孔，同时，折流板的间距由拉杆和定距管的配合确定，且拉杆两端均通过螺母与折流板10连接；所述风机布置在壳体1的一侧面；所述液氮蒸发区2内布置有液氮喷淋器7。
进一步，如图1和2所示，所述壳体1顶部为可拆卸的顶板21，便于换热管束的安装和检修；所述壳体1的顶板21上布置有排气管22，所述排气管22内部有多层交替布置的弓形挡板23，可以延长低温氮气在壳体1内的停留时间，以提高冷能利用率；所述壳体1的一侧面布置有一个进液主管15和一个出液主管16。
进一步，所述隔板分为隔板一3和隔板二8，两隔板配合使用，呈“L”型布置，以形成低温氮气的回流通道12，避免直接排放，使冷能利用率进一步提高。
进一步，在本实施例中，所述换热管11每组有五层，每层换热管呈蛇形排列，相邻两层换热管用一个弯头连接，以此来使本发明结构更加紧凑，布局更加灵活；每组换热管只有一个进口和一个出口，且分别通过汇流排与所述进液主管和出液主管相连。
进一步，如图1，所述液氮喷淋器7上有多个液氮喷头4，每个液氮喷头4与液氮喷淋器7所在平面呈一定角度，用来调节液氮喷淋方向，同时，与液氮喷淋器7相连的液氮进口管路上安装有电磁控制阀6，用来调节液氮喷淋量。
进一步，所述风机的电机19位于壳体1外侧，避免低温环境对电机的影响，风机的扇叶18位于壳体1内侧，扇叶外设置有导向罩17；在本实施例中，风机共有两排三列，从左往右，第一、二列风机用于提高低温氮气流速，加强湍流效果，进而提高传热效率，第三列风机用于驱动氮气进入回流通道12，达到氮气循环利用的效果。
进一步，所述测温装置为布置在所述进液主管15内的温度测点一14和布置在所述液氮蒸发区2的温度测点二20，用来测量进入换热器的热流温度和进入换热区9的低温氮气温度，并根据热流和低温氮气的温差来调节液氮喷淋量，以此实现对最大传热温差的控制。
以上具体实施方式，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

Claims (8)

1.一种温差可调式低温液氮换热器，包括壳体、换热管、折流板、风机和测温装置，其特征在于：所述壳体内部布置有两块隔板，将壳体内部分隔为换热区、液氮蒸发区和回流通道；所述换热管数目若干，分为多组，从上到下分层布置于换热区；所述折流板布置在所述壳体的换热区；所述风机布置在壳体的一侧面；所述液氮蒸发区内布置有液氮喷淋器。
2.根据权利要求1所述的一种温差可调式低温液氮换热器，其特征在于：所述壳体顶部为可拆卸的顶板；所述壳体的顶板上布置有排气管；所述壳体的一侧面布置有进液主管和出液主管。
3.根据权利要求2所述的一种温差可调式低温液氮换热器，其特征在于：所述排气管内部有多层交替布置的弓形挡板。
4.根据权利要求1所述的一种温差可调式低温液氮换热器，其特征在于：所述隔板分为隔板一和隔板二，两隔板配合使用，形成“L”型布置。
5.根据权利要求1所述的一种温差可调式低温液氮换热器，其特征在于：所述换热管每组有多层，每层换热管呈蛇形排列，相邻两层换热管用一个弯头连接，每组只有一个进口和一个出口，且分别通过汇流排与所述进液主管和出液主管相连。
6.根据权利要求1所述的一种温差可调式低温液氮换热器，其特征在于：所述液氮喷淋器上有多个液氮喷头，每个液氮喷头的喷射角度可变，与所述液氮喷淋器相连的液氮进口管路上安装有电磁控制阀。
7.根据权利要求1所述的一种温差可调式低温液氮换热器，其特征在于：所述风机的电机位于壳体外侧，扇叶位于壳体内侧，扇叶外设置有导向罩。
8.根据权利要求1所述的一种温差可调式低温液氮换热器，其特征在于：所述测温装置为布置在所述进液主管内的温度测点一和布置在所述液氮蒸发区的温度测点二。
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