CN111120859B - 一种强化太阳辐射换热抑制结霜的空温式气化器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化太阳辐射换热抑制结霜的空温式气化器，包括若干个翅片管围绕圆心构成的中心气化管，沿中心气化管呈放射状分布有由翅片管组成的若干列辐射气化管，翅片管通过连接管连接，构成气化管上表面结构为自中心气化管至最外侧辐射气化管高度依次递减的锥面；在若干列辐射气化管的末端通过连接管连接，连接管一端为低温液体入口；在中心气化管底部设置连接管，连接管一段作为常温气体出口；由中心气化管和若干列辐射气化管构成一个圆锥台；所述圆锥台表面覆盖有透光罩。该装置能够充分利用太阳辐射能，削弱霜层热阻，抑制结霜量，其受大气环境影响小，可进一步提升换热量；因此该气化器的应用率高，适于推广使用。

Description

一种强化太阳辐射换热抑制结霜的空温式气化器
技术领域
本发明属于液态气体气化技术领域，具体涉及一种液化天然气、液氧、液氮等液态气体气化的空温式气化器。
背景技术
在能源、冶金、化工、食品、医药等工业领域广泛使用各种高纯气体，如氧气、氮气、氢气、稀有气体、天然气等。这些气体常以液态形式输运与储存，在使用时通过气化系统将液态气体转化为常温气体。
气化器是气化系统的核心设备。目前常用的气化器类型主要有:(1)浸没燃烧型气化器，(2)电加热气化器，(3)开架式气化器，(4)空温式气化器。其中浸没燃烧型气化器与电加热气化器需要消耗额外的能量，运行费用高。开架式气化器常采用海水作为热源，对海水品质有一定要求，且需要消耗电能驱动海水流动，对环境具有一定影响。空温式气化器采用自然界的常温空气加热液态气体，具有能耗低、污染物排放量低等优点。在能源日益短缺背景下，空温式气化器在节能环保方面具有显著的优势。
尽管空温式气化器具有节能的优势，但是其利用空气自然对流加热，传热速率低，设备占地面积大，设备费用高，受大气环境的影响显著。因此，目前国内空温式气化器的应用率较低。当前广泛使用的空温式气化器由多根高度相等、竖直布置的星型翅片管组成。气化过程的热量由空气自然对流提供。空气中的水汽以霜的形式析出覆盖于翅片管表面。翅片管结霜阻碍了空气流动以及热量的传递。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种充分利用太阳辐射能、抑制结霜的空温式气化器。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种强化太阳辐射换热抑制结霜的空温式气化器，包括若干个翅片管围绕圆心构成的中心气化管，沿中心气化管呈放射状分布有由翅片管组成的若干列辐射气化管，翅片管通过连接管连接，构成辐射气化管上表面结构为自中心气化管至最外侧辐射气化管高度依次递减的锥面；在若干列辐射气化管的末端通过连接管连接，连接管一端为低温液体入口，连接管另一端自中心气化管底部引出作为常温气体出口；由中心气化管和若干列辐射气化管构成一个圆锥台；所述圆锥台表面覆盖有透光罩。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
进一步，所述若干列辐射气化管的翅片管上有8～12根翅片，且各翅片等间距分布。
进一步，所述若干列辐射气化管的翅片管沿所在列的轴线等间距分布。
再进一步，所述若干列辐射气化管的翅片管沿所在列的轴线平行分布。
进一步，所述中心气化管的若干个翅片管沿圆周径向分布。
进一步，所述连接管依次自翅片管的底部—翅片管—翅片管的顶部—相邻翅片管的顶部—相邻翅片管—相邻翅片管的底部依次连接。
进一步，所述翅片管为星型翅片管，翅片管所用材质为阳极氧化表面处理后的铝合金。
进一步，所述翅片管外表面设有以强化太阳辐射能的吸收的黑铬涂层。
进一步，所述透光罩上下两端开口，透光罩与圆锥台表面的翅片管距离为5～20cm。
与现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1)受大气环境影响小、结霜量少。气化器外侧罩体使得气化器处于一个相对独立的小气候中，受外界气候条件(降雨、刮风等)的影响较小。空气从罩体顶部流入，沿罩体侧面斜向下流动，沿流动方向翅片管的温度逐渐降低。空气首先与温度较高的翅片管接触，以露的形式析出部分水分，减少结霜量。
2)换热量大。本发明提出的锥体外形的气化器与传统立方体外形的气化器相比，具有更大的太阳辐射接收面积，且经过表面处理后的翅片管具有更大的太阳辐射吸收比，因此本发明提出的气化器具有更大的太阳辐射换热量。此外，本发明提出的气化器可减少结霜量，削弱霜层热阻，因此可进一步提升换热量。
附图说明
图1为气化器翅片管的分布以及主要连接管路示意图。
图2为本发明气化器的结构示意图。
图3为气化器内低温流体以及空气的流动方向示意图。
图中：1-中心气化管；2-辐射气化管；3-连接管；4-翅片管；5-透光罩；6-入口；7-出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
如图1-3所示，本发明一种强化太阳辐射换热抑制结霜的空温式气化器，包括若干个翅片管4围绕圆心构成的中心气化管1，沿中心气化管1呈放射状分布有由翅片管4组成的若干列辐射气化管2，翅片管通过连接管3连接，构成辐射气化管2上表面结构为自中心气化管1至最外侧辐射气化管2高度依次递减的锥面；在若干列辐射气化管2的末端通过连接管3连接；连接管设入口6和出口7，入口6为低温液体入口，自辐射气化管2底部连接管3的一端引入，出口7为常温气体出口，自中心气化管底部连接管的一端引出，具体见图3所示；由中心气化管1和若干列辐射气化管2构成一个圆锥台，圆锥台表面覆盖有透光罩5。
本发明气化器的整体外形为锥体，由多根高度不相等的星型翅片管组成。锥体中心位置的翅片管高度最大。自锥体中心向外侧方向，翅片管高度逐渐减小，形成一个锥体。翅片管的分布方式、翅片管外表面的处理以及透光罩的具体结构见图1所示。气化器的多根翅片管自外而内其高度逐渐增大。若干列辐射气化管的翅片管上有8～12根翅片，且各翅片等间距分布；且若干列辐射气化管2的翅片管4沿所在列的轴向平行等间距分布。中心气化管1的若干个翅片管4沿圆周径向分布。连接管3依次自翅片管4的底部—翅片管4—翅片管4的顶部—相邻翅片管4的顶部—相邻翅片管4—相邻翅片管4的底部依次连接。翅片管为星型翅片管，翅片管所用材质为阳极氧化表面处理后的铝合金。
低温流体首先进入外侧较低矮的气化管，流经每一根翅片管后由中心处的翅片管流出，完成气化过程。翅片管所用材质为阳极氧化表面处理后的铝合金，或外表面采用涂层(涂层可选为黑铬涂层)等方法增强太阳辐射吸收比。锥体构造能够增大太阳辐射的接收面积。空气的流动方向如图3所示。空气首先与温度较高的翅片管接触，容易以露的形式析出水分。湿度降低后的空气随后与温度较低的翅片管接触，以霜的形式析出水分。
气化器外侧布置一透光性能强的锥形透光罩5罩体(玻璃、塑料等)，罩体上下两端开口，且罩体顶部开口作为空气的入口，罩体底部作为空气出口，透光罩与圆锥台表面的翅片管距离为5～20cm。罩体的设置可作为隔断气化器外侧空间水蒸气向气化器的传递通道，抑制气化器结霜量；可作为罩体内侧水蒸气凝结的表面，抑制气化器结霜量；亦可引导气流从罩体上端进入，沿罩体侧面向下流动，所接触的翅片管温度逐渐降低，实现逐级除湿的功能，抑制气化器结霜量。
相较于传统的气化器，本发明气化器使进入气化器区域的空气先结露再结霜，减小了结霜量。气化器的三维结构示意图如图2所示。低温流体首先进入气化器最外侧的环形通道，将流体分配给最外侧的翅片管。低温流体随后在串联的多根翅片管间实现流动换热，从最中心处的翅片管流出后汇入一个环形通道，然后经由出口管路流出，如图3所示。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种强化太阳辐射换热抑制结霜的空温式气化器，其特征在于，包括若干个翅片管围绕圆心构成的中心气化管，沿中心气化管呈放射状分布有由翅片管组成的若干列辐射气化管，翅片管通过连接管连接，构成辐射气化管上端剖面结构为自中心气化管至最外侧辐射气化管高度依次递减的锥面；所述连接管包括串联连接管和并联连接管，在若干列辐射气化管的最外侧通过并联连接管连接形成环形通道，并联连接管一端为低温流体入口另一端为出口，低温流体进入列辐射气化管的最外侧环形通道，随后进入经串联连接管连接的多根翅片管实现流动换热，从最中心处的翅片管流出后汇入一个环形通道，然后经出口管路流出；由中心气化管和若干列辐射气化管构成一个圆锥台；所述圆锥台表面覆盖有的透光罩。
2.根据权利要求1所述的空温式气化器，其特征在于，所述若干列辐射气化管的翅片管上有8～12根翅片，且各翅片等间距分布。
3.根据权利要求1所述的空温式气化器，其特征在于，所述若干列辐射气化管的翅片管沿所在列的轴线等间距分布。
4.根据权利要求1所述的空温式气化器，其特征在于，所述若干列辐射气化管的翅片管沿所在列的轴线平行分布。
5.根据权利要求1所述的空温式气化器，其特征在于，所述中心气化管的若干个翅片管沿圆周径向分布。
6.根据权利要求1所述的空温式气化器，其特征在于，所述串联连接管依次自翅片管的底部—翅片管—翅片管的顶部—相邻翅片管的顶部—相邻翅片管—相邻翅片管的底部依次连接。
7.根据权利要求1所述的空温式气化器，其特征在于，所述翅片管为星型翅片管，翅片管所用材质为阳极氧化表面处理后的铝合金。
8.根据权利要求7所述的空温式气化器，其特征在于，所述翅片管外表面设有强化太阳辐射吸收率的黑铬涂层。
9.根据权利要求1所述的空温式气化器，其特征在于，所述透光罩上下两端开口，透光罩与圆锥台表面的翅片管距离为5～20cm。
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