CN112161194B - 一种新型高效空温式气化器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型高效空温式气化器，包括两个过冷单元，一个气化单元和一个加热单元，两个过冷单元正对布置，所述气化单元和加热单元正对布置，四个单元围成矩形结构，在气化器的中心位置形成矩形空腔；两个所述过冷单元并联，且通过汇集管连通，两个所述过冷单元与气化单元通过管路连通，所述气化单元与加热单元通过管路连通，所述过冷单元、气化单元和加热单元串联在气化器的进液口与出气口之间。本发明所述的一种新型高效空温式气化器，有效的提高了气化效率，缓解气化器结霜现象，加速除霜。

Description

一种新型高效空温式气化器
技术领域
本发明属于空温式气化器技术领域，尤其是涉及一种新型高效空温式气化器。
背景技术
空温式气化器利用空气对流加热换热管中低温液体，使其完全蒸发成气体的换热设备。常用与将液态天然气、液态石油气、液氧、液氮、液氩等气体转变为常温气体，以满足陶瓷、钢铁、天然气行业等领域的应用要求。
在空温式气化器工作时，在气化器的前端，也就是气体处于过冷状态时，气化器表面出现结霜现象，气化器前端表面积累大量冰霜，严重影响气化器的气化效率,气化能力不足时,导致气化器后端管道出口温度降低,严重影响安全生产。
通过添加辅助设备加热设备可以解决空温式气化气结霜，但气化器的造价以及运行成本显著增加，并且运行管理变得复杂。
在不添加辅助加热设备前提下，可以采用增大换热面积的方法来解决结霜问题。增大换热面积会使气化器体型庞大，设备制造安装不便，且成本增加。
因此，提高气化器前端换热效率，进而提高气化器的换热效率迫在眉睫。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种新型高效空温式气化器，该气化器有效的提高了气化效率，缓解气化器结霜现象，加速除霜。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型高效空温式气化器，包括两个过冷单元，一个气化单元和一个加热单元，两个过冷单元正对布置，所述气化单元和加热单元正对布置，四个单元围成矩形结构，在气化器的中心位置形成矩形空腔；
两个所述过冷单元并联，且通过汇集管连通，两个所述过冷单元与气化单元通过管路连通，所述气化单元与加热单元通过管路连通，所述过冷单元、气化单元和加热单元串联在气化器的进液口与出气口之间。
进一步的，两个所述过冷单元分别位于矩形结构的两个短边位置，气化单元与加热单元分别位于矩形结构的两个长边位置。
进一步的，每个所述过冷单元包括两排过冷换热管，每排过冷换热管包含六根过冷换热管，每根过冷换热管上均匀设有四个径向翅片；所述气化单元包括三排气化换热管，每排气化换热管包含十二根气化换热管，每根气化换热管上均匀设有八个径向翅片；所述加热单元包括三排加热换热管，每排加热换热管包含十二根加热换热管，每根加热换热管上均匀设有十二个径向翅片。
进一步的，气化单元与加热单元通过若干连接管相连。
进一步的，过冷单元的最外层的为第一排过冷换热管，每个过冷单元的第一排过冷换热管与第二排过冷换热管之间通过顶部连接管连接；气化单元中最外层的为第一排气化换热管，气化单元的第一排气化换热管与第二排气化换热管之间通过顶部连接管连接，第二排气化换热管与第三排气化换热管通过底部连接管连接；加热单元中靠近矩形空腔的为第一排加热换热管，加热单元的第一排加热换热管与第二排加热换热管之间通过底部连接管连接，第二排加热换热管与第三排加热换热管通过底部连接管连接。
进一步的，每个过冷单元的第一排过冷换热管的底部与进液管连通，第二排过冷换热管的底部与出液管连通，所述汇集管两端与两个出液管连通；第一排气化换热管的底部与导液管连通，汇集管中部与导液管连通；第三排气化换热管的顶部通过六根连接管与第一排加热换热管的顶部连通，第三排加热换热管的底部与出气管连通。
进一步的，在每个过冷单元的入口处均装有一球阀。
进一步的，在汇集管上装有止回阀。
相对于现有技术，本发明所述的一种新型高效空温式气化器具有以下优势：
本发明所述的一种新型高效空温式气化器，过冷单元、气化单元、加热单元均分布在气化器的外侧，且在气化器内部留有矩形空腔，相比紧凑式布置增大了换热管的换热系数，改善换热管与空气的接触情况，提高了气化器的换热效率，有效缓解结霜现象。过冷单元进口设置球阀，出口设置止回阀会能实现过冷单元的启停，实现单个过冷单元停机融霜，提高融霜效率。汇集管与连接管的设计既可以保证水力稳定性，又可以避免流动压力损失过大，保证出口压力。
通过调整气化器结构，合理布置换热管位置，改善气化器与空气的接触情况，实现在不增加成本的前提下有效改善气化器前端与空气换热时产生结霜的现象，
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种新型高效空温式气化器的俯视图；
图2为本发明实施例所述的一种新型高效空温式气化器的顶部管线示意图；
图3为本发明实施例所述的一种新型高效空温式气化器的底部管线示意图；
图4为本发明实施例所述的一种新型高效空温式气化器的主视图；
图5为图2的A-A剖面图；
图6为图2的B-B剖面图。
附图标记说明：
1-过冷单元，2-气化单元，3-加热单元，4-汇集管，5-连接管，6-球阀，7-止回阀，8-过冷换热管，9-气化换热管，10-加热换热管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图6所示，一种新型高效空温式气化器，包括两个过冷单元1，一个气化单元2和一个加热单元3，两个过冷单元1正对布置，所述气化单元2和加热单元3正对布置，四个单元围成矩形结构，在气化器的中心位置形成矩形空腔；
两个所述过冷单元1并联，且通过汇集管4连通，两个所述过冷单元1与气化单元2通过管路连通，所述气化单元2与加热单元3通过管路连通，所述过冷单元1、气化单元2和加热单元3串联在气化器的进液口与出气口之间。
两个所述过冷单元1分别位于矩形结构的两个短边位置，气化单元2与加热单元3分别位于矩形结构的两个长边位置。
每个所述过冷单元1包括两排过冷换热管8，每排过冷换热管8包含六根过冷换热管8，每根过冷换热管8上均匀设有四个径向翅片；所述气化单元2包括三排气化换热管9，每排气化换热管9包含十二根气化换热管9，每根气化换热管9上均匀设有八个径向翅片；所述加热单元3包括三排加热换热管10，每排加热换热管10包含十二根加热换热管10，每根加热换热管10上均匀设有十二个径向翅片。
气化单元2与加热单元3通过若干连接管5相连。
过冷单元的最外层的为第一排过冷换热管，每个过冷单元1的第一排过冷换热管与第二排过冷换热管之间通过顶部连接管连接；气化单元2中最外层的为第一排气化换热管，气化单元2的第一排气化换热管与第二排气化换热管之间通过顶部连接管连接，第二排气化换热管与第三排气化换热管通过底部连接管连接；加热单元中靠近矩形空腔的为第一排加热换热管，加热单元3的第一排加热换热管与第二排加热换热管之间通过底部连接管连接，第二排加热换热管与第三排加热换热管通过底部连接管连接。每个过冷单元的第一排过冷换热管的底部与进液管连通，第二排过冷换热管的底部与出液管连通，所述汇集管4两端与两个出液管连通；第一排气化换热管的底部与导液管连通，汇集管4中部与导液管连通；第三排气化换热管的顶部通过六根连接管5与第一排加热换热管的顶部连通，第三排加热换热管的底部与出气管连通。各单元之间的连接布置方式有利于气化和换热的进行；过冷单元1通过气化器底部的汇集管4并联，通过汇集管4与气化单元2相连。通过设置汇集管4保证两个过冷单元的并列关系，液体流出过冷单元时流程相同，避免出现水力不平衡的现象。汇集管与连接管的设计既可以保证水力稳定性，又可以避免流动压力损失过大，保证出口压力。
6根连接管保证气化单元与加热单元的液体流程相同，避免水力不平衡。经过气化单元后液体气化为气体，体积膨胀，采用6根连接管流通性好，不会发生气堵现象，压力损失小，保证气化器出口气体压力。
在每个过冷单元1的入口处均安装一球阀6。在汇集管4上装有止回阀7。如此布置能实现过冷单元的启停，实现单个过冷单元停机融霜，提高融霜效率，具体为：通过调节过冷单元入口处球阀实现过冷单元的启停；当某一过冷单元关闭入口球阀进行除霜过程时，换热管与气化器外部空气接触充分，外部空气温度高于气化器内部空气，空气相对湿度低，便于霜层水分子由高浓度向低浓度扩散，加快除霜速率。
由于空温式气化器产生结霜的原理是：当固体壁面温度较低时，壁面附近的空气温度随之较低，空气中的水蒸气很容易达到过饱和状态，且壁面温度越低，过饱和状态对应的水蒸气浓度越低。当壁面附近空气温度低于空气露点温度时，空气中水蒸气析出易在固体冷表面出现结霜现象。空温式气化器结霜现象发生在过冷、气化单元处，本申请通过将气化器四个单元布置在矩形四条边位置，中间留有空腔的结构的方式，使更多的换热管处于气化器的外侧边缘，更多的换热管与气化器外部空气接触，增大了气化器的四个单元与周围空气的接触面积，气化器外部空气温度高于内部空气，外侧换热管与气化器外侧空气接触换热相比内侧换热管与内部空气换热具有更大的换热温差。
根据空腔结构利热空气上升，冷空气下沉的原理，在空腔内形成空气环流，气化器中间矩形空腔区域的边界处空气与换热管换热后温度变低，空腔中心区域空气温度高于边界处空气温度，空腔区域内形成边界温度低，中心温度高的温度场；空腔区域边界处温度低的空气向下流动，空腔区域的中心处空气温度高于边界空气向上流动，空腔内形成空气环流，中心区域的空气向上流出空腔，气化器外部空气沿空腔边缘进入空腔。通过此空气环流，空腔内部空气不断得到更新，位于空腔边缘的换热管可以达到布置在气化器最外侧边缘的换热管的换热效果，极大地提高了换热器换热效率。通过空腔区域空气温差引起的空气流动增强换热管与空气之间的换热。
通过增加气化器与空气的接触面积以及空腔区域内部的空气流动能够使更多的换热管具有更大的换热温差，增大换热量，提高换热器效率，有效提高各个单元的换热效果，尤其对于过冷、气化单元，同时缓解其结霜现象，提高融霜效率。通过在过冷单元入口设球阀，出口设止回阀实现两个并列过冷单元的启停、切换，实现交替融霜不停机。
此新型带空腔的矩形高效气化器，将主要产生结霜的过冷单元布置在矩形的短边两侧，并且各自设置两排换热管，两排换热管与气化器外部空气接触充分，空气流通性好，且温度高于气化器内部空气。在过冷单元工作过程中，空气冷却后向下沉降，气化器周围的空气持续流动过来进行换热，减缓因空气温度过低水蒸气过饱和而析出所产生结霜的现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种新型高效空温式气化器，其特征在于：包括两个过冷单元（1），一个气化单元（2）和一个加热单元（3），两个过冷单元（1）正对布置，所述气化单元（2）和加热单元（3）正对布置，过冷单元、气化单元和加热单元组成的四个单元围成矩形结构，在气化器的中心位置形成矩形空腔；
两个所述过冷单元（1）并联，且通过汇集管（4）连通，两个所述过冷单元（1）与气化单元（2）通过管路连通，所述气化单元（2）与加热单元（3）通过管路连通，所述过冷单元（1）、气化单元（2）和加热单元（3）串联在气化器的进液口与出气口之间；
过冷单元的最外层的为第一排过冷换热管，每个过冷单元（1）的第一排过冷换热管与第二排过冷换热管之间通过顶部连接管连接；气化单元（2）中最外层的为第一排气化换热管，气化单元（2）的第一排气化换热管与第二排气化换热管之间通过顶部连接管连接，第二排气化换热管与第三排气化换热管通过底部连接管连接；加热单元中靠近矩形空腔的为第一排加热换热管，加热单元（3）的第一排加热换热管与第二排加热换热管之间通过底部连接管连接，第二排加热换热管与第三排加热换热管通过底部连接管连接；
每个过冷单元的第一排过冷换热管的底部与进液管连通，第二排过冷换热管的底部与出液管连通，所述汇集管两端与两个出液管连通；第一排气化换热管的底部与导液管连通，汇集管中部与导液管连通；第三排气化换热管的顶部通过六根连接管与第一排加热换热管的顶部连通，第三排加热换热管的底部与出气管连通。
2.根据权利要求1所述的一种新型高效空温式气化器，其特征在于：两个所述过冷单元（1）分别位于矩形结构的两个短边位置，气化单元（2）与加热单元（3）分别位于矩形结构的两个长边位置。
3.根据权利要求1所述的一种新型高效空温式气化器，其特征在于：每个所述过冷单元（1）包括两排过冷换热管（8），每排过冷换热管（8）包含六根过冷换热管（8），每根过冷换热管（8）上均匀设有四个径向翅片；所述气化单元（2）包括三排气化换热管（9），每排气化换热管（9）包含十二根气化换热管（9），每根气化换热管（9）上均匀设有八个径向翅片；所述加热单元（3）包括三排加热换热管（10），每排加热换热管（10）包含十二根加热换热管（10），每根加热换热管（10）上均匀设有十二个径向翅片。
4.根据权利要求1所述的一种新型高效空温式气化器，其特征在于：所述气化单元（2）与加热单元（3）通过若干连接管（5）相连。
5.根据权利要求1所述的一种新型高效空温式气化器，其特征在于：在每个过冷单元（1）的入口处均安装一球阀（6）。
6.根据权利要求1所述的一种新型高效空温式气化器，其特征在于：在汇集管（4）上装有止回阀（7）。
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