CN117685811A - 一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器 - Google Patents
一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117685811A CN117685811A CN202310821794.7A CN202310821794A CN117685811A CN 117685811 A CN117685811 A CN 117685811A CN 202310821794 A CN202310821794 A CN 202310821794A CN 117685811 A CN117685811 A CN 117685811A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- heat exchange
- fins
- vaporization
- vaporization unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 title claims abstract description 137
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 title claims abstract description 126
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 57
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 25
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 5
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 5
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 5
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 125000003003 spiro group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
- F28D21/0014—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from waste air or from vapors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
- F17C7/02—Discharging liquefied gases
- F17C7/04—Discharging liquefied gases with change of state, e.g. vaporisation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/0041—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having parts touching each other or tubes assembled in panel form
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
- F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0043—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for fuel cells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2260/00—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
- F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Geometry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
本发明提供一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器,汽化单元包括电加热板,电加热板夹在导热鳍片中间,导热鳍片紧贴电加热板的一面呈平面,另一面设有若干第一鳍片,第一鳍片的面上均匀缠绕有汽化管道,汽化管道远离导热鳍片的一侧设置有换热鳍片。汽化器包括支架底座,支架底座上方设有耐高温隔热密封层,耐高温隔热密封层上设置有换热器支架,换热器支架固定有若干个换热汽化单元,耐高温隔热密封层套设有密封外壳,支架底座一端设有高温烟气进口,另一端设有高温烟气出口。本发明适用于燃料电池系统和高温电解池系统,适用场景广泛,能量利用率高,可靠性和稳定性强。
Description
技术领域
本发明涉及换热技术领域,具体涉及一种微通道分流结构、电加热部件的换热汽化单元,及利用多个换热汽化单元阵列组合构建的高稳定性换热汽化器。该汽化器可适用于高温燃料电池及电解池等工况多变的场景。
背景技术
在化工领域中,水蒸气被广泛应用于反应参与和热量传递等方面,属于常用的工质。其中,中高温烟气换热制备水蒸气在水蒸气产生中扮演着重要角色之一。然而,随着运行工况的波动和调整,中高温烟气的温度和流量难免出现变化。同时,水蒸气的流量需求也会随着工况的调整而发生变化。在此背景下,传统结构的换热汽化器难以可靠地维持所需水蒸气流量以及压力的稳定性,对设备整体运行产生不利的影响。
特别是在高温燃料电池及电解池系统中,由于其高温反应的特殊需求,必须提供与工况相适应的水蒸气。为了提高系统的能量利用效率,通常会利用高温尾气中的热量,对进入系统的液态水进行预热和汽化处理。然而,燃料电池及电解池系统的工况具有高度的灵活性和多样性,导致系统生产的高温尾气呈现多种不同温度和流量的组合。传统的换热汽化器难以适应这种多样化的换热情况,其运行期间常常出现蒸汽流量和压力的波动,这对系统运行的可靠性产生了显著的负面影响。因此,在设计和选择换热汽化器时,需考虑到这些特殊需求和运行条件,以确保系统能够稳定、可靠地满足水蒸气的流量要求。
如中国专利文献公开的“电加热汽化器”其公开号CN207880442U,提供了一种电加热汽化器,包括壳体,壳体的一端连接接线盒、另一端连接箱体,壳体内布置发热元件和换热管道,发热元件和壳体内壁之间以及换热管道和壳体内壁之间均填充固体传热模块,发热元件和接线盒相连,箱体通过内部设置的隔板而分成两个独立的腔室即第一腔室和第二腔室,第一腔室的外壁上设置介质的进口,第二腔室的外壁上设置介质的出口,换热管道为U型管,换热管道的其中一端延伸到第一腔室中,换热管道的另一端延伸到第二腔室中,壳体上设置安全保护装置。
该专利文献提供的装置,能量利用率和转换率不高,难以维持所需介质的流量以及压力的稳定性,装置运行过程中产生的杂质会对设备整体运行产生不利的影响。该装置传热效率不高,无法应用于大型的应用环境中,适用的工作场景较狭窄,通用性不强。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术下在工况多变的环境中换热汽化器难以保持蒸汽稳定供给的问题提出了一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器。
该方案基于带电加热的换热汽化单元,对其进行组合阵列构建了一种高稳定性的换热汽化器。经过详尽的实际测试验证,该换热汽化单元和汽化器展现出卓越的稳定性和可靠性,在高温燃料电池及电解池系统中具有广泛的适用性。
为解决上述技术问题和实现上述目的,根据发明实施的一个方面,提供了一种带电加热的换热汽化单元,包括电加热板,电加热板夹在导热鳍片中间,导热鳍片紧贴电加热板的一面呈平面,另一面设有若干第一鳍片,第一鳍片的面上均匀缠绕有汽化管道,汽化管道远离导热鳍片的一侧设置有换热鳍片。
电加热板与导热鳍片之间采用紧密连接方式,确保热量的有效传导,并使换热系统具有良好的热导性能。汽化管道均匀缠绕在导热鳍片上,并在其外侧设置了换热鳍片,进一步提高对流换热效果。换热鳍片和导热鳍片与汽化管道紧密接触,增加了与高温烟气的接触面积,提升高温烟气热利用能力。高温烟气与鳍片平行通过,水从汽化管道内通过,通过热传导和对流换热实现汽化。水的流量可通过控制来调节,以满足不同换热需求,并确保汽化过程的稳定性和高效性。当高温烟气温度偏低或烟气流量不足以完全汽化时,电加热板可通过提供额外的热量来补充不足。电加热板的温度可以通过外部控制系统进行监测和调节,以确保系统的稳定运行和所需汽化水蒸气的生成。该换热汽化单元的结构装配方式简单,同时考虑了加压和换热管道微小形变对热传导的影响。实时监测加热板温度,以确保所需热量满足汽化需求。系统能够及时补充电加热功率,以保持汽化过程的稳定性。
作为优选,第一鳍片之间设有第一矩形槽,第一矩形槽等间距分布;导热鳍片紧贴电加热板的一面设有若干均匀分布的第一螺栓孔;第一螺栓孔贯通到第一鳍片的面上。
导热鳍片具备两个关键功能:首先,它有效地传导电加热板的热量至水汽化管道;其次,其鳍片结构优化了高温烟气与水之间的对流换热。为增加导热鳍片与汽化管道的接触面积,设计中采用了高密度的鳍片结构。
作为优选,换热鳍片靠近汽化管道的一面设有第二鳍片;第二鳍片之间设有第二矩形槽,第二矩形槽等间距分布;换热鳍片远离汽化管道的一面呈平面;换热鳍片远离汽化管道的一面设有若干均匀分布的第二螺栓孔;第二螺栓孔和第一螺栓孔相对应。
第二矩形槽的间距大于第一矩形槽的间距。换热鳍片具有增加高温烟气与水之间热传导的功能。通过增加鳍片的密度和设计合理的鳍片结构此设计可以提高对流换热效率。换热鳍片的设计使其能够与高温烟气均匀接触,并将热量传递至汽化管道,从而实现高效的热传导。换热鳍片的主要功能为均匀分布高温烟气提高对流换热。
作为优选,第二螺栓孔内设有加压螺栓,加压螺栓依次穿过第二螺栓孔和第一螺栓孔和电加热板连接。在加压螺栓施加压力的条件下,铜质汽化管道受到导热和换热鳍片的共同压迫,从而产生一定程度的形变,进一步增强了水汽化管道与鳍片之间的接触面积,以提高热传导效率。电加热板,导热鳍片,换热鳍片通过加压螺栓进行连接,确保结构的牢固性和稳定性。
作为优选,电加热板面积小于导热鳍片面积,电加热板沿导热鳍片中轴线对称分布,导热鳍片面积等于换热鳍片面积,导热鳍片和换热鳍片相对应。导热鳍片面积等于换热鳍片面积相互对应有效提高换热效率,将能量限定在了两者之间防止不必要的能量损耗。
根据发明实施的另一个方面,提供了一种换热汽化单元阵列的汽化器,汽化器包括支架底座,支架底座上方设有耐高温隔热密封层,耐高温隔热密封层上设置有换热器支架,换热器支架固定有若干个换热汽化单元,耐高温隔热密封层套设有密封外壳,支架底座一端设有高温烟气进口,另一端设有高温烟气出口。与换热器支架直接接触的为耐高温隔热密封层,耐高温隔热密封层可选用云母板为材料,云母板既有较好的耐高温新、隔热性和机械强度,也能产生一定的形变提供较好的密封性能。支架底座一端设有高温烟气进口,另一端设有高温烟气出口,耐高温隔热密封层和支架底座对应也是一端设有高温烟气进口,另一端设有高温烟气出口。
支架底座两端设有高温烟气的进出口,高温烟气在密闭腔体内通过换热汽化单元的鳍片,将余热传递给液态水。本发明的一种换热汽化单元阵列的汽化器具有高稳定性和高度模块化设计,多个换热汽化单元可通过串联设置实现液态水的完全汽化功能。每个单元可根据需求在不同温度区域配置,通过调整参数如汽化管道的粗细、缠绕圈数以及对应加热板的启停温度范围来满足实际需求。这种模块化设计使得装置能够根据实际需求组合和调整单元,构建高稳定性汽化器,满足不同工况下的水蒸气稳定供应要求。多个电加热换热汽化单元可方便地固定在支架底座上,通过螺栓固定支架底座与密封外壳连接,支架底座上的耐高温隔热密封层中的耐高温密封材料在压力作用下发生轻微形变,确保密封性能。该汽化器通过创新的设计和结构,实现了高温烟气中余热的高效利用,将液态水完全汽化,从而提升能源利用效率。其关键特征包括优化的结构装配方式和高度模块化的设计,能够根据实际需求灵活组合和调整单元,满足不同工况下水蒸气的稳定供应要求,紧密连接的组件间结构,竖直方向加压和微小形变考虑,增强的热传导性能,以及与高温烟气的充分接触。通过实时监测和电加热补充,保证了系统的稳定运行。
作为优选,换热器支架对称分布在耐高温隔热密封层上,换热器支架包括与耐高温隔热密封层固定的支撑架,支撑架之间设有支撑横条,支撑横条上设有保温隔热条,保温隔热条设有若干均匀分布的第一螺孔和支撑横条固定,换热汽化单元固定在对称的支撑横条中间。保温隔热条位于换热汽化单元两侧,夹在导热鳍片中间。在耐高温隔热密封层上设置了换热器支架用于固定每个换热汽化单元,并在与换热汽化单元接触的区域装有保温隔热条,以防止电加热板的热量通过传导传递至支架底座。
作为优选,密封外壳设有外翻边,外翻边设有若干均匀分布的第二螺孔,第二螺孔和耐高温隔热密封层以及支架底座螺接,支架底座还设有均匀分布的密封接线柱,密封接线柱依次穿过支架底座和耐高温隔热密封层与换热汽化单元连接,支架底座上还设有均匀分布的金属卡套。支架底座还设有密封接线柱和金属卡套,用于电能的传递和水蒸气的进出,同时确保金属板的整体气密性。
作为优选,高温烟气进口以及高温烟气出口穿透支架底座以及耐高温隔热密封层;在高温烟气进口以及高温烟气出口处靠近换热汽化单元的一侧设置有整流微通道,整流微通道由若干分层的沿水平均匀分布的分流板阵列组成,分流板呈多孔介质结构,分流板各层之间设有交错的微孔。微通道整流结构,由多个分流单元组成。每个分流单元采用上下两层水平均布的微孔通道,层与层之间设计交错的微孔以保证气体的相互贯通。该设计的孔隙网络提供复杂的通道和空间,引起气体流动中的湍流和涡旋,增加混合和扩散,使气体分布更加均匀,提高能量转换效率。
作为优选,支架底座为高温金属板。支架底座上的耐高温密封材料,在受到密封外壳与支架底座之间的压力作用下发生轻微形变,从而有效实现密封效果。确保了汽化器的密封性能,防止烟气泄漏。
本发明的有益效果是适用于燃料电池系统和高温电解池系统,适用场景广泛,能够有效利用系统尾气中的余热来完成水蒸气的汽化过程,能量利用率高,可靠性和稳定性强,能有效提高能量转换效率。
附图说明
图1是本发明汽化器的结构连接示意图。
图2是本发明汽化单元的结构连接示意图。
图3是本发明换热鳍片示意图。
图4是本发明导热鳍片示意图。
图5是本发明密封外壳示意图。
图6是本发明汽化器侧视示意图。
图7是本发明换热器支架侧视示意图。
图8是本发明保温隔热条结构示意图。
图9是本发明换热器支架装配示意图。
图10是本发明分流板结构示意图。
图中:1.电加热板,2.导热鳍片,201.第一矩形槽,202.第一螺栓孔,203.第一鳍片,3.汽化管道,4.换热鳍片,401.第二矩形槽,402.第二螺栓孔,403.第二鳍片,5.加压螺栓,6.支架底座,601.耐高温隔热密封层,7.换热器支架,701.支撑架,702.支撑横条,8.换热汽化单元,9.密封外壳,901.外翻边,902.第二螺孔,10.高温烟气进口,11.高温烟气出口,12.保温隔热条,1201.第一螺孔,13.密封接线柱,14.金属卡套,15.整流微通道,16.分流板,17.微孔。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例1
在图1至图10所示的实施例1中,一种带电加热的换热汽化单元,包括电加热板1,电加热板1夹在上下两个导热鳍片2中间,导热鳍片2紧贴电加热板1的一面呈平面,另一面设有若干第一鳍片203,第一鳍片203的面上均匀缠绕有汽化管道3,汽化管道3远离导热鳍片2的一侧设置有换热鳍片4。汽化管道3的外侧,和导热鳍片2对应的位置设有换热鳍片4。第一鳍片203之间设有第一矩形槽201,第一矩形槽201等间距分布;导热鳍片2紧贴电加热板1的一面设有若干均匀分布的第一螺栓孔202;第一螺栓孔202贯通到第一鳍片203的面上。换热鳍片4靠近汽化管道3的一面设有第二鳍片403;第二鳍片403之间设有第二矩形槽401,所述第二矩形槽401等间距分布;换热鳍片4远离汽化管道3的一面呈平面;换热鳍片4远离汽化管道3的一面设有若干均匀分布的第二螺栓孔402;
第二螺栓孔402和第一螺栓孔202相对应。本实施例中设有换热鳍片4呈平面的那一面为矩形,共设有四个第二螺栓孔402均匀分布在矩形的四个角上,换热鳍片4在本实施例中设有十一个第二矩形槽401,第二矩形槽401等间距分布。其中矩形长边上的两个第二螺栓孔402在同一直线上和第二鳍片403平行,其中第二矩形槽401的分布也和第二鳍片403平行,在矩形短边上的两个第二螺栓孔402在同一直线上和第二鳍片403的方向垂直。四个第二螺栓孔402的位置恰好对应了第二矩形槽401使得加压螺栓5能穿过换热鳍片4。而为了使加压螺栓5能依次穿过换热鳍片4,导热鳍片2已牢固连接在电加热板1上的螺孔中,则导热鳍片2的第一螺栓孔202则需要穿过第一矩形槽201以及第一鳍片203。为了和换热鳍片4对应,导热鳍片2也呈矩形,形状和面积恰好和换热鳍片4相同,导热鳍片2也在呈平面的面上的四个角上设置第一螺栓孔202。在实际的应用中换热汽化单元8放置于密封的外壳内,其中高温烟气以与鳍片平行的方向通过,而水则从汽化管道3内通过。通过导热鳍片2、换热鳍片4和汽化管道3之间的热传导以及高温烟气对流换热实现汽化。在高温烟气吹扫过程中,热量通过导热鳍片2、换热鳍片4和汽化管道3传递,其中汽化管道3中使用的是介质是水。实现了高效的换热过程。通过对进入汽化管道3的水流量进行控制,可以精确调节水蒸汽的生成量,以满足换热需求,同时确保高温烟气的温度和流量符合要求,从而产生稳定供给所需流量水蒸气的效果。如图2所示换热汽化单元8其主要由电加热板1、导热鳍片2、换热鳍片4、汽化管道3及加压螺栓5组成。在装配过程中,实现电加热板1与导热鳍片2之间的紧密连接。随后,汽化管道3均匀缠绕在导热鳍片2上,并在其外侧设置换热鳍片4。最后,通过加压螺栓5对所有部件进行连接加压,确保各部件间紧密的连接,提高部件间的热传导性能。本实施例中电加热板1设有两个对称分布的电加热棒。
在面对高温烟气温度偏低或烟气流量无法满足完全汽化需求的情况下,本发明的换热汽化单元8设计了内置的电加热板1作为解决方案。通过电加热板1的启动,利用电热提升电加热板1的温度,并通过导热鳍片2将电加热板1的热量传递至汽化管道3,以补充所需的热能,从而实现水蒸气的完全汽化。电加热板1上可设置温度检测点,并通过外部控制系统进行监测和控制,确保电加热板1的温度不低于预设温度。如此,在高温烟气余热量不足的情况下,系统可通过电加热板1自动提供所需的额外热量,以确保水蒸气的充分汽化过程。
该换热汽化单元8具备简单的结构装配方式,且考虑了竖直方向的加压及换热管道微小形变对导热效果的影响,从而优化了部件间的热传导性能。此外,汽化管道3与紧密接触的换热鳍片4和导热鳍片2增加了与高温烟气的接触面积,显著提升换热汽化单元8的高温烟气热利用能力。通过对电加热板1温度的实时监测,可以迅速判断高温烟气的热量是否满足汽化需求。当换热量不足时,系统能够及时补充电加热功率,以保证汽化过程的稳定性。
第二螺栓402孔内设有加压螺栓5,加压螺栓5依次穿过第二螺栓孔402和第一螺栓孔202和电加热板1连接。电加热板1面积小于导热鳍片2面积,电加热板1沿导热鳍片2中轴线对称分布,导热鳍片12面积等于换热鳍片4面积,导热鳍片2和换热鳍片4相对应。
本发明的另一实施方案一种换热汽化单元阵列的汽化器,汽化器包括支架底座6,支架底座6上方设有耐高温隔热密封层601,耐高温隔热密封层601上设置有换热器支架7,换热器支架7固定有若干个换热汽化单元8,该换热汽化单元8就是前文所述的本发明的一个实施方案。耐高温隔热密封层601套设有密封外壳91,支架底座6一端设有高温烟气进口10,另一端设有高温烟气出口11。
换热汽化单元8采用高度模块化的设计,在面对高汽化量需求,或尾气波动范围较大的使用场景,可以通过多个换热汽化单元8的串联设置,实现液态水的稳定汽化功能。每个单元根据需求的汽化程度,可在不同的温度区域进行配置。根据目标体积流量、汽化管内流速等参数,可灵活调整每个单元的汽化管道的粗细、缠绕圈数以及对应加热板的启停温度范围。这种高度模块化的设计使得装置能够根据实际需求灵活组合和调整单元,构建出高稳定性的换热汽化器,以满足不同工况下水蒸气的稳定供应要求。
如图1所示是用两个换热汽化单元8串联设置,实现稳定汽化的功能。换热器支架7对称分布在耐高温隔热密封层601上,换热器支架7包括与耐高温隔热密封层601固定的支撑架701,支撑架701之间设有支撑横条702,支撑横条702上设有保温隔热条12,保温隔热条12设有若干均匀分布的第一螺孔1201和支撑横条702固定,换热汽化单元8固定在对称的支撑横条702中间。
多个换热汽化单元8可方便地固定在支架底座6上,以实现高度模块化。
支架底座6采用经过设计以满足使用温度要求的金属板,其上方覆盖着耐高温的密封材料组成的耐高温隔热密封层601以防止高温烟气泄漏。在耐高温隔热密封层601上设置了换热器支架7用于固定每个换热汽化单元8,并在与换热汽化单元8接触的区域装有保温隔热条12,以防止电加热板1的热量通过传导传递至支架底座6。此外,支架底座6还设有密封接线柱13和金属卡套14,用于电能的传递和水蒸气的进出,同时确保金属板的整体气密性。当换热汽化单元8与支架底座6连接完成后,放入保温外壳内,利用螺栓固定支架底座6与密封外壳9,并通过支架底座6上设有的耐高温隔热密封层601密封,形成一个完整的腔体。支架底座6的两端分别设有高温烟气的进口10和高温烟气的出口11,高温烟气在该密闭腔体内,通过换热汽化单元8的鳍片,将余热传递至待汽化的液态水。密封外壳9设有外翻边901,外翻边901设有若干均匀分布的第二螺孔902,第二螺孔902和耐高温隔热密封层601以及支架底座6螺接,支架底座6还设有均匀分布的密封接线柱13,密封接线柱13依次穿过支架底座6和耐高温隔热密封层601与换热汽化单元8连接,支架底座6上还设有均匀分布的金属卡套14。高温烟气进口10以及高温烟气出口11穿透支架底座6以及耐高温隔热密封层601;在高温烟气进口10以及高温烟气出口11处靠近换热汽化单元8的一侧设置有整流微通道15,整流微通道15由若干分层的沿水平均匀分布的分流板16阵列组成,分流板16呈多孔介质结构,分流板16各层之间设有交错的微孔17。密封外壳9是汽化器的一个关键组成部分,其结构示意图如图5所示。完成换热汽化单元8与支架底座6的连接后,它们被放置在密封外壳9内。由于电加热板1的面积小于导热鳍片2的面积且在换热汽化单元8中电加热板1是对称分布的,因此电加热板1两侧,两块导热鳍片2中间是有凹槽的,在换热汽化单元8安装在换热器支架7的安装过程中是将凹槽对准换热器支架7上的支撑横条702,将换热汽化单元8推入换热器支架7当中,此时换热汽化单元8和换热器支架7之间是留有一定空隙的,在这空隙之中安装保温隔热条12,本实施例中保温隔热条12两端各设有一个第一螺孔1201,第一螺孔1201和换热器支架7上的支撑架701通过螺栓螺母连接。
通过螺栓将支架底座6与密封外壳9牢固固定,确保它们之间的稳固连接。支架底座6上的耐高温密封材料,在受到密封外壳9与支架底座6之间的压力作用下发生轻微形变,从而有效实现密封效果。确保了汽化器的密封性能,防止烟气泄漏。支架底座6的两端设有高温烟气的进出口,这些烟气在密闭腔体内通过换热汽化单元8的鳍片,将余热传递给管道内的液态水。进一步的,可在高温烟气进口10以及高温烟气出口11设置整流微通道15,该结构由多块分流板16组成,分流板16结构如图10所示。每个分流单元参考多孔介质结构,设计成上下两层水平均布的微孔通道,并在层与层之间设计有交错的微孔17以保证上下两层的气体可以相互贯通。此设计的孔隙网络为气体提供了复杂的通道和空间,可以引起气体流动中的湍流和涡旋打破流动中的不均匀性,增加混合和扩散,使得气体分布更加均匀。
本发明所述的电加热换热汽化器适用于燃料电池系统和高温电解池系统,能够有效利用系统尾气中的余热来完成水蒸气的汽化过程。在系统启动和低功率运行等换热量不足的情况下,通过电加热补充所需的热量,以确保系统的稳定运行,并避免液态水进入系统流程。而在正常运行阶段,利用尾气余热实现水汽化,从而提升系统的能量转换效率。该换热汽化器的设计旨在提高能源利用效率,同时确保系统的可靠性和稳定性,为燃料电池和电解池系统的高效运行提供了可靠的解决方案。
本实施例所述汽化器的换热主体结构由两个电辅热换热汽化单元8通过直通变径卡套接头串联连接,铜管末端密绕于导热鳍片2以及换热鳍片4之间,如图1和图6所示。
该换热主体结构与底部支架可以方便地进行装配。首先将四个支撑架701安装在耐高温隔热密封层601上,然后将换热主体结构置于四个支撑架701中央。支撑架701在本实施例中用的是角钢。左右两根支撑横条702穿过电辅热换热汽化单元8的中电加热板1与导热鳍片2以及换热鳍片4之间的空隙,并使用耐高温紧固件与支撑架701固定。为了减少支撑横条702与换热汽化单元8之间的热传导,支撑横条702的内部贴有耐高温云母条。耐高温云母条即为保温隔热条12的一种实施方案。最后,使用耐高温紧固件将密封外壳9与支架底座6固定连接。支架底座6顶面的耐高温隔热密封层601在本实施例中采用耐高温云母片受压产生形变,从而起到良好的密封隔热功能。
本发明实施例中的技术方案提供了一种高效能的换热汽化器,它易于装配,并且具有高效的热传递和汽化效果。
Claims (10)
1.一种带电加热的换热汽化单元,其特征在于,包括电加热板(1),所述电加热板(1)夹在导热鳍片(2)中间,所述导热鳍片(2)紧贴电加热板(1)的一面呈平面,另一面设有若干第一鳍片(203),所述第一鳍片(203)的面上均匀缠绕有汽化管道(3),所述汽化管道(3)远离导热鳍片(2)的一侧设置有换热鳍片(4)。
2.根据权利要求1所述的一种带电加热的换热汽化单元,其特征在于,所述第一鳍片(203)之间设有第一矩形槽(201),所述第一矩形槽(201)等间距分布;
所述导热鳍片(2)紧贴电加热板(1)的一面设有若干均匀分布的第一螺栓孔(202);
所述第一螺栓孔(202)贯通到第一鳍片(203)的面上。
3.根据权利要求1所述的一种带电加热的换热汽化单元,其特征在于,
所述换热鳍片(4)靠近汽化管道(3)的一面设有第二鳍片(403);
所述第二鳍片(403)之间设有第二矩形槽(401),所述第二矩形槽(401)等间距分布;
所述换热鳍片(4)远离汽化管道(3)的一面呈平面;
所述换热鳍片(4)远离汽化管道(3)的一面设有若干均匀分布的第二螺栓孔(402);
所述第二螺栓孔(402)和第一螺栓孔(202)相对应。
4.根据权利要求2或3所述的一种带电加热的换热汽化单元,其特征在于,
所述第二螺栓(402)孔内设有加压螺栓(5),所述加压螺栓(5)依次穿过第二螺栓孔(402)和第一螺栓孔(202)和电加热板(1)连接。
5.根据权利要求1所述的一种带电加热的换热汽化单元,其特征在于,
所述电加热板(1)面积小于导热鳍片(2)面积,所述电加热板(1)沿导热鳍片(2)中轴线对称分布,所述导热鳍片(12)面积等于换热鳍片(4)面积,所述导热鳍片(2)和换热鳍片(4)相对应。
6.一种换热汽化单元阵列的汽化器,所述换热汽化单元为权利要求1至5任一项所述,其特征在于,所述汽化器包括支架底座(6),所述支架底座(6)上方设有耐高温隔热密封层(601),所述耐高温隔热密封层(601)上设置有换热器支架(7),所述换热器支架(7)固定有若干个换热汽化单元(8),所述耐高温隔热密封层(601)套设有密封外壳(9),所述支架底座(6)一端设有高温烟气进口(10),另一端设有高温烟气出口(11)。
7.根据权利要求6所述的一种换热汽化单元阵列的汽化器,其特征在于,所述换热器支架(7)对称分布在耐高温隔热密封层(601)上,所述换热器支架(7)包括与耐高温隔热密封层(601)固定的支撑架(701),所述支撑架(701)之间设有支撑横条(702),所述支撑横条(702)上设有保温隔热条(12),所述保温隔热条(12)设有若干均匀分布的第一螺孔(1201)和支撑横条(702)固定,所述换热汽化单元(8)固定在对称的支撑横条(702)中间。
8.根据权利要求6所述的一种换热汽化单元阵列的汽化器,其特征在于,所述密封外壳(9)设有外翻边(901),所述外翻边(901)设有若干均匀分布的第二螺孔(902),所述第二螺孔(902)和耐高温隔热密封层(601)以及支架底座(6)螺接,所述支架底座(6)还设有均匀分布的密封接线柱(13),所述密封接线柱(13)依次穿过支架底座(6)和耐高温隔热密封层(601)与换热汽化单元(8)连接,所述支架底座(6)上还设有均匀分布的金属卡套(14)。
9.根据权利要求6所述的一种换热汽化单元阵列的汽化器,其特征在于,所述高温烟气进口(10)以及高温烟气出口(11)穿透支架底座(6)以及耐高温隔热密封层(601);
在高温烟气进口(10)以及高温烟气出口(11)处靠近换热汽化单元(8)的一侧设置有整流微通道(15),所述整流微通道(15)由若干分层的沿水平均匀分布的分流板(16)阵列组成,所述分流板(16)呈多孔介质结构,所述分流板(16)各层之间设有交错的微孔(17)。
10.根据权利要求6或8所述的一种换热汽化单元阵列的汽化器,其特征在于,所述支架底座(6)为耐高温金属板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310821794.7A CN117685811A (zh) | 2023-07-06 | 2023-07-06 | 一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310821794.7A CN117685811A (zh) | 2023-07-06 | 2023-07-06 | 一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117685811A true CN117685811A (zh) | 2024-03-12 |
Family
ID=90135935
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310821794.7A Pending CN117685811A (zh) | 2023-07-06 | 2023-07-06 | 一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117685811A (zh) |
-
2023
- 2023-07-06 CN CN202310821794.7A patent/CN117685811A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1590844B1 (en) | Fuel cell end unit with integrated heat exchanger | |
CA2242176C (en) | Solid polymer fuel cell system and method for humidifying and adjusting the temperature of a reactant stream | |
US6416895B1 (en) | Solid polymer fuel cell system and method for humidifying and adjusting the temperature of a reactant stream | |
EP1425814B1 (en) | Horizontal solid oxide fuel cell tube systems and methods | |
US7659022B2 (en) | Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor | |
JPH08510352A (ja) | 熱制御装置 | |
WO2021218906A1 (zh) | 燃料电池及配流装置 | |
TWI474548B (zh) | 極板與使用該極板的極板組 | |
WO2024104278A1 (zh) | 一种电池组及储能设备 | |
JP2000344503A (ja) | 燃料改質装置 | |
CN117685811A (zh) | 一种带电加热的换热汽化单元及换热汽化单元阵列的汽化器 | |
WO2023142576A1 (zh) | 一种冷却板组件、液冷模组及电池包 | |
EP2722915B1 (en) | Battery of fuel cells | |
JPH0935737A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
JPS5975573A (ja) | 燃料電池 | |
CN213902021U (zh) | 一种模块式空气烟气换热器 | |
JPS6266581A (ja) | 燃料電池 | |
JPH0750614B2 (ja) | 燃料電池 | |
CN217934071U (zh) | 一种新型储能电池包标准模块 | |
CN218827288U (zh) | 一种固体氧化物燃料电池系统 | |
WO2024113976A1 (zh) | 一种三面液冷的大圆柱电池系统 | |
JP2007194156A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JPS63236273A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池スタツク | |
JP2024012000A (ja) | 燃料電池モジュールおよび燃料電池モジュールのガス供給方法 | |
CN118572243A (zh) | 一种电池的气液相变冷却装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |