CN118167923A - 一种带有除霜功能的空温式汽化器 - Google Patents

Abstract

一种带有除霜功能的空温式汽化器，包括汽化器管道、节流单元和氢气回流组件，汽化器管道包括进液口和出气口，液态的氢气由进液口流入，经过汽化器管道汽化后从出气口流出，节流单元通过氢气回流组件与汽化器管道连通，使得出气口内的氢气流至节流单元内，节流单元布设在汽化器管道的外侧，通过氢气流经节流单元后升温，热量通过节流单元传递至汽化器管道的外壁，通过节流单元对汽化器管道的外壁进行除霜作业。本空温式汽化器采用氢气在室温下节流后温度升高的原理，对空温式汽化器出气口上的氢气进行节流，利用汽化后的高压氢气节流温升效应进行除霜，无需设置其他电气设备，零能耗、安全性高且设备成本低。

Description

一种带有除霜功能的空温式汽化器

技术领域

本发明属于汽化器技术领域，具体涉及一种带有除霜功能的空温式汽化器。

背景技术

空温式汽化器是一种利用空气作为热介质将液相冷介质加热汽化的一种换热器，在换热器管路的管外设置与空气直接接触的换热翅片，该装置广泛应用于能源化工、医药等领域。针对液氢存储式加氢站，需要设置液氢汽化器将液氢加热汽化为气氢，用于后端燃料电池汽车的加注。然而常压液氢的温度为-253℃，在汽化器液氢入口端温度过低，导致结霜现象，同时还吸附有液氧液氮，具有较大的安全风险。

申请号为CN201721127537.X的发明公开了一种空温式自除霜汽化器，包括上承载支架和下承载支架，下承载支架底部固定安装支腿，上承载支架和下承载支架之间固定安装气化管，气化管的一端为进液端，另一端为出气端，进液端安装有流量调节阀，气化管外壁上固定安装有散热组件；还包括加热板，加热板固定安装在上承载支架和下承载支架之间。上述自除霜汽化器通过设置风扇组和加热板进行除霜，然而该系统增加了电耗，同时加热板一般非防爆，无法用于具有防爆要求的液氢汽化器。

发明内容

针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种带有除霜功能的空温式汽化器，利用氢气自身的温升效应对汽化器进行除霜，不需要设置其他电气设备，零能耗、安全性高且设备成本低。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，一种带有除霜功能的空温式汽化器，所述空温式汽化器包括汽化器管道；节流单元，布设在汽化器管道的外侧，通过氢气流经节流单元后升温，热量通过节流单元传递至汽化器管道的外壁；氢气回流组件，与汽化器管道的出气口连通，节流单元通过氢气回流组件与汽化器管道连通，以使出气口内的氢气流至节流单元内。

作为本发明的一种优选方案，所述节流单元内设有节流通孔，以使流过节流通孔后的氢气升温。

作为本发明的一种优选方案，所述节流单元包括分配器和多个与分配器连接的分流管，分配器内的氢气分配至分流管内，以使流入分流管内的氢气升温，分流管布设在汽化器管道的外侧。

作为本发明的一种优选方案，所述汽化器管道的外侧布设有换热翅片，分流管布设在换热翅片的外侧。

作为本发明的一种优选方案，所述换热翅片包括多个单元翅片，在单元翅片的两侧分别布设有分流管。

作为本发明的一种优选方案，所述氢气回流组件包括回流管和布设在回流管上的调节阀，通过调节阀对流过氢气回流组件的氢气进行节流。

作为本发明的一种优选方案，所述回流管的内径小于出气口的内径。

作为本发明的一种优选方案，所述空温式汽化器还包括与节流单元连接的氢气排放单元，通过氢气排放单元控制节流单元内氢气排放。

作为本发明的一种优选方案，所述氢气排放单元包括收集器和与收集器连接的排放阀，通过排放阀控制收集器内氢气排放。

作为本发明的一种优选方案，所述空温式汽化器还包括温度传感器，温度传感器与氢气回流组件的调节阀、氢气排放单元的排放阀电信连接，以将温度传感器的信号传输至调节阀、排放阀。

本发明的有益效果是，利用空温式汽化器汽化后的高压氢气节流温升效应进行除霜，无需在空温式汽化器的外部增设其他用于加热的装置，防止加热装置对液态氢气汽化器产生的安全隐患，提高设备安全性，同时该除霜结构仅需控制阀体工作的能耗，能耗量较低，降低设备的制造和使用成本。

附图说明

图1是本空温式汽化器的结构示意图。

图2是本空温式汽化器的俯视图。

图3是A处的局部放大视图。

图4是B处的局部放大视图。

图5是分配器的结构示意图。

附图标记：汽化器管道1，进液口1-1，出气口1-2，直线管道1-3，圆弧管道1-4，进液管1-5，出气管1-6，节流单元2，节流通孔2-1，分配器2-2，分流管2-3，连接头2-4，氢气回流组件3，调节阀3-1，回流管3-2，连接管3-3，换热翅片4，单元翅片4-1，管道套筒4-2，氢气排放单元5，收集器5-1，排放阀5-2，温度传感器6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步描述。

一种带有除霜功能的空温式汽化器，用于对液态氢气进行汽化，在液态氢气汽化过程中，容易在汽化器的进液口处发生结霜现象，产生较大的安全风险，而常规的汽化器大多采用加热装置对进液口进行除霜作业，加热装置对用于容纳液态氢气的管路进行加热，会存在爆炸风险，同时采用加热装置会增加汽化装置的整体能耗。焦耳-汤姆逊效应是1852 年英国物理学家 J.P.焦耳和 W.汤姆逊基于改进焦耳气体自由膨胀实验的研究结果提出的。其描述了气体通过节流元件（如减压阀、多孔塞、堵塞物、孔板等） 膨胀后所引起的温度变化的现象，该现象可用焦耳汤姆逊系数来表征。焦耳汤姆逊系数大于0，则表明气体（例如：氮、 氧、空气等）在节流膨胀后温度降低，具有制冷效应；焦耳汤姆逊系数小于0，则表明气体（例如：氢、氦气等）在节流膨胀后温度升高，具有制热效应。本空温式汽化器利用在室温下氢气节流后温度升高的特性，对空温式汽化器出气口上的氢气进行节流，通过汽化后的高压氢气节流后温升对汽化器表面进行除霜，不需要设置其他电气设备，零能耗、安全性高且设备成本低。

本控温式汽化器包括汽化器管道1、节流单元2和氢气回流组件3，汽化器管道1包括进液口1-1和出气口1-2，液态的氢气由进液口1-1流入，经过汽化器管道1汽化后从出气口1-2流出，节流单元2通过氢气回流组件3与汽化器管道1连通，使得出气口内的氢气流至节流单元2内，节流单元2布设在汽化器管道1的外侧，氢气流经节流单元2后氢气升温，热量通过节流单元2传递至汽化器管道1的外壁，通过节流单元2对汽化器管道1的外壁进行除霜作业。

本实施例中，节流单元2包括分配器2-2和多个分流管2-3，在分配器2-2上设有多个节流通孔2-1，多个分流管2-3与节流通孔2-1连接，分配器2-2内的氢气通过节流通孔2-1节流后温度升高，升温后的氢气流入分流管2-3内，分流管2-3布设在汽化器管道1的外侧，升温后的氢气将热量传递至分流管2-3管壁上，再通过分流管2-3对汽化器管道1进行除霜作业。

为便于将多个分流管2-3均匀布设在汽化器管道1或者换热翅片4的外侧，本实施例中的分配器2-2呈圆环形结构，节流通孔2-1布设在分配器2-2的上端侧壁上。

作为一种可选的方案，节流通孔2-1的孔径小于分流管2-3的内径，在氢气流动过程中，位于分配器2-2一侧的氢气内能大于分流管2-3内的氢气内能，当氢气有分配器2-2内流入分流管2-3内时，氢气经过节流通孔2-1的节流作用后温度升高，从而便于通过分流管2-3对汽化器管道1或者换热翅片4进行除霜作业。

为便于将分流管2-3固定在分流器2-2上，在分流器2-2的一侧连接有连接头2-4，节流通孔2-1布设在连接头2-4内，连接头2-4的内径大于等于节流通孔2-1的孔径，作为一种可选的方案，连接头2-4与分流器2-2连通，在连接头2-4内设有节流板，在节流板上设有多个节流通孔2-1。

作为一种优选的实施方式，分流管2-3插接在连接头2-4的外侧，即分流管2-3的内径等于连接头2-4的外径，可以适当增加分流管2-3的内部容积，从而增加分配器2-2内氢气与分流管2-3内氢气的内能差。

汽化器管道1的外侧布设有换热翅片4，常态下通过换热翅片4对汽化器管道1进行换热，通过换热翅片4增加汽化器管道1与空气的接触面积，从而加快汽化器管道1的换热效率，防止汽化器管道1的进液口处发生结霜现象，而在进液口1-1端与空气的温差过大时，翅片及汽化器管道1结霜较为严重，需要节流单元2介入对其进行除霜作业，节流单元2的分流管2-3布设在换热翅片4的外侧，通过分流管2-3内氢气的热能进行除霜。

换热翅片4包括管道套筒4-2和多个均匀布设在管道套筒4-2外侧的单元翅片4-1，在单元翅片4-1的两侧分别布设有分流管2-3，通过两侧的分流管2-3同时对单元翅片4-1进行除霜，提高除霜效率。作为一种优选的方式，分流管2-3布设在单元翅片4-1与管道套筒4-2的连接处，使得分流管2-3可以同时对单元翅片4-1、管道套筒4-2进行除霜，提高除霜效率。

氢气回流组件3包括回流管3-2和调节阀3-1，分配器2-2通过回流管3-2与出气口1-2连接，调节阀3-1安装在回流管3-2上，通过控制调节阀3-1的开度，来对流过调节阀3-1的氢气进行节流，氢气在经过调节阀3-1时会产生一定的氢气温升效应，使得流入分配器2-2内的氢气温度升高。

作为一种优选的方案，回流管3-2的内径小于出气口1-2的内径，使得回流管3-2、出气口1-2的连接处形成节流结构，使得由出气口1-2流动至回流管3-2内的氢气升温。

为便于对除霜后的氢气进行收集排放，本空温式汽化器还包括氢气排放单元5，氢气排放单元5与节流单元2连接，通过氢气排放单元5控制节流单元2内氢气排放。

氢气排放单元5包括收集器5-1和与收集器5-1连接的排放阀5-2，通过排放阀5-2控制收集器5-1内氢气排放；收集器5-1的结构与分流器2-2的结构一致，通过收集器5-1对分流管2-3内的氢气进行收集，通过控制排放阀5-2对收集器5-1内的氢气进行排放。

为便于节流单元2对汽化器管道1或者换热翅片4进行除霜，在汽化器管道1或者单元翅片4-1上设有贴片式的温度传感器6，温度传感器6与调节阀3-1、排放阀5-2连接，控制调节阀3-1、排放阀5-2工作。

本实施例中，汽化器管道1包括多个相互平行布设的直线管道1-3和用于连接直线管道的圆弧管道1-4，换热翅片4、分流管2-3布设在直线管道1-3的外侧，在汽化器管道1的同一侧连接有进液管1-5、出气管1-6，进液管1-5的端部形成进液口1-1，出气管1-6的端部形成出气口1-2，回流管3-2与出气管1-6连接，用于将出气管1-6内的高压氢气输送至氢气回流组件3内。

在使用本空温式汽化器时，靠近进液口1-1的直线管道1-3以及换热翅片4上容易发生结霜现象，本实施例中，在靠近进液口1-1的两个直线管道1-3外侧设置了节流单元2，相邻的节流单元2之间通过连接管3-3进行连接，在一些优选的实施方式中，连接管3-3的孔径小于分配器2-2的内径，使得氢气在流过连接管3-3时发生氢气节流温升效应。

为防止流过调节阀3-1后的升温氢气在回流管3-2内发生热量散失，进液管1-5、出气管1-6分别连接在两个相邻的直线管道1-3上，缩短回流管3-2的长度，从而减小在回流管3-2内输送氢气的热量散失。

本空温式汽化器的除霜步骤如下，

温度传感器检测到汽化器管道1或者换热翅片4温度异常，通过控制器打开调节阀3-1，同时调整排放阀5-2的开度，将高压氢气引入分流管2-3，在氢气流入分流管2-3的过程中对氢气进行节流，氢气在节流过程温度升高，将汽化器管道1或者换热翅片4表面的霜层融化，当贴片式温度传感器温度测量值与空气温度的温差回归正常后，关闭调节阀3-1，排放阀5-2全开，将管内氢气排净。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记对应的术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种带有除霜功能的空温式汽化器，所述空温式汽化器包括汽化器管道（1），其特征在于，所述空温式汽化器还包括

节流单元（2），布设在汽化器管道（1）的外侧，通过氢气流经节流单元（2）后升温，热量通过节流单元（2）传递至汽化器管道（1）的外壁；

氢气回流组件（3），与汽化器管道（1）的出气口连通，节流单元（2）通过氢气回流组件（3）与汽化器管道（1）连通，以使出气口内的氢气流至节流单元（2）内。

2.根据权利要求1所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述节流单元（2）内设有节流通孔（2-1），以使流过节流通孔（2-1）后的氢气升温。

3.根据权利要求1所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述节流单元（2）包括分配器（2-2）和多个与分配器（2-2）连接的分流管（2-3），分配器（2-2）内的氢气分配至分流管（2-3）内，以使流入分流管（2-3）内的氢气升温，分流管（2-3）布设在汽化器管道（1）的外侧。

4.根据权利要求3所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述汽化器管道（1）的外侧布设有换热翅片（4），分流管（2-3）布设在换热翅片（4）的外侧。

5.根据权利要求4所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述换热翅片（4）包括多个单元翅片（4-1），在单元翅片（4-1）的两侧分别布设有分流管（2-3）。

6.根据权利要求1所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述氢气回流组件（3）包括回流管（3-2）和布设在回流管（3-2）上的调节阀（3-1），通过调节阀（3-1）对流过氢气回流组件（3）的氢气进行节流。

7.根据权利要求6所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述回流管（3-2）的内径小于出气口（1-2）的内径。

8.根据权利要求1所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述空温式汽化器还包括与节流单元（2）连接的氢气排放单元（5），通过氢气排放单元（5）控制节流单元（2）内氢气排放。

9.根据权利要求8所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述氢气排放单元（5）包括收集器（5-1）和与收集器（5-1）连接的排放阀（5-2），通过排放阀（5-2）控制收集器（5-1）内氢气排放。

10.根据权利要求8所述的一种带有除霜功能的空温式汽化器，其特征在于，所述空温式汽化器还包括温度传感器（6），温度传感器（6）与氢气回流组件（3）的调节阀（3-1）、氢气排放单元（5）的排放阀（5-2）电信连接，以将温度传感器（6）的信号传输至调节阀（3-1）、排放阀（5-2）。