CN208671751U - 相变换热器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种相变换热器，包括蒸发器和冷凝器，蒸发器具有第一工质入口与第一工质出口，冷凝器具有第二工质入口与第二工质出口，第一工质出口与第二工质入口之间通过管道连通，第二工质出口与第一工质入口之间通过管道连通，蒸发器包括第一管壳，第一管壳内设有多个沿周向排布的烟气管壳，烟气管壳与第一管壳之间设有用于存放工质的间隙，烟气管壳内设有共轴设置的内芯杆，内芯杆与烟气管壳之间设有多个导热部，多个导热部沿内芯的周向间隔排布，导热部的两端分别连接于内芯杆和烟气管壳的内壁。本申请提供的相变换热器使得蒸发器中的烟气管壳与内部的烟气之间的接触面积增加，提高相变换热器对烟气中热量的回收率。

Description

相变换热器

技术领域

本公开一般涉及船舶设备技术领域，具体涉及相变余热回收控制装置，尤其涉及相变换热器。

背景技术

船舶作为水上运输的主要设备，其技术已经得到了长足的发展。目前，船舶的主动力装置主要包括蒸汽机、汽轮机、柴油机、燃气轮机装置等，每种主动力装置在运行时都会排出大量的烟气，由于烟气中含有较多的热量，进而导致上述热量的浪费。由于能源再利用技术的兴起，船舶上的烟气再利用技术已成为本领域的研究方向和热点。船舶上的烟气再利用技术一般是将烟气通过余热回收装置进行热量回收再利用，具体地：烟气通过相变换热器中的蒸发器将将烟气中热量传导给蒸发器中的工质，然后再通过相变换热器中的冷凝器将工质中的热量对水进行加热，实现烟气中的热量再利用。

现有的相变换热器中蒸发器内部设有烟气管壳，烟气管壳内用于流动船舶设备排出的烟气，烟气中的热量通过烟气管壳进行热量传导。但是现有的烟气管壳为简单的中空结构，烟气与烟气管壳之间的热交换面积较小，导致相变换热器中的蒸发器对烟气中热量的回收率较低。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种相变换热器。

本实用新型提供一种相变换热器，包括蒸发器和冷凝器，蒸发器具有第一工质入口与第一工质出口，冷凝器具有第二工质入口与第二工质出口，第一工质出口与第二工质入口之间通过管道连通，第二工质出口与第一工质入口之间通过管道连通，蒸发器包括第一管壳，第一管壳内设有多个沿周向排布的烟气管壳，烟气管壳与第一管壳之间设有用于存放工质的间隙，烟气管壳内设有共轴设置的内芯杆，内芯杆与烟气管壳之间设有多个导热部，多个导热部沿内芯的周向间隔排布，导热部的两端分别连接于内芯杆和烟气管壳的内壁。

进一步地，相邻导热部之间通过连接板连接，连接板贴合于内芯杆的外表面。

进一步地，导热部的两侧分别设有沿内芯杆的轴向延伸设置引流面，引流面为内凹的弧形结构。

进一步地，内芯杆的底部设有定位凸起。

进一步地，第一管壳具有第一进气口与第一出气口，第一进气口与第一出气口分别位于第一管壳的两端，第一管壳内还设有第一安装部与第二安装部，第一安装部位于第一进气口靠近烟气管壳一侧，第二安装部位于第一出气口靠近烟气管壳一侧；烟气管壳包括第二进气口与第二出气口，第二进气口与第二出气口分别位于烟气管壳的两端，第二进气口穿插于第一安装部且与第一进气口连通，第二出气口穿插于第二安装部且与第一出气口连通；第一进气口与第一安装部之间设有与第一进气口连通的第一清灰口，第一出气口与第二安装部之间设有与第一出气口连通的第二清灰口。

进一步地，第一管壳外还套设有第二管壳，第二管壳与第一管壳之间设有保温层。

进一步地，冷凝器包括第三管壳，第三管壳的两端分别连接有端盖，第三管壳内设有沿周向排布的多个冷凝器管，冷凝器管的两端分别穿插出相应端的端盖，端盖与第三管壳之间为可拆卸地固定连接，冷凝器管的外表面上沿轴向间隔设有多个第一环形凹槽，冷凝器管的内表面上沿轴向间隔设有多个第二环形凹槽，第一环形凹槽和第二环形凹槽在冷凝器管的轴向上顺次交叉设置。

进一步地，冷凝器管的外表面上套设有多个金属片，多个金属片沿轴向间隔设置，且金属片位于相邻第一环形凹槽之间。

进一步地，金属片上位于冷凝器管下方的边沿上设有引流槽。

进一步地，引流槽远离冷凝器管的一端为扩口结构。

本实用新型提供的相变换热器，通过在蒸发器中的烟气管壳内设有共轴的内芯杆，内芯杆与烟气管壳之间设有多个导热部，多个导热部沿内芯的周向间隔排布，导热部的两端分别连接于内芯杆和烟气管壳的内壁，使得烟气管壳与内部的烟气之间的接触面积增加，进而加快烟气向烟气管壳热传导的效率，提高相变换热器对烟气中的热量回收率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的相变换热器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的蒸发器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的烟气管壳的截面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的冷凝器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的冷凝器管的剖面示意图。

附图标记：

1-蒸发器，11-第一管壳，111-第一进气口，112-第一出气，113-第一安装部，114-第二安装部，115-第一清灰口，116-第二清灰口，12-烟气管壳，13-内芯杆，14-导热部，15-连接板，16-第二管壳，17-保温层，18-第一工质入口，19-第一工质出口，2-冷凝器，21-第三管壳，22-端盖，23-冷凝器管，231-第一环形凹槽，232-第二环形凹槽，24-金属片，25-封头部，26-第二工质入口，27-第二工质出口，3-管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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申请。

请参考图1-3，本实用新型提供一种相变换热器，包括蒸发器1和冷凝器2，蒸发器1具有第一工质入口18与第一工质出口19，冷凝器2具有第二工质入口26与第二工质出口27，第一工质出口19与第二工质入口26之间通过管道3连通，第二工质出口27与第一工质入口18之间通过管道3连通，蒸发器1包括第一管壳11，第一管壳11内设有多个沿周向排布的烟气管壳12，烟气管壳12与第一管壳11之间设有用于存放工质的间隙，烟气管壳12内设有共轴设置的内芯杆13，内芯杆13与烟气管壳12之间设有多个导热部14，多个导热部14沿内芯的周向间隔排布，导热部14的两端分别连接于内芯杆13和烟气管壳12的内壁。

在本实施例中，通过在蒸发器1中的烟气管壳12内设有共轴的内芯杆13，内芯杆13与烟气管壳12之间设有多个导热部14，多个导热部14沿内芯的周向间隔排布，导热部14的两端分别连接于内芯杆13和烟气管壳12的内壁，使得烟气管壳12与内部的烟气之间的接触面积增加，进而加快烟气向烟气管壳12热传导的效率，提高蒸发器1对烟气中的热量回收率。

其中，第一管壳11内充满工质，工质与烟气管壳12接触，当烟气管壳12内通有烟气时，烟气的热量通过烟气管壳12传导至工质中，工质受热变成气态工质，气态工质通过第一工质出口19排入冷凝器2的第二工质入口26。同时冷凝器2中产生的液态工质会从第二工质出口27循环至第一工质出口19，从而进入蒸发器1。第一工质入口18位于第一工质出口19的下方。

优选地，相邻导热部14之间通过连接板15连接。每任意相邻的两个导热部14之间皆可通过连接板15连接于一起。其中连接板15与导热部14之间的连接位置可根据使用需求进行变更。例如，连接板15的两端分别连接于导热部14靠近烟气管壳12内壁的一端；或者连接板15的两端分别连接于导热部14靠近内芯杆13外表面的一端；或者连接板15的两端分别连接其中一个导热部14靠近烟气管壳12内壁的一端和另一导热部14靠近内芯杆13外表面的一端。本实施例中通过在相邻导热部14之间通过连接板15连接于一起，不仅便于导热部14安装于烟气管壳12内，同时还增加相邻导热部14之间的导热均匀性。

优选地，连接板15贴合于内芯杆13的外表面。在本实施例中，连接板15的两端分别连接于导热部14靠近内芯杆13外表面的一端，且一侧面贴合于内芯杆13的外表面。

优选地，导热部14与烟气管壳12的内壁之间为可拆卸连接，便于导热部14的更换与维护。

优选地，导热部14远离内芯杆13的一端为圆弧结构，圆弧结构与烟气管壳12的内部相配合，避免两者之间存在间隙导致产生风噪。

优选地，导热部14的两侧分别设有沿内芯杆13的轴向延伸设置引流面，引流面为内凹的弧形结构。本实施例中将导热部14的两侧面设置为内凹的弧形引流面，不仅进一步增加烟气与导热部14之间的接触面积，实现进一步提高蒸发器1对烟气中的热量回收率，还利于烟气在烟气管壳12内的流动，避免出现风噪的情况。

优选地，导热部14沿内芯杆13的轴向延伸设置，且两端分别与内芯杆13的对应端平齐设置。

优选地，内芯杆13的底部设有定位凸起。内芯杆13的底部设有定位凸起，定位凸起与导热部14的底面定位配合，以避免导热部14脱离出内芯杆13。进一步优选地，定位凸起的顶面形状与导热部14的底面形状相适应，以避免两者之间产生间隙。

优选地，连接板15与两侧的导热部14之间为一体成型，即所有导热部14通过连接板15形成一个整体，便于安装至烟气管壳12中。同时，也提高了导热部14的整体结构强度。

优选地，导热部14与连接板15皆焊接于内芯杆13，提高了导热部14和连接板15在内芯杆13上的连接强度。

优选地，第一管壳11具有第一进气口111与第一出气口112，第一进气口111与第一出气口112分别位于第一管壳11的两端，第一管壳11内还设有第一安装部113与第二安装部114，第一安装部113位于第一进气口111靠近烟气管壳12一侧，第二安装部114位于第一出气口112靠近烟气管壳12一侧；烟气管壳12包括第二进气口与第二出气口，第二进气口与第二出气口分别位于烟气管壳12的两端，第二进气口穿插于第一安装部113且与第一进气口111连通，第二出气口穿插于第二安装部114且与第一出气口112连通；第一进气口111与第一安装部113之间设有与第一进气口111连通的第一清灰口115，第一出气口112与第二安装部114之间设有与第一出气口112连通的第二清灰口116。蒸发器1在长期使用过程中，第一安装部113和第二安装部114的外侧面上会堆积有灰尘，工作人员可将灰尘进行清理并通过第一清灰口115与第二清灰口116排出蒸发器1。

优选地，第一管壳11外还套设有第二管壳16，第二管壳16与第一管壳11之间设有保温层17。保温层17可对蒸发器1中的工质进行保温，避免热量的散失。保温层17的材质并无限制，以能够满足保温效果且具有一定的耐高温性能即可，例如石棉层、发泡聚酯层等。

请参考图1、4和5，本实施例中冷凝器2包括第三管壳21，第三管壳21的两端分别连接有端盖22，第三管壳21内设有沿周向排布的多个冷凝器管23，冷凝器管23的两端分别穿插出相应端的端盖22，端盖22与第三管壳21之间为可拆卸地固定连接，冷凝器管23的外表面上沿轴向间隔设有多个第一环形凹槽231，冷凝器管23的内表面上沿轴向间隔设有多个第二环形凹槽232，第一环形凹槽231和第二环形凹槽232在冷凝器管23的轴向上顺次交叉设置。

在本实施例中，第三管壳21的上方设有第二工质入口26，第三管壳21的下方设有第二工质出口27。第三管壳21的两端分别连接有端盖22，端盖22上设有多个用于穿插冷凝器管23的通孔。通孔与冷凝器管23之间密封连接。第三管壳21的两端设有半球形的封头部25，封头部25与对应侧的端盖22密封连接，封头部25与端盖22之间形成有密封腔。端盖22与第三管壳21之间为可拆卸地固定连接，可便于冷凝器管23的安装与拆卸，便于后期维护与更换。冷凝器管23的外表面上沿轴向间隔设有多个第一环形凹槽231，冷凝器管23的内表面上沿轴向间隔设有多个第二环形凹槽232，第一环形凹槽231和第二环形凹槽232在冷凝器管23的轴向上顺次交叉设置，使得第一环形凹槽231的底面与冷凝器2的内表面之间的壁厚值较小，第二环形凹槽232的底面与冷凝器2的外表面之间的壁厚值较小，进而利于气态工质与冷凝器管23内液体之间的热交换。其中，冷凝器2中的液体一般为冷水。此外，通过在冷凝器管23的外表面上沿轴向间隔设有多个第一环形凹槽231，冷凝器管23的内表面上沿轴向间隔设有多个第二环形凹槽232，可增加冷凝器管23与气体工质之间的接触面积，进而提高气态工质中热量与冷凝器管23中液体之间的热交换效率。

优选地，冷凝器管23的外表面上套设有多个金属片24，多个金属片24沿轴向间隔设置，且金属片24位于相邻第一环形凹槽231之间。金属片24可增加冷凝器管23与气态工质之间的接触面积，进一步提高气态工质与冷凝器管23内液体之间的热交换效率。同时，金属片24位于相邻第一环形凹槽231之间，可避免金属片24与第一环形凹槽231之间形成叠合区导致展开面积的减少。

优选地，金属片24上位于冷凝器管23下方的边沿上设有引流槽。即金属片24远离工质入口的一端上设有引流槽。由于气体工质遇到冷凝器管23后会液化产生液态工质，液体工质会沿金属片24的顶部以及冷凝器管23向金属片24的底部流动。通过在金属片24的底部设有引流槽，可便于液体工质的汇聚，进而加快液体工质的快速下排。

优选地，引流槽远离冷凝器管23的一端为扩口结构，可增加引流槽的排出口面积，利于加快液体工质的快速下排。

优选地，第一环形凹槽231的截面形状为V形、矩形或半圆形。第一环形凹槽231的截面形状决定了环形凹槽表面积的大小。同时由于在冷凝器管23外表面做凹槽结构的工艺相对繁琐，所以第一环形凹槽231的截面形状优选为V形、矩形或半圆形，既满足了符合要求的环形凹槽表面积，又不会增加制造工艺的难度。进一步优选地，第一环形凹槽231的截面形状优选为矩形。

优选地，第二环形凹槽232的截面形状为V形、矩形或半圆形。同理，第二环形凹槽232的截面形状决定了环形凹槽表面积的大小。同时由于在冷凝器管23内表面做凹槽结构的工艺相对繁琐，所以第二环形凹槽232的截面形状优选为V形、矩形或半圆形，既满足了符合要求的环形凹槽表面积，又不会增加制造工艺的难度。进一步优选地，第二环形凹槽232的截面形状优选为矩形。

优选地，第一环形凹槽231的截面形状与第二环形凹槽232的截面形状相同，可便于冷凝器管23的加工制造。同时，可确保冷凝器管23的壁厚比较均匀，进而使得冷凝器管23与气态工质之间热交换的均匀性较好。

优选地，冷凝器管23的材质为不锈钢或铜铝合金。由于不锈钢或铜铝合金大导热性能较佳，且具有轻质以及耐腐蚀的优点，可提高冷凝器管23的使用寿命。同理，金属片24的材质优选为钢或铜铝合金，也可提高金属片24的使用寿命。

此外，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种相变换热器，其特征在于，包括蒸发器和冷凝器，所述蒸发器具有第一工质入口与第一工质出口，所述冷凝器具有第二工质入口与第二工质出口，所述第一工质出口与所述第二工质入口之间通过管道连通，所述第二工质出口与所述第一工质入口之间通过管道连通，所述蒸发器包括第一管壳，所述第一管壳内设有多个沿周向排布的烟气管壳，所述烟气管壳与所述第一管壳之间设有用于存放工质的间隙，所述烟气管壳内设有共轴设置的内芯杆，所述内芯杆与所述烟气管壳之间设有多个导热部，多个所述导热部沿所述内芯的周向间隔排布，所述导热部的两端分别连接于所述内芯杆和所述烟气管壳的内壁。

2.根据权利要求1所述的相变换热器，其特征在于，相邻所述导热部之间通过连接板连接，所述连接板贴合于所述内芯杆的外表面。

3.根据权利要求1所述的相变换热器，其特征在于，所述导热部的两侧分别设有沿所述内芯杆的轴向延伸设置引流面，所述引流面为内凹的弧形结构。

4.根据权利要求3所述的相变换热器，其特征在于，所述内芯杆的底部设有定位凸起。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的相变换热器，其特征在于，所述第一管壳具有第一进气口与第一出气口，所述第一进气口与所述第一出气口分别位于所述第一管壳的两端，所述第一管壳内还设有第一安装部与第二安装部，所述第一安装部位于所述第一进气口靠近所述烟气管壳一侧，所述第二安装部位于所述第一出气口靠近所述烟气管壳一侧；

所述烟气管壳包括第二进气口与第二出气口，所述第二进气口与所述第二出气口分别位于所述烟气管壳的两端，所述第二进气口穿插于所述第一安装部且与所述第一进气口连通，所述第二出气口穿插于所述第二安装部且与所述第一出气口连通；

所述第一进气口与所述第一安装部之间设有与所述第一进气口连通的第一清灰口，所述第一出气口与所述第二安装部之间设有与所述第一出气口连通的第二清灰口。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的相变换热器，其特征在于，所述第一管壳外还套设有第二管壳，所述第二管壳与所述第一管壳之间设有保温层。

7.根据权利要求1所述的相变换热器，其特征在于，所述冷凝器包括第三管壳，所述第三管壳的两端分别连接有端盖，所述第三管壳内设有沿周向排布的多个冷凝器管，所述冷凝器管的两端分别穿插出相应端的端盖，所述端盖与所述第三管壳之间为可拆卸地固定连接，所述冷凝器管的外表面上沿轴向间隔设有多个第一环形凹槽，所述冷凝器管的内表面上沿轴向间隔设有多个第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽在所述冷凝器管的轴向上顺次交叉设置。

8.根据权利要求7所述的相变换热器，其特征在于，所述冷凝器管的外表面上套设有多个金属片，多个所述金属片沿轴向间隔设置，且所述金属片位于相邻所述第一环形凹槽之间。

9.根据权利要求8所述的相变换热器，其特征在于，所述金属片上位于所述冷凝器管下方的边沿上设有引流槽。

10.根据权利要求9所述的相变换热器，其特征在于，所述引流槽远离所述冷凝器管的一端为扩口结构。