[go: up one dir, main page]

CN101666589A - 组合热管换热器 - Google Patents

组合热管换热器 Download PDF

Info

Publication number
CN101666589A
CN101666589A CN 200910307503 CN200910307503A CN101666589A CN 101666589 A CN101666589 A CN 101666589A CN 200910307503 CN200910307503 CN 200910307503 CN 200910307503 A CN200910307503 A CN 200910307503A CN 101666589 A CN101666589 A CN 101666589A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat pipe
heat
partition
natural gas
fixing structure
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.)
Granted
Application number
CN 200910307503
Other languages
English (en)
Other versions
CN101666589B (zh
Inventor
巨永林
王刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Marriott Energy Equipment Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Jiao Tong University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiao Tong University filed Critical Shanghai Jiao Tong University
Priority to CN 200910307503 priority Critical patent/CN101666589B/zh
Publication of CN101666589A publication Critical patent/CN101666589A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101666589B publication Critical patent/CN101666589B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

一种制冷技术领域的组合热管换热器，包括：箱体、隔板、若干热管和热管固定结构，其中：箱体的两端分别对应设有天然气进口管路、制冷剂出口管路以及制冷剂进口管路、液化天然气出口管路，隔板的一端固定设置于箱体内部一端的天然气进口管路和制冷剂出口管路之间，隔板的另一端固定设置于箱体内部另一端的制冷剂进口管路和液化天然气出口管路之间，热管固定结构固定设置于隔板上，热管与热管固定结构相连接并与隔板相垂直。本发明集成了热管的高导热性的特点，克服了目前工业中普通换热器材料导热性能差的缺点。

Description

组合热管换热器
技术领域
本发明涉及一种制冷技术领域的装置，具体涉及一种适用于天然气液化流程的组合热管换热器。
背景技术
目前，液化天然气(LNG)技术已经成为一门新兴工业正在迅猛发展。液化过程中，天然气与制冷剂之间的换热效率是决定天然气液化率及能耗的关键因素之一，也直接关系到LNG产出率及经济性。目前工业中广泛采用的天然气液化流程中，主要采用板翅式换热器及管壳式换热器，其通道狭小、易堵塞，清洗维修较困难，特别是由于受到其制备材料，如钢、铝、铜等导热系数的制约，其换热效率低，所以体积都非常庞大。针对我国存在大量产气量较小的边际气田的现状，在我国不大可能出现大型基本负荷型液化天然气工厂，但却存在对小型液化装置的潜在的较大需求，包括小储量分布偏散的天然气源、油田伴生天然气(湿气)、煤层天然气(瓦斯)、城市垃圾池天然气(沼气)等的液化回收。开发小型撬装式天然气液化装置一直是业界关注的热点。
热管是一种利用工质的相变蒸发制冷，使热量快速传导的装置。将热管与普通换热器结合组成热管换热器，其腔内的流形很容易实现纯逆流流动，可以在不改变冷、热流体入口温度的条件下，增大平均温差，提高传热效果。在两个换热腔体内的热管部分，可以很方便地实现翅片化，从而提高传热面积，强化传热过程。对于给定热流密度，由于热管传热强度很大，传热性能优良，从而可以减小传热面积，减少设备体积和重量，多年来，人们一直在研究如何利用热管技术提高换热器的换热效率。
经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号CN88217498.3公开的“组合型热管换热器”，介绍了一种用于回收烟气余热的组合型热管换热器，在结构上采用两组热管束串联的方式，前一组为气-水换热的敞开型热管束，后一组为气-气换热的密闭型热管束。但其结构和特点并不适用于低温工况下液化天然气，检索中还发现中国专利申请号CN95239565.7公开的“电加热内热式组合热管”，其热管束上部相互连通，下部也互相连通，但该技术一旦热管某处发生破损泄露，则导致整个热管换热器无法正常工作，而液化天然气对设备安全性要求极高，故难以大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种组合热管换热器，将换热流程划分为多个温区，可大幅提高天然气液化流程中制冷剂与天然气之间的换热效率，简化换热器结构，减小设备体积，提高能量的利用率，降低工业成本。该换热器集成了热管的高导热性的特点，克服了目前工业中普通换热器材料导热性能差的缺点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：箱体、隔板、若干热管和热管固定结构，其中：箱体的两端分别对应设有天然气进口管路、制冷剂出口管路以及制冷剂进口管路、液化天然气出口管路，隔板的一端固定设置于箱体内部一端的天然气进口管路和制冷剂出口管路之间，隔板的另一端固定设置于箱体内部另一端的制冷剂进口管路和液化天然气出口管路之间，热管固定结构固定设置于隔板上，热管与热管固定结构相连接并与隔板相垂直。
所述的箱体为隔热材料制成。
所述的隔板为硬质铝平板，该隔板将箱体分割为上腔体和下腔体，
所述的隔板上设有若干通孔，该通孔的内径与热管固定结构相匹配。
所述的热管固定结构包括：密封圈和连接法兰，其中：连接法兰套接于热管外部并固定设置于隔板上，密封圈固定设置于连接法兰和隔板之间。
所述的热管的外侧设有若干翅片，该翅片与热管轴线相垂直。
与现有技术相比，本发明将热管换热器应用于天然气液化流程，有效提高了冷量在制冷剂和天然气之间的传输效率；采用多级组合热管结构，将箱体划分为多个温区，根据每个温区温度的要求，选取合适的热管工质，使得该温度下的热管能充分发挥其性能，从而减少能量损失，节约成本。
附图说明
图1为本发明箱体结构剖视图。
图2为热管固定结构图。
图3为实施例工作流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：箱体1、隔板2、若干热管3和热管固定结构4，其中：箱体1的两端分别对应设有天然气进口管路5、制冷剂出口管路6以及制冷剂进口管路7、液化天然气出口管路8，隔板2的一端固定设置于箱体1内部一端的天然气进口管路5和制冷剂出口管路6之间，隔板2的另一端固定设置于箱体1内部另一端的制冷剂进口管路7和液化天然气出口管路8之间，热管固定结构4固定设置于隔板2上，热管3与热管固定结构4相连接并与隔板2相垂直。
所述的箱体1为隔热材料制成。
所述的隔板2为硬质铝平板，该隔板2将箱体1分割为上腔体9和下腔体10，热管3按照固定结构4固定在隔板上。
所述的热管3的冷凝段处于上腔体9内，蒸发段处于下腔体10内，天然气从管路5进入，外掠流过热管3蒸发段后从管路8流出腔体，制冷剂从管路7进入，外掠流过热管3冷凝段后从管路6流出腔体。
所述的隔板2上设有若干通孔11，该通孔11的内径与热管固定结构4相匹配。
所述的通孔11，在隔板上的分布方式为正三角形叉排排列，垂直于气体流动方向的管间距为80mm；
所述的热管固定结构4包括：密封圈12和连接法兰13，其中：连接法兰13焊接于热管3外部并固定设置于隔板2上，密封圈12固定设置于连接法兰13和隔板2之间。
所述的热管3的外侧设有若干翅片14，该翅片14与热管3轴线相垂直。
所述的翅片14的厚度为0.5mm，翅片外径为50mm，翅片间距为2mm，采用挤压工艺加工成型。
所述的热管3的规格为φ25mm×1.5mm的硬质铝管，总长度为4000mm，蒸发段长度为1990mm，冷凝段长度为1990mm，绝热段长度为20mm。
所述的热管3的中部绝热段焊接连接法兰13。
所述的热管3采用正三角叉排方式设置于隔板上，迎风第一排安装30根热管，横向间距(垂直于气流方向)为80mm，纵向间距69.3mm，按照日处理20万标准立方的天然气的流程设计，则需安装热管40排，共计1100根热管。
所述的热管3，对应不同的温度区域，内部充注有不同的工质，如氨、乙烷、甲烷等。
如图1所示，制冷剂与天然气分别从箱体两侧的制冷剂进口管路7和天然气进口管路1，以逆流状态进入换热空腔内，制冷剂的冷量通过组合热管管束逐级传递给天然气，并将其液化。箱体内部分为多个工作温区(如I、II、III)，工作在每个温区的热管采用不同热物理特性的工质，使得每个热管换热器能够在其工作温区得到充分利用。
如图2和图3所示，基于数值计算和软件模拟，每个温区的热管内部都选用了不同热物理特性的工质，而且在每个温区内，排与排之间热管内部的工质的充注量和压力也可不同，目的在于使得在各相应温度下，热管的换热效率都能达到最高，并且更有效的利用冷能。
此换热器针对日处理20万标准立方的天然气液化流程设计，箱体内部分为3个温区，然后根据不同热管工质的热物理特性，并综合系统安全性和材料的腐蚀性进行选取：
I级温区：200-300K，热管工质选用氨；
II级温区：150-200K，热管工质选用乙烷；
III级温区：110-150K，热管工质选用甲烷。
考虑利用重力使管内液体回流，热管型式采用重力热管，并加缓蚀剂增加热管寿命。箱体规格为高4m，宽2.5m，长2.8m。热管基管材料采用硬质合金铝，外直径φ25mm，壁厚1.5mm。在天然气流经的热管两端，管壁外侧安装环形铝翅片以增加换热面积，翅片外径φ50mm，翅片厚度0.5mm，翅片间距2mm。热管束采用正三角叉排方式，第一排安装30根热管，横向间距80mm，纵向间距69.3mm，3级温区共40排，总共1100根热管。
组合热管换热器稳定工作时，主要包括2个循环：制冷剂循环和热管内部工质的相变循环。制冷剂提供冷量，利用热管内部工质的相变循环将冷量传递给天然气，将其冷却。首先，常温下的天然气由天然气进口管路5进入箱体内部，通过一系列氨热管束，由I级温区内部制冷剂给其提供冷量，冷却至II级温区的进口温度(200K左右)；接着进入II级温区，其内部采用乙烷型热管束进行换热，使天然气冷却至III级温区的进口温度(150K左右)；然后进入III级温区，其内部采用甲烷型热管束进行换热，可将天然气冷却至液态，最后存入液化天然气储罐。在这三级换热器中，换热器材料要求能在低温下正常工作，因而采用能在低温下正常工作的低温铝合金作为热管基管材料；运行时，换热器内部压力较高，约为2MP左右，因而适当加厚了翅片厚度(0.5mm)，以增强其强度。

Claims (7)

1.一种组合热管换热器，包括：箱体、隔板、若干热管和热管固定结构，其特征在于：箱体的两端分别对应设有天然气进口管路、制冷剂出口管路以及制冷剂进口管路、液化天然气出口管路，隔板的一端固定设置于箱体内部一端的天然气进口管路和制冷剂出口管路之间，隔板的另一端固定设置于箱体内部另一端的制冷剂进口管路和液化天然气出口管路之间，热管固定结构固定设置于隔板上，热管与热管固定结构相连接并与隔板相垂直。
2.根据权利要求1所述的组合热管换热器，其特征是，所述的箱体为隔热材料制成。
3.根据权利要求1所述的组合热管换热器，其特征是，所述的隔板将箱体分割为上腔体和下腔体。
4.根据权利要求1或3所述的组合热管换热器，其特征是，所述的隔板上设有若干通孔，该通孔的内径与热管固定结构相匹配。
5.根据权利要求1所述的组合热管换热器，其特征是，所述的热管固定结构包括：密封圈和连接法兰，其中：连接法兰套接于热管外部，并固定设置于隔板上，密封圈固定设置于连接法兰和隔板之间。
6.根据权利要求1所述的组合热管换热器，其特征是，所述的热管采用正三角叉排方式设置于隔板上。
7.根据权利要求1或6所述的组合热管换热器，其特征是，所述的热管的外侧设有若干翅片，该翅片与热管轴线相垂直。
CN 200910307503 2009-09-23 2009-09-23 组合热管换热器 Active CN101666589B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910307503 CN101666589B (zh) 2009-09-23 2009-09-23 组合热管换热器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910307503 CN101666589B (zh) 2009-09-23 2009-09-23 组合热管换热器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101666589A true CN101666589A (zh) 2010-03-10
CN101666589B CN101666589B (zh) 2010-12-01

Family

ID=41803315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200910307503 Active CN101666589B (zh) 2009-09-23 2009-09-23 组合热管换热器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101666589B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102288055A (zh) * 2010-12-29 2011-12-21 张家港市江南锅炉压力容器有限公司 一种热管管壳式换热器
CN102865761A (zh) * 2012-10-17 2013-01-09 北京德能恒信科技有限公司 一种集束式热管换热器
CN103234375A (zh) * 2013-05-09 2013-08-07 河北瑞能达节能科技有限公司 组合管板式热管余热回收器
CN103256762A (zh) * 2013-05-20 2013-08-21 华南理工大学 一种利用液化天然气冷能制冰工艺及装置
CN103499166A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 中国科学院广州能源研究所 一种低温热管式过冷却器
CN104070169A (zh) * 2014-06-24 2014-10-01 华南理工大学 一种烧结式热管定量填粉设备
CN104896302A (zh) * 2015-06-09 2015-09-09 江苏科技大学 一种采用梯级汽化技术的lng汽化器
CN107478081A (zh) * 2017-08-30 2017-12-15 四川建源节能科技有限公司 便于固定在水管上的换热管
CN109334515A (zh) * 2018-10-18 2019-02-15 孙栋 一种电动汽车用电池与电机混合热流冷却器
CN110715569A (zh) * 2019-10-22 2020-01-21 航天科工哈尔滨风华有限公司 一种用于lng气体的双壳式夹套热管换热器
CN110978457A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 大连理工大学 一种复合式异形热管传热的挤出机机筒及其使用方法
CN115095790A (zh) * 2022-06-17 2022-09-23 中国石油大学(华东) 一种海上氢能储运系统
CN117091334A (zh) * 2023-09-18 2023-11-21 江苏玖亿玖能源科技有限公司 基于热管换热器的液氮冷能利用装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100857990B1 (ko) * 2002-08-05 2008-09-10 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 액정표시장치의 백라이트유니트 구조

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102288055A (zh) * 2010-12-29 2011-12-21 张家港市江南锅炉压力容器有限公司 一种热管管壳式换热器
CN102865761A (zh) * 2012-10-17 2013-01-09 北京德能恒信科技有限公司 一种集束式热管换热器
CN103234375B (zh) * 2013-05-09 2015-03-25 河北瑞能达节能科技有限公司 组合管板式热管余热回收器
CN103234375A (zh) * 2013-05-09 2013-08-07 河北瑞能达节能科技有限公司 组合管板式热管余热回收器
CN103256762A (zh) * 2013-05-20 2013-08-21 华南理工大学 一种利用液化天然气冷能制冰工艺及装置
CN103499166A (zh) * 2013-09-27 2014-01-08 中国科学院广州能源研究所 一种低温热管式过冷却器
CN104070169B (zh) * 2014-06-24 2016-08-17 华南理工大学 一种烧结式热管定量填粉设备
CN104070169A (zh) * 2014-06-24 2014-10-01 华南理工大学 一种烧结式热管定量填粉设备
CN104896302A (zh) * 2015-06-09 2015-09-09 江苏科技大学 一种采用梯级汽化技术的lng汽化器
CN107478081A (zh) * 2017-08-30 2017-12-15 四川建源节能科技有限公司 便于固定在水管上的换热管
CN109334515A (zh) * 2018-10-18 2019-02-15 孙栋 一种电动汽车用电池与电机混合热流冷却器
CN110715569A (zh) * 2019-10-22 2020-01-21 航天科工哈尔滨风华有限公司 一种用于lng气体的双壳式夹套热管换热器
CN110978457A (zh) * 2019-12-26 2020-04-10 大连理工大学 一种复合式异形热管传热的挤出机机筒及其使用方法
CN115095790A (zh) * 2022-06-17 2022-09-23 中国石油大学(华东) 一种海上氢能储运系统
CN115095790B (zh) * 2022-06-17 2023-08-18 中国石油大学(华东) 一种海上氢能储运系统
CN117091334A (zh) * 2023-09-18 2023-11-21 江苏玖亿玖能源科技有限公司 基于热管换热器的液氮冷能利用装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101666589B (zh) 2010-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101666589A (zh) 组合热管换热器
CN201289171Y (zh) 一种热管式同时蓄冷蓄热装置
CN101782340B (zh) 多级式高效波纹管余热回收装置
CN204730717U (zh) 一种低温相变储热装置
CN202328324U (zh) 管壳式中间介质气化器
CN102278907B (zh) 外凸式非对称型波节管换热器
CN103411454A (zh) 一种外凸式波节管错位布置的管式换热器
CN1140764C (zh) 缩放管全逆流双壳程轴流式换热器及其换热方法
CN201852495U (zh) 一种余热回收用螺旋折流板支撑双面强化管管束换热器
CN106287212A (zh) 一种回热式气化器
CN114322623A (zh) 一种高温多换热管紧凑型相变换热装置
CN104896302B (zh) 一种采用梯级汽化技术的lng汽化器
CN201237465Y (zh) 振荡流热管换热器
CN106382836A (zh) 分离型热管洗浴废水余热回收系统及方法
CN216869272U (zh) 强化换热的可承压蓄冷蓄热器
CN110595078A (zh) 新型太阳能真空管空气集热、换热一体化联箱的集热方法
CN206274229U (zh) 一种新型搪瓷式径向热管换热器
CN106017169B (zh) 一种采用自循环中间介质的lng汽化器及实现方法
CN215177132U (zh) 一种复合传热回热器
CN205090407U (zh) 一种盘管式热交换装置
CN103791744A (zh) 双相变潜热换热器
CN203719489U (zh) 双相变潜热换热器
CN108398044B (zh) 一种换热-储热方法及装置
CN103363689B (zh) 利用固体介质换热的热管式太阳能集热器
CN208432139U (zh) 超导换热单元及其装置、系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Huaian Xin Ao gas development Co., Ltd

Assignor: Shanghai Jiao Tong University

Contract record no.: 2012320000808

Denomination of invention: Combined heat pipe exchanger

Granted publication date: 20101201

License type: Exclusive License

Open date: 20100310

Record date: 20120620

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190527

Address after: 230088 Room 603, Building B3, Innovation Industrial Park, Hefei High-tech Zone, Anhui Province

Patentee after: Hefei zonhon engineering equipment limited liability company

Address before: 200240 No. 800, Dongchuan Road, Shanghai, Minhang District

Patentee before: Shanghai Jiao Tong University

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190613

Address after: 230088 1688 Baiyan Wan Road, Hefei High-tech Zone, Anhui Province

Patentee after: Hefei Marriott Energy Equipment Co., Ltd.

Address before: Room 603, Block B3, Innovation Industrial Park, Hefei High-tech Zone

Patentee before: Hefei zonhon engineering equipment limited liability company

TR01 Transfer of patent right