CN113412390A

CN113412390A - 热交换器

Info

Publication number: CN113412390A
Application number: CN202080005102.6A
Authority: CN
Inventors: 杉浦矶弘; 丸本义幸; 郭嘉
Original assignee: Kagura Gas Technology Co ltd
Current assignee: Kagura Gas Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2021-09-17
Also published as: WO2021144912A1

Abstract

提供小型且能获得高气化效率的热交换器。为在成直柱体状的金属制本体块的中央设有将筒式加热器沿垂直方向容纳的加热部、并且在该加热部的周围设有将液状液化气体导入并通过来自前述筒式加热器的热传导而气化的热交换流路的热交换器，前述热交换流路由从前述本体块的上表面或下表面与前述筒式加热器平行地在前述加热部的周围以成环列状的方式穿设的多个垂直孔、从前述本体块的侧面以将相邻的前述垂直孔的上部彼此和下部彼此交替地连通的方式穿设的多个水平孔、以及将在前述本体块的表面开口的前述垂直孔及水平孔的开口部堵住的栓塞，构成为将前述加热部包围的1条矩形波状。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及适于将LPG、LNG等液化气体气化的小型热交换器。

背景技术

一直以来，作为将液化气体气化的热交换器，在工业用途、商业用途等中利用的小型热交换器是已知的。这种热交换器例如像专利文献1所公开的那样，在圆筒状的本体内浇铸缠绕成线圈状的管，并在其中央部设有用于将加热器贯穿插入的孔。然后，由加热器对本体加热，并使LPG等液化气体通过管内从而使其气化，获得LPG气体。

但是，上述热交换器由于将作为液化气体流路的管用金属浇铸，所以在管因长期的工作而老化、或管的内壁因某种理由而损伤的情况下，难以对其修理。而且，因为管是通过金属浇铸的，所以从外部通过目视来检查实际上是不可能的。因而，在该热交换器的情况下，当气化效率急剧降低、或管老化时，有必要更换装置整体。

另一方面，在专利文献2中公开了一种单元型热交换器，其在由一体成形的锻造材料构成的四棱柱状的本体，穿设沿着该本体的长度方向平行地延伸的纵横多列的多个传热孔，使加热流体的传热孔与被加热流体的传热孔相互邻接地每隔一列交替地配置，在本体的长度方向的侧面的一端具备加热流体的流入孔，并且在其另一端具备被加热流体的流入孔，在其相向侧面的一端与加热流体的流入孔相向地设置被加热流体的流出孔，并且在其另一端与被加热流体的流入孔相向地设置加热流体的流出孔。

依据该热交换，在由一体成形的锻造材料构成的四棱柱状的本体穿设纵横多列的传热孔，使加热流体的传热孔与被加热流体的传热孔相互邻接地每隔一列交替地配置，所以认为其构造是简单的，并且能够廉价且容易地制造，保养和检查是容易的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61-24898号公报

专利文献2：日本特开平4-270894号公报。

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献2所公开的热交换器是使用加热流体作为与被加热流体的热交换用热源的热交换器，因而原本就另外需要用于生成加热流体的热源。即，在被加热流体例如为液化气体，加热流体例如为温水的情况下，作为温水的热源，热水器等燃烧装置是必要的。而且，加热流体由于与被加热流体的热交换而温度逐渐降低，所以无法仍然保持用于使作为被加热流体的液化气体气化的温度。因而，将温度因热交换而降低了的被加热流体利用上述燃烧装置来重新加热，为此，用于使被加热流体在热交换器与燃烧装置之间循环的泵是必要的，作为整体而成为大规模的系统。

另外，该热交换器因为是将加热流体和被加热流体的传热孔每隔一列交替地设置的结构，所以加热流体的传热孔的条数和被加热流体的这个相同。即，在本体穿设的传热孔的总条数达到被加热流体的传热孔的2倍，但因为在一个本体能够穿设的传热孔的条数是有限的，所以如果为了气化效率的提高而增加传热孔的条数，那么本体的大小甚至装置整体都变得大型化。

本发明是为了解决上述的问题而做出的，其目的在于提供小型且能获得高气化效率的热交换器。

用于解决问题的方案

为了实现上述的目的，在本发明中利用如下的方案：为在成直柱体状的金属制本体块的中央设有将筒式加热器沿垂直方向容纳的加热部、并且在该加热部的周围设有将液状液化气体导入并通过来自前述筒式加热器的热传导而气化的热交换流路的热交换器，前述热交换流路由从前述本体块的上表面或下表面与前述筒式加热器平行地在前述加热部的周围以成环列状的方式穿设的多个垂直孔、从前述本体块的侧面以将相邻的前述垂直孔的上部彼此和下部彼此交替地连通的方式穿设的多个水平孔、以及将在前述本体块的表面开口的前述垂直孔及水平孔的开口部堵住的栓塞，构成为将前述加热部包围的1条矩形波状。

在上述方案中，本体块优选地使用比较廉价、成形性和热传导性良好的铝。但是，也可以使用与其相比高价的铜等其他金属。另外，形状为直柱体状，长方体、立方体等四棱柱是代表性的，但三棱柱、截面多边形的形状也符合，另外，侧面为曲面的圆柱与侧面由平面构成的棱柱相比，栓塞的安装稍微困难，但也不排除使本体块为圆柱。筒式加热器是将镍铬铁合金线用金属套管包覆的棒状加热器，能够高精度地插入在本体块穿设的插入孔，温度管理、控制比较容易，并且维护容易，因而作为本发明的热源来采用。在本发明中，因为液化气体不会直接接触该筒式加热器，所以防爆性也优秀。

而且，在本发明中，在通过加热部(筒式加热器)加热本体块，将热传递至其周围的热交换流路以使液化气体气化时，在筒式加热器的插入孔产生少许热阻，但其他部分是热传导性良好的金属制本体块，所以作为整体而热阻小，温度下降受抑制，对热交换流路的传热效率良好。另外，热交换流路的大部分由垂直孔构成，因为该垂直孔与筒式加热器平行，所以在热的传递上没有浪费。而且，垂直孔的上部和下部为通过水平孔以90度弯折的构造，在该部分处在液化气体的流动中产生紊乱，还有着通过搅拌效应来促进传热的优点。此外，水平孔还可以不是严格地水平，与垂直孔的角度也不限于上述的90度，还可以为比其大的角度。

加热部也能够用1根筒式加热器构成，但作为使用多个筒式加热器的情况下的选择性方案，有时也将多个筒式加热器分别距本体块的中心线等距离地容纳而成，并且热交换流路将多个垂直孔分别距最接近的前述筒式加热器等距离地穿设。该方案中，本体块的加热量与筒式加热器的根数对应地升高，另外，在从各筒式加热器向本体块的传热中没有温度不均，能够将各垂直孔均等地加热，因而气化效率上升。此外，“等距离”并非在穿设时完全不容许误差的严格的等距离，而是作为设计思想存在即可。另外，作为使用多个筒式加热器的情况下的其他结构，还可以不将全部的垂直孔都如上所述距接近的筒式加热器等距离地排列，而在热交换流路的上游侧和下游侧改变距离，以使上游侧的垂直孔与下游侧相比更接近筒式加热器的方式排列，从而提高上游侧的气化效率，这一方案也包含在本发明中。

热交换流路中的垂直孔的条数能够根据本体块的形状、大小、筒式加热器的根数等适当变更，如果一列上的垂直孔的数量为3条以内，那么水平孔为将相邻的垂直孔的上部彼此及下部彼此沿与液化气体的流动相同的方向穿设的一个形态即可。但是，在为了使热交换流路的整体长度更长以增加气化量等而使一列上的垂直孔的数量为4条以上的情况下，关于除了左右两侧的2条以外的中间的垂直孔，如果是上述形态的水平孔，则与左右两侧的垂直孔相干涉。即，水平孔总是从本体块的侧面穿设，因而关于某一列，在垂直孔例如以ABC的顺序3条平行的情况下，水平孔通过沿与液化气体的流动相同的方向穿设，从而能够将A和B的上部彼此、B和C的下部彼此连通。相对于此，在某一列的垂直孔以ABCD的顺序4条平行的情况下，关于A与B、C与D，能够与上述一样，通过与液化气体的流动为相同方向的水平孔来使上部彼此/下部彼此连通，但是关于位于中间的B和C这2条，在沿与液化气体的流动相同的方向穿设水平孔的情况下，在设备内产生不计划使用的多余的开口，产生在水平孔的穿设后将其用栓塞等堵住的劳动。于是，在本发明中，当一列上的垂直孔的数量为4条以上时，选择性地使用以下方案：水平孔在将左右两侧的垂直孔和与其邻接的中间的垂直孔连通的情况下，与上述方式同样地沿与前述液化气体的流动相同的方向穿设，另一方面在将前述中间的垂直孔彼此连通的情况下，沿与前述液化气体的流动垂直的方向穿设。依据该方案，通过具备后一形态的水平孔，带来在增加了垂直孔的条数的情况下也能够应对这一扩展性。此外，将左右两侧的垂直孔和与其相邻的中间的垂直孔连通的前一形态的水平孔能够使其直径与垂直孔的直径一致，另一方面，使中间的垂直孔彼此连通的后一形态的水平孔使其直径比相邻的2条垂直孔的间隔距离更大，进而与两条垂直孔重叠地穿设。另外，即使一列上的垂直孔的数量为3条以内，也可以将水平孔全部沿与液化气体的流动垂直的方向穿设，进而，即使一列上的垂直孔的数量为4条以上，将水平孔全部沿与液化气体的流动相同的方向穿设也包含在本发明中。

垂直孔在本发明中包含将本体块上下贯穿地穿设，在该情况下，对于1条垂直孔，在本体块的上表面和下表面2处形成开口部，将其堵住的栓塞也需要2个。于是，在本发明中，利用为以下形态的方案：从本体块的上表面或下表面中的一个穿设，不贯穿至与其相向的相反面。由此，每1条垂直孔的开口部的数量为1，能够减少栓塞的必要数量。

另一方面，关于筒式加热器的插入孔，在向本体块的传热性方面，优选地将筒式加热器更紧密地插入至插入孔，具体而言优选地，以将筒式加热器与插入孔的间隙消除的方式，在对筒式加热器涂布热传导滑脂之后插入至插入孔。但是，作为插入孔的形态，在一端堵住的非贯穿的插入孔的情况下，因为没有在将涂布了热传导滑脂的筒式加热器插入时的空气泄放孔，所以空气弹簧产生，将筒式加热器插入到插入孔直到最后是困难的。于是，在本发明中，选择性地利用将插入孔上下贯穿地设于本体块这一方案。在该方案中，在从一侧的开口将筒式加热器插入时，相反面的开口作为空气泄放孔起作用，因而与一侧堵住的非贯穿的插入孔相比，能够将筒式加热器顺利地插入。

另外，在相对于热交换流路设置液化气体的入口和出口时，优选地，将导入液状液化气体的入口设在本体块的下表面侧，另一方面将排出气化的液化气体的出口设在前述本体块的上表面侧。这是因为，比重小的气化后的液化气体自然地上升，因而能够不使用压送单元就将气化后的液化气体排除到本设备的外部。此外，该选择性的方案虽然是将直立地竖立设置本设备作为前提的优选例，但该入口、液化气体的出口的位置能够任意设置，比如将液状液化气体的入口设在本体块的上表面侧等。

另一方面，优选地，栓塞是拧入至垂直孔及水平孔的开口部以堵住的拧入栓塞。这是因为，能够将前述开口部可靠地密封，节省了像O形圈、垫圈那样对密封部分定期地分解、更换的劳动。另外，这是因为，在对热交换流路的内表面进行清洗等时，栓塞的拆卸是容易的。

发明效果

依据本发明，采用筒式加热器作为热源，将其插入至直柱体状的金属制本体块的中央以构成加热部，以包围该加热部的方式构成1条矩形波状的热交换流路，因而与将加热流体作为热源的现有的热交换器相比，能够提供小型且气化效率高的热交换器。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的热交换器的立体图。

图2中，(a)是正视图，(b)是后视图，(c)是俯视图，(d)是仰视图，(e)是左侧视图，(f)是右侧视图。

图3是图2(b)的A-A线截面图。

图4是图2(b)的B-B线截面图。

图5是图2(c)的C-C线截面图。

图6是将筒式加热器(cartridge heater)的插入孔等删除，将本体块前后截断而示出液化气体的流动的说明图。

具体实施方式

以下，根据所附的附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1是将本发明的一个实施方式所涉及的热交换器示出的立体图，图2是其基本六面视图，对直柱体状的本体块1，在其中央穿设4条作为热源的筒式加热器(未图示)的加热器插入孔2以构成加热部3，另一方面在该加热部3的周围与前述加热器插入孔2平行地穿设11条垂直孔4，并且将相邻的前述垂直孔4的上部彼此和下部彼此通过水平孔5、6交替地连通，进而将在本体块1的表面开口的垂直孔4和水平孔5、6的开口部用栓塞7、8堵住，从而最终将前述加热部3包围，构成全部的垂直孔4和水平孔5、6连通的1条矩形波状的热交换流路。

若对各部分的细节进行说明，则首先，本体块1将热传导性良好、成形也比较容易的铝作为原材料，将其无瑕疵材料等成形为直柱体状。在该实施方式中，采用了横截面为正方形的纵长的长方体(棱柱)。具体的尺寸作为一例而使横截面为105mm见方，高度为257mm。此外，1a是在设置时为了进行螺栓固定等而在本体块1的下表面侧相连设置的台座部。

在此种本体块1的中央穿设有4条加热器插入孔2，在本实施方式中如图5所示，将各加热器插入孔2在与本体块1的中心线CL相距等距离的位置以相等间隔排列。由此，能够使加热部3周围的温度分布为均匀的。另外，各加热器插入孔2以将本体块1的上下贯穿的方式穿设。这是因为，在使用滑脂等将筒式加热器压入到加热器插入孔2时，与插入侧为相反侧的开口成为卸压口，能够将筒式加热器顺利地插入。此外，在筒式加热器的插入后，加热器插入孔2的一侧开口作为导线的引出口，另一方面，另一侧开口由拧入栓塞等堵住。在本实施方式中，将本体块1的下表面(底面)侧作为开口，上表面(顶面)侧的开口堵住。

而且，将插入了上述加热器插入孔2的4根筒式加热器作为一组而构成加热部3，在其周围，穿设作为热交换流路的主要构成要素的垂直孔4。该垂直孔4是与加热器插入孔2平行地沿垂直方向穿设的，在本实施方式中如图3、4所示，以与最接近的加热器插入孔2的间隔距离为等距离的方式，将共计11条垂直孔4配置成包围加热部3的环列状。此外，该情况下的等距离不是在穿设时完全不容许误差的严格的等距离，而是作为设计思想存在即可。

另外，在穿设垂直孔4时，也可以将本体块1上下贯穿，但如果这么做，那么垂直孔4的上下成为开口部，为了将这两者堵住，对于每1条垂直孔3，总是需要2个栓塞7。因此，在本实施方式中，如图5所示，从本体块1的上表面穿设垂直孔4，使其为不将相反侧的下表面贯穿的非贯穿孔。由此，开口部变为1处，能够使栓塞7的必要数量减半。另外，与使其上下完全地贯穿的情况相比，也能够减少切削碎屑的量。此外，在将开口部堵住的栓塞7中，采用拧入栓塞在密封性、维护性方面是有利的，但不限于此。

对按上述要点构成的11条垂直孔4，通过水平孔5、6使相邻的垂直孔的上部与下部交替地连通，最终构成如图6所示的、作为整体而上部和下部交替地弯折的矩形波状的热交换流路，但在本实施方式中，根据垂直孔4的位置而将两种形态的水平孔5、6区分使用。即，在本实施方式的情况下，关于成环列状的11条垂直孔4，存在一列上的垂直孔4的条数为4条以上的列，若根据其穿设位置大致划分，则如图2(c)所示，分为位于本体块1的对角线上的共计3条垂直孔4a、以及其以外的中间的垂直孔4b。此外，更一般地，垂直孔4a也能够改为说成是在本体块1的各侧面位于与本体块1的角部接近的左右两侧的垂直孔，垂直孔4b也能够改为说成是位于被垂直孔4a夹住的中间的垂直孔。

关于这样的穿设位置不同的两种垂直孔4a、4b，在将两侧的垂直孔4a与中间的垂直孔4b连通时，如图3、4所示，从本体块1的侧面沿与液化气体的流动相同的方向穿设水平孔5。另一方面，在中间的垂直孔4b彼此的情况下，从本体块1的侧面沿与液化气体的流动垂直的方向穿设水平孔6以使其连通。

此外，这些水平孔5、6除了如上所述相对于液化气体流动的穿设方向不同之外，如果是前一种水平孔5，那么是与垂直孔4a、4b几乎相同直径的较小直径即可，相对于此，在后一种水平孔6中，使其为超过相邻垂直孔4b的间隔距离的大直径是有必要的，如此直径的大小也不同，但不管如何，液化气体的流动在该部分都会紊乱，通过搅拌效应促进传热，能够使液化气体更可靠地气化。

最后，关于水平孔5、6，通过将其开口部用拧入栓塞等栓塞7、8堵住，完成1条连续的矩形波状的热交换流路。而且，虽然能在该热交换流路的任何部位设置液化气体的入口和出口，但在本实施方式中，如图6所示，将正面侧的中间的垂直孔4b作为起点，在其下部设置将液状液化气体导入的接头(液体入口)9，将左侧面侧的中间的垂直孔4b作为终点，在其上部开口代替栓塞而设置接头(气体出口)10。

此外，上述实施方式是本发明的一种方式，本体块还可以是圆柱状等其他的直柱体状，另外，构成加热部的筒式加热器(的插入孔)的数量、构成热交换流路的垂直孔/水平孔的数量也能够根据所期望的气化量等而增减。

符号说明

1 本体块

2 加热器插入孔

3 加热部

4 垂直孔

5、6 水平孔

7、8 栓塞

9 液体入口

10 气体出口。

Claims

1.一种热交换器，在成直柱体状的金属制本体块的中央设有将筒式加热器沿垂直方向容纳的加热部，并且在该加热部的周围设有将液状液化气体导入并通过来自所述筒式加热器的热传导而气化的热交换流路，其特征在于，所述热交换流路由从所述本体块的上表面或下表面与所述筒式加热器平行地在所述加热部的周围以成环列状的方式穿设的多个垂直孔、从所述本体块的侧面以将相邻的所述垂直孔的上部彼此和下部彼此交替地连通的方式穿设的多个水平孔、以及将在所述本体块的表面开口的所述垂直孔及水平孔的开口部堵住的栓塞，构成为将所述加热部包围的1条矩形波状。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，加热部是如下形成的：将多个筒式加热器分别距本体块的中心线等距离地容纳，并且将多个垂直孔分别距最接近的所述筒式加热器等距离地穿设。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，热交换流路是如下构成的：当一列上的垂直孔的数量为4条以上时，水平孔沿与所述液化气体的流动相同的方向穿设以使左右两侧的垂直孔与中间的垂直孔连通，另一方面沿与所述液化气体的流动垂直的方向穿设以使所述中间的垂直孔彼此连通。

4.根据权利要求1、2或3所述的热交换器，其中，垂直孔为从本体块的上表面或下表面穿设且不贯穿到相反面的形态。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的热交换器，其中，筒式加热器容纳于在本体块上下贯穿地设置的插入孔。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的热交换器，其中，相对于热交换流路，将导入液状液化气体的入口设在本体块的下表面侧，另一方面将排出气化的液化气体的出口设在所述本体块的上表面侧。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的热交换器，其中，栓塞是拧入至垂直孔及水平孔的开口部以堵住的拧入栓塞。