CN115406271B

CN115406271B - 一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器

Info

Publication number: CN115406271B
Application number: CN202211047775.5A
Authority: CN
Inventors: 王少政; 黄护林; 王彦利; 韩晓飞; 鹿鹏
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-10-11
Anticipated expiration: 2042-08-30
Also published as: CN115406271A

Abstract

本发明公开了一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，包括废液导入部分、有机工质循环部分、有机工质恒温部分和排污部分共4部分，通过余热回收的方法，通过吸收废液的余热对有机工质进行加热，增加有机工质恒温部分的设计，提高有机工质出口温度的稳定性；对换热管进行优化改良，降低了堵塞风险的同时，强化换热，并且通过肋板和挡板的组合应用，增加了流程数。

Description

一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器

技术领域

本发明属于液态金属磁流体发电机领域，具体涉及一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器。

背景技术

有机工质与液态金属两相磁流体发电是一种新型的发电方式，具有结构简单、无运动部件、装机容量无限、驱动方式多样性、效率高、环境污染少等优点，节约能源。有机工质与液态金属两相磁流体发电，应用气液两相流的概念，使两种流体混合在一起，依靠有机工质气体的膨胀作用带动液态金属工质通过发电机。但是发电装置内存在气液两相流体的流动及传热，在有机工质和液态金属混合前，需要对有机工质进行预热，使发电过程中有机工质汽化过程从液态金属中吸收的热量减少，使两相流体流动过程趋于等温，提高系统的循环效率。对有机工质进行预热，需要相应的加热器或换热设备，加热器因为功耗较高，降低发电效率，而换热设备是通过利用废液的余热，达到对有机工质的加热目的。但传统换热设备无法达到精准控温的效果，并且长期对含有固体颗粒的废液进行余热回收，期间固体颗粒对传统换热设备的磨损较大，长期使用容易结垢堵塞，清理较为麻烦，导致换热效率低，使用寿命较短，检修次数过多等问题，为实验室和工业生产带来巨大困扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，利用本发明的换热器对有机工质的温度做到精准控温，既可以对实验室和工业中的废液进行余热回收利用，又可以减少设备结垢堵塞及不易清理的问题，使用寿命长。

为达到上述目的，本申请所采用的技术方案是：

一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，包括废液导入部分、有机工质循环部分、有机工质恒温部分和排污部分；

所述废液导入部分包括由上而下依次连接的废液进口接管、椭圆形封头、上管板、换热管和下管板；所述上管板包括分程盖板A和分程挡板A，所述分程盖板A上设有呈圆周分布接管孔；当废液流入时，穿过分程盖板A与分程挡板A所组成的流道，从接管孔进入换热管，上管板起到废液均匀分布，并减小废液对换热管冲击的作用；所述换热管由多个单节换热管连接而成，每个单节换热管包括一个单节换热管接口A和单节换热管接口B，单节换热管之间通过单节换热管接口A和单节换热管接口B依次首尾焊接组成，换热管采用改良的波纹管结构，强化传热，并且根据废液流向的不同，换热管的朝向也发生改变，这是通过其结构使废液不断冲刷管壁，减免废液中的污垢堵塞换热管路的风险；所述下管板包括分程盖板B和分程挡板B，所述分程盖板B上设有接管孔，与上管板共同作用时，增加废液的流程，增强换热能力；

所述有机工质循环部分包括有机工质出口接管、有机工质进口接管、外壳、分隔肋板、开口肋板、肋板出液口、环形挡板、环形挡板出液口；所述外壳与上管板焊接，外壳外壁面设有有机工质出口接管；在外壳内壁面在有机工质出口接管的两侧分别焊接分隔肋板，有机工质进口接管与有机工质出口接管之间仅相隔一块分隔肋板，分隔肋板另一侧按等角度分布有6块开口肋板，开口肋板与外壳内壁无缝焊接，在外壳内侧与其同轴心设置环形挡板为第一层，第一层环形挡板外壁面与已经设置的开口肋板，分隔肋板焊接，其内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板，和2块分隔肋板，并设置与外壳同轴心环形挡板为第二层，其内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板，和2块分隔肋板，并设置与外壳同轴心环形挡板为第三层，其内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板，和2块分隔肋板，并设置与外壳同轴心环形挡板为第四层；在相邻2块分隔肋板间的环形挡板外壁面上设有环形挡板出液口，开口肋板上均设有肋板出液口，通过这些开口，增加了有机工质流程数，与换热管充分接触换热，增强了换热能力；

所述有机工质恒温部分设置在外壳外壁面，包括漏电保护器、空气开关、隔离变压器、整流桥；整流桥通常带有足够大的电感性负载，因此有机工质恒温部分不会出现电流断续，使加热电阻工作更为稳定，结合温度传感器，更好的控制有机工质出口温度；隔离变压器作用就是把两相电隔离开来，防止触电事故的发生，隔离变压器属于安全电源，一般用来机器维修保养用起保护、防雷、滤波作用，结合空气开关和漏电保护器提高换热器的使用安全性；

所述排污部分设置在下管板下方，包括集液槽和集液槽出口接管。

进一步的，所述上管板内表面同轴心焊接分程盖板A和分程挡板A；所述下管板内壁面同轴心焊接分程盖板B和分程挡板B。

进一步的，所述换热管与上管板，下管板先涨接后焊接，换热管凸型朝向与管内废液流动方向一致。

进一步的，所述单节换热管采用波纹管结构。

进一步的，所述开口肋板，分隔肋板，环形挡板上壁面均与上管板焊接，下壁面均与下管板焊接。

进一步的，所述肋板出液口设置在开口肋板上距上管板0.1~0.2肋板高度。

进一步的，所述有机工质出口接管和外壳外侧裹有保温层，保温层覆盖在外壳表面，减缓有机工质热量损耗。

进一步的，所述有机工质出口接管外侧设置有加热电阻和温度传感器，用于控制有机工质出口接管的流体温度。

进一步的，所述下管板底侧与集液槽焊接，集液槽外壁面设有集液槽出口接管，底部设有支腿和排污口，用于改善污垢难于清理的现状，提高设备的使用周期。

本发明的有益效果为：

1、本发明废液导入部分，通过结构优化后的上管板、换热管、下管板的共同作用，起到废液均匀分布减小废液对换热管冲击的作用，并且增加废液的流程，增强换热能力；

2、换热管由多个单节换热管连接组成，换热管采用改良的波纹管结构，强化传热，并且根据废液流向的不同，换热管的朝向也发生改变，使废液不断冲刷管壁，减免废液中的污垢堵塞换热管路的风险；

3、有机工质导入部分采用分隔肋板、开口肋板、环形挡板的设计，增加了有机工质流程数，与换热管充分接触换热，增强了换热能力；

4、在有机工质恒温部分采用整流桥，加热电阻和温度传感器组合设计，使加热电阻工作更为稳定，更好的控制有机工质出口温度，隔离变压器与空气开关和漏电保护器提高设备的使用安全性；

5、排污部分的设置，解决了设备长期使用容易结垢堵塞，清理较为麻烦，换热效率低的现状，提高设备的使用周期。

附图说明

图1为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器整体图；

图2为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器剖视图；

图3为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器局部放大图；

图4为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器去除换热管剖视图；

图5为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器布管图；

图6为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器上管板整体图；

图7为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器主视图；

图8为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器下管板整体图；

图9为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器下管板主视图；

图10为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器管板俯视图；

图11为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器换热管整体图；

图12为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器热管剖视图；

图13为本申请的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器单节换热管。

图中序号说明：1、废液进口接管；2、椭圆形封头；3、上管板；4、保温层；5、漏电保护器；6、集液槽；7、支腿；8、温度传感器；9、加热电阻；10、有机工质出口接管；11、空气开关；12、隔离变压器；13、整流桥；14、有机工质进口接管；15、下管板；16、集液槽出口接管；17、排污口；18、换热管；19、外壳；20、肋板出液口；21、开口肋板；22、环形挡板；23、分隔肋板；24、环形挡板出液口；25、接管孔；26、分程盖板A；27、分程挡板A；28、分程盖板B；29、分程挡板B；30、单节换热管；31、单节换热管接口A；32、单节换热管接口B。

具体实施方式

以下结合附图对申请作进一步描述。

如图1-13所示，本实施方式所述的一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器包括废液进口接管1与椭圆形封头2焊接；椭圆形封头2与上管板3焊接；上管板3底面开有呈圆周分布接管孔25，上管板3内表面同轴心焊接分程盖板A26和分程挡板A27；换热管18与上管板3，下管板15先涨接后焊接，换热管18凸型朝向与管内废液流动方向一致；外壳19与上管板3焊接，有机工质出口接管10，外壳19外侧裹有保温层4；有机工质进口接管14对应与外壳19焊接，并在连接处进行接管补强，同时在有机工质出口接管10外侧设置有加热电阻9和温度传感器8，严格控制有机工质出口接管10的流体温度；外壳19外壁面设置有机工质恒温的控制部分，包括空气开关11，漏电保护器5，隔离变压器12，整流桥13；外壳19内壁面在有机工质出口接管10的2侧分别焊接分隔肋板23，有机工质进口接管14与有机工质出口接管10之间仅相隔一块分隔肋板23，分隔肋板23另一侧按等角度分布有6块开口肋板21与外壳19内壁无缝焊接，在外壳19内侧与其同轴心设置环形挡板22为第一层，外壁面与已经设置的开口肋板21，分隔肋板23焊接，其内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板21，和2块分隔肋板23，并设置与外壳19同轴心环形挡板22为第二层，其内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板21，和2块分隔肋板23，并设置与外壳19同轴心环形挡板22为第三层，其内侧按同样方式等角度焊接块肋板，包括2块开口肋板21，和2块分隔肋板23，并设置与外壳19同轴心环形挡板22为第四层；开口肋板21，分隔肋板23，环形挡板22上壁面均与上管板3焊接；在相邻2块分隔肋板23间的环形挡板22外壁面上设有环形挡板出液口24，开口肋板21上距上管板3,0.1~0.2开口肋板21高度处均设有肋板出液口20；换热管18根据换热需求由多个单节换热管30经换热管接口A31与换热管接口B32焊接组成，换热管30凸起方向与流动方向一致；换热管18对应管程与下管板15先涨接后焊接；开口肋板21，分隔肋板23，环形挡板22，外壳19下壁面均与下管板15焊接；下管板15上壁面开有呈圆周分布接管孔25，下管板15内壁面同轴心焊接分程盖板B28和分程挡板B29；下管板15底侧与集液槽6焊接，集液槽6外壁面设有集液槽出口接管16，底部设有支腿7和排污口17。

参见附图1~13，本换热器使用时，首先对实验室或工业生产生成的混合液简单处理后，从废液进口接管1流入，流经椭圆形封头2，上管板3环形内壁面与分程盖板A26外环形壁面形成流道,混合液通过流道从上管板3上表面接管孔25进入到外围2层换热管18充分换热流入到下管板15,混合液通过下管板15内环形壁面与分程挡板B29以及分程盖板B28组成的流道,当积累混合液超过分程挡板29时进入内侧所形成的环形流道,通过接管孔25进入到中间两层环形换热管18,从上管板3表面的接管孔25进入到上管板3与分程盖板A26,分程挡板A27形成的环形流道,当混合液超过分程挡板A27时进入到,由分程挡板A27内环形壁面形成的流道,通过接管孔25进入换热管18,接着通过下管板15进入到集液槽6,最后经换热冷却后混合液从集液槽出口接管16排出或送回过滤设备继续进行循环过滤,集液槽6中沉积的污垢从排污口17排出。

有机工质从外壳19上有机工质进口接管14导入，流体通过分隔肋板23与环形挡板22所组成的流道、并通过开口肋板21上设有肋板出液口20，以及环形挡板22上设有环形挡板出液口24，通过这些开口，增加了有机工质流程数，与换热管18充分接触换热，最后从有机工质出口接管10导出，在此过程中，温度传感器8对流体温度进行测量，如果有机工质温度未到要求，则通过加热电阻9加热至指定温度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，包括废液导入部分、有机工质循环部分、有机工质恒温部分和排污部分；

所述废液导入部分包括由上而下依次连接的废液进口接管（1）、椭圆形封头（2）、上管板（3）、换热管（18）和下管板（15）；所述上管板（3）包括分程盖板A（26）和分程挡板A（27），所述分程盖板A（26）上设有呈圆周分布接管孔（25）；所述换热管（18）由多个单节换热管（30）连接而成，每个单节换热管（30）包括一个单节换热管接口A（31）和单节换热管接口B（32），单节换热管（30）之间通过单节换热管接口A（31）和单节换热管接口B（32）依次首尾焊接组成；所述下管板（15）包括分程盖板B（28）和分程挡板B（29），所述分程盖板B（28）上设有接管孔（25）；

所述有机工质循环部分包括有机工质出口接管（10）、有机工质进口接管（14）、外壳（19）、分隔肋板（23）、开口肋板（21）、肋板出液口（20）、环形挡板（22）、环形挡板出液口（24）；所述外壳（19）与上管板（3）焊接，外壳（19）外壁面设有有机工质出口接管（10）；在外壳（19）内壁面在有机工质出口接管（10）的两侧分别焊接分隔肋板（23），有机工质进口接管（14）与有机工质出口接管（10）之间仅相隔一块分隔肋板（23），分隔肋板（23）另一侧按等角度分布有6块开口肋板（21），开口肋板（21）与外壳（19）内壁无缝焊接；在外壳（19）内侧与其同轴心设置环形挡板（22）为第一层，第一层环形挡板（22）外壁面与已经设置的开口肋板（21），分隔肋板（23）焊接，其内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板（21），和2块分隔肋板（23），并设置与外壳（19）同轴心环形挡板（22）为第二层，第二层环形挡板（22）内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板（21），和2块分隔肋板（23），并设置与外壳（19）同轴心环形挡板（22）为第三层，第三层环形挡板（22）内侧按同样方式等角度焊接4块肋板，包括2块开口肋板（21），和2块分隔肋板（23），并设置与外壳（19）同轴心环形挡板（22）为第四层；在相邻2块分隔肋板（23）间的环形挡板（22）外壁面上设有环形挡板出液口（24），开口肋板（21）上均设有肋板出液口（20）；

所述有机工质恒温部分设置在外壳（19）外壁面，包括漏电保护器（5）、空气开关（11）、隔离变压器（12）、整流桥（13）；

所述排污部分设置在下管板（15）下方，包括集液槽（6）和集液槽出口接管（16）；

所述有机工质出口接管（10）外侧设置有加热电阻（9）和温度传感器（8），用于控制有机工质出口接管（10）的流体温度。

2.根据权利要求1所述一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，所述换热管（18）与上管板（3），下管板（15）先涨接后焊接，换热管（18）凸型朝向与管内废液流动方向一致。

3.根据权利要求1所述一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，所述单节换热管（30）采用波纹管结构。

4.根据权利要求1所述一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，所述上管板（3）内表面同轴心焊接分程盖板A（26）和分程挡板A（27）；所述下管板（15）内壁面同轴心焊接分程盖板B（28）和分程挡板B（29）。

5.根据权利要求1所述一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，所述开口肋板（21），分隔肋板（23），环形挡板（22）上壁面均与上管板（3）焊接，下壁面均与下管板（15）焊接。

6.根据权利要求1所述一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，所述肋板出液口（20）设置在开口肋板（21）上距上管板（3）0.1~0.2肋板高度处。

7.根据权利要求1所述一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，所述有机工质出口接管（10）和外壳（19）外侧裹有保温层（4）。

8.根据权利要求1所述一种用于有机工质与液态金属两相磁流体发电系统的换热器，其特征在于，所述下管板（15）底侧与集液槽（6）焊接，集液槽（6）外壁面设有集液槽出口接管（16），底部设有支腿（7）和排污口（17）。