直热式汽水换热器及换热机组制造技术

一种直热汽－－水热交换器，由壳体及芯体两部分组成，其特征在于：其壳体为三段式结构，第一段壳体上设有蒸汽进口（Ｋ１），在第二段壳体上设有一低温水进口（Ｋ２），第三段壳体上设有一运行启动口（Ｋ３）和一工作状态检测点（Ｋ４），此外，第三段壳体上还设有高温水出口（Ｋ５），壳体内部由相互关联的芯体组成，第一段芯体固定在第一段壳体与第二段壳体之间，其收缩口位于第二段芯体入口渐缩管腔中，第二段芯体固定在第二段壳体与第三段壳体之间，其末端处于状态检测点位置，其狭小出口与第三段芯体入口同心，相互之间保有一段空腔，第三段芯体嵌接固定在第三段壳体上，其渐扩拉伐尔出口与壳体出口平齐。在第一段芯体外缘设有可使第一段芯体横向移动，从而调节第一段芯体的收缩口外壁与第二段芯体入口渐缩管腔内壁之间的间隙的调节机构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对水蒸气和冷水进行直接热交换的直热式汽水换热器，以及使用了这种换热器的直热机组。
技术介绍
现有技术中的换热器品种繁多、结构复杂，但是普遍都存在换热效率低的问题，在节能、环保问题日益突出的今天，换热效率的高低直接决定了换热器的品质和生命。同质二元混合物特性研究的最新研究成果指出同质二元混合物在汽、液二相流向液体单相流转变的过程中，除了发生热量的传递之外，也发生热能向机械能的转变。在无序转变的条件下，这种转变会表现为瞬间的，间断的热量传递和强烈的汽水撞击。在通常情况下，这种无序转变都是需要尽力消除的。但如果这种转变处在有序控制下，则会表现为连续的、平稳地热量传递和规律的能量转换。转换的结果是对液体的瞬间加热和产生单向的，大于原系统状态的输出压力。这一原理，导致了直热机组的专利技术，并指导了其在工程实践中的应用。本专利技术正是在上述理论的指导下设计的一种换热效率很高(接近于1)的直热式换热器以及使用了这种换热器的直热机组。
技术实现思路
本专利技术提供了一种直热式换热器，该换热器在蒸汽和冷水交汇处设有沿水流方向逐渐减小的锥形面，该锥形面逐渐收口形成一个狭小通道，由于这种直热式换热器的特殊结构，使得蒸汽和水在引射的过程中，高速进入收缩段形成的狭小通道。在这一狭小通道中，混合物借助于一种特殊结构，迅速完成双相流向单相流的转变。在相变的过程中，强烈的凝结过程产生强烈的压力波，这一压力波在设备出口产生单向的巨大的压力突变。这一突变的结果，是使装置出口压力急剧增大。在一个密闭的环路系统中，这一压力足以推动环路系统内部液体的循环。这里，我们注意到，在两相混合物相变的过程中，也伴随着相与相之间的换热过程，这将标志两相完善的换热，这也是在这种装置中，其换热效率几近于1的根本原因。概括起来，利用这种特殊装置进行换热和推动系统循环的运行方式，就是利用蒸汽作为能源(无须其他的能源)，首先通过装置进行换热，再产生高压切入系统并推动系统循环这样的过程。因而达到增压和瞬时加热的效果，是瞬时加热器与增压泵的结合。本专利技术还提供了一种使用了所述直热式换热器的直热机组，该直热机组与现有技术大体相似，包括蒸汽源、热交换器、循环泵、排水阀、凝水箱等，但是利用了本专利技术的热交换器。该直热机组可以设计制作成“单相变区”式的，即只有一个完整的相变区的结构，也可以把它设计制作成双相变区或称补充相变区式结构。其中经过热交换器被加热的水增压后进入到扩散段后即被送入到用户管道中。补充水口可以用来做为本装置工作状态检测口，这样，使本装置可以方便地实现自动化控制。另外，该装置虽然可以以代替换热器这一最可靠的方式并入原系统突现其节能特点，但由于其只以蒸汽为能源，就可表现为换热器、电机、机械泵的三重特征，因此，从另一个方面表现出来了节约能源—电能的特点。电能消耗是在上述供热系统中能源消耗总量的0.15-0.2，使用新的节能装置，可以节省下来原使用电能的50％以上。这可以通过在系统中更换功率小的电机及机械泵来实现。此外，本专利技术还为上述换热机组设计了自动控制系统，该自动控制系统可以完成直热机组启动、运行、关闭以及重新启动等过程的自动智能化控制，并且具有实时工作状态监测与监控的功能；对直热机组进行故障检测与报警、参数设定、系统恢复等智能化管理的功能。控制系统采用可编程控制器(PLC)实现系统的稳定运行。自动控制系统硬件采用可编程控制器为核心部件，其结构紧凑，具有工业级高稳定性、高可靠性和高抗干扰性。并且配备大屏幕数码显示屏，具备参数显示清楚、系统状态显示多、多层操作文件显示、操作简单明了等特点。可以实现直热机组启动、运行、关闭、调节的全自动化控制，对各种参数的实时显示、监测；定时启停和预定时启停控制；运行参数和报警值可任意设定；备有手动操作控制键，在应急状态下可人为干预处理。本专利技术具有如下优点(1)节约蒸汽在传统的系统中，汽水热交换器的耗汽量Gs等于Gs1＝Gw*CP*(t1-t2)/k*『i``(pn)-CP*tK』式中Gw(吨/小时)-热交换器耗水量；t1(℃)-热交换器出口的水温；t2(℃)-热交换器前的水温；K-汽水热交换器的效率；i``(Pn)(千卡/公斤)-压力为Pn的进入热交换器的蒸汽的焓值；tK(℃)-从热交换器出来的冷凝水的焓值；CP(千卡/公斤*度)-常压下水的比热(计算中如缺此值，则取作等于1)。的耗汽量等于Gs2＝GCM*CP*(t出口——t入口)/K*式中GCM(吨/小时)-通过装置的混合物耗量； t出口(℃)-装置出口的水温；t入口(℃)-装置入口处的水温；i``(pn)(千卡/公斤)-进入装置的压力为Pn的蒸汽的焓值；CP(千卡/公斤*度)-常压下水的比热(计算此值取作1)。由此，蒸汽的节约量为ΔGn＝Gs1-Gs2(吨/小时)(2)节约电能在新系统中使用网路(循环)泵时，电能的节省取决于在泵的吸入口建立扬程和流量时所需要的电功率，这种增压和流量是可以由直热机组全部或部分实现的。这一增压值，随着蒸汽和水进入装置时的参数的变化而变化，因此电能的节约值也随之变化，而且在供暖系统中，其节约值还随着外部空气温度的降低而增大。电能的节约值，可用经验方法予以测定，测量出在新系统中由泵所建立的增压值ΔH新，减去必需的电功率N新，将其与现存系统中的必需电功率N现存(当增压值为ΔH现存)相比即可求得。要注意，测量一定要在系统中的循环水量GB相同时的条件下进行。所需电功率用下式进行计算N＝GB*ΔH/(367*n液压)式中N(千瓦)-网路(循环)泵电机所需电功率；GB(吨/小时)-网路(循环)泵循环量；ΔH(米)-泵的吸入口与增压后的压力差(增压值)；n液压-泵的液压效率(如缺数据，则取作等于0.7)为了进一步节约电能，应当根据在新系统中所需电功率最大值来确定新采用较小泵的功率。在供暖系统中，当系统热负荷，热水循环量，管网压力与所提供的直热机组工作参数都吻合的情况下，可以完全取消循环泵。(3)降低用于修理和供暖季节前的准备工作费用用于修理和供暖季节前的准备工作的费用大小，取决于汽水热交换器的状态。而直热机组装置的拆卸、检查并安装复位，大约只需要2小时。附图说明图1是本专利技术的直热式汽——水热交换机结构示意图；图2A是本专利技术的直热式换热机组的示意性的主视图；图2B是本专利技术的直热式换热机组的示意性的俯视图；图2C是本专利技术的直热式换热机组的示意性的侧视图；。具体实施例方式图1所示直热汽——水热交换机由壳体及芯体两部分组成。其外壳体为三段式结构，第一段壳体S1上设有蒸汽进口K1，在第二段壳体S2上设有一低温水进口K2，第三段壳体S3上设有一运行启动口K3和一工作状态检测点K4，此外，第三段壳体上还设有高温水出口K5。壳体内部由相互关联的芯体组成。第一段芯体C1固定在第一段壳体与第二段壳体之间，其收缩口位于第二段芯体C2入口渐缩管腔中。第二段芯体固定在第二段壳体与第三段壳体之间，其末端处于状态检测点位置，其狭小出口与第三段芯体C3入口同心，相互之间保有一段空腔。第三段芯体嵌接固定在第三段壳体上，其渐扩拉伐尔出口与壳体出口平齐。在第一段芯体外缘设有可使芯体C1横向移动的调节机构，一个优选方案是使用蜗轮副T来调节芯体C1的横向移动，从而调节第一段芯体的收缩口外壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直热汽－水热交换器，由壳体及芯体两部分组成，其特征在于：其壳体为三段式结构，第一段壳体上设有蒸汽进口（Ｋ１），在第二段壳体上设有一低温水进口（Ｋ２），第三段壳体上设有一运行启动口（Ｋ３）和一工作状态检测点（Ｋ４），此外，第三段壳体上还设有高温水出口（Ｋ５），壳体内部由相互关联的芯体组成，第一段芯体固定在第一段壳体与第二段壳体之间，其收缩口位于第二段芯体入口渐缩管腔中，第二段芯体固定在第二段壳体与第三段壳体之间，其末端处于状态检测点位置，其狭小出口与第三段芯体入口同心，相互之间保有一段空腔，第三段芯体嵌接固定在第三段壳体上，其渐扩拉伐尔出口与壳体出口平齐。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，陈红，
申请(专利权)人：王鑫，陈红，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]