一種利用lng冷能的多層式平板冷凝器的製造方法
2023-11-11 23:40:57
一種利用lng冷能的多層式平板冷凝器的製造方法
【專利摘要】一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，涉及一種利用金屬泡沫的多層式平板冷凝器。本發明為了解決LNG冷能利用過程中產生的較大換熱溫差，及由此導致的較大的設備熱應力、冷能供應波動性大且利用率低的問題。利用LNG冷能的多層式平板冷凝器包括絕熱層、冷凝器殼體和多個中間隔板，絕熱層包覆在冷凝器殼體的外壁上，冷凝器殼體的內部由多個中間隔板分隔成多個流動通道；流動通道包括LNG流動通道和氣態中間介質流動通道，氣態中間介質為氣態載冷劑，氣態中間介質流動通道和LNG流動通道相間分布，在氣態中間介質流動通道和/或LNG流動通道內設置有金屬泡沫。本發明利用LNG氣化時釋放的冷量，使中間介質冷凝的多層式平板冷凝器，被冷凝的中間介質可以作為低溫熱源。
【專利說明】—種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多層式平板冷凝器，具體涉及一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器。
【背景技術】
[0002]LNG是在低溫下以液態形式存在的天然氣，儲存溫度為_162°C。LNG在氣化時產生的冷量大約為840kJ/kg。傳統的氣化過程是利用海水作為氣化的熱源，這樣不僅造成了大量的能源浪費，而且還造成了一定程度的低溫汙染。因此，LNG冷能的回收不僅能夠實現能源的高效利用，而且回收LNG中的冷能對於生態環境的保護也具有十分重要的意義。LNG冷能可以用於冷能發電、空氣分離、海水淡化、C02液化、食品冷凍、海產品和農產品保鮮、輕烴分離、冷庫等。在LNG冷能利用過程中會產生較大換熱溫差，由此導致了較大的設備熱應力，而這對在低溫條件下具有較大脆性的換熱設備是極其不利的。為此應該尋求減小LNG低溫傳熱過程溫差的換熱思路，採用具有合適相變物性參數的中間介質吸收LNG冷能是減小這類低溫傳熱過程溫差的一種可行方法。冷凝器的工作原理是通過中間介質冷凝釋放出潛熱給LNG，從而實現將LNG的冷量傳遞給中間介質。
[0003]如果開發一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，將LNG氣化富餘的冷量吸收貯存在中間介質中，在需要冷量時將儲存的冷量釋放出來，或外運到其他所需要的地方，供冷能利用設備使用，將有利於解決目前冷能供應波動性很大等問題，大幅度提高LNG冷能的利用率。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決LNG冷能利用過程中產生的較大換熱溫差，及由此導致的較大的設備熱應力、冷能供應波動性大且利用率低的問題，進而提供一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器。其是一種利用LNG氣化時釋放的冷量，使中間介質冷凝的多層式平板冷凝器，被冷凝的中間介質可以作為低溫熱源。
[0005]本發明為了解決上述技術問題所採取的技術方案是:
[0006]本發明的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，包括絕熱層、冷凝器殼體和多個中間隔板，所述絕熱層包覆在冷凝器殼體的外壁上，冷凝器殼體的內部由多個中間隔板分隔成多個流動通道；所述流動通道包括LNG流動通道和氣態中間介質流動通道，所述氣態中間介質為氣態載冷劑，氣態中間介質流動通道和LNG流動通道相間分布,在氣態中間介質流動通道和/或LNG流動通道內設置有金屬泡沫。
[0007]為了更好地增加流體件的傳熱面積，破壞流動邊界層以增強換熱效果，金屬泡沫的孔隙率ε和孔密度ω範圍分別為0.8〈 ε〈0.99，5ΡΡΙ〈 ω〈200ΡΡΙ。
[0008]為了保證冷凝器的結構穩定性，金屬泡沫燒結在氣態中間介質流動通道和/或LNG流動通道內。
[0009]為了更好的吸收貯存LNG氣化富餘的冷量，在需要時將儲存的冷量釋放出來，氣態中間介質為乙烷、丙烷或丁烷。也可以採用其他載冷劑替換。氣態中間介質的選擇可以根據需求進行選擇。
[0010]所述中間隔板等間距排列。
[0011]所述金屬泡沫充滿在氣態中間介質流動通道和/或LNG流動通道內；
[0012]或金屬泡沫部分填充在氣態中間介質流動通道和/或LNG流動通道內。
[0013]當金屬泡沫部分填充在氣態中間介質流動通道和/或LNG流動通道內時:
[0014]第一種填充形態:金屬泡沫的填充形態為連續的等邊三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一。
[0015]第二種填充形態:以單個流動通道的右上角至其左下角建立對角線，對角線下方燒結金屬泡沫，金屬泡沫的填充形態為直角三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一 O
[0016]第三種填充形態:以單個流動通道的左上角至其右下角建立對角線，對角線上方燒結金屬泡沫，金屬泡沫的填充形態為直角三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一 O
[0017]優選的:所述氣態中間介質流動方向與LNG流動方向相同或相反。流動方向相反時冷能交換量大。
[0018]LNG及氣態中間介質的流動通道金屬泡沫填充方式可以根據實際使用狀況自由選擇。相同條件下，金屬泡沫全部填滿流動通道時冷量傳遞速率最快。
[0019]通過以上的分析可知:根據金屬泡沫的填充方式的不同，布置方案多樣。用戶可以根據具體的情況選擇一種方案，並且由自身的冷能所需數量及速率確定各環道中金屬泡沫的孔隙參數。
[0020]根據實際情況選擇冷凝器的放置方式，可以是橫放也可以是豎放。
[0021]本發明與現有技術相比具有以下效果:
[0022]本發明的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器的冷凝器殼體內部由多個中間隔板分隔成多個流動通道，LNG與中間介質的流動通道相間分布，流動通道中採用金屬泡沫進行填充。將LNG氣化富餘的冷量吸收貯存在中間介質中，在需要冷量時將儲存的冷量釋放出來，或外運到其他所需要的地方，供冷能利用設備使用，將有利於解決目前冷能供應波動性很大等問題，大幅度提高LNG冷能的利用率。金屬泡沫不僅能增加流體的換熱面積，還能破壞流動邊界層，增強流體湍動度，可以大大提高換熱速率。此外，可以根據對冷能傳遞數量及速率的實際應用需求選擇不同的金屬泡沫強化換熱方案，包括填充方式、孔隙率、孔密度等基本參數的調整。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器的外形圖；
[0024]圖2是平板冷凝器的橫截面示意圖；
[0025]圖3是平板冷凝器的縱截面示意圖；
[0026]圖4是平板冷凝器的換熱單元示意圖；
[0027]圖5是中間介質和LNG順流示意圖；
[0028]圖6是中間介質和LNG逆流示意圖；
[0029]圖7是金屬泡沫的填充形態為連續的等邊三角形的填充形態圖；
[0030]圖8是金屬泡沫的填充形態為下直角三角形的填充形態圖；
[0031]圖9是金屬泡沫的填充形態為上直角三角形的填充形態圖；
[0032]圖10是金屬泡沫的填滿流動通道的示意圖；
[0033]圖11是流動通道內未填充金屬泡沫的示意圖；
[0034]圖中:1-氣態中間介質流動通道；2_LNG流動通道；3_絕熱層；4_冷凝器殼體；5-中間隔板；6_金屬泡沫。
【具體實施方式】
[0035]【具體實施方式】一:結合圖1至圖4、圖6、圖10進行說明，本實施方式的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，
[0036](I)根據設計要求確定對應的平板冷凝器對應的長、寬、高、平板間距及平板厚度；
(2)根據換熱量以及換熱速率的要求確定各通道中金屬泡沫的填充方式、填充比例以及金屬泡沫孔隙率和孔密度；(3)選擇合適的中間介質與LNG進行換熱；(4)根據實際情況選擇裝置中流體流動的方式(順流或逆流)、裝置的放置方式(橫放或豎放)。採用本發明可以有效地將LNG氣化時釋放的冷量傳遞給中間介質，另外採用金屬泡沫作為填充物可以極大的增加流體間的傳熱面積，破壞流動邊界層以增強換熱效果。
[0037]利用LNG冷能的多層式平板冷凝器的結構為:
[0038]包括絕熱層3、冷凝器殼體4和多個中間隔板5，所述絕熱層3包覆在冷凝器殼體4的外壁上，冷凝器殼體4的內部由多個中間隔板5分隔成多個流動通道；所述流動通道包括LNG流動通道2和氣態中間介質流動通道I,所述氣態中間介質為氣態載冷劑,氣態中間介質流動通道I和LNG流動通道2相間分布，在氣態中間介質流動通道I和/或LNG流動通道2內設置有金屬泡沫6。氣態中間介質在冷凝器中被LNG冷凝為液體，釋放出潛熱獲得LNG的冷量。
[0039]定義1、a、b分別表示冷凝器的長、寬、高，bp b2則分別表示氣態中間介質流動通道的半高以及LNG流動通道的半高。
[0040]金屬泡沫6的孔隙率ε和孔密度ω範圍分別為0.8〈 ε〈0.99，5ΡΡΙ< ω〈200ΡΡΙ。
[0041]氣態中間介質為乙烷、丙烷或丁烷。也可以採用其他載冷劑替換。
[0042]中間隔板5等間距排列。
[0043]金屬泡沫6充滿在氣態中間介質流動通道I和LNG流動通道2內。
[0044]氣態中間介質流動方向與LNG流動方向相反，即兩種流體流動方式為逆流。
[0045]【具體實施方式】二:結合圖5、圖7至圖9、圖11進行說明，本實施方式的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器與【具體實施方式】一所述的冷凝器的區別在於:
[0046]氣態中間介質流動方向與LNG流動方向相同，即兩種流體流動方式為順流。
[0047]金屬泡沫6部分填充在氣態中間介質流動通道I和LNG流動通道2內；
[0048]或者金屬泡沫6僅填充在氣態中間介質流動通道I或LNG流動通道2內。
[0049]當金屬泡沫6部分填充在氣態中間介質流動通道I和LNG流動通道2內時:
[0050]第一種填充形態:金屬泡沫6的填充形態為連續的等邊三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一。
[0051]第二種填充形態:以單個流動通道的右上角至其左下角建立對角線，對角線下方燒結金屬泡沫，金屬泡沫6的填充形態為直角三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一。
[0052]第三種填充形態:以單個流動通道的左上角至其右下角建立對角線，對角線上方燒結金屬泡沫，金屬泡沫6的填充形態為直角三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一。
[0053]本實施方式只是對本專利的示例性說明，並不限定它的保護範圍，本領域技術人員還可以對其局部進行改變，只要沒有超出本專利的精神實質，都在本專利的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，包括絕熱層(3)、冷凝器殼體(4)和多個中間隔板(5)，所述絕熱層(3)包覆在冷凝器殼體⑷的外壁上，冷凝器殼體⑷的內部由多個中間隔板(5)分隔成多個流動通道；其特徵在於:所述流動通道包括LNG流動通道(2)和氣態中間介質流動通道(I)，所述氣態中間介質為氣態載冷劑，氣態中間介質流動通道(I)和LNG流動通道(2)相間分布，在氣態中間介質流動通道(I)和/或LNG流動通道(2)內設置有金屬泡沫(6)。
2.根據權利要求1所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:金屬泡沫(6)的孔隙率ε和孔密度ω範圍分別為0.8〈 ε〈0.99，5ΡΡΙ〈 ω〈200ΡΡΙ ;金屬泡沫(6)燒結在氣態中間介質流動通道⑴和/或LNG流動通道⑵內。
3.根據權利要求2所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:氣態中間介質為乙烷、丙烷或丁烷。
4.根據權利要求3所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:中間隔板(5)等間距排列。
5.根據權利要求4所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:金屬泡沫(6)充滿在氣態中間介質流動通道(I)和/或LNG流動通道(2)內。
6.根據權利要求4所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:金屬泡沫(6)部分填充在氣態中間介質流動通道⑴和/或LNG流動通道⑵內。
7.根據權利要求6所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:金屬泡沫￠)的填充形態為連續的等邊三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一。
8.根據權利要求6所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:以單個流動通道的右上角至其左下角建立對角線，對角線下方燒結金屬泡沫，金屬泡沫(6)的填充形態為直角三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一。
9.根據權利要求6所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:以單個流動通道的左上角至其右下角建立對角線，對角線上方燒結金屬泡沫，金屬泡沫(6)的填充形態為直角三角形，填充體積為單個流動通道體積的二分之一。
10.根據權利要求5或6所述的一種利用LNG冷能的多層式平板冷凝器，其特徵在於:所述氣態中間介質流動方向與LNG流動方向相同或相反。
【文檔編號】F25B39/04GK104266415SQ201410529282
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】徐會金, 鞏亮, 黃善波, 羅璇, 徐明海, 趙長穎 申請人:中國石油大學(華東)