技术领域

本发明涉及一种用于把例如液氮、 液氧、 液化天然气、 液化石油气等 低温液体气化为气体的气化器， 特别是， 涉及一种利用外部的例如温水之 类的液体介质与将被气化的低温液体进行热交 换来实现低温液体气化的 水浴式气化器。 背景技术

低温液体气化器的形式多种多样， 从结构及工作原理上来说， 一般可 分为空温式气化器和水浴式气化器。 气化器主要用于将例如液氮、 液氧、 液化天然气、液化石油气等低温液体气化，即 把低温液体气化为常温气体， 以满足钢铁、 化工、 电子、 切割等领域的应用。 其中水浴式气化器一般通 过外部的例如热水之类的液体介质与将被气化 的低温液体进行热交换来 实现低温液体的气化，提升了单位面积的换热 效率。但在水浴式气化器中， 需要有专用的热水供应系统提供水浴式气化器 所需的液体介质。

在钢铁、 发电、 冶炼等行业， 现场一般都有空分系统， 空分系统上所 使用的压缩机会产生大量的温水 （约 30 °C )， 温水通过冷却塔等装置使温 度降至约 10 °C后，再循环回压缩机继续使用。这样不仅浪 费了大量的热能， 冷却装置还消耗了大量的电能， 造成巨大浪费。 如果将这些温水供应至水 浴式气化器进行工作， 便可使低温液体与温水进行热交换后发生气化 ， 温 水经气化器换热后温度降低可再循环至压缩机 重复使用， 起到一举两得的 效果， 从而大量的减少能源的浪费， 降低生产运营成本。

图 4示出了一种传统水浴式气化器 30的内部结构的简易示意图。 该 传统的水浴式气化器 30包括： 由壳体 38限定成的储水腔 35 ; 设置在储水 腔 35上的进口 36和出口 31 ; 储水腔 35内设有例如由不锈钢材料制成的 多根换热盘管 34，换热盘管 34的一端通过连接管 33与液体出口 32连通， 换热盘管 34的另一端与流体入口 37连通。该水浴式气化器 30在工作时， 作为加热介质的温水从进口 36进入储水腔 35， 需要气化的气化液体由液 IP110281

体入口 37进入换热盘管 34， 换热盘管 34内的气化液体与储水腔 35内的 温水进行热交换， 完成气化液体的气化。 气化后的气体由流体出口 32流 出， 储水腔 35内的温水经热交换后温度降低， 由出口 31流出。

对于这种传统的水浴式气化器， 当循环温水进入气化器后， 在储水腔 35内流动， 并以平缓的方式流至循环水出口，低温液体进 入气化器的储水 腔 35，在液体入口 37附近将有巨大的冷量产生， 由于换热盘管 34间距较 小，水的流速较慢，水温又不高，这样对液体 入口处的换热盘管冲刷很小， 因此在液体入口附近的换热盘管很容易结冰， 进而导致换热效率低下， 甚 至会导致停产。

经研究发现， 要保证换热盘管不结冰， 可以采用提高用水流速、 提高 用水温度或加大盘管间距的方式来实现。但加 大盘管间距将导致气化器的 气化能力降低， 所以在这种传统的水浴式气化器中， 一般将经由常规的锅 炉加热的热水作为加热介质， gP， 进口的热水温度大约为 90°C， 经换热后 水在出口处的温度大约为 70°C。 但是， 采用这样高温的热水， 不能有效地 利用工厂内空分系统所产生的温水进行热交换 ， 使这些温水的热量白白浪 费掉， 而且在加热锅炉水过程中造成资源的浪费。 发明内容

针对上述现有技术的问题和其它不足， 本发明要解决的技术问题是提 供一种水浴式气化器， 能够降低刚刚进入加热支管内的液体的气化速 度， 不会迅速吸收大量的热量， 加热支管的下端附近的温度不会急剧 降低， 从而有效地避免了在第一支管的下端附近结冰 的可能。

根据本发明的一个方面的实施例， 提供一种水浴式气化器， 包括： 壳体， 所述壳体内限定封闭的储液腔；

进口和出口， 所述进口和出口设置在所述壳体上， 以使加热介质流入 和流出所述储液腔；

设置在所述壳体中的气化装置， 所述气化装置包括：

至少一个输入总管， 所述输入总管被构造成接收将被气化的液 体； IP110281

多个第一支管， 所述第一支管的第一端与所述输入总管连通， 以 将所述输入总管中的所述液体分流至所述第一 支管； 以及

至少一个输出总管， 所述输出总管与所述第一支管的第二端流体 连通， 以将所述第一支管中产生的所述气体排出； 以及

多个分层内管， 每个所述分层内管分别在一个所述第一支管的 第一端 附近设置在所述第一支管内部， 并且所述分层内管的外围与所述第一支管 之间具有流动通道， 使得在所述流动通道内流动的液体先于在所述 分层内 管内流动的液体发生气化。

上述水浴式气化器进一歩包括： 分别设置在所述储液腔的上下部位的 上隔板和下隔板， 以将所述储液腔分成上储液腔、 中储液腔和下储液腔； 以及多个第一套管， 所述第一套管的两端分别连接到所述上隔板和 下隔 板， 并分别与所述上储液腔和下储液腔连通， 每个所述第一支管分别从相 应的所述第一套管的内部穿过。

在上述水浴式气化器中， 所述上隔板和下隔板上设有多个通孔， 所述 通孔的大小设置成使得加热介质在所述第一套 管中流动的流量大于在所 述中储液腔中流动的流量。

上述水浴式气化器， 进一歩包括： 垂直隔板， 所述垂直隔板从所述壳 体的底部向顶部延伸到低于所述第一支管的第 二端的位置， 以将所述储液 腔分成左储液腔和右储液腔， 所述第一支管设置在所述左储液腔中， 所述 出口和进口分别设置在所述左储液腔和右储液 腔中；

至少一个连接总管， 所述连接总管与每个所述第一支管的第二端连 通； 以及

多个第二支管， 所述第二支管设置在所述右储液腔中， 每个所述第二 支管的第一端都与所述连接总管连通， 每个所述第二支管的第二端都与所 述输出总管连通。

在上述水浴式气化器中， 加热介质在所述第一支管和第二支管外流动 的方向与在所述第一支管和第二支管内流动的 流体的流动方向相反。

上述水浴式气化器进一歩包括： 多个第二套管， 所述第二套管的两端 分别连接到所述上隔板和下隔板， 并分别与所述上储液腔和下储液腔连 IP110281

通， 每个所述第二支管分别从相应的所述第二套管 的内部穿过。

在上述水浴式气化器中， 所述第一支管和第二支管的外壁上设有沿其 长度方向延伸的加强筋。

在上述水浴式气化器中， 在所述上隔板和下隔板的外侧， 在两个相邻 的所述第一支管以及两个相邻的所述第二支管 之间设有连接件， 所述连接 件的两端分别连接在所述加强筋上。

在上述水浴式气化器中， 所述分层内管的高度不大于所述第一支管高 度的三分之一。

在上述水浴式气化器中， 所述第一支管的内壁上设有向内径向延伸的 突起。

在上述水浴式气化器中， 所述分层内管在其下端连接在所述第一支管 的突起上。

在上述水浴式气化器中， 在所述壳体的底部设有排污口。

在上述水浴式气化器中， 所述第一支管由铝制成。

在上述水浴式气化器中， 所述第二支管由铝制成。

在根据本发明的水浴式气化器中， 由于在流动通道和分层内管中 分别流动着未气化的液体和气化后的气体， 产生了 "分层" 流动的现 象， 相当于降低了第一支管的设有分层内管的部位 的传热效率， 进而 降低了刚刚进入第一支管内的液体的气化速度 。 液体气化速度的降低 导致不会迅速吸收大量的热量， 第一支管的下端 （第一端） 附近的温 度不会急剧降低， 从而有效地避免了在第一支管的下端附近结冰 的可

附图说明

为了使本发明的目的、 特征及优点能更加明显易懂， 下面结合附图和 具体实施例对本发明作进一歩说明， 其中：

图 1是显示根据本发明的一种示例性实施例的水� �式气化器的简易示 意图；

图 2是显示图 1所示水浴式气化器内部的气化装置的布置示� �图； IP110281

图 3是显示根据本发明的水浴式气化器的套管与� �管的组合的横向剖 视示意图； 以及

图 4是显示传统水浴式气化器的简易示意图。 具体实施方式

虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充 分描述本发明， 但在此 描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改 本文中所描述的发明， 同时 获得本发明的技术效果。 因此， 须了解以上的描述对本领域的普通技术人 员而言为一广泛的揭示， 且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实 施 例。

图 1是显示根据本发明的一种示例性实施例的水� �式气化器 100的简 易示意图。 根据本发明的水浴式气化器 100， 包括： 大致圆筒形状的壳体 5， 气化装置和多个分层内管 7。 其中， 壳体 5内限定封闭的储液腔 9; 进 口 13和出口 2设置在壳体 5上， 作为一种示例性实施例， 进口 13和出口 2可设置在壳体 5的底部， 以使作为加热介质的温水流入和流出储液腔 9。 气化装置包括： 与液体入口 3流体连通的至少一个输入总管 4， 所述输入 总管被构造成从液体入口 3接收例如液氮、 液氧、 液化天然气、 液化石油 气之类的将被气化的液体； 由例如铝、 铜、 铝合金之类的导热性能良好的 材料制成的多个第一支管 6， 所述第一支管 6的第一端 （图 1中的下端） 与输入总管 4连通， 以将输入总管 4中的液体分流至每个第一支管 6并将 液体逐渐气化为气体； 以及至少一个输出总管 12， 所述输出总管 12与第 一支管 6的第二端流体连通， 以将第一支管 6中产生的气体排出。 每个分 层内管 7分别在一个第一支管 6的第一端附近设置在第一支管 6内部， 并 且分层内管 7的外围与第一支管 6之间具有流动通道 18 (参见图 3)， 使 得在所述流动通道内流动的液体先于在所述分 层内管内流动的液体发生 气化。 进一歩， 在一种示例性实施例中， 分层内管 7的高度不大于第一支 管 6的高度的三分之一， 例如为四分之一。

当根据本发明的水浴式气化器 100工作时， 作为加热介质的温水从进 口 13进入壳体 5内的储水腔 9，需要气化的低温液体由液体入口 3通过输 入总管 4流动到各个第一支管 6。 在液体刚刚进入第一支管 6之后， 液体 IP110281

分别进入位于第一支管 6下端附近的分层内管 7和位于第一支管 6和分层 内管 7之间的流动通道 18。 由于流动通道 18靠近位于第一支管 6外部的 加热介质， 使得流动通道 18中的部分液体首先与第一支管 6外部的温水 换热并气化为气体，由于气化后的气体的传热 系数远低于气化前液体的 传热系数，气化后的气体随后再与分层内管 7中的低温液体进行换热， 这样在流动通道 18内流动的液体先于在分层内管 7内流动的液体发生气 化， 即在流动通道 18和分层内管 7中分别流动着未气化的低温液体和 气化后的气体， 产生了 "分层"流动的现象。 在流过分层内管 7之后， 未气化的液体和已气化的气体混合， 并在第一支管 6内进一歩流动的 过程中， 与第一支管 6外部的温水进行热交换， 从而充分地气化为气 体， 最后经输出总管 12排出到壳体 5之外， 再进一歩的作为气体能源使 用。

在根据本发明的水浴式气化器 100中，由于在流动通道 18和分层 内管 7中分别流动着未气化的液体和气化后的气体� � 产生了 "分层" 流动的现象， 相当于降低了第一支管 6的设有分层内管 7的部位的传 热效率， 进而降低了刚刚进入第一支管 6内的液体的气化速度。 液体 气化速度的降低导致不会迅速吸收大量的热量 ，第一支管 6的下端（第 一端） 附近的温度不会急剧降低， 从而有效地避免了加热介质在第一 支管 6的下端附近结冰的可能。

根据本发明进一歩实施例的水浴式气化器 100还包括： 分别设置在储 液腔 9的上下部位的上隔板 19和下隔板 10， 以将储液腔 9分成上储液腔 91、 中储液腔 92和下储液腔 93; 以及多个第一套管 8， 所述第一套管 8 的两端分别通过例如悍接的方式连接到所述上 隔板 19和下隔板 10上， 并 分别与上储液腔 91和下储液腔 93连通， 每个第一支管 6分别从相应的第 —套管 8的内部穿过。 进一歩地， 上隔板 19和下隔板 10上设有多个通孔 11， 通孔 11的大小设置成使得水在第一套管 8中流动的流量大于在中储 液腔 92 中流动的流量。 由于水浴式气化器的工作效率受到单位时间内 温水供应量的影响， 而一般应用场所所能提供的温水量也是有限的 。 在根据本发明的要实施气化器中， 由于采用了第一套管与上下隔板结 合的结构， 使得大部分温水都从各个第一套管 8与相应的第一支管 6 IP110281

之间的夹层通过， 极大地提高了温水的流速， 有效的提高了温水的利 用率， 同时也避免了结冰的可能性。

在更进一歩的实施例中， 本发明的水浴式气化器 100还包括： 垂直隔 板 1， 所述垂直隔板 1从壳体 5的底部向顶部延伸到低于第一支管 6的第 二端 （图 1中的上端） 的位置， 以将储液腔 9平分成左储液腔 95和右储 液腔 94， 并且第一支管 6设置在左储液腔 95中； 至少一个连接总管 20， 所述连接总管 20位于垂直隔板 1的上方， 并与每个第一支管 6的第二端 连通， 所述出口 2和进口 13分别设置在左储液腔 95和右储液腔 94中； 以及多个第二支管 21，所述第二支管 21设置在右储液腔 94中， 每个第二 支管 21的第一端 （附图 1中的上端）都与连接总管 20连通， 每个第二支 管 21的第二端 （附图 1中的下端） 都与输出总管 12连通。 在进一歩的实 施例中，在右储液腔 94中也设置多个第二套管 22，所述第二套管 22的两 端分别连接到上隔板 19和下隔板 10， 并分别与上储液腔 91和下储液腔 93连通， 每个第二支管 21分别从相应的第二套管 22的内部穿过。 这样， 左储液腔 95和右储液腔 94中上下隔板、套管和支管之间的连接方式是� �� 同的， 只是在右储液腔 94中没有设置分层内管结构。可以理解， 以壳体 5 为参照， 所设置的第二支管 21 改变了未被气化的液体或者已气化的气体 在支管（第一支管 6和第二支管 21 ) 内的流动方向， 也改变了作为加热介 质的水在套管（第一套管 8和第二套管 22 ) 内的流动方向。 进一歩地， 水 在第一支管 6和第二支管 21外的流动方向与流体在第一支管 6和第二支 管 21内的流动方向相反， 这样， 可进一歩提高换热效率。

还可以理解， 上隔板 19和下隔板 10与垂直隔板 1垂直设置， 而且左 右储液腔 95、 94都包括上储液腔、 中储液腔和下储液腔。 或者说， 上储 液腔 91、 中储液腔 92和下储液腔 93都包括左右储液腔。如图 2所示， 第 —套管 8和第二套管 22分别布置成多排和多列， 并且其内部都设有用于 流动被加热液体的相应支管， 并且每个支管都在其一个端部与相应的总管 流体连通。

参见图 1-3， 根据本发明的一种示例性实施例的水浴式气化 器， 第一 支管 6的外壁上设有沿其长度方向延伸的加强筋 15。 在上隔板 19和下隔 板 10的外侧 （即， 图 1中上隔板 19的上侧， 下隔板 10的下 IP110281

侧）， 在两个相邻的第一支管 6之间设有连接件 17， 所述连接件 17 的两端分别通过例如悍接的方式连接在加强筋 15上。例如，在第一支管 6 的外壁的圆周上均匀布置 4个加强筋 15， 加强筋 15的自由端的截面形状 可以为圆杆型或方杆型， 并且可以与第一套管 8接触。 为同样地， 虽然没 有示出， 但可以理解， 在第二支管 21 的外壁上也设有沿其长度方向延伸 的加强筋， 并且在两个相邻的第二支管 21之间设有连接件， 所述连接件 的两端分别连接在所述加强筋上。 这样， 通过连接件， 将各个支管连接成 多行多排， 成为网架式结构， 并且可增加各个支管的强度和稳定性。

在进一歩的实施例中， 参见图 3， 第一支管 6的内壁上设有向内径向 延伸的多个突起 16， 例如 10-20个突起， 这些突起 16均匀地分布在第一 支管 6的内圆周上。 在一种示例性实施例中， 突起 16与第一支管 6内壁 一体形成并采用圆弧过渡， 并采用例如导热性能良好的铝材料制成。 采用 这种突起 16， 可以用做换热翅片板， 增加与单位长度的第一支管 6 内流 动的流体的接触面积， 提高换热效率。

在一种实施例中， 分层内管 7在其下端例如通过悍接的方式连接在第 一支管 6的多个突起 16上， 从而对分层内管 7进行固定， 并且易于连接。 此外，作为本发明可以任意选择的实施例，在 壳体 5的底部设有排污口 14， 以通过打开该排污口 14而将存留在储液腔 9中的残留物排放到外部。 进 一歩地，在本发明的水浴式气化器 100储液腔下部还设有测温装置 25， 例 如， 在壳体 5的下部的壁上设置 1〜4个测温装置， 并且其中至少一个为 测温远传装置并具备报警功能， 与安装在液体入口 3处的进液阀联动， 以 保证安全。 在壳体 5的上部盖体上设有排气口 23， 排气口 23与自动排气 阀连接， 以在储液腔 9内存在过多的气体时， 将气体排出储液腔 9。

本发明的各个支管采用导热性能良好的铝或者 铝合金材料制成。采用 铝材作为换热介质， 铝材的导热系数为 237W/ ( m * K)， 而不锈钢导热系 数为 80W/ ( m - K ) 左右， 由此可以极大地提升换热效率。

在本发明的水浴式气化器 100的工作过程中， 参见图 1， 将被气化的 低温液体从液体入口 3进入第一支管 6及分层内管 7中， 自下而上， 流至 气化器中的储液腔 9的上部的第一支管 6的第二端， 通过连接总管 20再 自上而下流至垂直隔板 1另一侧的第二支管 21 内， 不断气化， 最后经输 IP110281

出总管 12流出。温水从进口 13进入右储液腔 94，大部分温水从第二支管 21与第二套管 22之间的夹层流过， 少量温水通过下隔板 10上的通孔 11 流过， 流至上储液腔 91上部， 大部分水再通过垂直隔板 1另一侧的第一 支管 6与第一套管 8之间的夹层，少量水通过下隔板 10上的通孔 11流过， 充分换热， 最后从出口 2流出。

根据本发明的一种实施例的水浴式气化器 100， 选用铝材作为换热介 质， 铝材的导热系数为 237W/ ( m · Κ)， 而不锈钢导热系数为 80W/ ( m · Κ) 左右， 前者导热系数是后者的约 3倍， 同时， 铝材支管内部设有突起 式翅片板， 单位长度铝材支管的换热面积可提高 3倍以上， 使换热效 率得到很大的提高。 套管使得温水几乎全部从套管与支管之间的夹 层 通过， 使温水得到充分的换热。 极大地减小了水流动的截面积， 使温 水的流速得到提高， 同时垂直隔板的使用也使水的流速提高。 水流速 的提高使水流更顺畅， 不容易形成 "死区"。 分层内管的使用， 使作为 换热管的支管与分层内管之间的少量低温液体 先与温水换热气化成为 气体， 由于气体的传热系数远低于液体的传热系数， 气体再与分层内 管中的低温液体换热。 降低了设有分层内管部位的传热效率， 有效地 避免了第一支管的下端附近结冰的可能。 本发明的水浴式气化器的支 管之间都通过支撑片或连接片连接固定， 形成网架式连接。 网架式连接有 效地控制了各个换热管之间以及各排换热管之 间的间距， 合理地利用了气 化器内部空间， 使气化器在体积尽可能小的前提下提高了水的 流速和换热 效率， 从而实现更大的气化能力。 本气化器采用作为加热介质的水与被加 热流体逆流的工艺运行方式， 有效地提高了液体入口处的换热效率， 从而 使气化器整体的气化效率进一歩提高。

另外， 通过实际应用结果显示， 水温从循环水入口处 18°C经过换 热， 可冷却至 10°C左右， 可使液化天然气从 _163 °C以下加热到 12 °C左 右， 可满足空分系统用水的需要。 因此该温水循环水浴气化器采用例 如 18 °C以上的温水能正常工作， 在满足用气量的同时还可以将工厂内 压缩机产生的循环温水进行降温， 满足压缩机的用水需要， 从而节省 了大量的能源。

本气化器上装有压力表、 温度计， 测温远传装置以及排污口， 可以用 IP110281

来定期检修和清除储水腔内的污垢， 并且可以检测水的压力和温度， 可通 过传感器将测得的具体数据远传至中控室。 为了吊装方便， 该气化器壳体 上还安装有吊耳 24。

虽然上面描述了设置上下隔板和垂直隔板的实 施例， 但并不局限于 此。 本领域的技术人员可以理解， 可以根据实际需要只设置其中一种、 两 种、 或者三种隔板， 甚至不设置任何隔板。 可以理解， 在不设置垂直隔板 的情况下， 可以将出水孔设置在壳体的上部， 即使得加温水从下往上沿一 个方向流动。 作为加热介质的液体也可以根据实际需要， 选择除水之外的 其它液体， 比如热油、 蒸汽等。 根据本发明的一种示例性实施例， 加热介 质为温度高于大约 18°C的水， 而且这种水可以是河水、 海水、 自来水等， 特别是来自于钢铁、 发电、 冶炼等行业的空分系统的压缩机产生的水 （约 25°C

本领域的技术人员可以理解， 上面所描述的实施例都是示例性的， 并 且本领域的技术人员可以对其进行改进， 各种实施例中所描述的结构在不 发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进 行自由组合， 从而在解决本 发明的技术问题的基础上， 实现更多种水浴式气化器。

在详细说明本发明的较佳实施例之后， 本领域的技术人员可清楚的了 解， 在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可 进行各种变化与改变， 且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施 例的实施方式。