專利名稱：一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液冷式熱交換器，用于在電解水制備氫、氧氣時(shí)對(duì)電解后 的氣液混合物進(jìn)行有效降低，并避免冷卻裝置被腐蝕。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)采用電解水方式制備高純氫氣和氧氣時(shí)，電解后生成的 氣體以及尚未被電解的溶液溫度都很髙，不能立刻對(duì)其進(jìn)行氣液分離處理，因 此要首先采用熱交換器對(duì)其進(jìn)行降溫處理。
現(xiàn)有的用于對(duì)電解液熱進(jìn)行降溫的交換器一般分為風(fēng)冷式和液冷式(也稱 水冷式)。風(fēng)冷式熱交換器降溫效果較低，并且常常受到實(shí)際空氣溫度的影響，
使其降溫的效果不能夠滿足電解液降溫需要。例如，當(dāng)氣溫在40攝氏度以上時(shí)， 空氣本身的溫度就很高，采用風(fēng)冷就達(dá)不到有效降溫的要求。且風(fēng)冷式多采用 大功率風(fēng)扇，體積大、成本較高。在液冷式熱交換器中，散熱管通常是直接放 入冷液箱(如水箱)中以帶走電解液內(nèi)部的熱量，且散熱管都是以直管方式單 根或多根并排在一起，或者形成"弓"型、"W"等結(jié)構(gòu)，被散熱流質(zhì)(即電解 后的氣液混合物)在管內(nèi)流動(dòng)性不高且容易形成殘留，散熱效果不高，由于被 散熱流質(zhì)存在腐蝕性，也會(huì)對(duì)散熱裝置產(chǎn)生破壞作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決在電解水制備氫、氧氣時(shí)如何有效降低電解后的 氣液混合物的溫度并避免冷卻裝置被腐蝕的問題，提出一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液 冷式熱交換器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器，包括冷卻室、散熱管、內(nèi)管和支架， 外圍設(shè)備包括電解容器的出口、氣液分離裝置的進(jìn)口。
冷卻室為一封閉容器，在其兩端設(shè)有進(jìn)口和出口，且進(jìn)口的位置要低于出口的位置。此外，在冷卻室上下兩端各開有一個(gè)通孔。冷卻液體從冷卻室進(jìn)口
流向出口，將散熱管中待散熱流質(zhì)的熱量帶走。冷卻液體采用溫度在20。以下的
無(wú)腐蝕性液體，如自來水、井水等。冷卻液體的流量根據(jù)實(shí)際散熱需求自由設(shè) 定，并可在冷卻過程中調(diào)節(jié)。
散熱管位于冷卻室內(nèi)部，最好位于冷卻室的中心。散熱管兩端分別作為進(jìn) 口和出口，待散熱流質(zhì)從散熱管的進(jìn)口流向出口。散熱管的進(jìn)口和出口分別通 過冷卻室的上、下通孔伸出冷卻室之外，其與冷卻室通孔的連接處均要密封。 散熱管的進(jìn)口與外圍設(shè)備中電解容器的出口相連，散熱管的出口與外圍設(shè)備中 氣液分離裝置的進(jìn)口相連。散熱管的管身為波紋結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外表面均設(shè)有波紋， 由此增大待散熱流質(zhì)與散熱管管壁熱交換的接觸面積，加快向管外的冷卻液體 的熱交換，同時(shí)使待散熱流質(zhì)產(chǎn)生紊流，便于均勻散熱。散熱管位于冷卻室內(nèi) 的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)，其所形成的螺旋內(nèi)徑、螺旋圈數(shù)要根據(jù)用戶實(shí)際的散熱需 求來確定。這種結(jié)構(gòu)使得待散熱流質(zhì)在散熱管中可形成螺旋式流動(dòng)，待散熱流 質(zhì)中各處的熱量都能夠充分的被冷卻室內(nèi)的冷卻液體帶走，而且待散熱流質(zhì)不 會(huì)在管內(nèi)淤積甚至堵塞散熱管。其中，散熱管的螺旋結(jié)構(gòu)部分要位于冷卻室入 口和出口之間，使散熱管螺旋結(jié)構(gòu)在降溫時(shí)能夠全部處于冷卻液體中。
由于待散熱流質(zhì)存在腐蝕性，因此散熱管以及其出、入口的材質(zhì)要選用耐 腐蝕且導(dǎo)熱性好的金屬材質(zhì)，可以釆用鋼、不銹鋼等。
經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為使熱交換器的體積較小同時(shí)又能夠有效散熱，必須
滿足一下要求散熱管！所形成的螺旋圈的內(nèi)徑控制在i50mm 300mm;散熱 管1的管壁厚度應(yīng)控制在3mm 15mm之間；散熱管1的內(nèi)徑應(yīng)控制在12mm 20mm之間；散熱管1的每個(gè)螺旋圈之間要留有間隙，間隙度不小于lmm。
內(nèi)管處于散熱管螺旋圈結(jié)構(gòu)之內(nèi)，內(nèi)管的兩端分別與冷卻室相連，形成一 個(gè)密閉空間。內(nèi)管與散熱管之間不直接接觸，而是通過支架相連，從而固定住 散熱管。由于內(nèi)管的內(nèi)部不用充入冷卻液體，減少了冷卻液體用量，節(jié)約了成 本。
在使用本熱交換器對(duì)待散熱流質(zhì)進(jìn)行降溫時(shí)，首先向冷卻室內(nèi)通入冷卻液 體。待冷卻液體充滿冷卻室內(nèi)并形成勻速流動(dòng)后，向散熱管中通入待散熱流質(zhì)。 此時(shí)，測(cè)量從散熱管出口出來的流質(zhì)溫度是否滿足要求，否則對(duì)冷卻液體流量 及待散熱流質(zhì)的流量進(jìn)行調(diào)整，直至流出的流質(zhì)到達(dá)所要求的溫度標(biāo)準(zhǔn)為止。有益效果
本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，通過選用具備波紋管狀的散熱管，并呈螺旋結(jié)構(gòu)置 于冷卻室內(nèi)，使得待散熱流質(zhì)中的熱量被冷卻液體充分的帶走，導(dǎo)熱快，散熱 穩(wěn)定，且不易受外界環(huán)境干擾。此外，該散熱管呈螺旋盤狀置于冷卻室內(nèi)，待 散熱流質(zhì)在散熱管內(nèi)不會(huì)淤積，管腔不易堵塞，并且其所具有的波紋結(jié)構(gòu)使得 流經(jīng)管中的待散熱流質(zhì)易于形成湍流，便于均勻散熱。


圖1為本發(fā)明的垂直剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的水平剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，l-散熱管、2-冷卻室、3-內(nèi)管、4-支架、5-散熱管進(jìn)口、 6-散熱管出 口、 7-冷卻室進(jìn)口、 8-冷卻室出口。
具體實(shí)施例方式
下面以對(duì)氫氧發(fā)生器中經(jīng)電解水后生成的氣體和尚未被電解的水形成的氣 液混合物進(jìn)行降溫為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。
本發(fā)明提出的一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性液冷式熱交換器，包括散熱管 1、冷卻室2、內(nèi)管3和支架4。外圍設(shè)備包括電解容器的出口、氣液分離裝置 的進(jìn)口。其中，散熱管1帶有散熱管進(jìn)口5和散熱管出口6，冷卻室2帶有冷卻 室進(jìn)口 7和冷卻室出口 8。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
冷卻室2是一個(gè)封閉的圓柱型罐體，罐體材料采用不銹鋼。罐體高度與罐 底直徑的比例為5: 1。在圓柱罐體的下端靠近底部處的罐壁上設(shè)有冷卻室進(jìn)口 7;在圓柱罐體的上端靠近頂部處的罐壁上設(shè)有冷卻室出口 8。在冷卻室頂端和 底端各開有一個(gè)通孔。
冷卻液體從冷卻室進(jìn)口 7注入冷卻室2，其液面逐漸升高，直至到達(dá)冷卻 室出口 8處并流出，從而將散熱管1中氣液混合物的熱量帶走。冷卻液體采用 溫度在20。以下的自來水。當(dāng)進(jìn)行熱交換時(shí)，自來水在冷卻室2中的流量控制在 3 8L/min，從而做到有效散熱。
散熱管1位于冷卻室2的中心。散熱管1兩端分別作為散熱管進(jìn)口 5和散熱管出口 6，且散熱管進(jìn)口 5位于冷卻室頂部，散熱管出口 6位于冷卻室2底部。 散熱管進(jìn)口 5和散熱管出口 6通過冷卻室2的通孔伸出冷卻室2之外，其與冷 卻室2通孔的連接處采用焊接密封；散熱管進(jìn)口 5與外圍設(shè)備中電解容器的出 口相連，散熱管出口 6與外圍設(shè)備中氣液分離裝置的進(jìn)口相連。待散熱的氣液 混合物從散熱管進(jìn)口 5流向散熱管出口 6。散熱管1為波紋管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)外表面 均設(shè)有波紋，可增大氣液混合物與散熱管管壁熱交換接觸面積，加快向管外的 自來水的熱交換。散熱管1位于冷卻室2內(nèi)的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)，使得氣液混合 物在散熱管1中形成螺旋式流動(dòng)，氣液混合物中各處的熱量都能夠充分的被冷 卻室2內(nèi)的自來水帶走。由于待散熱流質(zhì)可能存在腐蝕性，因此散熱管1以及 散熱管出口6、散熱管進(jìn)口5均采用不銹鋼。
散熱管1所形成的螺旋圈的內(nèi)徑控制在150mm 300mm;散熱管1的管壁 厚度應(yīng)控制在3mm 15mm之間；散熱管1的內(nèi)徑應(yīng)控制在12mm 20mm之間； 散熱管1的每個(gè)螺旋圈之間要留有間隙，間隙度不小于lmm。
內(nèi)管3采用不銹鋼，安裝在冷卻室2內(nèi)，并且處于散熱管3螺旋結(jié)構(gòu)之內(nèi)。 內(nèi)管的上、下端分別與冷卻室2的頂部、底部相連，形成一個(gè)密閉空間。內(nèi)管3 與散熱管3之間通過支架4相連，支架4的兩端分別與內(nèi)管3、散熱管3相焊接， 一個(gè)螺旋圈上接2根或2根以上的支架，但不需要每一個(gè)螺旋圈都用支架與內(nèi) 管3相連，可以每間隔幾個(gè)螺旋圈再采用支架連接，由此固定住散熱管7。且由 于內(nèi)管3的內(nèi)部不用充入自來水，減少自來水用量。
在使用本熱交換器對(duì)電解水氣液混合物進(jìn)行降溫時(shí)，要通過調(diào)節(jié)自來水的 流量以及電解水氣液混合物的流量，保證從散熱管出口 6出來的電解水氣液混 合物溫度在55"C以下。
本裝置的工作過程如下
當(dāng)對(duì)電解水與氫氣氧氣的氣液混合物進(jìn)行降溫時(shí)，首先向冷卻室2內(nèi)通入 自來水。當(dāng)自來水充滿冷卻室2內(nèi)并形成勻速流動(dòng)后，向散熱管1中通入氣液 混合物。此時(shí)，測(cè)量從散熱管出口 6出來的氣液混合物溫度是否在55。C以下， 否則對(duì)水流或氣液混合物的流速進(jìn)行調(diào)整，直至到達(dá)所需溫度標(biāo)準(zhǔn)為止。
權(quán)利要求
1、一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器，包括冷卻室、散熱管，外圍設(shè)備包括電解槽的出口、氣液分離裝置的進(jìn)口；其中，冷卻室為一個(gè)封閉容器，在其兩端設(shè)有進(jìn)口和出口，且進(jìn)口的位置要低于出口的位置，此外，在冷卻室上下兩端各開有一個(gè)通孔；所述散熱管位于冷卻室內(nèi)部，散熱管兩端分別作為進(jìn)口和出口；散熱管的進(jìn)口和出口通過冷卻室的通孔伸出冷卻室之外，其與冷卻室通孔的連接處均要密封；散熱管的進(jìn)口與外圍設(shè)備中電解槽的出口相連，散熱管的出口與外圍設(shè)備中氣液分離裝置的進(jìn)口相連；其特征在于散熱管的管身為波紋結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外表面均設(shè)有波紋；散熱管位于冷卻室內(nèi)的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)；散熱管的螺旋結(jié)構(gòu)部分要位于冷卻室入口和出口之間；散熱管所形成的螺旋圈的內(nèi)徑控制在150mm～300mm；散熱管的管壁厚度應(yīng)控制在3mm～15mm之間；散熱管的內(nèi)徑應(yīng)控制在12mm～20mm之間；散熱管的每個(gè)螺旋圈之間要留有間隙，間隙度不小于1mm；散熱管以及其出、入口的材質(zhì)包括但不限于鋼或不銹鋼中的至少一種；在冷卻室內(nèi)安裝一個(gè)內(nèi)管，內(nèi)管處于散熱管螺旋圈結(jié)構(gòu)之內(nèi)；內(nèi)管的兩端分別與冷卻室相連，形成一個(gè)密閉空間；內(nèi)管與散熱管之間通過支架相連，用于固定住散熱管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于螺旋結(jié)構(gòu)的液冷式熱交換器，解決了在電解水制備氫、氧氣時(shí)如何有效降低電解后的氣液混合物的溫度并避免裝置被腐蝕的問題。本熱交換器包括冷卻室、散熱管、內(nèi)管和支架。冷卻室是一個(gè)封閉的容器，在其兩端設(shè)有進(jìn)口和出口。散熱管位于冷卻室內(nèi)部，散熱管兩端分別作為進(jìn)口和出口，均通過冷卻室的通孔伸出冷卻室之外。散熱管管身為波紋結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外表面均設(shè)有波紋。散熱管位于冷卻室內(nèi)的部分呈螺旋結(jié)構(gòu)并位于冷卻室入口和出口之間；散熱管及其出入口的材質(zhì)選用鋼或不銹鋼。本發(fā)明裝置散熱效果好，且不易受外界環(huán)境干擾。
文檔編號(hào)F28D7/10GK101625207SQ20091009008
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者呂新民, 杜海濤, 陳姚建平 申請(qǐng)人:北京鶴華安吉電子技術(shù)研究所