水浴式氣化器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水浴式氣化器，特別涉及一種用于天然氣重卡的水浴式氣化器，其可用于對低溫天然氣(LNG)進(jìn)行氣化升溫。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫流體氣化器的形式多種多樣，從結(jié)構(gòu)及工作原理上來說，一般可分為空溫式氣化器和水浴式氣化器。其主要用于液氮、液氧、液化天然氣、液化石油氣等低溫流體的氣化，即把低溫液體轉(zhuǎn)變?yōu)槌貧怏w，以滿足運(yùn)輸、鋼鐵、化工、電子、切割等領(lǐng)域的應(yīng)用。其中水浴式氣化器一般通過外部的熱水與低溫液體進(jìn)行熱交換來實(shí)現(xiàn)低溫液體的氣化，極大地提升了單位面積的換熱效率。
[0003]現(xiàn)有水浴式氣化器，一般采用盤管式設(shè)計(jì)，進(jìn)水口、出水口的設(shè)計(jì)方式有:上進(jìn)上出、下進(jìn)下出、或下進(jìn)上出、上進(jìn)下出，即為垂直方向設(shè)置；或者氣化器垂直放置，進(jìn)出水口穿過腔體與腔體軸線垂直且基本在一端；儲(chǔ)水腔為一個(gè)空腔容器，盤管設(shè)置在儲(chǔ)水腔里，可參考申請日為2013年12月3日的發(fā)明專利CN103615660A所示，以及2010年12月3日遞交申請的發(fā)明專利CN102072678所示。
[0004]目前，冬季及雨季極端天氣常見，特別是北方低溫天氣，這種水浴式氣化器在低溫或極端天氣條件下容易產(chǎn)生供氣不足，當(dāng)循環(huán)水進(jìn)入氣化器，在儲(chǔ)水腔內(nèi)流動(dòng)，以平緩的方式至循環(huán)水出口，低溫流體進(jìn)入氣化器，特別是低溫冷啟動(dòng)時(shí)，換熱盤管很容易結(jié)冰，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱效率低下，甚至?xí)?dǎo)致停產(chǎn)等事故發(fā)生。
[0005]發(fā)明專利內(nèi)容
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題包括:解決氣化器供氣不足及內(nèi)部盤管局部結(jié)冰的問題，特別是天然氣重卡用氣化器在極端條件下供氣不足和低溫冷啟動(dòng)時(shí)氣化器內(nèi)盤管壁局部結(jié)冰的問題。
[0007]提供一種對現(xiàn)有水浴式氣化器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的水浴式氣化器，本發(fā)明專利的技術(shù)方案是:首先，將進(jìn)出水方式由垂直出進(jìn)改為水平進(jìn)出；其次，在氣化器腔中間增設(shè)一掏空筒，掏空筒可以滿足提供換熱效率的作用，掏空筒的范圍或最優(yōu)尺寸由計(jì)算分析決定；再次，在進(jìn)氣端附近加入兩個(gè)電加熱塞，出氣端附近加入一個(gè)電加熱塞，每一步改進(jìn)對天然氣(LNG)出氣溫度都產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)的優(yōu)化，可以達(dá)到天然氣重卡發(fā)動(dòng)機(jī)的最低溫度的要求，不會(huì)再產(chǎn)生供氣不足而且解決了氣化器內(nèi)盤管壁局部結(jié)冰的問題。在以上發(fā)明點(diǎn)的創(chuàng)新及研發(fā)過程中，通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法，利用FLUENT軟件對現(xiàn)有水浴式氣化器進(jìn)行計(jì)算分析，一方面根據(jù)計(jì)算結(jié)果對氣化器結(jié)構(gòu)提供改進(jìn)依據(jù)，另一方面反復(fù)進(jìn)行模型試驗(yàn)、結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)提供進(jìn)一步優(yōu)化解決方案。
[0008]水浴式氣化器，包括氣化腔、進(jìn)出液口、進(jìn)出氣口、盤管，進(jìn)出液口使加熱介質(zhì)流出流入氣化腔，其特征在于，進(jìn)液口 8設(shè)在氣化器一端與氣化腔相通，出液口 11設(shè)在氣化器另一端與氣化腔相通，進(jìn)、出液口的軸心方向與氣化腔軸線基本平行。
[0009]進(jìn)一步地，在氣化器腔內(nèi)增設(shè)有一內(nèi)筒，內(nèi)筒為近似筒形結(jié)構(gòu)，盤管設(shè)置于內(nèi)筒與氣化腔外殼之間形成的空腔內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步地，氣化腔外殼為近似筒形結(jié)構(gòu)，形成一外筒，內(nèi)、外筒同軸安裝，盤管設(shè)置于一近似環(huán)形空腔內(nèi)。
[0011]可選地，進(jìn)液口與出液口位置在徑向垂直平面內(nèi)偏移90°角，進(jìn)氣口與出氣口位置在徑向垂直平面內(nèi)偏移180°角。
[0012]可選地，盤管為雙盤管，雙盤管與內(nèi)外圓筒偏心安裝。以便于加工及安裝，特別是利于雙盤管與進(jìn)出氣管連接。
[0013]優(yōu)選地，內(nèi)筒直徑為30mm?65mm之間。更好地滿足出氣要求，達(dá)到40多攝氏度以上了。
[0014]優(yōu)選地，進(jìn)液口、出液口口徑尺寸相同。計(jì)算得出，此時(shí)換熱效率最好。
[0015]優(yōu)選地，內(nèi)筒直徑約為50mm。出氣溫度達(dá)到最高。
[0016]優(yōu)選地，雙盤管與內(nèi)外圓筒的圓心偏距為11mm。
[0017]可選地，在氣化器內(nèi)，進(jìn)、出氣口附近安裝電加熱塞。
[0018]優(yōu)選地，進(jìn)氣口附近安裝至少兩個(gè)電加熱塞，在出氣口附近安裝至少一個(gè)電加熱塞。
[0019]可選地，氣化腔兩端分別密閉連接固定板，通過兩端的固定板下部彎折部分開設(shè)的螺栓孔將氣化器固定于天然氣重卡上，進(jìn)、出液口各自連接進(jìn)、出液管，進(jìn)、出液管穿過固定板固定并與氣化腔相通，進(jìn)、出氣口各自連接進(jìn)出氣管，進(jìn)、出氣管分別固定穿過兩端固定板上與盤管相通。
[0020]進(jìn)一步可選地，進(jìn)氣口附近安裝至少兩個(gè)電加熱塞，在出氣口附近安裝至少一個(gè)電加熱塞，電加熱塞連接車輛內(nèi)部24伏的蓄電池裝置，電加熱塞連接有手動(dòng)開關(guān)或溫控開關(guān)。
【附圖說明】
[0021]圖1水浴式氣化器立體圖；
[0022]圖2水浴式氣化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3水浴式氣化器左視圖；
[0024]圖4水浴式氣化器右視圖；
[0025]圖5水浴式氣化器低轉(zhuǎn)速工況時(shí)內(nèi)筒直徑與出氣溫度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]現(xiàn)結(jié)合較優(yōu)實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0027]水浴式氣化器包括左固定板102、右固定板103、防凍液進(jìn)液管4、出液管7、天然氣(LNG)進(jìn)氣管2、出氣管5、內(nèi)筒104、外筒101、盤管6、進(jìn)液口 8、出液口 11、進(jìn)氣口 10、出氣口 9和加熱塞1，3。通過左右固定板下部的四個(gè)螺栓孔將氣化器固定于天然氣重卡上；左右進(jìn)出液管分別固定于左右固定板上，并在徑向垂直平面內(nèi)偏移90°角后平行伸出，進(jìn)出氣管也分別固定于左右固定板上，并在徑向垂直平面內(nèi)偏移180°角后平行伸出，如圖3、圖4所示；為方便雙盤管與進(jìn)出氣管連接方便，將內(nèi)外筒同軸安裝，雙盤管與內(nèi)外筒偏心安裝，偏距為11mm;經(jīng)計(jì)算及試驗(yàn)，進(jìn)出液管口徑相同時(shí)氣化效果最優(yōu)；考慮到進(jìn)氣口端附近盤管壁較出氣口端更易結(jié)冰，在氣化器內(nèi)進(jìn)氣管左右兩側(cè)附近安裝兩個(gè)電加熱塞，而在出氣管附近安裝一個(gè)電加熱塞，如圖2所示。
[0028]另外，所設(shè)計(jì)氣化器內(nèi)桶直徑的確定是通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法，利用FLUENT軟件計(jì)算分析得到的。在相同工況、相同邊界條件下，對不同內(nèi)桶直徑的氣化器建模并進(jìn)行計(jì)算仿真。氣化器內(nèi)桶直徑在30mm到65mm間，每間隔5mm分別取值計(jì)算，測量結(jié)果如圖5所示。
[0029]圖5中，橫軸為內(nèi)桶直徑(單位:mm)，縱軸為LNG出氣溫度(單位:°C )。對換熱效果來說，在相同工況、相同邊界條件和相同LNG進(jìn)氣溫度條件下，可用LNG出氣溫度來簡單衡量，出氣溫度升高的越多，相當(dāng)于氣化器的換熱效果越好。圖中顯示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速工況下(例如600到800r/min)，內(nèi)筒直徑在30mm時(shí)LNG出氣溫度達(dá)到11.1左右，內(nèi)筒直徑在65mm時(shí)LNG出氣溫度達(dá)到11.8左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對氣化溫度常溫的要求；而當(dāng)內(nèi)筒直徑為50_時(shí)，LNG出氣溫度達(dá)到22.1，氣化器的換熱效果最佳，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)情況同樣適用于怠速工況下。內(nèi)桶直徑過大或過小都會(huì)不同程度的影響氣化器的換熱能力。在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速工況下，以此內(nèi)筒的直徑范圍，LNG出氣溫度基本在40攝氏度以上.
[0030]天然氣(LNG)從左側(cè)的進(jìn)氣管進(jìn)入，經(jīng)雙盤管與防凍液進(jìn)行熱交換后，從右側(cè)的LNG出氣管流出。防凍液從右側(cè)的進(jìn)液管流入氣化器腔中，通過盤管與流過的LNG進(jìn)行熱交換后，從左側(cè)的出液管流出。LNG與防凍液為逆向流動(dòng)換熱。另外，三個(gè)電加熱塞在低溫冷啟動(dòng)時(shí)同時(shí)工作，給氣化器腔中的防凍液局部進(jìn)行加熱，以防止盤管上局部結(jié)冰，電加熱塞連接車輛內(nèi)部24伏的蓄電池裝置，電加熱塞可連接有手動(dòng)開關(guān)或溫控開關(guān)。
[0031]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.水浴式氣化器，包括氣化腔、進(jìn)出液口、進(jìn)出氣口、盤管，進(jìn)出液口使加熱介質(zhì)流出流入氣化腔，其特征在于，進(jìn)液口設(shè)在氣化器一端與氣化腔相通，出液口設(shè)在氣化器另一端與氣化腔相通，進(jìn)、出液口的軸心方向與氣化腔軸線基本平行。2.如權(quán)利要求1所述的水浴式氣化器，其特征在于，在氣化器腔內(nèi)增設(shè)有一內(nèi)筒，內(nèi)筒為近似筒形結(jié)構(gòu)，盤管設(shè)置于內(nèi)筒與氣化腔外殼之間形成的空腔內(nèi)。3.如權(quán)利要求2所述的水浴式氣化器，其特征在于，氣化腔外殼為近似筒形結(jié)構(gòu)，形成一外筒，內(nèi)、外筒同軸安裝，盤管設(shè)置于一近似環(huán)形空腔內(nèi)。4.如權(quán)利要求3所述的水浴式氣化器，其特征在于，進(jìn)液口與出液口位置在徑向垂直平面內(nèi)偏移90°角，進(jìn)氣口與出氣口位置在徑向垂直平面內(nèi)偏移180°角。5.如權(quán)利要求3或4所述的任一種水浴式氣化器，其特征在于，盤管為雙盤管，雙盤管與內(nèi)外圓筒偏心安裝。6.如權(quán)利要求3或4或5所述的任一種水浴式氣化器，其特征在于，內(nèi)筒直徑為30mm?65mm之間。7.如權(quán)利要求6所述的水浴式氣化器，其特征在于，進(jìn)液口、出液口口徑尺寸相同。8.如權(quán)利要求7所述的水浴式氣化器，其特征在于，內(nèi)筒直徑約為50_。9.如權(quán)利要求8所述的水浴式氣化器，其特征在于，雙盤管與內(nèi)外圓筒的圓心偏距為11mm η10.如權(quán)利要求1?9所述的任一種水浴式氣化器，其特征在于，在氣化器內(nèi)，進(jìn)、出氣口附近安裝電加熱塞。11.如權(quán)利要求10所述的水浴式氣化器，其特征在于，進(jìn)氣口附近安裝至少兩個(gè)電加熱塞，在出氣口附近安裝至少一個(gè)電加熱塞。12.如權(quán)利要求1?9所述的任一種水浴式氣化器，其特征在于，氣化腔兩端分別密閉連接固定板，通過兩端的固定板下部彎折部分開設(shè)的螺栓孔將氣化器固定于天然氣重卡上，進(jìn)、出液口各自連接進(jìn)、出液管，進(jìn)、出液管穿過固定板固定并與氣化腔相通，進(jìn)、出氣口各自連接進(jìn)出氣管，進(jìn)、出氣管分別固定穿過兩端固定板上與盤管相通。13.如權(quán)利要求12所述的水浴式氣化器，其特征在于，進(jìn)氣口附近安裝至少兩個(gè)電加熱塞，在出氣口附近安裝至少一個(gè)電加熱塞，電加熱塞連接車輛內(nèi)部24伏的蓄電池裝置，電加熱塞連接有手動(dòng)開關(guān)或溫控開關(guān)。
【專利摘要】提供一種水浴式氣化器，特別是用于天然氣重卡的水浴式氣化器，可解決極端條件下供氣不足和低溫冷啟動(dòng)時(shí)氣化器內(nèi)盤管壁局部結(jié)冰的問題。氣化器包括氣化腔、進(jìn)出液口、進(jìn)出氣口、盤管，將進(jìn)出水方式由垂直出進(jìn)改為水平進(jìn)出，進(jìn)、出液口分設(shè)于兩端且軸心方向與氣化腔軸線基本平行；在氣化器腔中間增設(shè)一掏空筒，內(nèi)外筒形成環(huán)形空腔，供盤管容納，內(nèi)筒直徑可在30mm到65mm之間，最優(yōu)尺寸由計(jì)算分析決定；進(jìn)氣端附近有兩個(gè)電加熱塞，出氣端有一個(gè)電加熱塞；通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法，利用FLUENT軟件對現(xiàn)有水浴式氣化器進(jìn)行計(jì)算分析，每一步改進(jìn)對出氣溫度都產(chǎn)生實(shí)質(zhì)優(yōu)化，可以達(dá)到天然氣重卡發(fā)動(dòng)機(jī)的最低溫度的要求。
【IPC分類】F02M21/06
【公開號(hào)】CN105298687
【申請?zhí)枴緾N201410360074
【發(fā)明人】陳琳, 李旭林, 姜俊敏
【申請人】陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年7月25日