本发明涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种设置气液分离器的分离式双相变换热器及换热方法。
背景技术：
石油、化工、钢铁、冶金、制药、环保、能源等领域，在生产过程中都要产生余热或废热，使用适合的换热器，就可明显提高能源利用率，降低生产成本，节能降耗减排。其中的分离式热管换热器因能安全、高效、远程传输热量而被广泛应用。在目前常用的分离式热管换热器运行过程中，上升管内向上流动的是气液两相混合流体，没有在上升管上设置气液分离器，进入放热组件的是气液两相混合流体，既降低放热组件的冷凝换热效率，又增加整个系统的循环流动阻力。另外，在下降管上也没有设置气液分离器，使得放热组件及下降管内的不凝性气体排除得不彻底，进一步降低放热组件的冷凝换热效率。
现有技术中，申请号为201210071306.7的“一种双泵热管式换热设备”发明专利，存在下列问题：
(1).该专利因增设了冷凝器循环泵2和蒸发器循环泵4，在循环泵转动轴的间隙处必然要产生泄漏，大大降低整套装置的密封性能，无法保持整套装置长期正常运行；
(2).由冷凝器1和冷凝器循环泵2组成的循环回路，与由蒸发器5和蒸发器循环泵4组成的循环回路，这两个循环回路的融合点为储液罐3，并在该储液罐内进行气液分离，从冷凝器1中流下来的冷凝液是过冷液体，其温度要低于从蒸发器5中上升进入储液罐3的蒸汽温度，两种不同温度的流体相遇，在储液罐3内就过早的发生冷凝换热，从而降低了整体的换热效率。
现有技术中，申请号为200610045059.8的“双循环可控热管系统”发明专利，存在下列问题：
(1).该专利因增加了溶液循环泵，大大降低整套装置的密封性能，若整套装置是负压操作，则通过循环泵转动轴的间隙吸入外界的空气从而趋于常压，导致蒸发器内的工作介质不能正常气化蒸发；若整套装置是正压操作，则通过循环泵转动轴的间隙向外泄漏热管内的工质，最终也将导致整套装置无法正常运行；
(2).该专利只在两相流输送管束6上增设了气液分离器14，而在冷凝器凝结液输送管10上没有设置气液分离器，且在整套装置上均未设置排气阀，这些都将使得残留在整套装置内的不凝性气体或在运行过程中新产生的不凝性气体无法排除，大大降低冷凝器2的冷凝换热效率。
技术实现要素：
为解决以上技术难题，本发明提供一种设置气液分离器的分离式双相变换热器及换热方法，可显著提高冷凝换热效率，同时降低整个系统的循环流动阻力。
本发明的设置气液分离器的分离式双相变换热器，包括吸热组件和放热组件，所述放热组件的安装高度高于所述吸热组件，还包括气液分离器a、气液分离器b，所述吸热组件的上端通过气液分离器a与放热组件的上端相通，所述放热组件的下端通过气液分离器b与吸热组件的下端相通，所述气液分离器b的上端还设置有排气阀b。
进一步，所述吸热组件的上端通过气液上升管与所述气液分离器a的下端接通，所述气液分离器a的上端通过气体上升管与所述放热组件的上端接通，所述气液分离器a的下端还通过回液管与所述吸热组件的下端接通。
进一步，所述放热组件的上端还设置有排气阀a，能够收集不凝性气体并排出。
进一步，所述放热组件的下端通过气液下降管与所述气液分离器b的上端接通，所述气液分离器b的下端通过液体下降管与所述吸热组件的下端接通。所述液体下降管的最低处设置有排污阀c。
进一步，所述气液分离器b的上端通过不凝性气体富集管与排气阀b连接，所分离出来的不凝性气体向上进入不凝性气体富集管，并通过排气阀b适时排放不凝性气体，从而增加放热组件内的冷凝换热效率。
进一步，所述吸热组件和放热组件的数量为多片，多片吸热组件共用气液分离器a和/或多片放热组件共用气液分离器b，结构紧凑，经济性好。
进一步，所述吸热组件、放热组件分别置于吸热壳体、放热壳体内，吸热壳体可串接在有余热或废热可利用的热流体管道中，放热壳体可串接在冷流体管道中。
本发明还提供一种使用设置气液分离器的分离式双相变换热器的换热方法，吸热组件与热流体换热，吸热组件中的工作介质沸腾气化，所产生的蒸气携带部分未气化的液体组成气液两相混合流体，该气液两相混合流体在气液分离器a中进行气液分离器，分离出来的液体经回液管回流到吸热组件，分离出来的气体经气体上升管进入放热组件，与冷流体进行冷凝换热并加热冷流体，冷凝产生的液体工作介质夹带不凝性气体流入气液分离器b进行气液分离，分离出来的不凝性气体经排气阀b排出，分离出来的液体依靠重力经液体下降热管回流到吸热组件。
进一步地，气液分离器a分离出来的气体中的不凝性气体在放热组件上方的排气阀a中被排出。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.在气液上升管的上端设置气液分离器a，则进入气体上升管和放热组件的是单纯气相而无液相，既增加放热组件内的冷凝换热效率，又降低整个系统的循环流动阻力；
2.在放热组件的上端设置排气阀a，能够收集不凝性气体并排出；
3.在气液下降管的下端设置了气液分离器b，所分离出来的不凝性气体富集在不凝性气体富集管内，并通过排气阀b排出，实现在放热组件的上、下两端不凝性气体双排出路线，最大限度排除了整个系统内的不凝性气体，显著增加了放热组件内的冷凝换热效率。
附图说明
图1为本发明的结构及工作流程示意图。
附图标记：1.吸热组件、2.吸热下联箱、3.吸热壳体、4.吸热管排、5.吸热上联箱、6.气液上升管、7.气液分离器a、8.气体上升管、9.放热组件、10.放热壳体、11.排气阀a、12.放热上联箱、13.排气阀b、14.放热管排、15.放热下联箱、16.气液下降管、17.不凝性气体富集管、18.气液分离器b、19.液体下降管、20.回液管、21.排污阀c。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
在图1所示的实施例中，本发明的设置气液分离器的分离式双相变换热器，包括吸热组件1和放热组件9，并且放热组件9的安装高度必须适当高于吸热组件1，实现整套装置无动力自然循环。吸热组件1由吸热下联箱2、吸热管排4、吸热上联箱5组成，若干吸热组件1置于吸热壳体3中，吸热壳体3串接在有余热或废热可利用的热流体管道中。吸热上联箱5与气液上升管6的下端接通，气液上升管6的上端与气液分离器a7的下端接通，气液分离器a7的上端与气体上升管8的下端接通，气体上升管8的上端与放热上联箱12接通；气液分离器a7的下端还与回液管20的上端接通，回液管20的下端与吸热下联箱2接通。
放热组件9由放热上联箱12、放热管排14、放热下联箱15组成，若干放热组件9置于放热壳体10中，放热壳体10串接在冷流体管道中。放热上联箱12向上与排气阀a11接通。放热下联箱15向下与气液下降管16的上端接通，气液下降管16的下端与气液分离器b18的上端接通，气液分离器b18的上端还与不凝性气体富集管17接通，不凝性气体富集管17上端还设置有排气阀b13。气液分离器b18的下端与液体下降管19的上端接通，液体下降管19的下端与吸热下联箱2接通，在液体下降管19的最低处与排污阀c21接通。
此外，气液上升管6和气液下降管16，在现场布置和制造允许的条件下，其长度要尽量短。单片吸热组件1可与单个气液分离器a7接通配套使用，也可多片吸热组件1共用1个气液分离器a7。同样，单片放热组件9可与单个气液分离器b18接通配套使用，也可多片放热组件9共用1个气液分离器b18。
一种使用设置气液分离器的分离式双相变换热器的换热方法，具体步骤如下：
1.关闭排污阀c21，并开启排气阀a11和排气阀b13；
2.根据系统中热流体和冷流体的温度，选用适当的工作介质并定量充装到整个装置内，再采用热排法或抽真空法，使整个装置内达到足够的真空度，并关闭排气阀a11和排气阀b13，在这过程中切忌漏入空气；
3.当冷、热流体分别进入放热壳体10和吸热壳体3时，吸热管排4吸收来自热流体的热量，使吸热管排4内的工作介质沸腾气化，所产生的蒸气携带着部分尚未气化的液体组成气液两相混合流体依次进入吸热上联箱5、气液上升管6以及气液分离器a7，并在气液分离器a7内进行气液分离，分离出来的气体向上进入气体上升管8，再进入放热组件9进行冷凝换热，并不断加热放热壳体10中的冷流体；而在气液分离器a7内分离出来的液体则向下流入回液管20，再回流到吸热下联箱2；进入放热组件9的工质蒸气在进行冷凝换热后，所凝结的液体工质夹带少量残留或新产生的不凝性气体，依靠重力作用向下流入气液下降管16，再进入气液分离器b18进行气液分离，所分离出来的不凝性气体向上进入不凝性气体富集管17，并通过排气阀b13适时排放不凝性气体；所分离出来的液体依靠重力作用向下进入液体下降管19，再返流到吸热下联箱2，完成一个无动力自然循环，并无限重复这样的循环，达到利用热流体中的热量远程、高效、安全地加热冷流体的目的。
技术特征：
1.一种设置气液分离器的分离式双相变换热器，包括吸热组件和放热组件，所述放热组件的安装高度高于所述吸热组件，其特征在于，还包括气液分离器a、气液分离器b，所述吸热组件的上端通过气液分离器a与放热组件的上端相通，所述放热组件的下端通过气液分离器b与吸热组件的下端相通，所述气液分离器b的上端还设置有排气阀b。
2.根据权利要求1所述的设置气液分离器的分离式双相变换热器，其特征在于，所述吸热组件的上端通过气液上升管与所述气液分离器a的下端接通，所述气液分离器a的上端通过气体上升管与所述放热组件的上端接通；所述气液分离器a的下端还通过回液管与所述吸热组件的下端接通。
3.根据权利要求1所述的设置气液分离器的分离式双相变换热器，其特征在于，所述放热组件的上端还设置有排气阀a。
4.根据权利要求1所述的设置气液分离器的分离式双相变换热器，其特征在于，所述放热组件的下端通过气液下降管与所述气液分离器b的上端接通，所述气液分离器b的下端通过液体下降管与所述吸热组件的下端接通。
5.根据权利要求4所述的设置气液分离器的分离式双相变换热器，其特征在于，所述液体下降管的最低处设置有排污阀c。
6.根据权利要求1所述的设置气液分离器的分离式双相变换热器，其特征在于，所述气液分离器b的上端通过不凝性气体富集管与排气阀b接通。
7.根据权利要求1-6任一项所述的设置气液分离器的分离式双相变换热器，其特征在于，所述吸热组件和放热组件的数量为多片，多片吸热组件共用气液分离器a和/或多片放热组件共用气液分离器b。
8.根据权利要求1-6任一项所述的设置气液分离器的分离式双相变换热器，其特征在于，所述吸热组件、放热组件分别置于吸热壳体、放热壳体内。
9.一种使用设置气液分离器的分离式双相变换热器的换热方法，其特征在于，吸热组件与热流体换热，吸热组件中的工作介质沸腾气化，所产生的蒸气携带部分未气化的液体组成气液两相混合流体，该气液两相混合流体在气液分离器a中进行气液分离，分离出来的液体经回液管回流到吸热组件，分离出来的气体经气体上升管进入放热组件，与冷流体进行冷凝换热并加热冷流体，冷凝产生的液体工作介质夹带不凝性气体流入气液分离器b进行气液分离，分离出来的不凝性气体经排气阀b排出，分离出来的液体依靠重力经液体下降管回流到吸热组件。
10.根据权利要求9所述的换热方法，其特征在于，气液分离器a分离出来的气体中的不凝性气体在放热组件上方的排气阀a中被排出。
技术总结
本发明公开了一种设置气液分离器的分离式双相变换热器及换热方法，涉及换热设备技术领域。本发明的设置气液分离器的分离式双相变换热器，包括吸热组件和放热组件，所述放热组件的安装高度适当高于所述吸热组件，还包括气液分离器A、气液分离器B，所述吸热组件的上端通过气液分离器A与放热组件的上端相通，所述放热组件的下端通过气液分离器B与吸热组件的下端相通，所述放热组件的上端设置排气阀A，所述气液分离器B的上端还设置有排气阀B。与现有技术相比，本发明在放热组件的上、下两端设置不凝性气体双排出路线，最大限度排除了整个系统内的不凝性气体，显著增加了放热组件内的冷凝换热效率，同时降低了整个系统的循环流动阻力。
技术研发人员：陈兴元;杨峻;詹岳;陈军
受保护的技术使用者：南京圣诺热管有限公司
技术研发日：2020.01.02
技术公布日：2020.04.21
声明：
“设置气液分离器的分离式双相变换热器及换热方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：南京圣诺热管有限公司
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2024年12月27日 ~ 29日 
