[发明专利]一种利用介质相变实现流体温度控制的换热装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用介质相变实现流体温度控制的换热装置及方法，包括本体、流体一通道、相变介质一腔体、相变介质二腔体和流体二通道；流体一通道、相变介质一腔体、相变介质二腔体和流体二通道由外向内依次嵌套设置在本体内，且相互密封隔离，流体一通道、相变介质一腔体、相变介质二腔体和流体二通道的顶底部均设置有进口和出口，流体一通道和流体二通道内分别设置有换热流体，相变介质一腔体和相变介质二腔体内分别设置有不同饱和温度的相变介质。实现相变介质饱和温度的控制，从而实现与两种饱和态相变介质接触换热的流体温度的稳定控制。

技术领域

本发明属于换热器领域，涉及一种利用介质相变实现流体温度控制的换热装置及方法。

背景技术

换热器作为一种常见的热工设备，被广泛应用于能源动力、石油化工、建筑供暖、医疗卫生等领域。现有换热器主要用途是实现两种或多种不同温度流体之间的热量传递，从而使流体达到所需温度。然而，对于一些对流体出口温度有较高要求的场合，比如超临界二氧化碳发电系统中，压缩机入口的二氧化碳温度需要被准确控制在紧邻临界点之上，通过普通换热器的换热设计计算难以实现对出口温度的精准控制，因此需要探索新型的换热器装置。

换热器按传热原理可以分为间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器和直接接触式换热器，其中，最常用的为间壁式换热器。间壁式换热器多用于两种流体换热，其中，两种流体在换热器内沿各自的通道流动，通过通道之间的固体壁面进行传热。当两种流体流量、温度固定时，换热量及最后的流体温度取决于换热器的面积，因此，换热器面积的准确设计直接影响到流体的最终出口温度。然而，对于以超临界二氧化碳为典型代表的复杂工艺流体，其换热系数剧烈多变，因此难以通过换热的准确设计和普通间壁式换热器结构实现对应工况下的出口温度准确控制，二氧化碳出口温度会随着工况变化而发生变化，从而影响整体发电系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用介质相变实现流体温度控制的换热装置及方法，实现相变介质饱和温度的控制，从而实现与两种饱和态相变介质接触换热的流体温度的稳定控制。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种利用介质相变实现流体温度控制的换热装置，包括本体、流体一通道、相变介质一腔体、相变介质二腔体和流体二通道；

流体一通道、相变介质一腔体、相变介质二腔体和流体二通道由外向内依次嵌套设置在本体内，且相互密封隔离，流体一通道、相变介质一腔体、相变介质二腔体和流体二通道的顶底部均设置有进口和出口，流体一通道和流体二通道内分别设置有换热流体，相变介质一腔体和相变介质二腔体内分别设置有不同饱和温度的相变介质。

优选的，相变介质一腔体内的相变介质的饱和温度等于流体一通道内换热流体的出口温度，相变介质二腔体内的相变介质的饱和温度等于流体二通道内换热流体的出口温度。

优选的，相变介质一腔体和相变介质二腔体顶部均设置有抽真空口。

优选的，流体一通道的进口位于流体一通道的顶部，流体一通道的出口位于流体一通道的底部；流体二通道的进口位于流体二通道的底部，流体二通道的出口位于流体二通道的顶部。

优选的，流体一通道内的流体温度高于流体二通道内的流体。

优选的，相变介质一腔体和相变介质二腔体内均设置有肋片。

进一步，肋片分别设置在相变介质一腔体和相变介质二腔体的外圈内壁和内圈内壁上。

再进一步，外圈内壁上的肋片和内圈内壁上的肋片交错设置。

一种基于上述任意一项所述利用介质相变实现流体温度控制的换热装置的换热方法，包括以下过程：