[發明專利]一種利用相變材料潛熱交換的蒸氣冷凝器

在審

• 申請號: 202010430389.9
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111578737A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 袁軍;王存文;程健;汪鐵林;賈麗慧;張富青;郭嘉
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學;武漢艾斯發特新材料有限公司
• 主分類號: F28B5/00
• 分類號: F28B5/00;F28D20/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 張力波

本發明涉及一種利用相變材料潛熱交換的蒸氣冷凝器，包括內部中空的冷凝塔，冷凝塔的頂部和底部分別設有冷卻介質氣體出口和蒸氣入口，其上部或下部還設有冷卻介質入口；冷凝塔內部從下至上依次安裝有相變材料組件和用于分布揮發性冷卻介質的分布器，冷卻介質入口在冷凝塔上部時與分布器連通。本發明的有益效果是通過相變材料的相變吸熱和放熱屬于潛熱交換，比現有冷凝器的顯熱取熱的方式熱量交換大，可以使冷凝器的設計容積變小，降低設備制造成本；作為中間熱交換介質的相變材料只發生物理變化，可反復循環使用；由于熱交換面積極大，大大降低了高溫蒸氣的逃逸率，減小了大氣污染，具有巨大的市場需求和廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及節能環保裝備技術領域，具體涉及一種利用相變材料潛熱交換的蒸氣冷凝器。

背景技術

蒸餾是一種熱力學的分離工藝，它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點不同，使低沸點組分蒸發，再冷凝以分離整個組分的單元操作過程，是蒸發和冷凝兩種單元操作的聯合。

冷凝是氣體或液體遇冷而凝結，如水蒸氣遇冷變成水，水遇冷變成冰。溫度越低，冷凝速度越快，效果越好。化工生產中一般以比較容易得到，成本低的水或空氣作冷凝的介質。在化工生產中，實現冷卻、冷凝的設備通常是間壁式換熱器。常用的冷卻、冷凝介質是冷水、鹽水等。

冷凝器是把蒸氣冷凝為液體的設備，在冷凝過程中蒸氣把熱量傳遞給冷卻劑。在石油化工過程中經常使用各種各樣的冷凝器，其中在兩相流動傳熱的冷凝過程中應用最為廣泛，如蒸餾塔頂氣體餾出物的冷凝、水蒸汽的冷凝、冷凍劑蒸氣的冷凝等。在冷凝過程中涉及到的主要設備有：管殼式冷凝器、空氣冷卻器、板式冷凝器和螺旋板式冷凝器等。管殼式冷凝器的管程(或殼程)使用冷卻介質，殼程(或管程)為氣相物料，冷卻介質通過冷凝器列管進行換熱，對分離塔連續加熱產生的氣相物料進行冷凝。冷卻介質與蒸氣的換熱面積與冷凝器列管的表面積相關，列管表面積越大，換熱效率越高。

本發明通過負載相變材料的填料作為蒸氣與冷卻介質熱交換中間介質，蒸氣的熱量首先與載體接觸傳導給相變材料，進行潛熱交換后，揮發性冷卻介質再通過載體從相變材料吸收熱量。其中，填料為負載相變材料載體。本發明所公開的蒸氣冷凝器通過載體改變相變材料的形狀，可使冷熱物料熱交換面積可達到10000m²/m³以上，與傳統冷凝器相比傳熱面積大大增加，整個蒸發冷凝過程無廢氣排放，具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種利用相變材料潛熱交換的蒸氣冷凝器，旨在解決上述技術問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種利用相變材料潛熱交換的蒸氣冷凝器，包括內部中空的冷凝塔，所述冷凝塔的頂部和底部分別設有冷卻介質氣體出口和蒸氣入口，其上部或下部還設有冷卻介質入口；所述冷凝塔內部從下至上依次安裝有相變材料組件和用于分布揮發性冷卻介質的分布器，所述冷卻介質入口在所述冷凝塔上部時與所述分布器連通。

本發明的有益效果是：第一，本發明的能量轉換路徑為間接傳遞，高溫蒸氣的熱量先傳導給相變材料后，發生冷凝變成液相，相變材料發生相變儲能。相變材料再與冷卻介質接觸放熱再發生相變還原為初始狀態；第二，本發明的負載相變材料的載體可通過改變外觀形貌獲得極大的熱交換面積，提高熱交換效率。本發明通過相變材料的相變吸熱和放熱屬于潛熱交換，比現有冷凝器的顯熱取熱的方式熱量交換大，可以使冷凝器的設計容積變小，降低設備制造成本；作為中間熱交換介質的相變材料只發生物理變化，可反復循環使用；由于熱交換面積極大，大大降低了高溫蒸氣的逃逸率，減小了大氣污染，具有巨大的市場需求和廣闊的應用前景。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述相變材料組件包括相變材料和載體，所述載體安裝在所述冷凝塔內，所述相變材料填充在所述載體內。