本發(fā)明涉及換熱設備技術領域，尤其涉及一種凝汽器及熱能利用系統(tǒng)。

背景技術：

凝汽器又稱復水器，是將汽輪機排汽冷凝成水的一種換熱器；主要用于汽輪機動力裝置中。凝汽器除將汽輪機的排汽冷凝成水，供鍋爐重新使用外，還能在汽輪機排汽處建立真空和維持真空。

現(xiàn)有的凝汽器，其管束包括多個并列的冷卻管，且多個冷卻管均勻間隔設置。現(xiàn)有凝汽器在使用循環(huán)冷卻水的情況下能夠正常工作，但是在使用低溫液體介質進行乏汽冷凝，和低溫液體劇烈吸熱形成相變的情況下，該結構的凝汽器就很容易在冷卻管入口出現(xiàn)大量結冰堵塞乏汽等熱源流通通道的現(xiàn)象，甚至將冷凝器內部冷卻管之間的間隙都全部結冰和堵塞。若凝汽器內部出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，將導致熱源乏汽等熱源介質通道堵塞，嚴重影響凝汽器的換熱效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供凝汽器，以減少凝汽器在低溫冷卻介質發(fā)生相變劇烈吸熱造成內部結冰的現(xiàn)象發(fā)生，提高凝汽器的換熱效率。

本發(fā)明的目的還在于提供熱能利用系統(tǒng)，以減少凝汽器內部結冰的現(xiàn)象，提高凝汽器的換熱效率。

基于上述第一目的，本發(fā)明提供的凝汽器，包括殼體和設置在所述殼體內部的管束；所述殼體上設置有熱源入口和熱源冷凝出口；所述熱源入口設置于所述熱源冷凝出口的上方；

所述管束包括多個與所述殼體固定連接的冷卻管；

多個所述冷卻管呈行呈列排列；每一行的多個所述冷卻管呈折線形依次連通；

相鄰的兩行所述冷卻管，靠近所述熱源入口的一行的所述冷卻管的出口連通另一行所述冷卻管的入口。

進一步地，沿所述管束內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的所述冷卻管的導熱率，不大于后流經冷卻介質的所述冷卻管的導熱率；

和/或，沿所述管束內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的所述冷卻管的橫截面積，不大于后流經冷卻介質的所述冷卻管的橫截面積。

進一步地，靠近所述熱源冷凝出口的所述冷卻管設置有換熱翅片；

和/或，靠近所述熱源冷凝出口的所述冷卻管設置有多個支管。

進一步地，沿所述管束內的冷卻介質的流動方向，多個所述冷卻管之間的間隔依次減小。

進一步地，沿所述管束內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的所述冷卻管的材質的導熱系數(shù)，不大于后流經冷卻介質的所述冷卻管的材質的導熱系數(shù)；

和/或，全部或者部分所述冷卻管外設置有保溫涂層；沿所述管束內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的所述冷卻管的所述保溫涂層厚度，不小于后流經冷卻介質的所述冷卻管的所述保溫涂層厚度。

進一步地，所述殼體上設置有冷卻進室和冷卻出室；相對于所述冷卻出室，所述冷卻進室靠近于所述熱源入口；

所述管束的入口與所述冷卻進室連通，所述管束的出口與所述冷卻出室連通。

進一步地，所述殼體內設置有多個所述管束；每個所述管束的入口與所述冷卻進室連通，每個所述管束的出口與所述冷卻出室連通。

進一步地，所述冷卻管為耐高壓管。

進一步地，所述殼體外套有保溫層；

所述殼體的形狀為矩形體、圓柱形體或扁柱體；

所述殼體內固定設置有支架板；所述支架板設置有多個與所述冷卻管一一對應的板孔；所述支架板通過所述板孔支撐連接所述冷卻管；

所述熱源冷凝出口設置有熱井；所述熱井設置有凝結液出液管。

基于上述第二目的，本發(fā)明提供的熱能利用系統(tǒng)，包括所述的凝汽器。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的凝汽器，包括殼體和管束，通過在管束內流通冷卻介質，以與流經熱源入口和熱源冷凝出口的熱源介質進行熱量交換；其中，管束包括多個呈行呈列排列的冷卻管，且每一行的多個冷卻管呈折線形依次連通，相鄰的兩行冷卻管中靠近熱源入口的一行的冷卻管的出口連通另一行冷卻管的入口，也即多個冷卻管依次串聯(lián)連接，以減少或者避免冷卻管出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，尤其是減少或者避免靠近熱源入口的冷卻管出現(xiàn)結冰和造成熱源介質流通通道的堵塞現(xiàn)象，從而使熱源乏汽等熱源介質在凝汽器內的流通通路更加通暢，以提高凝汽器的換熱效率。

本發(fā)明提供的熱能利用系統(tǒng)，包括所述的凝汽器，可以減少凝汽器內部結冰的現(xiàn)象，提高凝汽器的換熱效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例一提供的凝汽器的剖面結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一提供的凝汽器的冷卻管的剖視圖；

圖3為本發(fā)明實施例一提供的凝汽器的管束的立體圖；

圖4為本發(fā)明實施例一提供的凝汽器的管束的第一角度結構示意圖；

圖5為圖4所示的管束的俯視圖；

圖6為本發(fā)明實施例二提供的凝汽器的剖面結構示意圖。

圖標：110-殼體；111-熱源入口；112-熱源冷凝出口；113-冷卻進室；114-冷卻出室；120-管束；121-冷卻管；122-保溫涂層；130-熱井；131-凝結液出液管。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例一

參見圖1-圖5所示，本實施例提供了一種凝汽器；圖1為本實施例提供的凝汽器的剖面結構示意圖；圖2為本實施例提供的凝汽器的冷卻管的剖視圖；圖3為本實施例提供的凝汽器的管束的立體圖，圖4為凝汽器的管束的第一角度結構示意圖，5為圖4所示的管束的俯視圖。其中，圖1中所示的箭頭方向為冷卻介質/熱源介質的流動方向。

參見圖1-圖5所示，本實施例提供的凝汽器，包括殼體110和設置在殼體110內部的管束120；殼體110上設置有熱源入口111和熱源冷凝出口112；熱源入口111設置于熱源冷凝出口112的上方；高溫氣體從熱源入口111進入殼體內部，與管束120內的冷卻介質換熱，從熱源冷凝出口112流出殼體。

管束120包括多個與殼體110固定連接的冷卻管121。

多個冷卻管121呈行呈列排列；每一行的多個冷卻管121呈折線形依次連通；

相鄰的兩行冷卻管121，靠近熱源入口111的一行的冷卻管121的出口連通另一行冷卻管121的入口。管束120包括多個的冷卻管121也可以理解為管束120呈一根連通的蛇形管，還可以理解為管束120為多個冷卻管121串聯(lián)。

本實施例中所述凝汽器，包括殼體110和管束120，通過在管束120內流通冷卻介質，以與流經熱源入口111和熱源冷凝出口112的熱源介質進行熱量交換；其中，管束120包括多個呈行呈列排列的冷卻管121，且每一行的多個冷卻管121呈折線形依次連通，相鄰的兩行冷卻管121中靠近熱源入口111的一行的冷卻管121的出口連通另一行冷卻管121的入口，也即多個冷卻管121依次串聯(lián)連接，以減少或者避免冷卻管121出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，尤其是減少或者避免靠近熱源入口111的冷卻管121出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，從而使熱源介質在凝汽器內的流通通路更加通暢，以提高凝汽器的換熱效率。

可選地，本實施例中所述凝汽器采用低溫冷卻介質，例如低溫冷卻介質的沸點低于0度；可選地，所述低溫冷卻介質在凝汽器內發(fā)生相變，以充分利用低溫冷卻介質的蒸發(fā)潛熱，以在一定程度上提高凝汽器的換熱效率?？蛇x地，呈液相的低溫冷卻介質輸入凝汽器內，與熱源介質換熱后輸出呈氣相或者氣液混合的低溫冷卻介質。可選地，呈氣相的熱源介質輸入凝汽器內，與低溫冷卻介質換熱后輸出呈液相或者氣液混合的熱源介質。

采用使低溫冷卻介質在凝汽器內發(fā)生相變的設計，低溫冷卻介質進入的時候溫度很低，其靠近冷卻管121入口更容易出現(xiàn)結冰現(xiàn)象，尤其在高溫氣體入口處與冷卻管121入口處相結合的位置。本實施例所述凝汽器通過令多個冷卻管121依次串聯(lián)連接，也即每一行的多個冷卻管121呈折線形依次連通、且相鄰的兩行冷卻管121中靠近熱源入口111的一行的冷卻管121的出口連通另一行冷卻管121的入口，以減少或者避免冷卻管121出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，以使熱源介質在凝汽器內的流通通路更加通暢，以提高凝汽器的換熱效率。

本實施例的可選方案中，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的橫截面積，不大于后流經冷卻介質的冷卻管121的橫截面積。也就是說，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的橫截面積可以與后流經冷卻介質的冷卻管121的橫截面積相同，也可以小于后流經冷卻介質的冷卻管121的橫截面積；可選地，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，冷卻管121的橫截面積逐漸增大。隨著冷卻介質在冷卻管121內的流動，冷卻介質的溫度逐漸升高，熱源介質的溫度逐漸降低；通過令先流經冷卻介質的冷卻管121的橫截面積不大于后流經冷卻介質的冷卻管121的橫截面積，以減少或者避免先流經冷卻介質的冷卻管121的外面結冰的現(xiàn)象，以使凝汽器的結構設計更加合理。

本實施例的可選方案中，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的導熱率，不大于后流經冷卻介質的冷卻管121的導熱率。也即，靠近管束120的入口的冷卻管121的導熱率最低，靠近管束120的出口的冷卻管121的導熱率最高。可選地，靠近熱源入口111的冷卻管121的導熱率最低；可選地，靠近熱源冷凝出口112的冷卻管121的導熱率最高。

本實施例的可選方案中，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)，不大于后流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)；也即多個冷卻管121采用的材質至少部分不相同。也就是說，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)可以與后流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)相同，也可以小于后流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)；可選地，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，冷卻管121材質的導熱系數(shù)逐漸增大。隨著冷卻介質在冷卻管121內的流動，冷卻介質的溫度逐漸升高，熱源介質的溫度逐漸降低；通過令先流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)不大于后流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)，以減少或者避免先流經冷卻介質的冷卻管121的外面結冰的現(xiàn)象，以使凝汽器的結構設計更加合理。

參見圖2所示，本實施例的可選方案中，全部或者部分冷卻管121外設置有保溫涂層122；沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層122厚度，不小于后流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層122厚度。也就是說，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層122厚度可以與后流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層厚度相同，也可以大于后流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層厚度；可選地，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，冷卻管121的保溫涂層厚度逐漸減少。隨著冷卻介質在冷卻管121內的流動，冷卻介質的溫度逐漸升高，熱源介質的溫度逐漸降低；通過令先流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層厚度不小于后流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層厚度，以減少或者避免先流經冷卻介質的冷卻管121的外面結冰的現(xiàn)象，以使凝汽器的結構設計更加合理。

可選地，保溫涂層采用納米隔熱保溫涂料涂設而成；納米隔熱保溫涂料例如可以為現(xiàn)有材料，以合成樹脂乳液為基料，引進反射率高、熱阻大的納米級反射隔熱材料，如中空陶瓷粉末、氧化釔等而制成的隔熱保溫涂料；是建立在低密度和超級細孔(小于50nm)結構基礎上，其導熱系數(shù)低而反射率高。

需要說明的是，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，先流經冷卻介質的冷卻管121的導熱率不大于后流經冷卻介質的冷卻管121的導熱率，可以采用先流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)不大于后流經冷卻介質的冷卻管121的材質的導熱系數(shù)，也可以采用先流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層厚度不小于后流經冷卻介質的冷卻管121的保溫涂層厚度，也可以二者都采用，或者采用其他方式。

本實施例的可選方案中，靠近熱源冷凝出口112的冷卻管121設置有換熱翅片(圖中未顯示)；通過換熱翅片，以提高靠近熱源冷凝出口112的冷卻管121的換熱效率。

可選地，靠近熱源冷凝出口112的冷卻管121設置有多個支管(圖中未顯示)。通過多個支管，以提高靠近熱源冷凝出口112的冷卻管121的換熱效率。

可選地，靠近熱源冷凝出口112的冷卻管121設置有換熱翅片和多個支管。

其中，靠近熱源冷凝出口112的冷卻管121設置的多個支管，可以呈星型、放射性、y型等設置，多個支管還可以呈橫向或縱向設置、先橫向串聯(lián)后再縱列向串聯(lián)等等方式。

本實施例的可選方案中，沿管束120內的冷卻介質的流動方向，多個冷卻管121之間的間隔依次減小?？蛇x地，從熱源入口111至熱源冷凝出口112的方向，相鄰兩行冷卻管121之間的間隔依次減小；沿管束120內的冷卻介質的流動方向，相鄰兩列冷卻管121之間的間隔依次減小。在一定條件下，冷卻管121吸熱結冰，通過增加靠近熱源入口111處的冷卻管121的間距，以能夠預留有足夠的空間，盡可能避免冷卻管121外面結冰后把換熱通道堵塞。

本實施例的可選方案中，冷卻管121為耐高壓管。例如低溫冷卻介質吸熱氣化可形成高壓的氣體或者氣液混合物；該氣體或者氣液混合物輸入螺桿膨脹機或者汽輪機進行發(fā)電。

可選地，殼體110采用耐壓材料。

本實施例的可選方案中，殼體110外套有保溫層(圖中未顯示)；以防止凝汽器外部熱能進入到凝汽器內部，以在一定程度上提高凝汽器的換熱效率。保溫層例如可以為珍珠棉、聚氨酯保溫棉、保溫涂層、保溫砂漿層等等。

可選地，殼體110的形狀為矩形體、圓柱形體、扁柱體或者其他形狀。

本實施例的可選方案中，冷卻管121通過支架(圖中未顯示)或者支架板(圖中未顯示)與殼體110固定連接。

優(yōu)選地，殼體110內固定設置有支架板；支架板設置有多個與冷卻管121一一對應的板孔；支架板通過板孔支撐連接冷卻管121；也即冷卻管121穿過板孔。可選地，支架板的數(shù)量為多個，多個支架板平行設置?？蛇x地，支架板垂直于冷卻管121的軸向，或者支架板與冷卻管121的軸向呈銳角設置。

本實施例的可選方案中，熱源冷凝出口112設置有熱井130；通過熱井130回收熱源介質被冷凝而產生的液體。

可選地，熱井130設置有凝結液出液管131；通過凝結液出液管131，以排出熱井內收集的液體。

本實施例中所述凝汽器，經過熱交換，冷卻介質溫度逐漸升高，乏汽等熱源介質的潛熱能量和溫度逐漸降低，通過冷卻管的管道的換熱面積逐漸增加和/或冷卻管的換熱管道的導熱能力逐漸增加；也可以理解為隨著冷卻介質溫度的逐漸增加，冷卻管的管道的導熱能力也逐漸增強、換熱面積也逐漸增加，以提高冷卻管的換熱面積和導熱效果，靠近熱源冷凝出口的冷卻管可以通過支管、換熱片以達到實現(xiàn)最大換熱能力的效果,以減少或者避免冷卻管出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，尤其是減少或者避免靠近熱源入口的冷卻管出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，從而使熱源介質在凝汽器內的流通通路更加通暢，以提高凝汽器的換熱效率。

實施例二

實施例二提供了一種凝汽器，該實施例是在實施例一的基礎上改進后的另一技術方案，實施例一所公開的凝汽器的技術特征也適用于該實施例，實施例一已公開的凝汽器的技術特征不再重復描述。

圖6為本實施例提供的凝汽器的剖面結構示意圖。其中，圖6中所示的箭頭方向為冷卻介質/熱源介質的流動方向。

結合圖2-圖5，參見圖6所示，本實施例提供的凝汽器，殼體110上設置有冷卻進室113和冷卻出室114；相對于冷卻出室114，冷卻進室113靠近于熱源入口111；

管束120的入口與冷卻進室113連通，管束120的出口與冷卻出室114連通。

可選地，冷卻進室113和冷卻出室114外設置有保溫層。

本實施例的可選方案中，殼體110內設置有多個管束120；每個管束120的入口與冷卻進室113連通，每個管束120的出口與冷卻出室114連通。也即冷卻進室113和冷卻出室114之間并列設置多個管束120?？蛇x地，靠近冷卻進室113的多個管束120的間距不小于靠近冷卻出室114的多個管束120的間距；以減少或者避免管束120的冷卻管121出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，尤其是減少或者避免靠近冷卻進室113的冷卻管121出現(xiàn)結冰的現(xiàn)象，從而使熱源介質在凝汽器內的流通通路更加通暢，以提高凝汽器的換熱效率。

本實施例中所述凝汽器具有實施例一所述凝汽器的優(yōu)點，實施例一所公開的所述凝汽器的優(yōu)點在此不再重復描述。

實施例三

實施例三提供了一種熱能利用系統(tǒng)，該實施例包括實施例一、實施例二所述的凝汽器，實施例一、實施例二所公開的凝汽器的技術特征也適用于該實施例，實施例一、實施例二已公開的凝汽器的技術特征不再重復描述。

本實施例提供的熱能利用系統(tǒng)包括凝汽器。該熱能利用系統(tǒng)例如可以為發(fā)電系統(tǒng)或者其他采用凝汽器的系統(tǒng)。

本實施例中所述熱能利用系統(tǒng)具有實施例一、實施例二所述凝汽器的優(yōu)點，實施例一、實施例二所公開的所述凝汽器的優(yōu)點在此不再重復描述。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。