一种高换热率的跨临界二氧化碳蒸汽锅炉的制作方法

本实用新型涉及蒸汽锅炉技术领域，具体涉及一种高换热率的跨临界二氧化碳蒸汽锅炉。

背景技术：

co2作为是一种具备独特性的自然工质，由于自身具有的特殊性质其广泛应用在工业循环制冷方面。目前，跨临界二氧化碳的加热方式利用高温气体热交换得以实现。传统的高温气体问锅炉中的高温烟气，其具有较高的温度，换热效果优异，但是高温烟气长时间与换热盘管接触易在表面结层，导致后期换热效果差。

本公司之前设计了一种热泵蒸汽锅炉，其专利号为cn108224396a，主体结构包括炉本体以及安装在锅炉本体底部的支撑机构；锅炉本体包括锅炉壳体以及安装在锅炉壳体内部的换热机构，锅炉壳体顶部安装有顶端盖；锅炉壳体包括锅炉筒，锅炉筒顶端分别设有集流管安装口和分流管安装口，锅炉筒底端外侧设有进水口，锅炉筒内部底面垂直设有分流管定位套；顶端盖包括顶板以及设置在顶板底部的罩壳，顶板表面垂直设有蒸汽出口管。该实用新型的热泵蒸汽锅炉与高温烟气热交换相比，虽然能够避免后期热交换效果差的不足，但是其热蒸汽的热量无法得到充分利用，其主要原因在于高温蒸汽从锅炉壳体底部通入，与螺旋换热管进行热交换后直接从蒸汽出口管排出，极大降低了其蒸汽中热量的利用率。因此，针对现有的热泵蒸汽锅炉的不足，设计一种能够提高蒸汽的热量利用率的节能型跨临界二氧化碳蒸汽锅炉是一项有待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是设计一种高换热率的跨临界二氧化碳蒸汽锅炉，用以解决现有的蒸汽锅炉高温蒸汽直接从锅炉底部通入从顶端排出时其热量无法得到有效利用的不足。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种高换热率的跨临界二氧化碳蒸汽锅炉，包括圆筒外壳、密封底座、椭圆封头和换热组件，所述圆筒外壳的上下端分别与椭圆封头、密封底座相连接，所述密封底座包括底板、底筒和第一中间隔筒，所述底筒焊接在底板的上表面，所述第一中间隔筒焊接在底筒的底壁中心，所述第一中间隔筒的顶端与椭圆封头之间留有第一导流间隙，所述圆筒外壳与第一中间隔筒的圆周外壁之间形成了第一换热区间，所述椭圆封头的下表面中心焊接有第二中间隔筒，所述第二中间隔筒的下端伸入圆筒外壳的下端，且留有第二导流间隙，所述第一中间隔筒的圆周内壁与第二中间隔筒的圆周外壁之间形成了第二换热区间，所述第二中间隔筒的内腔形成了蒸汽排出通道，所述椭圆封头的顶端设置有与蒸汽排出通道相连通的蒸汽排管；

所述换热组件包括第一换热盘管和第二换热盘管，所述第一换热盘管的直径大于第二换热盘管，且第一换热盘管的高度小于第二换热盘管，所述第一换热盘管设置在第一换热区间中，所述第一换热盘管的下端连接有伸出圆筒外壳下端的第一工质进管，其上端连接有伸出圆筒外壳上端的第一工质出管，所述第二换热盘管设置在第二换热区间中，所述第二换热盘管的上端连接有伸出第一中间隔筒及圆筒外壳上端的第二工质进管，其下端连接有伸出第一中间隔筒及圆筒外壳下端的第二工质出管，位于所述圆筒外壳的圆周外壁下端设置有两个高温蒸汽进管，且两个高温蒸汽进管对称设置。

作为上述方案的进一步改进，所述第一中间隔筒的上端设置有倒圆台状导流环板，所述第二中间隔筒的下端设置有圆台状导流环板，通过倒圆台状导流环板和圆台状导流环板的作用，能够减小第一导流间隙和第二导流间隙的大小，增加高温蒸汽与换热组件的热交换时间。

作为上述方案的进一步改进，所述圆筒外壳的上端与椭圆封头之间以及圆筒外壳下端与密封底座之间均通过法兰与螺栓实现可拆卸式连接，通过法兰与螺栓的可拆卸式连接，可方便对后续蒸汽锅炉内部的清理、更换或维修。

作为上述方案的进一步改进，所述圆筒外壳与椭圆封头、密封底座的连接处均设置有耐高温密封圈，在连接处设置耐高温密封圈能够保证蒸汽高炉的密封性。

作为上述方案的进一步改进，所述底筒的外圆周面上均匀设置有若干个加强肋板，所述加强肋板的下表与底板相焊接，加强底筒甚至整个蒸汽锅炉的稳定性。

有益效果：

本实用新型与现有的用于加热临界二氧化碳的蒸汽锅炉相比，在圆筒外壳的内部设置第一中间隔筒和第二中间隔筒，并在都留有导流间隙，从而将传统的蒸汽锅炉从底部通入高温蒸汽，再从顶端排出的流动方式改成高温蒸汽从底部流入第一换热区间的顶端，然后再从第一换热区间的顶端流向第二换热区间的底端，最后从蒸汽排出通道排出，能够充分有效的对第一换热盘管和第二换热盘管中的co2工质进行加热，其有效提高了高温蒸汽中热量的利用率，降低了临界二氧化碳的加热成本，实用性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实用新型的立体图；

图2为实用新型的的内部平面结构图；

图3为本实用新型中圆筒外壳的立体图；

图4为本实用新型中密封底座及第一中间隔筒的立体图；

图5为本实用新型中椭圆封头及第二中间隔筒的立体图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1~5，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

实施例1介绍了一种高换热率的跨临界二氧化碳蒸汽锅炉，主体包括圆筒外壳1、密封底座2、椭圆封头3和换热组件。其中，圆筒外壳1的上下端均设置有法兰4，并在椭圆封头3的下端以及密封底座2的上端也均设置有与圆筒外壳1上法兰4相对应的法兰，通过法兰4与螺栓之间的连接作用将圆筒外壳1的上下端分别与椭圆封头3、密封底座4相连接，并且在法兰4之间的连接处设置有耐高温密封圈5，通过耐高温密封圈5的作用将圆筒外壳1、密封底座2和椭圆封头3之间形成一个密封空间。

其中，密封底座2包括底板201、底筒202和第一中间隔筒203，底筒202焊接在底板201的上表面，并在底筒202的外圆周面上均匀设置有若干个加强肋板204，其加强肋板204的下表与底板201相焊接，能够加强底筒202乃至整个蒸汽锅炉的稳定性。其第一中间隔筒203焊接在底筒202的底壁中心，第一中间隔筒203的顶端与椭圆封头3之间留有第一导流间隙，为了减小第一导流间隙的间隙大小，还在第一中间隔筒203的上端设置有倒圆台状导流环板204，其圆筒外壳1与第一中间隔筒203的圆周外壁之间形成了第一换热区间100。

在椭圆封头3的下表面中心焊接有第二中间隔筒301，其第二中间隔筒301的下端伸入圆筒外壳1的内腔下端，并且留有第二导流间隙，并且为了第二导流间隙的间隙大小，也在第二中间隔筒301的下端设置有圆台状导流环板302，而第一中间隔筒203的圆周内壁与第二中间隔筒301的圆周外壁之间形成了第二换热区间200，第二中间隔筒301的内腔形成了蒸汽排出通道300，并在椭圆封头3的顶端设置有蒸汽排管303，其蒸汽排管303与蒸汽排出通道300相连通。

本实施例1中的换热组件包括第一换热盘管6和第二换热盘管7，其中第一换热盘管6的直径大于第二换热盘管7，而第一换热盘管6的高度小于第二换热盘管7，保证通向第一换热盘管6和第二换热盘管7中的co2工质流动的总管程相等。将第一换热盘管6设置在第一换热区间100中，并在第一换热盘管6的下端和上端分别连接有第一工质进管601和第一工质出管602。其中，第一工质进管601伸出圆筒外壳1的下端，第一工质出管602伸出圆筒外壳1的上端。第二换热盘管6设置在第二换热区间200中，在第二换热盘管的下端和上端分别连接有第二工质进管701和第二工质出管702，其第二工质进管701伸出第一中间隔筒203和圆筒外壳1的上端，第二工质出管702伸出第一中间隔筒203和圆筒外壳1的下端。最后，在位于圆筒外壳1的圆周外壁下端设置有两个高温蒸汽进管8，并且两个高温蒸汽进管8对称设置在圆筒外壳1的圆周外壁上。

本实用新型的一种具体实施应用及工作原理：

首先，将圆筒外壳1的圆周外壁下端两个高温蒸汽进管8与蒸汽发生器（图中未画出）的高温蒸汽管相连接，并向蒸汽锅炉的内部不断通入高温蒸汽，待其内部充满高温蒸汽后，再将co2工质分别通向第一工质进管601和第一工质出管602中，co2工质进入第一换热盘管6和第二换热盘管7后，分别与第一换热区间100、第二换热区间200中的高温热蒸汽进行热交换。

在向蒸汽锅炉通入高温蒸汽时，其高温蒸汽先从第一换热区间100的底部向上流动，在流动过程中与第一换热区间100与第一换热盘管6进行热交换，然后通过第一导流间隙流向第二换热区间200与第二换热盘管7进行热交换，热交换完成后，其剩余的低温蒸汽从第二导流间隙流向蒸汽排出通道300，并从蒸汽排出通道300中向上流动，最后从蒸汽排管303排出。

本实用新型通过将圆筒外壳内部分为两个热交换区间，增加了高温蒸汽在蒸汽锅炉的热交换时间，能够对两个换热盘管进行有效热交换，极大增加了其蒸汽中热量的利用率，降低了成本，其效果优异，实用性强。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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