1.本发明涉及深冷汽化技术领域，具体涉及一种高效换热汽化器。
背景技术：2.车载液氢瓶在供氢到燃料电池之前必须通过换热汽化器进行汽化。目前采用的汽化器多为水浴式汽化器。水浴式汽化器的结构一般包括：用以通入高温介质的壳体，在壳体的侧壁上设置有壳程入口与壳程出口，在壳体的内部设置有用以通入低温介质的螺旋管，螺旋管沿壳体轴向由前至后呈螺旋状盘绕于壳体内部，螺旋管的入口端从壳体前部密封伸出壳体，螺旋管的出口端从壳体后部密封伸出壳体。上述水浴式汽化器存在的缺点是：低温液氢直接进入水浴式换热器后，水浴式换热器内螺旋管的入口管段极易存在较长距离的结冰，导致换热效率低。
技术实现要素：3.本发明的目的是提供一种能提高换热效率的高效换热汽化器。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高效换热汽化器，包括：用以通入高温介质的壳体，在壳体的侧壁上设置有壳程入口与壳程出口，在壳体的内部设置有用以通入低温介质的螺旋管，螺旋管沿壳体轴向由前至后呈螺旋状盘绕于壳体内部，螺旋管的入口端从壳体前部密封伸出壳体，螺旋管的出口端从壳体后部密封伸出壳体，螺旋管的入口管段呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置。
5.进一步地，前述的一种高效换热汽化器，其中：在螺旋管的入口管段的外部套有螺旋外管，螺旋外管的入口端从壳体前部密封伸出壳体，螺旋外管的内壁与螺旋管的外壁之间形成连通壳体内部的高温介质入口螺旋流道，高温介质入口螺旋流道的入口为壳体的壳程入口，所述螺旋外管呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置。
6.进一步地，前述的一种高效换热汽化器，其中：与螺旋管的入口管段相对应的壳体前段呈口径由前至后逐渐变大的锥形设置，在壳体前段中设置有锥形隔套，锥形隔套的口径由前至后逐渐变大，锥形隔套的外壁与壳体前段的内壁之间形成连通壳体内部的高温介质入口锥形流道，壳体的壳程入口设置于壳体前段的前端外壁上，所述螺旋管的入口管段设置于高温介质入口锥形流道内。
7.进一步地，前述的一种高效换热汽化器，其中：螺旋管的入口管段的螺距呈定长方式设置。
8.进一步地，前述的一种高效换热汽化器，其中：螺旋管的入口管段的螺距呈变距方式设置。
9.通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：能提高换热效率，有效减小水浴式换热器内螺旋管入口管段结冰的概率，使用稳定性与使用安全性高。
附图说明
10.图1为具体实施例一所述的一种高效换热汽化器的结构示意图。
11.图2为图1左视方向的结构示意图。
12.图3为图2中所示的a-a剖面的结构示意图。
13.图4为图2中所示的b-b剖面的结构示意图。
14.图5为具体实施例二所述的一种高效换热汽化器的结构示意图。
15.图6为图5左视方向的结构示意图。
16.图7为图5右视方向的结构示意图。
17.图8为图5中所示的c-c剖面的结构示意图。
18.图9为具体实施例三所述的一种高效换热汽化器的结构示意图。
19.图10为图9左视方向的结构示意图。
20.图11为图9右视方向的结构示意图。
21.图12为图9中所示的e-e剖面的结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
23.具体实施例一如图1、图2、图3、图4所示，所述的一种高效换热汽化器，包括：用以通入高温介质的壳体1，在壳体1的侧壁上设置有壳程入口2与壳程出口3，在壳体1的内部设置有用以通入低温介质的螺旋管4，螺旋管4沿壳体1轴向由前至后呈螺旋状盘绕于壳体1内部，螺旋管4的入口端41从壳体1前部密封伸出壳体1，螺旋管4的出口端42从壳体1后部密封伸出壳体1，螺旋管4的入口管段d呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置；所述螺旋管4的入口管段d的螺距可以采用定长方式设置或者采用变距方式设置。
24.工作时，将高温介质（热水）不断经壳程入口2通入壳体1内部，同时将低温液氢经入口端41通入螺旋管4，在低温液氢经过螺旋管4的过程中，壳体1内部流动的热水与螺旋管4的外壁之间对流换热，将热量传递给螺旋管4的外壁，螺旋管4的高温外壁通过热传导将热量传递给内壁，最后热量通过内壁与低温液氢之间的对流换热实现热量转移，最终完成热水到低温液氢热量的传递，实现对低温液氢的汽化；由于螺旋管4的结构特性，导致截面内流体的轴向速度不同，同时在离心力的作用下，内侧流体向外侧移动，在粘性力的作用下，外侧流体流向速度减小，而当离心力小于轴向压力梯度时，导致回流，最终形成二次回流；并且由于螺旋管4的入口管段呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置，增强了螺旋管内二次回流，从而提高了螺旋管入口管段的内壁的换热系数，进而提高了热水与低温液氢的换热效果，使进入螺旋管的低温液氢的温度迅速升高至热水的冰点以上，减小螺旋管入口管段结冰的概率。
25.具体实施例二如图5、图6、图7、图8所示，所述的一种高效换热汽化器，包括：用以通入高温介质的壳体1，在壳体1的侧壁上设置有壳程入口2与壳程出口3，在壳体1的内部设置有用以通入低温介质的螺旋管4，螺旋管4沿壳体1轴向由前至后呈螺旋状盘绕于壳体1内部，螺旋管4的
入口端从壳体1前部密封伸出壳体1，螺旋管4的出口端从壳体1后部密封伸出壳体1，螺旋管4的入口管段d呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置；在螺旋管4的入口管段d的外部套有螺旋外管5，螺旋外管5的入口端从壳体1前部密封伸出壳体1，螺旋外管5的内壁与螺旋管的外壁之间形成连通壳体内部的高温介质入口螺旋流道6，高温介质入口螺旋流道6的入口为壳体1的壳程入口2，所述螺旋外管5呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置；所述螺旋管4的入口管段d的螺距可以采用定长方式设置或者采用变距方式设置。
26.工作时，将高温介质（热水）不断从壳程入口2通入高温介质入口螺旋流道6，再经高温介质入口螺旋流道6通入壳体1内部，同时将低温液氢从入口端41通入螺旋管4；在低温液氢经过螺旋管4的过程中，壳体1内部流动的热水与螺旋管4的外壁之间对流换热，将热量传递给螺旋管4的外壁，螺旋管4的高温外壁通过热传导将热量传递给内壁，最后热量通过内壁与低温液氢之间的对流换热实现热量转移，最终完成热水到低温液氢热量的传递，实现对低温液氢的汽化。
27.在低温液氢汽化过程中，一方面，由于螺旋管4的入口管段呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置，增强了螺旋管内二次回流，从而提高了螺旋管入口管段的内壁的换热系数，进而提高了热水与低温液氢的换热效果，使进入螺旋管的低温液氢的温度迅速升高至热水的冰点以上，减小螺旋管入口段结冰的概率；另一方面，通过在螺旋管4的外部设置有螺旋外管5，并且使螺旋外管5呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置，不仅利用二次流原理提高了螺旋管入口管段的外壁的换热系数，而且能大大增加高温介质入口螺旋流道6内热水的流速，从而进一步提高热水与螺旋管入口管段的外壁的换热系数；同时由于螺旋外管始终浸没于壳体内的热水中，热水始终为螺旋外管提供热量，确保高温介质入口螺旋流道6时刻保持高温热水，从而减少高温介质入口螺旋流道6内的螺旋管入口管段结冰的概率。
28.具体实施例三如图9、图10、图11、图12所示，所述的一种高效换热汽化器，包括：用以通入高温介质的壳体1，在壳体1的侧壁上设置有壳程入口2与壳程出口3，在壳体1的内部设置有用以通入低温介质的螺旋管4，螺旋管4沿壳体1轴向由前至后呈螺旋状盘绕于壳体1内部，螺旋管4的入口端41从壳体1前部密封伸出壳体1，螺旋管4的出口端42从壳体1后部密封伸出壳体1，螺旋管4的入口管段d呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置；与螺旋管4的入口管段d相对应的壳体1前段呈口径由前至后逐渐变大的锥形设置，在壳体1前段中设置有锥形隔套7，锥形隔套7的口径由前至后逐渐变大，锥形隔套7的外壁与壳体1前段的内壁之间形成连通壳体1内部的高温介质入口锥形流道8，壳体1的壳程入口2设置于壳体1前段的前端外壁上，所述螺旋管4的入口管段d设置于高温介质入口锥形流道8内；所述螺旋管4的入口管段d的螺距可以采用定长方式设置或者采用变距方式设置。
29.工作时，将高温介质（热水）不断从壳程入口2通入高温介质入口锥形流道8，再经高温介质入口锥形流道8通入壳体1内部，同时将低温液氢从入口端41通入螺旋管4；在低温液氢经过螺旋管4的过程中，壳体1内部流动的热水与螺旋管4的外壁之间对流换热，将热量传递给螺旋管4的外壁，螺旋管4的高温外壁通过热传导将热量传递给内壁，最后热量通过内壁与低温液氢之间的对流换热实现热量转移，最终完成热水到低温液氢热量的传递，实现对低温液氢的汽化。
30.在低温液氢汽化过程中，一方面，由于螺旋管4的入口管段呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置，增强了螺旋管内二次回流，从而提高了螺旋管入口管段的内壁的换热系数，进而提高了热水与低温液氢的换热效果，使进入螺旋管的低温液氢的温度迅速升高至热水的冰点以上，减小螺旋管入口段结冰的概率；另一方面，通过在壳体前段内部设置锥形隔套，减少了壳体前段内的热水流动面积，提高了壳体前段内热水的流速，从而提高了热水与螺旋管入口管段的外壁的换热系数，进一步减小了螺旋管入口段结冰的概率。
31.以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。
技术特征：1.一种高效换热汽化器，包括：用以通入高温介质的壳体，在壳体的侧壁上设置有壳程入口与壳程出口，在壳体的内部设置有用以通入低温介质的螺旋管，螺旋管沿壳体轴向由前至后呈螺旋状盘绕于壳体内部，螺旋管的入口端从壳体前部密封伸出壳体，螺旋管的出口端从壳体后部密封伸出壳体，其特征在于：螺旋管的入口管段呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置。2.根据权利要求1所述的一种高效换热汽化器，其特征在于：在螺旋管的入口管段的外部套有螺旋外管，螺旋外管的入口端从壳体前部密封伸出壳体，螺旋外管的内壁与螺旋管的外壁之间形成连通壳体内部的高温介质入口螺旋流道，高温介质入口螺旋流道的入口为壳体的壳程入口，所述螺旋外管呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置。3.根据权利要求1所述的一种高效换热汽化器，其特征在于：与螺旋管的入口管段相对应的壳体前段呈口径由前至后逐渐变大的锥形设置，在壳体前段中设置有锥形隔套，锥形隔套的口径由前至后逐渐变大，锥形隔套的外壁与壳体前段的内壁之间形成连通壳体内部的高温介质入口锥形流道，壳体的壳程入口设置于壳体前段的前端外壁上，所述螺旋管的入口管段设置于高温介质入口锥形流道内。4.根据权利要求1或2或3所述的一种高效换热汽化器，其特征在于：螺旋管的入口管段的螺距呈定长方式设置。5.根据权利要求1或2或3所述的一种高效换热汽化，其特征在于：螺旋管的入口管段的螺距呈变距方式设置。
技术总结本发明公开了一种高效换热汽化器，包括：用以通入高温介质的壳体，在壳体的侧壁上设置有壳程入口与壳程出口，在壳体的内部设置有用以通入低温介质的螺旋管，螺旋管沿壳体轴向由前至后呈螺旋状盘绕于壳体内部，螺旋管的入口端从壳体前部密封伸出壳体，螺旋管的出口端从壳体后部密封伸出壳体，螺旋管的入口管段呈螺旋中径由前至后逐渐变大的趋势设置。本发明的优点是：能提高换热效率，有效减小水浴式换热器内螺旋管入口管段结冰的概率，使用稳定性与使用安全性高。使用安全性高。使用安全性高。
技术研发人员：邹宏伟 王朝 何春辉 赵亚丽 朱源嘉
受保护的技术使用者：张家港氢云新能源研究院有限公司
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/7/5
