基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器，包括殼體、水平冷凝管、刮液單元和接水桶；刮液單元由刮液裝置、主從動(dòng)磁鐵、滑輪組組成。接水桶中安裝有虹吸管，該裝置利用虹吸管的周期性接放水原理，使得接水桶周期性上下運(yùn)動(dòng)，并通過滑輪組和主從動(dòng)磁鐵帶動(dòng)冷凝管外的刮液裝置做周期刮液作業(yè)，刮掉冷凝管外表面的冷凝液膜、液滴和吸附的雜質(zhì)，有效降低冷凝管的傳熱熱阻，增加傳熱和冷凝效率。
【專利說明】基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器，是一種用于制冷【技術(shù)領(lǐng)域】的強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)裝置，也可以用于相應(yīng)化工工業(yè)各種氣體的冷凝器設(shè)備中。

【背景技術(shù)】
[0002]冷凝器是把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體的裝置。冷凝器是制冷、空調(diào)與化工等行業(yè)中非常重要的設(shè)備，發(fā)電廠要用許多冷凝器使渦輪機(jī)排出的蒸氣得到冷凝；在冷凍廠中用冷凝器來冷凝氨和氟利昂之類的致冷蒸氣。石油化學(xué)工業(yè)中用冷凝器使烴類及其他化學(xué)蒸氣冷凝。在蒸餾過程中，把蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)的裝置稱為冷凝器。所有的冷凝器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運(yùn)轉(zhuǎn)的。冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同，可分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三大類。水冷式冷凝器按其結(jié)構(gòu)形式又可分為殼管式冷凝器和套管式冷凝器兩種，常見的是殼管式冷凝器。按照冷卻介質(zhì)流動(dòng)方向可分為立式和臥式冷凝器。管殼臥式冷凝器具有水路水平安放和多路往復(fù)流動(dòng)，使單次冷卻的冷卻水的流程增加，提高冷卻水的溫差的優(yōu)點(diǎn)，在氣體冷凝中占有重要的地位。
[0003]在冷凝器工作過程中，蒸氣在管壁面冷凝，由于冷凝液的熱導(dǎo)率低，因此強(qiáng)化冷凝傳熱的關(guān)鍵在于減小冷凝液膜厚度。膜狀冷凝，是冷凝過程的一種。特點(diǎn)是冷凝液能形成液膜而完全潤濕器壁表面。液膜愈積愈厚，多余的冷凝液就沿壁流下。由于壁面上始終覆蓋著一層液膜，壁面和被冷凝蒸氣間的傳熱遇到了阻力，所以傳熱效率較低于滴狀冷凝。現(xiàn)有技術(shù)通常通過采用可減小液膜厚度的縱槽管和波紋管來降低液膜厚度。這些冷凝管利用液體表面張力的作用，使冷凝液體集中于槽溝底部，而其他表面上的液膜厚度減薄。此外，蒸氣在管束外冷凝時(shí)，要合理布置管束位置，以減少上排管子表面的冷凝液對下排管子冷凝作用的影響，并避免液膜明顯增厚。強(qiáng)化冷凝傳熱的另一途徑是維持滴狀冷凝，為此可在壁面上涂以疏水性涂層，或在蒸氣中噴入少量油性添加物，但都難以得到持久的滴狀冷凝，冷凝器液膜厚度直接影響到整個(gè)冷凝效率，如何減小冷凝的液膜厚度是有待進(jìn)一步研究的問題。而冷凝管外壁面長時(shí)間使用可能吸附雜質(zhì)，也會(huì)引起冷凝效率的下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有管殼臥式冷凝器的冷凝管外冷凝液膜的存在弱化冷凝效率、冷凝管外壁面吸附雜質(zhì)造成冷凝管換熱效果下降等不足，本發(fā)明一種新型的管外刮液式管殼臥式冷凝器，通過自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的刮液裝置來刮掉冷凝管外壁面的液膜、液滴及吸附的雜質(zhì)，使得冷凝管外的冷凝熱阻減小，從而提高冷凝效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0006]一種基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器，由冷卻水進(jìn)口、冷凝氣體進(jìn)口、殼程、水平冷凝管、隔板、刮液裝置、從動(dòng)磁鐵、長連桿、主動(dòng)磁鐵、磁鐵滑道、彈簧、滑輪線、定滑輪、動(dòng)滑輪、殼程出水管、粗管路、接水桶、虹吸管、冷卻水出口、冷凝液體出口組成。所述冷卻水進(jìn)口位于殼程一端，冷凝氣體進(jìn)口位于殼程頂部。水平冷凝管位于殼程內(nèi)部，冷凝管在高度方向上成排布置，冷凝管兩端固定隔板上，其內(nèi)部與隔板另一側(cè)的冷卻水連通。所述刮液裝置由刮液環(huán)和短連桿組成，兩層刮液裝置通過長連桿連接，刮液裝置固定連接與主動(dòng)磁鐵頂部，刮液環(huán)的內(nèi)徑等于冷凝管的外徑，刮液環(huán)的內(nèi)壁面與冷凝管外壁面可滑動(dòng)接觸。所述磁鐵滑道位于殼程外，與殼程底部固定連接，主動(dòng)磁鐵位于磁鐵滑道中，主動(dòng)磁鐵的頂部與殼程的底部外表面可滑動(dòng)接觸，主動(dòng)磁鐵的底部與滑道上表面可滑動(dòng)接觸。彈簧一端固定連接與滑道端面，另一端與主動(dòng)磁鐵側(cè)面固定連接。
[0007]所述定滑輪的頂部固定于隔板的底部，滑輪線一端連接定滑輪下的鉤子，另一端繞過動(dòng)滑輪滑槽和定滑輪滑槽后與主動(dòng)磁鐵端面固定連接。所述動(dòng)滑輪與定滑輪通過滑輪線可滑動(dòng)連接，動(dòng)滑輪底部鉤子與接水桶頂固定連接。接水桶通過動(dòng)滑輪懸吊于殼程下方的粗管路中，粗管路通過殼程出水管與殼程固定連接。虹吸管固定安裝在懸吊接水桶的底面，接水桶下端的粗管路底部為冷卻水出口，冷凝液體出口位于殼程的底部。
[0008]進(jìn)一步，本發(fā)明所述管殼臥式冷凝器中，長連桿的長度為冷凝管長度的二分之一，虹吸管進(jìn)水管長度為冷凝管長度的四分之一，彈簧的勁度系數(shù)滿足以下關(guān)系式:
[0009]k = (Gm-Gk) / (2L)式(I)
[0010]其中，k為勁度系數(shù)，Gm為水位達(dá)到虹吸管上方彎曲部分時(shí)接液盤的總重量，Gk為液位處于虹吸管吸入口時(shí)接液盤的總重量，L為虹吸管吸入口至上方彎曲部分的距離。
[0011]進(jìn)一步，本發(fā)明所述管殼臥式冷凝器中，殼程、磁鐵滑道為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì),接水桶、虹吸管、隔板均為密度小于lg/cm3的輕質(zhì)塑料材質(zhì)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]第一，本發(fā)明無需額外動(dòng)力，以流量充足的冷卻水作為動(dòng)力，利用虹吸原理，通過設(shè)置滑輪組和主從動(dòng)磁鐵，使得冷凝管外的刮液裝置往復(fù)左右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行刮液作業(yè)，刮掉冷凝管外表面的冷凝液膜、液滴和吸附的雜質(zhì)，有效降低冷凝管的傳熱熱阻，增加傳熱和冷凝效率。
[0014]第二，在對冷凝器進(jìn)行沖洗時(shí)，冷凝壁面刮液裝置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和剮蹭作用可以使清洗液在冷凝管壁面反復(fù)沖刷，能更有效清洗冷凝管外壁面。
[0015]第三，本發(fā)明所述殼程、磁鐵滑道為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì)，主從動(dòng)磁鐵為耐高溫和腐蝕的磁鐵，可保證磁鐵能帶動(dòng)刮液裝置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。接水桶、虹吸管、隔板均為輕質(zhì)塑料材質(zhì)，可使得接得的溶液在接液盆總質(zhì)量中占較大比重，保證了刮液裝置左右復(fù)運(yùn)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。
[0016]第四，本發(fā)明采用了動(dòng)滑輪和定滑輪組來連接接液盆，利用動(dòng)滑輪的省距離作用，設(shè)置長連桿的長度為冷凝管長度的二分之一，虹吸管進(jìn)水管長度為冷凝管長度的四分之一。彈簧的勁度系數(shù)滿足以下關(guān)系式:k= (Gffl-Gk)/(2L)0可有效減小懸吊接液盆移動(dòng)距離，使設(shè)備更緊湊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述冷凝器接水桶液位達(dá)到虹吸管上方彎曲部分時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明所述冷凝器接水桶液位處于虹吸管吸入口時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明所述刮液裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中包括:冷卻水進(jìn)口 1、冷凝氣體進(jìn)口 2、殼程3、水平冷凝管4、隔板5、刮液裝置6、從動(dòng)磁鐵7、長連桿8、主動(dòng)磁鐵9、磁鐵滑道10、彈簧11、滑輪線12、定滑輪13、動(dòng)滑輪14、殼程出水管15、粗管路16、接水桶17、虹吸管18、冷卻水出口 19、冷凝液體出口 20、刮液環(huán)601、短連桿602。

【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明所述基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器的接水桶處于初始接液與最高液位時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖1和圖2所示。一種管殼臥式冷凝器，由冷卻水進(jìn)口 1、冷凝氣體進(jìn)口 2、殼程3、水平冷凝管4、隔板5、刮液裝置6、從動(dòng)磁鐵7、長連桿8、主動(dòng)磁鐵9、磁鐵滑道10、彈簧11、滑輪線12、定滑輪13、動(dòng)滑輪14、殼程出水管15、粗管路16、接水桶17、虹吸管18、冷卻水出口 19、冷凝液體出口 20組成。所述冷卻水進(jìn)口 I位于殼程3 —端，冷凝氣體進(jìn)口 2位于殼程3頂部。水平冷凝管4位于殼程3內(nèi)部，冷凝管在高度方向上成排布置，冷凝管兩端固定隔板上，其內(nèi)部與隔板另一側(cè)的冷卻水連通。
[0022]所述刮液裝置6的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，刮液裝置6由刮液環(huán)和短連桿組成，兩層刮液裝置6通過長連桿8連接，刮液裝置6固定連接與主動(dòng)磁鐵頂部，刮液環(huán)的內(nèi)徑等于冷凝管的外徑，刮液環(huán)的內(nèi)壁面與冷凝管外壁面可滑動(dòng)接觸。所述磁鐵滑道10位于殼程3夕卜，與殼程3底部固定連接，主動(dòng)磁鐵9位于磁鐵滑道10中，主動(dòng)磁鐵9的頂部與殼程3的底部外表面可滑動(dòng)接觸，主動(dòng)磁鐵9的底部與滑道上表面可滑動(dòng)接觸。彈簧11 一端固定連接與滑道端面，另一端與主動(dòng)磁鐵9側(cè)面固定連接。
[0023]所述定滑輪13的頂部固定于隔板的底部，滑輪線一端連接定滑輪13下的鉤子，另一端繞過動(dòng)滑輪14滑槽和定滑輪13滑槽后與主動(dòng)磁鐵9端面固定連接。所述動(dòng)滑輪14與定滑輪13通過滑輪線12可滑動(dòng)連接，動(dòng)滑輪14底部鉤子與接水桶17頂固定連接。接水桶17通過動(dòng)滑輪14懸吊于殼程3下方的粗管路16中，粗管路16通過殼程出水管15與殼程3固定連接。虹吸管18固定安裝在接水桶17的底面，接水桶17下端的粗管路16底部為冷卻水出口 19，冷凝液體出口 20位于殼程3的底部。
[0024]本發(fā)明所述管殼臥式冷凝器中，長連桿8的長度為冷凝管長度的二分之一，虹吸管18進(jìn)水管長度為冷凝管長度的四分之一，彈簧11的勁度系數(shù)滿足以下關(guān)系式:
[0025]k = Gm-Gk/2L 式⑴
[0026]其中，k為勁度系數(shù)，Gm為水位達(dá)到虹吸管18上方彎曲部分時(shí)接液盤的總重量，Gk為液位處于虹吸管18吸入口時(shí)接液盤的總重量，L為虹吸管18吸入口至上方彎曲部分的距離。
[0027]本發(fā)明所述管殼臥式冷凝器中，殼程3、磁鐵滑道10為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì),接水桶、虹吸管18、隔板均為密度小于lg/cm3的輕質(zhì)塑料材質(zhì)
[0028]本發(fā)明工作原理和工作過程如下:
[0029]如圖1所示，冷卻水由殼程3 —端進(jìn)入冷凝管中，在殼程3另一端轉(zhuǎn)向后回到殼程3原端的下層，并經(jīng)過殼程3冷卻水出口 19流入粗管路16中的接水桶17中。冷凝氣體有殼程3的頂部進(jìn)入，在殼程3中冷凝成液體，由殼程3底部的冷凝液體出口 20流出。如圖1所示，在接液初始時(shí)刻，接水桶由于還未開始接液，接水桶此時(shí)最輕，此時(shí)接水桶處于最高位置，彈簧(11)也處于最小拉伸長度，隨著冷凝液不斷向接水桶中17存積，接水桶17質(zhì)量逐漸增加，接水桶通過滑輪組將主動(dòng)磁鐵9往圖中所示的右方向拉，主動(dòng)磁鐵9帶動(dòng)從動(dòng)磁鐵7和刮液裝置6 —起往右移動(dòng)。
[0030]當(dāng)注進(jìn)的水的水位低于虹吸管18上端彎曲的部分時(shí)，因?yàn)楣軆?nèi)有空氣不會(huì)發(fā)生虹吸現(xiàn)象。但是隨著注水的持續(xù)，當(dāng)注進(jìn)水位高于水管上方彎曲部分時(shí)，此時(shí)，接水桶質(zhì)量達(dá)到最大，此時(shí)冷凝器的位置示意圖如圖2所示，此時(shí)彈簧11拉伸長度也達(dá)到最大，主從動(dòng)磁鐵7和刮液裝置6均被拉倒最右端。由于此時(shí)水管內(nèi)灌滿了水，則會(huì)發(fā)生虹吸現(xiàn)象。大氣壓強(qiáng)壓著水流入虹吸管18，由于虹吸管18的出水口低于桶里的水位，產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，水就順著管子流了出來，直到水位下降到彎管進(jìn)水口之下。當(dāng)水流掉后，接水桶質(zhì)量又達(dá)到最輕，彈簧11收縮使得主動(dòng)磁鐵9、從動(dòng)磁鐵7和刮液裝置6又回到了初始位置，于是有開始下一個(gè)循環(huán)的接液-放液，左移-右移過程。
[0031]在循環(huán)過程中，冷凝管外刮液裝置6隨著接水桶接放水做往復(fù)左右運(yùn)動(dòng)，可刮掉冷凝管外表面的冷凝液膜、液滴和吸附的雜質(zhì)，可有效降低冷凝管的傳熱熱阻，增加傳熱和冷凝效率。
【權(quán)利要求】
1.一種基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器，其特征在于:由冷卻水進(jìn)口、冷凝氣體進(jìn)口、殼程、水平冷凝管、隔板、刮液裝置、從動(dòng)磁鐵、長連桿、主動(dòng)磁鐵、磁鐵滑道、彈簧、滑輪線、定滑輪、動(dòng)滑輪、殼程出水管、粗管路、接水桶、虹吸管、冷卻水出口、冷凝液體出口組成；所述冷卻水進(jìn)口位于殼程一端，冷凝氣體進(jìn)口位于殼程頂部；水平冷凝管位于殼程內(nèi)部，冷凝管在高度方向上成排布置，冷凝管兩端固定隔板上，其內(nèi)部與隔板另一側(cè)的冷卻水連通；所述刮液裝置由刮液環(huán)和短連桿組成，兩層刮液裝置通過長連桿連接，刮液裝置固定連接與主動(dòng)磁鐵頂部，刮液環(huán)的內(nèi)徑等于冷凝管的外徑，刮液環(huán)的內(nèi)壁面與冷凝管外壁面可滑動(dòng)接觸；所述磁鐵滑道位于殼程外，與殼程底部固定連接，主動(dòng)磁鐵位于磁鐵滑道中，主動(dòng)磁鐵的頂部與殼程的底部外表面可滑動(dòng)接觸，主動(dòng)磁鐵的底部與滑道上表面可滑動(dòng)接觸；彈簧一端固定連接與滑道端面，另一端與主動(dòng)磁鐵側(cè)面固定連接； 所述定滑輪的頂部固定于隔板的底部，滑輪線一端連接定滑輪下的鉤子，另一端繞過動(dòng)滑輪滑槽和定滑輪滑槽后與主動(dòng)磁鐵端面固定連接；所述動(dòng)滑輪與定滑輪通過滑輪線可滑動(dòng)連接，動(dòng)滑輪底部鉤子與接水桶頂固定連接；接水桶通過動(dòng)滑輪懸吊于殼程下方的粗管路中，粗管路通過殼程出水管與殼程固定連接；虹吸管固定安裝在懸吊接水桶的底面，接水桶下端的粗管路底部為冷卻水出口，冷凝液體出口位于殼程的底部。
2.一種如權(quán)利要求1所述基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器，其特征在于:長連桿的長度為冷凝管長度的二分之一，虹吸管進(jìn)水管長度為冷凝管長度的四分之一，彈簧的勁度系數(shù)滿足以下關(guān)系式:
k = (Gm-Gk)/(2L) 其中，k為勁度系數(shù)，Gm為水位達(dá)到虹吸管上方彎曲部分時(shí)接液盤的總重量，Gk為液位處于虹吸管吸入口時(shí)接液盤的總重量，L為虹吸管吸入口至上方彎曲部分的距離。
3.—種如權(quán)利要求1所述基于虹吸原理的管殼臥式刮液冷凝器，其特征在于:所述的殼程、磁鐵滑道為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì)，接水桶、虹吸管、隔板均為密度小于lg/cm3的輕質(zhì)塑料材質(zhì)。
【文檔編號】F28F13/04GK104154770SQ201410207074
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】楊柳, 張小松, 李舒宏, 殷勇高, 杜塏 申請人:東南大學(xué)常州研究院