用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置製造方法
2023-05-23 21:30:21
用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置，由冷凝管、刮液裝置、支撐架、定滑輪、動滑輪、滑輪線、懸吊環狀磁鐵、彈簧、懸吊線、懸吊接水盆、粗管路、虹吸管、冷卻水出口組成；所述環狀磁鐵外壁面與冷凝管內壁面可滑動接觸，彈簧下端固定連接於環狀磁鐵上端，彈簧外圈輕貼於冷凝管內壁面上，與冷凝管內壁面可滑動接觸，所述刮液裝置位於冷凝管外，刮液裝置內壁面與冷凝管外壁面可滑動接觸，所述懸吊接水盆位於冷凝管下方，通過懸吊線與動滑輪下的鉤子固定連接，虹吸管位於接水盆內部，與接水盆底部固定連接，本發明通過自動往復運動的刮液裝置來刮掉冷凝管外壁面的液膜和液滴，使得冷凝管外的冷凝熱阻減小,從而提高冷凝效率。
【專利說明】用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種新型的用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置，是一種用於冷凝器中的強化傳熱和相變的裝置。
【背景技術】
[0002]冷凝器是把氣體或蒸氣轉變成液體的裝置。冷凝器是製冷、空調與化工等行業中非常重要的設備，發電廠要用許多冷凝器使渦輪機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。石油化學工業中用冷凝器使烴類及其他化學蒸氣冷凝。在蒸餾過程中，把蒸氣轉變成液態的裝置稱為冷凝器。所有的冷凝器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運轉的。
[0003]冷凝器按其冷卻介質不同，可分為水冷式、空氣冷卻式、蒸髮式三大類。立式殼管式冷凝器由於冷卻流量大流速高，使得傳熱係數較高，對水質要求不高，並且垂直安裝佔地面積小，且可以安裝在室外，使其在水源充足的地方得到了較好的應用。
[0004]在冷凝器工作過程中，蒸氣在管壁面冷凝，由於冷凝液的熱導率低，因此強化冷凝傳熱的關鍵在於減小冷凝液膜厚度。膜狀冷凝，是冷凝過程的一種。特點是冷凝液能形成液膜而完全潤溼器壁表面。液膜愈積愈厚，多餘的冷凝液就沿壁流下。由於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，所以傳熱效率較低於滴狀冷凝。現有技術通常通過採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，使冷凝液體集中於槽溝底部，而其他表面上的液膜厚度減薄。此外，蒸氣在管束外冷凝時，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，並避免液膜明顯增厚。強化冷凝傳熱的另一途徑是維持滴狀冷凝，為此可在壁面上塗以疏水性塗層，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冷凝效率，如何減小冷凝的液膜厚度是有待進一步研究的問題。
[0005]另一方面，由於冷凝器的冷卻水常採用自然水源，如江河、池塘等水源，此類冷卻水中含有較多的凝絮物、纖維雜質等易沉降和吸附的固體，冷卻水中的懸浮雜質沉積到冷凝管內壁面也會影響到冷凝管的換熱效果，如何有效得防止冷凝管內壁面結垢也是需要進一步研究的問題。
【發明內容】
[0006]為了克服現有水冷式垂直冷凝管外冷凝液膜的存在弱化冷凝效率、冷凝管內壁面沉積或吸附雜質造成冷凝管換熱效果下降等不足，本發明一種新型的水冷式垂直冷凝管外刮液裝置，通過自動往復運動的刮液裝置來刮掉冷凝管外壁面的液膜和液滴，使得冷凝管外的冷凝熱阻減小，從而提高冷凝效率。
[0007]為解決上述技術問題，本發明的具體技術方案是:
[0008]一種用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置，由冷凝管、刮液裝置、支撐架、定滑輪、動滑輪、滑輪線、懸吊環狀磁鐵、彈簧、懸吊線、懸吊接水盆、粗管路、虹吸管、冷卻水出口組成。冷凝管內為冷卻水，管外空間充滿冷凝氣體。支撐架水平放置，固定連接於冷凝管內壁面上，所述定滑輪與支撐架下部固定連接，所述動滑輪與定滑輪通過滑輪線可滑動連接，滑輪線一端連接定滑輪下的鉤子，另一端繞過動滑輪滑槽和定滑輪滑槽後與懸吊環狀磁鐵頂部固定連接。所述環狀磁鐵外壁面與冷凝管內壁面可滑動接觸。所述彈簧其外徑與冷凝管內徑相等，彈簧下端固定連接於環狀磁鐵上端，彈簧外圈輕貼於冷凝管內壁面上，與冷凝管內壁面可滑動接觸。所述刮液裝置位於冷凝管外，刮液裝置內壁面與冷凝管外壁面可滑動接觸。所述懸吊接水盆位於冷凝管下方，通過懸吊線與動滑輪下的鉤子固定連接。虹吸管位於接水盆內部，與接水盆底部固定連接。懸吊接水盆下方的粗管路底部為冷卻水出口。所述刮液裝置由平行布置的三層契形刮液圈和豎直的刮液環連接杆組成，最下層契形刮液圈位置與冷凝管內的環狀磁鐵的位置相對應。
[0009]所述冷凝管為銅、鋁合金或不鏽鋼等非磁性材質構成，最下層契形刮液環和懸吊環形磁鐵為耐高溫和腐蝕的磁鐵，上兩層刮液環、刮液環連接杆、動滑輪、懸吊接水盆及虹吸管為密度小於lg/cm3的輕質塑料構成。
[0010]所述刮液裝置、懸吊磁鐵及懸吊接水盆，其質量滿足以下關係式:
[0011]2 (Gg+Gc+f) = (0.8 ?0.9) Gm (I)
[0012]2 (Gg+Gc-f) = (1.1 ?1.2) Gk (2)
[0013]其中，Gg為刮液裝置的重量，Ge為懸吊磁鐵的重量，f為刮液裝置、懸吊磁鐵、彈簧和滑輪總的摩擦阻力，Gm為水位達虹吸管上方彎曲部分時接水盆的總重量(包含動滑輪重量)，Gk為水位處於虹吸管吸入口時接水盆的總重量(包含動滑輪重量)。
[0014]進一步，本發明採用動滑輪和定滑輪組來連接接水盆，設置所述刮液裝置總體長度(包含連杆)為冷凝管的三分之二，懸吊接水盆內部的虹吸管吸入口至上方彎曲部分的距離(L)為冷凝管長度的六分之一。
[0015]本發明的有益效果是:
[0016]第一，本發明以流量充足的冷卻水作為動力，並利用虹吸原理，通過設置滑輪組，使得冷凝管內環狀磁鐵和彈簧沿著冷凝管內壁往復上下運動，可增強冷卻水的擾動，提高換熱係數，並防止冷卻水中的雜質在冷凝管內壁面結垢，提高冷凝器持續工作時間。
[0017]第二，本發明不需要提供而外動力，利用磁鐵自動的往復運動帶動冷凝管外的磁性刮液裝置的往復運動，刮掉冷凝管外表面的冷凝液膜和液滴，可有效降低冷凝管的傳熱熱阻，增加傳熱和冷凝效率。
[0018]第三，在對冷凝器進行衝洗時，冷卻水壁面的彈簧往復運動和剮蹭作用可以使清洗液在壁面反覆衝刷，能更有效清洗冷卻水管內壁面。
[0019]第四，本發明所述冷凝管材質為銅、鋁合金或不鏽鋼等非磁性材質，最下層契形刮液環和懸吊環形磁鐵的材質為耐高溫和腐蝕的磁鐵，可保證磁鐵能帶動刮液裝置的往復運動。上兩層刮液環、刮液環連接杆、動滑輪、懸吊接水盆及虹吸管為輕質塑料構成，可使得接得的溶液在接水盆總質量中佔較大比重，保證了該裝置的上下往復運動功能的實現。
[0020]第五，本發明所述再布膜器、掛灰裝置及懸吊接水盆，其質量滿足以下關係式:
[0021]2 (Gg+Gb+f) = (0.8 ?0.9) Gm (I)
[0022]2 (Gg+Gb-f) = (1.1 ?1.2) Gk (2)
[0023]可使得刮液裝置和環狀磁鐵的總重量大於空接水盆的質量，而小於滿接水盆的質量，從而保證了接水盆質量變化能造成刮液裝置和環狀磁鐵的上下移動，其中(0.8?0.9)和(1.1?1.2)為設置的安全係數。
[0024]第六，本發明採用了動滑輪和定滑輪組來連接接水盆，利用動滑輪的省距離作用，設置所述刮液裝置總體長度(包含連杆)為冷凝管的三分之二，懸吊接水盆內部的虹吸管吸入口至上方彎曲部分的距離(L)為冷凝管長度的六分之一。可有效減小懸吊接水盆的移動距離，使設備更緊湊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為包含本發明所述冷凝管外刮液裝置的水冷殼管立式冷凝器示意圖
[0026]圖2為接水盆水位處於虹吸管吸入口時刮液裝置的主視剖面圖
[0027]圖3為接水盆水位達虹吸管上方彎曲部分時刮液裝置的主視剖面圖
[0028]圖4為圖2的A-A面剖視圖。
[0029]圖5為圖2的B-B面剖視圖。
[0030]圖6為環形磁鐵的主視剖面圖
[0031]圖7為環形磁鐵的俯視圖
[0032]圖8為刮液裝置的主視剖面圖
[0033]圖9為刮液裝置的俯視圖
[0034]圖中包含:冷凝管1、刮液裝置2、支撐架3、定滑輪4、動滑輪5、滑輪線6、懸吊環狀磁鐵7、彈簧8、懸吊線9、懸吊接水盆10、粗管路11、虹吸管12、冷卻水出口 13、分水箱14、冷凝氣體進口 15、冷凝液體出口 16、契形刮液環201、刮液環連接杆202、磁鐵刮液環203。
【具體實施方式】
[0035]如圖1-圖5所示，本發明所述水冷式垂直冷凝管外刮液裝置，由冷凝管1、刮液裝置2、支撐架3、定滑輪4、動滑輪5、滑輪線6、懸吊環狀磁鐵7、彈簧8、懸吊線9、懸吊接水盆
10、粗管路11、虹吸管12、冷卻水出口 13組成。冷卻水由頂部分水箱14進入冷凝管I內，並從冷凝管I底部流出，流入懸吊接水盆中，並當接水盆中達到一定液位時從虹吸管12流出。製冷劑蒸汽從壁面上部冷凝氣體進口 15進入冷凝器中，在冷凝管I外壁面冷凝成液體後從冷凝液體出口 16流出。冷凝管I內為冷卻水，管外空間充滿冷凝氣體。支撐架3水平放置，固定連接於冷凝管I內壁面上，所述定滑輪4與支撐架3下部固定連接，所述動滑輪5與定滑輪4通過滑輪線6可滑動連接，滑輪線6 —端連接定滑輪4下的鉤子，另一端繞過動滑輪5滑槽和定滑輪4滑槽後與懸吊環狀磁鐵7頂部固定連接。所述環狀磁鐵的結構如圖6和圖7所示，環狀磁鐵外壁面與冷凝管I內壁面可滑動接觸。所述彈簧8其外徑與冷凝管I內徑相等，彈簧8下端固定連接於環狀磁鐵上端，彈簧8外圈輕貼於冷凝管I內壁面上，與冷凝管I內壁面可滑動接觸。所述刮液裝置2的結構如圖8和圖9所示，刮液裝置2由平行布置的三層契形刮液圈和豎直的刮液環連接杆202組成，最下層契形刮液圈位置與冷凝管I內的環狀磁鐵的位置相對應。刮液裝置2位於冷凝管I外，刮液裝置2內壁面與冷凝管I外壁面可滑動接觸。所述懸吊接水盆10位於冷凝管I下方，通過懸吊線9與動滑輪5下的鉤子固定連接。虹吸管12位於接水盆內部，與接水盆底部固定連接。懸吊接水盆10下方的粗管路11底部為冷卻水出口 13。
[0036]本發明所述冷凝管I為銅、鋁合金或不鏽鋼等非磁性材質構成，最下層契形刮液環201和懸吊環形磁鐵為耐高溫和腐蝕的磁鐵構成，上兩層刮液環、刮液環連接杆202、動滑輪5、懸吊接水盆及虹吸管12為密度小於lg/cm3的輕質塑料構成。
[0037]本發明所述刮液裝置2、懸吊磁鐵及懸吊接水盆10，其質量滿足以下關係式:
[0038]2 (Gg+Gc+f) = (0.8 ?0.9) Gm (I)
[0039]2 (Gg+Gc-f) = (1.1 ?1.2) Gk (2)
[0040]其中，Gg為刮液裝置2的重量,Ge為懸吊磁鐵的重量，f為刮液裝置2、懸吊磁鐵、彈簧8和和滑輪總的摩擦阻力，Gm為水位達到虹吸管12上方彎曲部分時接水盆的總重量(包含動滑輪重量5)，Gk為水位處於虹吸管12吸入口時接水盆的總重量(包含動滑輪5重量)O
[0041 ] 本發明採用了動滑輪5和定滑輪4組來連接接水盆，可有效減小液盆移動距離。並設置所述刮液裝置2總體長度包含連杆為冷凝管I的三分之二，懸吊接水盆10內部的虹吸管12吸入口至上方彎曲部分的距離(L)為冷凝管I長度的六分之一。
[0042]本發明工作原理和工作過程如下:
[0043]包含本發明所述管外刮液裝置2的水冷殼管立式冷凝器的示意圖如圖1所示，冷卻水由頂部分水箱14進入冷凝管I內，並從冷凝管I底部流出，流入懸吊接水盆中，並當接水盆中達到一定液位時從虹吸管12流出。製冷劑蒸汽從壁面上部冷凝氣體進口 15進入冷凝器中，在冷凝管I外壁面冷凝成液體後從冷凝液體出口 16流出。
[0044]圖2為接水盆中水位處於虹吸管12吸入口時冷凝管外刮液裝置2的主視剖面圖，通過圖2可以看出，在接液初始時刻，接水盆由於還未開始接液，接水盆此時最輕，根據公式1，由於此時接水盆的等效重量小於懸吊磁鐵和刮液裝置2的重量之和，此時接水盆會被拉至最高位置，而懸吊磁鐵和刮液裝置2由於相對較重處於最低位置。隨著冷卻水不斷向接水盆中存積，接水盆質量逐漸增加，當接水盆的等效重量大於懸吊磁鐵和刮液裝置2的重量之和，並足以克服滑動摩擦力的時候，接水盆由於此時較重會往下降，並通過滑輪組將懸吊磁鐵往上拉，而刮液裝置2由於受到磁鐵的吸引也會跟著被往上拉，直到拉倒最高位置。
[0045]當注進的水的水位低於虹吸管12上端彎曲的部分時，因為管內有空氣不會發生虹吸現象。但是隨著注水的持續，當注進水位達到水管上方彎曲部分時,此時,接水盆質量達到最大，刮液裝置2此時位置示意圖如3所示，由於此時水管內灌滿了水，則會發生虹吸現象。大氣壓強壓著水流入虹吸管12，由於虹吸管12的出水口低於桶裡的水位，產生了壓強差，水就順著管子流了出來，直到水位下降到彎管進水口之下。當水流掉後，接水盆質量又達到最輕，此時接水盆的等效重量再次小於懸吊磁鐵和刮液裝置2的重量之和，此時接水盆又會被拉至最高位置，而懸吊磁鐵和刮液裝置2由於相對較重又會回到最低位置。由於懸吊磁鐵和刮液裝置2之間有很強吸引力，懸吊磁鐵也不會落到冷凝管I外。於是有開始下一個循環的接液-放液，上升-下降過程。
[0046]在循環過程中，冷凝管I內環狀磁鐵和彈簧8沿著冷凝管I內壁往復上下運動，可增強冷卻水的擾動，提高換熱係數，並防止冷卻水中的雜質在冷凝管I內壁面結垢，提高冷凝器持續工作時間。磁鐵的往復運動帶動冷凝管I外的磁性刮液裝置2的往復運動，刮掉冷凝管I外表面的冷凝液膜和液滴，可有效降低冷凝管I的傳熱熱阻，增加傳熱和冷凝效率。
【權利要求】
1.一種用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置，其特徵在於:由冷凝管、刮液裝置、支撐架、定滑輪、動滑輪、滑輪線、懸吊環狀磁鐵、彈簧、懸吊線、懸吊接水盆、粗管路、虹吸管、冷卻水出口組成；冷凝管內為冷卻水，管外空間充滿冷凝氣體，支撐架水平放置，固定連接於冷凝管內壁面上，所述定滑輪與支撐架下部固定連接，所述動滑輪與定滑輪通過滑輪線可滑動連接，滑輪線一端連接定滑輪下的鉤子，另一端繞過動滑輪滑槽和定滑輪滑槽後與懸吊環狀磁鐵頂部固定連接，所述環狀磁鐵外壁面與冷凝管內壁面可滑動接觸，所述彈簧其外徑與冷凝管內徑相等，彈簧下端固定連接於環狀磁鐵上端，彈簧外圈輕貼於冷凝管內壁面上，與冷凝管內壁面可滑動接觸，所述刮液裝置位於冷凝管外，刮液裝置內壁面與冷凝管外壁面可滑動接觸，所述懸吊接水盆位於冷凝管下方，通過懸吊線與動滑輪下的鉤子固定連接，虹吸管位於接水盆內部，與接水盆底部固定連接，懸吊接水盆下方的粗管路底部為冷卻水出口，所述刮液裝置由平行布置的三層契形刮液圈和豎直的刮液環連接杆組成，最下層契形刮液圈位置與冷凝管內的環狀磁鐵的位置相對應，所述冷凝管為銅、鋁合金或不鏽鋼等非磁性材質構成，最下層契形刮液環和懸吊環形磁鐵為耐高溫和腐蝕的磁鐵，上兩層刮液環、刮液環連接杆、動滑輪、懸吊接水盆及虹吸管為密度小於lg/cm3的輕質塑料構成，所述刮液裝置、懸吊磁鐵及懸吊接水盆，其質量滿足以下關係式:
2(Gg+Gc+f) = (0.8 ?0.9) Gm (I)
2(Gg+Gc-f) = (1.1 ?1.2) Gk (2) 其中，Gg為刮液裝置的重量，Ge為懸吊磁鐵的重量，f為刮液裝置、懸吊磁鐵、彈簧和滑輪總的摩擦阻力，Gm為水位達虹吸管上方彎曲部分時接水盆的總重量(包含動滑輪重量)，Gk為水位處於虹吸管吸入口時接水盆的總重量(包含動滑輪重量)。
2.如權利要求1所述的用於水冷式垂直冷凝管外的除液裝置，其特徵在於，採用了動滑輪和定滑輪組來連接接水盆，可有效減小液盆移動距離，並設置所述刮液裝置總體長度(包含連杆)為冷凝管的三分之二，懸吊接水盆內部的虹吸管吸入口至上方彎曲部分的距離(L)為冷凝管長度的六分之一。
【文檔編號】F28B9/08GK104154773SQ201410206099
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】楊柳, 張小松, 杜塏 申請人:東南大學常州研究院