CN1011537B - 气压混合式冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种气压混合式蒸汽冷凝器，它包括有一个冷凝室，冷凝室中的喷洒装置。一个凝液室、凝液室的底面，凝液室中的凝液的表面高度保持在高于该底面的高度上。凝液室设置在高于储存箱中的液体表面高度的高度上。一个具有入口和出口并从凝液室延伸至储存箱中液体表面的下方的尾管，以及一个与冷凝室相连的并通入凝液室的入口，尾管的入口高于凝液室的底面但低于冷凝液表面高度。

Description

本发明涉及一种气压混合式冷凝器。

本说明书中，如“高于”和“低于”这样的几何名词是与重力方向相差的，“高于”与“低于”离地心更远些。

物质是以固态、液态和气态存在的，在较低环境温度和较高压力下，物质倾向于以固态存在，在较高温度和较低压力下，物质倾向于以气态存在。

冷凝器是用来将一种气体（以其气态存在的物质）转变为其液态。当气体凝结时，它放出其气化潜热，使周围区域变热，其体积也减少。在发电设备中，冷凝器一般用来冷凝透平废气，而在致冷设备中用来冷凝致冷剂蒸气，例如氟利昂或阿摩尼亚。冷凝器也用于石油和化工工业中，冷凝碳氢化合物及其它化学蒸汽。

在蒸汽冷凝器的主要产品领域中，已知需设置一个低压区，使蒸汽能排入其内，也需具有收集冷凝了的蒸汽（冷凝物）的凝液室，使冷凝物能重新使用或排出去作其它应用。已知主要有两种类型的蒸汽冷凝器：（a）表面冷凝器，在这种冷凝器中，要冷凝的蒸汽并不与冷却介质（即水）直接接触，而是由冷水流经的管壁将蒸汽与水隔开;（b）混合式冷凝器，在这种冷凝器中，冷水喷洒入蒸汽中，并与蒸汽相混合来促进冷凝。在气压混合式蒸汽冷凝器中，蒸汽导入一个冷凝室中（凝液室紧邻的上游），大量的水喷入冷凝室内，水与蒸汽混合，促进蒸汽冷凝，同时蒸汽体积必然减少，产生较低（真空）压力，为了维持这种真空状态，从凝液室排出的水导入一个长的重直管（尾管）内，该尾管向下延伸约10米通入池，河流或其它水体内。

已有类型的气压混合式蒸汽冷凝器的缺点是：由于蒸汽的凝结总是伴随着汽化潜热的放出，冷凝室和/或凝液室变热，致使经过一段时间后，冷凝率和冷凝效率可能减少。另一个缺点是凝结了的蒸汽受到冷却水污染，使得未经化学处理就不能重新进一步使用。

我打算提供一种更新的，最好是连续更新的冷凝物自由液体表面来避免或改善已知气压混合式冷凝器的一个缺点。我还打算重新使用从凝结室排出的水作为冷却水来避免或改善所述的另一个缺点。

根据我的发明的一个特点，我提供了一种气压混合式冷凝器，该冷凝器包括一个冷凝室，冷凝室中的喷洒装置，一个凝液室，一个凝液室的底面，冷凝室适合于将冷凝物保持高于底面的冷凝物表面高度上，一个液体储存箱，凝液室适合于设置在高于储存箱中液体表面的高度上，一个具有入口和出口并从凝液室延伸至储存箱中的液体表面以下的尾管，以及一个与冷凝室相连的通入凝液室的入口，其特征在于尾管的入口高于凝结室的底面而低于冷凝物表面。液体储存箱最好是封闭的箱体，并通过尾管来接收冷凝物，从而是一个冷凝物储存箱。尾管刚好终止在储存箱中液体表面的下方，使尾管对冷凝室中正凝结的蒸汽起到压力密封的作用。较有效的是喷洒装置与冷凝物储存箱相连，从储存箱的最冷的区域吸取冷凝物，并将冷凝物强制喷入冷凝室内。

根据我的发明的另一个特点，我提供了一种从蒸汽中产生冷凝物的方法，该方法包括给冷凝室（16）供给蒸汽，喷射较冷的液体来湿润并冷却蒸汽，将形成的冷凝物保持在冷凝室（20）中并使冷凝物自由液体表面基本处于一个预定的高度（24）上，以及从所述的凝液室中排出一部分形成的液态冷凝物，其特征在于冷凝物是从邻近 其自由液体表面的地方排出的，从而所述表面由较冷的留存冷凝物所更新。排出的冷凝物最好收集在冷凝物储存箱内，有效的是引导蒸汽/喷洒物的混合物通过凝液室的入口，撞击冷凝物表面，使其冷却并使更多的蒸汽冷凝，而冷凝物表面由于接收了汽化潜热而变热，然后将这冷凝物表面排出，而由较冷的冷凝物所更新。冷凝物表面最好连续地排出，并自动地由较冷的冷凝物来替换掉。

附图为本发明的气压混合式冷凝器的示意图。

下面通过实例并参照示意附图（未按比例画出）来进一步描述本发明。

真空蒸发室（未示出）中产生的相对高温的纯水蒸汽（例如从海水中产生的），由通风机F₁从箭头A₁的方向通过导管12吸入冷凝器10，然后通风机驱动蒸汽沿导管14流向冷凝室16。本实施例中冷凝室16是导管14的延续部分，而在另一实施例中，冷凝室是导管的扩张部分。

在冷凝器16内有一个水喷嘴18，冷凝室16的下游是凝液室20，凝液室20有一个入口22与冷凝室16相连同。在另一个实施例中，根据所选的腔室设计，凝结可连续发生在或主要发生在凝液室20内。然而凝液室的主要目的还在于将冷凝物保持在高于凝液室20的底面26高度的高度24上。

一般冷凝器10处于高真空状态，来自导管12的蒸汽凝结以及必然出现的体积减小加强了这种真空状态。未凝结的蒸汽通过凝结室的出口28以箭头A₃的方向排出，并返回至真空蒸发室。

本发明的一个特点是凝液室20内的冷凝物基本维持在一个不变的预定高度24，从喷嘴18喷出的水和来自导管12的蒸汽形成的冷凝物将升高这个水面高度，但这些水通过尾管33流入冷水或冷凝 物储存箱30中，泵P₇通过入口A₁₂汲取并循环这海水，然后在出口A₁₃将海水返回至海中，以这种方式使储存箱30维持在冷的状态。储存箱30中的水面高度基本维持不变，多余的水通过泵P₆从导管35吸出，导管35具有一个刚好低于较冷的冷凝物表面37的入口A₁₀，因而能排出较暖的那部分水，泵P₆抽出储存箱30中的这部分较暖的水，通过导管A₁₁提供给诸如净水饮水源那样的地方。

通过泵P₅将来自冷水储存箱30的冷水提供给喷咀18，冷水到达喷咀18之前先通过除气器32，除气器具有一个与导管34相连的入口A₇，一个与导管40相连的出水口A₉和一个空气出口A₈。泵P₅通过导管32抽吸冷水，导管32有一个在冷水储存箱30中的水表面下方很深地方的入口A₆，使得泵P₅能从较冷的部分抽吸水。

凝液室20和冷水储存箱30之间是一根尾管33。本发明的一个特别的特点是尾管33具有入口42，该入口刚好低于凝液室20中的冷凝物通常高度24。本发明进一步的特点是尾管33具有出口44，该出口刚好低于冷水储存箱中的冷凝物的表面高度，即使得从冷凝室20中冷凝物的表面排出相对较暖的水，从尾管排入冷水储存箱30中靠近冷凝物表面的地方。

使用中，来自导管12的一些蒸汽受到来自喷咀18的相当大量的液体冷凝物的喷射而被迫冷却，在冷凝室16中凝结，但还是依然以热量形式从其汽化潜热放出相当大量的能量，所形成的冷凝物和喷出的水的液体混合物向下流入凝液室20。通过入口22进入凝液室20的一些残留（即未凝结的）蒸汽撞击，或要不然接触凝液室20中的冷凝物表面，从而将放出其表面的热能和其汽化潜热。由于尾管 入口42特地设置在刚好低于这表层水24的位置，这表层水能连续排出。这样，这较暖的表层水由较冷的“下表层”水所更新，使蒸汽转变成冷凝物的转化作用较好。应该理介到实际上冷凝物表面24的那层较暖的水当其形成时就被排出，从而形成了新的较冷的水表面，更多的新进来的蒸汽撞击在其上面可被凝结。这种安排的优点是凝结作用是与通风机F₁上游的蒸发室中的真空在同一高度上发生（但在较冷的凝结室温下）。

本实施例中，泵P₆将封闭的冷水储存箱30中液体表面那部分较暖的冷凝物抽出，调节这部分抽出的水量，用来控制和维持凝结室20中处于真空状态的自由液面24的高度，即维持液面上方的压力是以支持尾管33中的水柱。在另一实施例中，储存箱室30液面上方是与大气相通的。

将靠近冷水储存箱30底的那部分较冷的水提供给喷咀18。从海或深湖（50）中的适当深度（那里的自然温度较低）抽出水来，并通过浸没在冷水储存箱中的网状管道系统140来循环该冷海水，并借助于泵P₆从冷水储存箱中排出较暖的那部分水（作其它用）使冷水储存箱30的作用得到加强。

整套装置可以积木化形式制造，使得不同数量的各种元件可连接在一起，即一个或多个冷凝室可与一个或多个冷水储存箱连接在一起。

用来使海水脱盐（一般用来净化水）的设备的一部分，或用来蒸馏那些需在低温真空条件下蒸发的液体的设备的一部分，可以作为通风机F₁上游的蒸汽源和在真空或其它适当条件下产生的蒸汽源。

Claims (10)

1、一种气压混合式冷凝器，该冷凝器包括有一个冷凝室(16)，冷凝室中的喷洒装置(18)，一个凝液室(20)，凝液室的底面(26)，凝液室中凝液的表面高度保持在高于该底面的高度(24)上，一个液体储存箱(30)，凝液室设置在高于储存箱中的液体表面高度的高度上，一个具有入口(42)和出口(44)并从凝液室延伸至储存箱中液体表面(37)的下方的尾管(33)，以及一个与冷凝室相连的并通入凝液室的入口(22)，其特征在于尾管的入口(42)高于凝液室的底面但低于冷凝液表面高度(24)。

2、如权利要求1所述的气压混合式冷凝器，其特征在于液体储存箱是个封闭的箱体，通过具有出口（44）的尾管（33）接收来自凝液室的冷凝液，并且从该箱体中可排出冷凝液，以使储存箱的液面高度（37）基本保持不变。

3、如权利要求2所述的气压混合式冷凝器，其特征在于尾管出口（44）设置在刚好低于储存箱中的液体表面（37）的位置，对在冷凝室中凝结的蒸汽起到压力密封的作用，并且一个出口（A₁₀）也设置在刚好低于所述液面（37）的位置，使冷凝液排出作其它用。

4、如权利要求1所述的气压混合式冷凝器，其特征在于喷洒装置（18）通过导管（32、34、40）与储存箱相连，喷洒装置具有一个入口（A₆），该入口在储存箱中的液体表面（37）以下很深的地方，从储存箱最冷的区域汲取冷水。

5、如权利要求1所述的气压混合式冷凝器，其特征在于在连接储存箱（30）与喷洒装置（18）的导管（32、34、40）中设置有除气器。

6、如权利要求1所述的气压混合式冷凝器，其特征在于储存箱由储存箱内管道（40）中循环的海水来冷却。

7、如权利要求1所述的气压混合式冷凝器，其特征在于凝液室具有一个出口（28），该出口与蒸汽源相连。

8、一种从蒸汽产生冷凝物的方法，该方法包括：给冷凝室（16）提供蒸汽，喷射较冷的液体来湿润并冷却蒸汽，将形成的冷凝物保持在凝液室（20）中，其自由液体表面基本在一个预定的高度（24）上，并从所述凝液室中排出一部分所形成的液态冷凝物，其特征在于冷凝物是从邻近其自由液体表面的地方排出的，从而所述表面由较冷的残留冷凝物所更新。

9、如权利要求8所述的从蒸汽产生冷凝物的方法，其特征在于冷凝物是连续排出的。

10、如权利要求8所述的从蒸汽产生冷凝物的方法，其特征在于冷凝物从邻近其自由液体表面的地方排出并送入一个储存箱（30）中，从冷凝物储存箱中邻近冷凝物表面（37）的地方排出冷凝物作其它用，并从所述液面（37）下方较深的地方抽出冷凝物喷入所述蒸汽中。