CN101403562B - 一种用于真空冻干装置的冷阱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空冷冻干燥装置中使用的冷阱，包括：冷阱列管及附属化霜装置，固定列管及附属装置的管板，冷阱壳体，与真空系统连接的抽气口和与制冷系统连接的接口及进气口。本发明的冷阱中，其列管排列方式为相邻的两排列管中每三个列管以正三角形旋转90度位置布置，冷阱的冷阱管组和附属装置与冷阱壳体做成两个相互独立的部分。

Description

一种用于真空冻干装置的冷阱

技术领域

本发明涉及一种真空冷冻干燥装置中使用的冷阱，包括：冷阱列管及附属化霜装置，固定列管及附属装置的管板，冷阱壳体，与真空系统连接的抽气口和与制冷系统连接的接口及进气口。

背景技术

真空冷冻干燥技术是指将含水物料经快速冻结后，置于真空干燥仓内，在真空条件下，提供升华热进行升华干燥，使被处理物脱水的干燥技术。该技术的应用主要靠真空冷冻干燥设备完成。现有的真空冷冻干燥装置是由升华干燥仓，冷阱，真空机组，加热系统，控制系统及制冷机组，以及连通升华干燥仓与冷阱间的仓阱连接管和连通冷阱与真空机组的真空管道构成。而冷阱是真空干燥装置中重要的组成部分。

真空干燥装置中使用的冷阱实际上是一种较为特殊的列管式换热器，现有技术的冷阱其管板及设置于其上的列管均是固定于冷阱壳体之内，这种结构在制造中很难进行防锈处理，尤其是整个管组在壳体内焊接处根本无法进行除锈和防锈处理，因而在使用中极易产生锈蚀现象，而且发生损坏后也不可能进行修理。现有技术中为解决这一问题，多采用不锈钢材料的列管及管板，但因不锈钢材料的成本大于碳钢，且导热系数小于碳钢，因此使用不锈钢材料的冷阱不仅造价高，而且在使用中能耗也较高。另一方面根据现有的设计规范，现有冷阱的中列管的布置是按相邻的两排列管中每三个列管以正三角布置，这是列管式换热器经典的布置方式。按现有的这种列管布置方式，其上层列管与位于下层的列管间的垂直投影空隙，也就是水汽的通道Δ为：

Δ＝(C×Sinπ/6)-D

在式中：C为由上下三个相邻的列管构成的正三角形边长，D为列管直径(以下相同)。但这种经典冷阱在用于冻干脱水工作时，由于Δ较小，水汽极易在靠近仓阱连接管口处的列管(也就是处于最上层的列管)表面先行大量冻结，本已经较狭小的水汽通道更为狭小，使水汽流动不畅，造成冷阱列管表面结霜不匀。

发明内容

本发明提供一种可以克服现有技术不足的，可采用碳钢材料的列管，使其造价低于现有技术，而且在使用中较现有技术能耗更低的冷阱。本发明的另一个目的是提供一种不仅可以有前述优点，而且可克服现有技术中水汽易在靠近仓阱连接管口处的列管表面先行大量冻结现象的冷阱。

本发明的冷阱中，将冷阱的冷阱管组和附属装置与冷阱壳体做成两个相互独立的部分，其具体的结构是在冷阱壳体内固定有导轨，冷阱列管及附属化霜装置固定于管板上，管板上还固定有支承导轮，在冷阱组装时将冷阱管组沿壳体内的导轨推进壳体内，支承导轮设置于固定在冷阱壳内的导轨上。

本发明的冷阱在具有前述技术特征外还可采用下述的技术方案：其列管排列方式为相邻的两排列管中每三个列管以正三角形旋转90度位置布置。

本发明的冷阱还可在以上述技术方案基础上再做如下的处理：在冷阱上设置有两个进气口，而将抽气口位于两个进气口之间，同时在冷阱内部且在每个进气口与抽气口之间各设置有一块折流板。

本发明的冷阱中将列管与其附属装置设置于管板上，使管板及其上的结构与冷阱内壳相对独立，这种冷阱结构可以使列管、附属设施及管板在制造时很方便地进行整体热浸锌防腐蚀处理，同时还可以降低安装运输困难。由于本发明的冷阱结构可以解决管组等部件的防腐蚀处理问题，因此可以采用全部采用碳钢材料制造，既可降低制造成本，还可以提高冷阱的换热效率，减少使用中的能量损失。本发明的冷阱在组装时是通过管板上设置的支承导轮与冷阱内壳内固定的导轨相配合，组装极为方便，而且在使用中如发生损坏，还可以将管板(组)拖出，进行修理，这更是现有技术所无法实现的。

本发明所使用的冷阱其实质是列管式换热器的列管中两排列管中相邻的每三个列管以正三角形旋转90度位置布置，列管的这种布置方式可以克服现有技术冷阱在使用中水汽通过列管时因流阻大，结霜不匀的现象，这是因为：现有冷阱的中列管的布置是按相邻的两排列管中每三个列管以正三角布置，这是列管式换热器经典的布置方式，现有的设计规范及实际应用的列管式换热器(包括冷阱)结构均为这种列管布置方式，这种布置方式中上层列管与位于下层的列管间的垂直投影空隙(也就是水汽通道)Δ为：

Δ＝(C×Sinπ/6)-D

(式中：C为正三角形边长，D为列管直径，以下相同)但这种经典冷阱在用于冻干脱水工作时，由于Δ较小，水汽极易在靠近仓阱连接管口处的列管(也就是处于最上层的列管)表面先行大量冻结，使本已经较狭小的水汽通道更为狭小，造成水汽流动不畅；而本发明按正三角形旋转90度位置布置列管时，其水汽通道Δ_发为：

Δ_发＝(C×Sinπ/3)-D

显然在列管直径相同且管距相同的条件下，本发明的水汽通道Δ_发大于现有技术。由于Δ_发较大，可以使进入冷阱的水汽顺利通过，并在阱内各层列管中均匀冻结，充分利用各列管捕集水汽，这样就在避免了现有技术所产生的不足。

如果在本发明装置中的冷阱在两个进气口与抽气口之间各设置有一块折流板，这样水汽通过进气口进入冷阱后，水汽与列管接触的空间足够大可充分利用其列管捕集水汽，使其有最大的捕水效率。

附图说明

图1为本发明的冷阱剖面示意图。图2为图1横断面的剖面示意图，其中图的左边为列管端部结构示意，图的右边表现了列管的排布结构。图3为图2中A位置的局部放大示意图。

具体实施方式

本发明以下附图解说：

本发明的冷阱结构参见图1至图3，其中1为冷阱壳体的后封头，2为与回液管和进液管连接的金属软管，3为集液管，4为冷阱壳筒体，5为管板，6为进气口(即与仓阱连通管联接的接口)，7为列管，8为折流板，9为抽气口，10为用于化霜的喷淋管，11为冷媒回液管，12为冷媒进液管，13为固定于管板5上的支承导轮，14为支撑导轨15的支撑梁，15为导轨，16为向10化霜喷淋水管输水的水管，17是金属软管，18是冲霜水管，19是放水口，20为设于冷阱内部用于支撑导轨支撑梁的支撑板，21为固定于冷阱内部的导轨加强筋板，17为放水管。由图可见，本发明冷阱的列管7及附属的管路、喷淋管等均设置于两个管板5上，而设置于管板5间的机构和冷阱壳筒体4为相互独立的结构，这一结构可以便于在制造时，特别是列管焊接完毕后，对管板及其上的列管及附属装置进行热浸锌防锈处理。另外，在管板5上分别设置有支承导轮13，在冷阱壳筒体内固定有导轨15，在组装时可很方便地沿导轨将管板及其上所设置的列管等推入壳体内，使支承导轮13和导轨15相互接触配合。在使用中如有必要可以将管组拉出进行维护修理，这一点更是现有技术根本无法做到的。另外位于进气口6与抽气口9间设置有折流板8，这样可以使进入冷阱的水汽与列管有足够的空间充分接触结霜，之后没有被捕集的少量水汽经过两个折流板之间的通道进一步结霜，最后不可凝气体通过抽气口被真空机组抽走排出。

从图2右边所示列管布置结构还可见，本发明的列管中两排列管中相邻的每三个列管以正三角形旋转90度位置布置，而非现有列管式换热器技术模式的正三角形布置，这样在管径相同、列管间距相同时，用于通过水汽的通道为Δ_发＝(C×Sinπ/3)-D(其中C为正三角形边长，也就是上下两列管间的间距，D为列管直径)，这一间距显然要大于现有技术模式的间距，因为通常列管式换热器热交换的两种介质仅是热量的传递，列管间的流阻始终是一样的，整个换热器的热交换基本是均匀的，而冷阱热交换的介质是水汽和冷媒，不仅存在传热还存在传质，因此采用本发明的列管排布可以使水汽通过列管的流导增大，克服原有技术列管采用正三角形排布因流阻大水汽先在仓阱接口附近列管上冻结，而阻塞水汽通道，造成结霜不均，换热效率下降的不足。

Claims (3)

1.一种用于真空冻干装置的冷阱，包括：冷阱列管及附属化霜装置，固定列管及附属化霜装置的管板，冷阱壳体，与真空系统连接的抽气口和与制冷系统连接的接口及进气口，其特征是列管中两排列管中相邻的每三个列管以正三角形布置，并使一层列管与另一层列管间的垂直投影空隙，即水汽通道Δ_发满足下式：Δ_发＝(C×Sinπ/3)-D，其中以三个列管形成的正三角形的一个底边与水气通道相平行；Δ_发表达式中：C为三个列管构成正三角形的边长；D为列管的直径。

2.根据权利要求1所述的冷阱，其特征在于冷阱上设置两个进气口，抽气口位于两个进气口之间，冷阱内在每个进气口与抽气口之间各设置有一块折流板。

3.根据权利要求1或2所述的冷阱，其特征是所述的冷阱壳体与冷阱列管及附属化霜装置为相互独立的两个部分，在冷阱壳体内固定有导轨，冷阱列管及附属化霜装置固定于独立的管板上，管板上还固定有支承导轮，支承导轮设置于固定在冷阱壳体内的导轨上。

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