CN102679759B - 直接换热式蒸气冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷凝装置。一种直接换热式蒸气冷凝装置，包冷凝叶轮，所述冷凝叶轮包括若干冷凝叶轮叶片、驱动冷凝叶轮叶片转动的冷凝叶轮转轴和输送吸热介质到冷凝叶轮叶片表面上的同步转动的进液通道，冷凝叶轮叶片沿冷凝叶轮转轴的周向分布，相邻的冷凝轮叶片之间形成蒸气通道。本发明的旨在提供一种蒸气同吸热介质在运动中直接接触的直接换热式蒸气冷凝装置，以解决现有的冷凝装置热交换效率低、换热速度慢、冷凝效果差的问题。

Description

直接换热式蒸气冷凝装置

技术领域

    本发明涉及冷凝装置，尤其涉及一种使蒸气同吸热介质进行直接接触以促使蒸气冷凝的冷凝装置。

背景技术

将蒸气转换为液体是通过冷凝装置来进行的，现有的冷凝装置是通过冷凝管进行间接换热的，即蒸气和用于吸收蒸气的热量使蒸气冷却为液体的介质（以下称为吸热介质）是被冷凝管隔开的，一者从冷凝管的内部通过，另一者从冷凝管的外部通过。

在中国专利号为972019146、授权公告日为1999年1月20日、名称为“高效真空冷凝器”的专利文献中公开了一种冷凝装置。该装置主要包括冷凝器体和安装在冷凝器体内的冷凝芯构成，冷凝芯内设有冷凝管，使用时通过冷凝管内的介质气化吸收位于冷凝管外的蒸气的热量而使蒸气变为液体。

在中国专利公开号为1778691A、公开日为2006年5月31日、名称为“气体封闭循环式海水淡化机”的专利文献中也公开了一种冷凝装置，该文献中的冷凝装置的冷凝方式同上一个专利文献的情况相同，通过位于换热管（冷凝管）内的冷媒的膨胀气化去吸收位于冷凝管外的蒸气的热量来实现冷凝。

在中国专利号为ZL2010102700217、申请公布日为2011年2月16日、名称为“闪蒸冷凝一体化海水谈化装置”的专利文献中公开了一种冷凝装置。该专利文献中的冷凝装置的换热体为翅片式换热管组件。使用时使深层海水（低温海水）从换热管内流过，水蒸汽从换热管的外部流过而实现冷凝作用。

采用非接触式即间接换热方式来进行冷凝时存在以下不足：蒸气的热量是通过导热介质间接传递给吸热介质的、冷凝过程会在导热介质表面形成静止的液膜而阻碍热交换的进行，因此热交换效率低且换热速度慢；换热时导热介质是静止不动的，导热介质同蒸气流之间的接触位置不变，使得蒸气流远离导热介质的部分的热量传递给导热介质的速度慢，造成冷凝不彻底（没有被冷凝的蒸气的比率高）；因此现有的冷凝装置存在冷凝效果差的不足。

发明内容

本发明的旨在提供一种蒸气同吸热介质在运动中直接接触的直接换热式蒸气冷凝装置，以解决现有的冷凝装置热交换效率低、换热速度慢、冷凝效果差的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种直接换热式蒸气冷凝装置，包括冷凝叶轮，所述冷凝叶轮包括若干冷凝叶轮叶片、驱动冷凝叶轮叶片转动的冷凝叶轮转轴和输送吸热介质到冷凝叶轮叶片表面上的同步转动的进液通道，冷凝叶轮叶片沿冷凝叶轮转轴的周向分布，相邻的冷凝轮叶片之间形成蒸气通道。使用时，蒸气从蒸汽通道的一端进入冷凝叶轮之间，用同被冷凝的蒸气相同的液态物质作为吸热介质，冷凝叶轮连续转动，吸热介质经进液通道输入，吸热介质经进液通道流到冷凝叶轮叶片的表面上，在离心力的作用下吸热介质散开到冷凝叶轮叶片的表面上并从冷凝叶轮叶片的远离冷凝叶轮转轴的一端离开，蒸气流过蒸气通道的过程中同吸热介质直接接触，热量被冷凝介质吸收而冷凝，随同冷凝介质一起从冷凝叶轮叶片的远离冷凝叶轮转轴的一端离开。进液通道的出口的最佳形状为：沿冷凝叶轮的轴向延伸的缝隙，能够使冷凝介质连续地平铺在冷凝叶轮叶片的表面上。

作为优选，所述冷凝叶轮设有同步转动的冷凝叶轮外壳，所述冷凝叶轮外壳设有进气口和同冷凝叶轮叶片远离冷凝叶轮转轴一端对齐的排液通道。使用时，蒸气从冷凝叶轮外壳上的进气口流入冷凝叶轮叶片之间被冷凝，蒸气冷凝后所得的纯净液体和冷凝介质的综合体（以下将“蒸气冷凝后所得的纯净液体和冷凝介质的综合体”称为“纯液”）在离心力的作用下从排液通道流出。由于纯液是靠离心力离开冷凝叶轮叶片的，该设计能够防止纯液被抛到外部物体上而反溅回蒸气通道内，导致纯液回收不便且影响冷凝效果，提高了设备的紧凑性；如果不设计冷凝叶轮外壳，则克服上述问题时，沿冷凝叶轮的径向的外部空间的尺寸需要设计得较大，从而造成设备整体体积庞大，且转速越大则设备的沿冷凝叶轮的径向尺寸需要越大。冷凝叶轮外壳可以通过冷凝叶轮叶片同冷凝叶轮转轴连接在一起或通过设计连接杆等部件同冷凝叶轮转轴连接在一起。前者能够将冷凝叶轮外壳设计为敞口的结构形式，外壳敞开的端口形成进气口，蒸气进入时的通畅性更佳。

作为优选，冷凝叶轮叶片的外端密封连接在冷凝叶轮外壳的内表面上。在冷凝叶轮的转速变化时，冷凝液能顺畅完全地从冷凝叶片叶片转移到排液通道中。

作为优选，排液通道沿冷凝叶轮转动方向向后倾斜。纯液离开冷凝叶轮叶片时的运行方向为沿冷凝叶轮转动方向向后的，该设计能够使得纯液流出排液通道时顺畅，不会产生回流。

作为另一优选，冷凝叶轮叶片经所述排液通道穿出冷凝叶轮外壳。纯液能够完全离开蒸气通孔，不会掉入蒸气产生二次蒸发而影响冷凝效率。

作为优选，冷凝叶轮叶片穿出冷凝叶轮外壳的一端设有沿冷凝叶轮转动方向向后倾斜的导流面。纯液离开冷凝叶轮叶片时更加之顺畅。

作为优选，所述冷凝叶轮转轴内设有储液腔，冷凝叶轮叶片的内端穿设到所述储液腔内，冷凝叶轮叶片的内端设有叶片部进液孔和沿冷凝叶轮转动方向向前弯折的折边，折边和冷凝叶轮叶片之间形成夹缝，夹缝和叶片部进液孔构成所述进液通道。使用过程中，吸热介质依次经进液孔和夹缝流到冷凝叶轮叶片的位于冷凝叶轮转动方向的前方的表面上。冷凝叶轮转动的过程中，进液孔内的液体的压力小，液体流到冷凝叶轮叶片的表面上时不会产生反溅，使得液体能够更好地铺开在冷凝叶轮叶片上。

本发明所述冷凝叶轮外壳设有出气口，出气口的外端设有排气叶轮，所述排气叶轮包括排气叶轮转轴和通过排气叶轮转轴驱动的若干排气叶轮叶片，排气叶轮叶片沿排气叶轮转轴的周向分布。排气叶轮起到将不凝气体和没有被冷凝的蒸气驱离冷凝叶轮的作用，同时能在蒸气通道的出气端产生负压，以引导蒸气沿蒸气通道流动，有利于冷凝效果的提升。

本发明还包括安装室，安装室设有蒸气进口和冷却室，蒸气进口同冷凝叶轮外壳上的进气口对接在一起，冷却室设有由冷却室壁朝向冷却室内部凸起而形成的位于冷却室外表面上的凹坑，所述排气叶轮容置在所述凹坑内，凹坑的底壁上设有贯穿冷却室的气管。使用时蒸气经蒸气进口、冷凝叶轮外壳上的进气口进入蒸气通道而被冷凝，在冷却室内装入冷的液体使得凹坑壁面的温度较低，流出蒸气通道的蒸气在排气叶轮的作用下同凹坑壁面接触而被冷凝。能够使冷凝更为彻底，同时更好地保证蒸气在蒸气通道内流动时的流畅性。不凝气体经气管排出安装室。冷凝水收集在安装室内。

所述冷凝叶轮叶片的表面上设有若干沿冷凝叶轮的轴向分布的沟，所述沟沿冷凝叶轮叶片的外端部开始延伸到同进液通道的出口端对接在一起。使用过程中，吸热介质经沟在冷凝叶轮叶片表面上流动，能起到防止二次蒸发的作用。

作为优选，排气叶轮和冷凝叶轮同轴设置且同步转动，排气叶轮叶片和冷凝叶轮叶片错开。在冷凝叶轮上方形成负压区的效果好且结构紧凑。

本发明具有下述优点，通过转动产生离心作用使冷凝介质连续平铺到冷凝叶轮叶片上并离开，实现了蒸气同冷凝介质的直接接触换热，因此换热效果好且换热速度快，纯液收集时方便；由于冷凝时冷凝介质是流动的且在蒸气中的位置是不停地改变的，因此对蒸气的冷凝作用均匀彻底；直接换热式蒸气冷凝装置的发明，使得冷凝时释放的热量被回收利用能够得以实现。

附图说明

图1为本发明实施例一的示意图。

图2为图1的A—A剖视示意图。

图3为图2的B处的局部放大示意图。

图4为本发明实施例二的冷凝叶轮的示意图。

图中：安装室1，蒸气进口11，储液槽12，纯液排放阀口121，纯液排放阀122，冷却室13，凹坑131，吸热介质入口132，腔体14，排气口15，排气阀151，气管16，冷却装置2，冷凝叶轮3，冷凝叶轮叶片31，叶片部进液孔311，折边312，夹缝313，冷凝叶轮叶片的位于冷凝叶轮转动方向的前侧的表面314，沟315，叶轮转轴32，储液腔321，出液孔322，盖子323，转轴部进液孔324，冷凝叶轮外壳33，排液通道331，进气口332，出气口333，蒸气通道34，驱动马达35，进液通道36，气叶轮4，排气叶轮转轴41，排气叶轮叶片42，配液管5，配液管部进液孔51，支撑架6。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一，参见图1，一种直接换热式蒸气冷凝装置，包括安装室1、冷却装置2、冷凝叶轮3和排气叶轮4。

安装室1的底部设有蒸气进口11和储液槽12。储液槽12上设有纯液排放阀口121。纯液排放阀口121设有纯液排放阀122。安装室1的上端设有冷却室13。冷却室13的底壁朝向冷却室内部凸起而形成位于冷却室外表面上的凹坑131。排气叶轮4容置在凹坑131内。凹坑131的底壁上设有多根贯通冷却室13的气管16。冷却室13的壁部上设有吸热介质入口132。冷却装置2位于安装室1的外部。冷却装置2为换热器。冷却装置2的入口端通过管道同纯液排放口121连接在一起，冷却装置2的出口端通过管道同吸热介质入口132对接在一起。安装室1的外部设有腔体14。腔体14上设有排气口15。排气口15上设有排气阀151。气管16的出口端通过腔体4相连通在一起。

冷凝叶轮3通过支撑架6支撑在安装室1内。冷凝叶轮3包括若干冷凝叶轮叶片31、冷凝叶轮转轴32、冷凝叶轮外壳33和驱动冷凝叶轮转轴32转动的驱动马达35。

冷凝叶轮转轴32内设置有储液腔321。冷凝叶轮叶片31的内端穿设到储液腔321内。冷凝叶轮叶片31和冷凝叶轮转轴32密封固接连接在一起。冷凝叶轮叶片31和冷凝叶轮转轴32通过焊接的方式密封固接在一起。冷凝叶轮叶片31的内端设有多个叶片部进液孔311。叶片部进液孔311沿冷凝叶轮转轴32的轴向分布。冷凝叶轮叶片31的外端焊接在冷凝叶轮外壳33的内表面上。相邻的冷凝轮叶片31之间形成沿冷凝叶轮转轴的轴向延伸的蒸气通道34。冷凝叶轮外壳33为上下两端都敞开而形式进气口332和出气口333。进气口332同蒸气进口11密封对接在一起。冷凝叶轮外壳33设有排液通道331。冷凝叶轮外壳33可相对于蒸气进口11转动。

排气叶轮4位于出气口333的外端上。排气叶轮4包括排气叶轮转轴41和固接在排气叶轮转轴41上的若干排气叶轮叶片42。排气叶轮转轴41和冷凝叶轮转轴32同轴且为一体结构。

排气叶轮转轴41内穿设有配液管5。配液管5的下端伸到储液腔321内。配液管5的上端伸到冷却室13内。配液管5同冷却室5的壁部之间密封固接在一起。配液管5上设有连通冷却室5和配液管5内部的配液管部进液孔51。

参见图2，冷凝叶轮叶片31沿冷凝叶轮转轴32的周向分布。冷凝叶轮叶片31的内端设有沿冷凝叶轮转动方向即图中C向向前弯折的折边312。冷凝叶轮外壳33通过冷凝叶轮叶片31同冷凝叶轮转轴32固接在一起。冷凝叶轮叶片的位于冷凝叶轮转动方向的前侧的表面314同排液通道331的进口端对齐。排液通道331沿冷凝叶轮转动方向向后倾斜。排气叶轮叶片42沿排气叶轮转轴41的周向分布。排气叶轮叶片42的外端超出冷凝叶轮外壳33的外表面。排气叶轮叶片42同冷凝叶轮叶片31错开。

参见图3，折边312和冷凝叶轮叶片31之间形成夹缝313。夹缝313和叶片部进液孔311构成进液通道36。

使用时，参见图1和图2，驱动马达35驱动冷凝叶轮转轴32按照图2中的C向转动。冷凝叶轮转轴32带动冷凝叶轮叶片31、冷凝叶轮外壳33、进液通道36、排气叶轮转轴41和排气叶轮叶片42同步转动。冷却室13内的低温纯液依次经配液管部进液孔51、配液管5后进入储液腔321内，然后经进液通道36到达并在离心力的作用下摊开在冷凝叶轮叶片的位于冷凝叶轮转动方向的前侧的表面314上，最后从冷凝叶轮叶片31的外端并经配液通道331抛洒到储液槽12的上方并在重力作用下汇聚到储液槽12内。蒸气从蒸气进口11进入，然后在压差的作用下上升并流过蒸气通道34，蒸气流过蒸气通道34的过程中同冷凝叶轮叶片31表面上的低温纯液产生热交换而被冷凝，所产生纯液进入到储液槽12内。储液槽12内的纯液一部分经纯液排放阀122排放，另一部分被冷却装置2降温后回到冷却室13中。不凝气体和没有被冷凝的蒸气被排气叶轮4驱离冷凝叶轮3的上方即蒸气通道34的出气端，有利于压差的形成，然后经气管16离开安装室1，在离开的过程中，气体会流经凹坑131，使得没有冷凝的蒸气也被冷凝掉。

实施例二，参见图4，同实施例一的不同之处为：每一片冷凝叶轮叶片31的表面上都设有多条沿冷凝叶轮的轴向分布的沟315。沟315沿冷凝叶轮叶片31的外端部开始延伸到同出液孔322的出口端对接在一起。出液孔322设置在冷凝叶轮转轴32上。冷凝叶轮叶片31穿出排液通道331。冷凝叶轮叶片31穿出冷凝叶轮外壳33的一端设有沿冷凝叶轮转动方向即图中D向向后倾斜的导流面315。冷凝叶轮叶片31焊接在冷凝叶轮转轴32的外表面上。冷凝叶轮转轴32的内表面上设有盖在出液孔322内端上的盖子323，盖子上设有转轴部进液孔324。进液通道36由转轴部进液孔324、盖子323和出液孔322构成。

Claims (9)

1.一种直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，包括冷凝叶轮，所述冷凝叶轮包括若干冷凝叶轮叶片、驱动冷凝叶轮叶片转动的冷凝叶轮转轴和输送吸热介质到冷凝叶轮叶片表面上的同步转动的进液通道，冷凝叶轮叶片沿冷凝叶轮转轴的周向分布，相邻的冷凝轮叶片之间形成蒸气通道，所述冷凝叶轮设有同步转动的冷凝叶轮外壳，所述冷凝叶轮外壳设有进气口和同冷凝叶轮叶片远离冷凝叶轮转轴一端对齐的排液通道。

2.根据权利要求1所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，冷凝叶轮叶片的外端密封连接在冷凝叶轮外壳的内表面上。

3.根据权利要求2所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，排液通道沿冷凝叶轮转动方向向后倾斜。

4.根据权利要求1所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，冷凝叶轮叶片经所述排液通道穿出冷凝叶轮外壳。

5.根据权利要求2所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，冷凝叶轮叶片穿出冷凝叶轮外壳的一端设有沿冷凝叶轮转动方向向后倾斜的导流面。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，所述冷凝叶轮转轴内设有储液腔，冷凝叶轮叶片的内端穿设到所述储液腔内，冷凝叶轮叶片的内端设有叶片部进液孔和沿冷凝叶轮转动方向向前弯折的折边，折边和冷凝叶轮叶片之间形成夹缝，夹缝和叶片部进液孔构成所述进液通道。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，所述冷凝叶轮外壳设有出气口，出气口的外端设有排气叶轮，所述排气叶轮包括排气叶轮转轴和通过排气叶轮转轴驱动的若干排气叶轮叶片，排气叶轮叶片沿排气叶轮转轴的周向分布。

8.根据权利要求7所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，还包括安装室，安装室设有蒸气进口和冷却室，蒸气进口同冷凝叶轮外壳上的进气口对接在一起，冷却室设有由冷却室壁朝向冷却室内部凸起而形成的位于冷却室外表面上的凹坑，所述排气叶轮容置在所述凹坑内，凹坑的底壁上设有贯穿冷却室的气管。

9.根据权利要求1或2或3或4或5所述的直接换热式蒸气冷凝装置，其特征在于，所述冷凝叶轮叶片的表面上设有若干沿冷凝叶轮的轴向分布的沟，所述沟沿冷凝叶轮叶片的外端部开始延伸到同进液通道的出口端对接在一起。 

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