CN103071309B - 一种变通导真空捕水装置 - Google Patents

Abstract

一种变通导真空捕水装置及方法，属于真空捕水技术领域，包括捕水器、制冷系统和辅助装置，所述冷凝管从进气口到排气口的方向，冷凝管的长度逐渐缩短，能够实现捕水器内气体流过时捕水器的通导能力是由大到小变化的；外壳采用改进的锥形，且锥形外壳内部采用圆环形和圆形折流板，也能够实现捕水器内气体流过时捕水器的通导能力是由大到小变化的，这就使捕水蒸汽的效率提高了，冷量消耗降低了。本发明利用冷却水循环进行化霜或冰实现了废水再利用，热能再利用，达到了高效、节能、减排的目标。本发明结构简单，造价低，使用维护方便，应用范围很大，只要有需要捕集水蒸气的地方都可以用到。

Description

一种变通导真空捕水装置

技术领域

本发明属于真空捕水技术领域，特别涉及一种变通导真空捕水装置。

背景技术

在现代工业中，需要抽出水蒸气的工业领域很多。例如：真空蒸馏可以用在真空冶金、石油化工、海水淡化、食用油脱臭、脱色等；真空干燥可以用在食品加工、药品生产、新材料研制等；真空压力浸渍可以用在电机、变压器、电容器的浸漆等。这些工业领域，以前使用的真空捕水系统（捕水器）有较多的缺点，主要体现在：①在捕水器空载运行时，气体的通导能力是不变的，工作以后，由于捕水器入口处的冷凝管壁首先接触到水蒸气而结成冰或霜，占据了被抽气体通过的空间，影响了被抽气体的通过，造成捕水器内后面的冷凝管捕集不到或很少捕集到水蒸气，致使捕集水蒸气的效率低，浪费能源，使捕水器结构庞大，浪费金属材料，而且占地面积较大；②多数捕水器的冷凝管表面结霜，结霜和结冰的效果是不一样的，霜的密度低，导热性能不好，影响水蒸气的捕集，冰的密度高，导热性能好，在同样捕集面积的情况下，可以捕集到较多的水蒸气，提高了捕水器的捕集效率；③化霜方法主要有水淹式和喷淋式，水淹方法耗水量大、化霜慢、耗时长；喷淋方法有两种，热水喷淋和蒸汽喷淋，两种方法都需要热源，造成能源浪费。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种变通导真空捕水装置。

本发明的技术方案是这样实现的：一种变通导真空捕水装置，包括捕水器、制冷系统和辅助装置，所述捕水器包括外壳、壳体内沿壳体轴向设置的冷凝管、竖直交叉设置在壳体内且被冷凝管垂直穿过的折流板、壳体上端的进水口、进水口一侧的进气口、另一侧的排气口、壳体下端的排水口，所述冷凝管从进气口到排气口的方向，冷凝管的长度逐渐缩短；所述捕水器上方的进水口通过管路与冷凝器相连；所述捕水器下方的排水口通过管路与冷凝器相连。

作为本发明的进一步改进，可以将外壳设置为锥形，且从进气口到排气口方向横截面积逐渐减小。则该锥形外壳内竖直交叉设置圆环形折流板和圆形折流板，圆环形折流板竖直设置在锥形外壳的内表面，圆形折流板和其两侧圆环形折流板的内圆孔为同心圆，且圆形折流板与上述内圆孔相对设置，且该圆形折流板的直径大于等于其两侧圆环形折流板内圆孔的直径。

本发明进行化霜或冰的方法具体包括以下步骤：

步骤1：气态制冷工质经过压缩机压缩成高温高压气体后，进入冷凝器与冷却水进行热交换，变成高压低温气体，进入热力膨胀阀，形成低压低温气体，通过分流管进入冷凝管；

步骤2：进入冷凝管的低压低温制冷工质，在冷凝管表面形成低温，进入到捕水器的水蒸气与冷凝管的低温表面相碰撞，凝结在冷凝管的低温面上，结成霜或冰，达到抽出水蒸气的目的；

步骤3：随着水蒸气在冷凝管上凝结，低温制冷工质温度升高，变成低压高温气体经过集流管、截止阀再回到压缩机，周而复始，形成制冷循环；

步骤4：气态制冷工质经过压缩机压缩成高温高压气体后，进入冷凝器与冷却水进行热交换，冷凝器中的冷却水温度升高；

步骤5：在需要化霜或冰时，打开与进水口连接的水冷截止阀，则冷凝器中温度升高后的水进入喷淋管，给冷凝管化霜或冰；

步骤6：化霜或冰后的水温度降低，打开与排水口连接的水冷截止阀，则上述温度降低后的水流回冷凝器冷却制冷工质，形成冷却水循环。

有益效果：本发明的捕水装置应用范围很大，只要有需要捕集水蒸气的地方都可以用到。例如：真空蒸发、真空蒸馏、真空干燥、真空压力浸渍、冷冻真空干燥等。本发明采用的两种变通导结构，能够实现气体在捕水器内流过时，捕水器的通导能力是变化的。空载时，捕水器内气体通道横截面积由前向后是由大到小变化的，因此，通导能力也是变化的；工作时，随着被抽水蒸汽在捕水器内前段冷凝管上的凝结，气体通过的通道横截面积不断减少，通导能力也在不断变小，逐渐使得捕水器内气体通道上前后气体的通导能力趋于一致。因此，不会影响捕水器内后面冷凝管的捕水蒸汽能力。而且工作时，进入到捕水器的水蒸气与冷凝管低温表面相碰撞，凝结在低温面上，结成冰或霜，由于捕水器的前段冷凝管数量少、进来的被抽气体温度高，造成空间温度高容易结成冰；而捕水器的后段冷凝管数量多，被抽气体经过前段降温，造成空间温度低容易结成霜，结霜和结冰的效果是不一样的，霜的密度低，导热性能不好，影响水蒸气的捕集，冰的密度高，导热性能好，在同样捕集面积的情况下，可以捕集到较多的水蒸气，提高了捕水器的捕集效率；致使在相同冷凝面积的情况下，捕水器的捕水量增加了，捕水蒸汽的效率提高了，冷量消耗降低了。化霜或冰仍然采用水淹式，但使用的是制冷系统中冷凝器冷却水，循环使用，充分利用了冷却水从冷凝器里带出来的热源，使化霜速度快，节省时间、节省热量；从捕水器化霜出来的水温度降低，再应用到制冷系统冷凝器中去用作冷却水，实现了废水再利用，热能再利用，从而达到了高效、节能、减排的目标。本发明结构简单，造价低，使用维护方便。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的工作原理图；

图2是本发明一种实施例的结构示意图；

图3是图2的剖视截面图，其中图（a）为图2的A-A向视图，图（b）为图2的B-B向视图，图（c）为图2的C-C向视图；

图4是本发明另一种实施例的结构示意图；

图5是图4的剖视截面图，其中图（a）为图4的A-A向视图，图（b）为图4的B-B向视图，图（c）为图4的C-C向视图；

图6是图4中折流板的侧面示意图；

图中：1-外壳，2-进气口，3-扇形折流板，4-喷淋管，5-进水口，6-冷凝管，7-排气口，8-集流管，9-密封结构，10-截止阀，11-压缩机，12-冷凝器，13-热力膨胀阀，14-分流管，15-保温层，16-排水口，17-水冷截止阀，18-圆环形折流板，19-圆形折流板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明：

实施例1

如图2所示，本发明一种实施例的捕水器结构包括外壳1、进气口2、扇形折流板3，喷淋管4，进水口5，冷凝管6，排气口7，集流管8，分流管14，保温层15，排水口16。在壳体上面设有进水口5，在进水口5的一侧设有进气口2，另一侧设有排气口7。在进水口5与冷凝管6之间设有喷淋管4。在壳体的下方设有排水口16。在壳体的一侧上端设有集流管8，下端设有分流管14。在壳体的外层设有保温层15。进气口2通过阀门与被抽容器（需要抽出水蒸气的工作容器）相连接，排气口7通过阀门与真空泵连接。集流管8的输出端通过截止阀10与压缩机11的输入端连接，分流管14的输入端通过热力膨胀阀13和截止阀10与冷凝器12相连。上述集流管8的输出端和分流管14的输入端均采用密封结构9，该密封结构9使冷凝管通过壳体壁与外部的制冷管路连接起到密封作用，使壳体内的被抽气体不泄露。本实施例中，捕水器的外壳1采用等横截面圆筒形，冷凝管6以圆筒形外壳1的中心轴为圆心，呈圆环形布置，且在同一圆环上的冷凝管6长度相等，冷凝管6的长度沿着从进气口2到排气口7的方向，按从外层圆环到内层圆环逐渐缩短的方式设置。如图3所示，从捕水器A-A横截面到B-B横截面到C-C横截面，冷凝管6的数量从外层到内层逐渐增加，冷凝管6的外径横截面积与气体通道横截面积之比，沿从进气口2到排气口7的方向分段变化，且逐渐变大。本实施例中外壳长径比为3比1，冷凝管6采用直径12毫米的紫铜管，冷凝管6的外径横截面积与气体通道横截面积之比，从A-A横截面到B-B横截面到C-C横截面分三段变化，前三分之一段横截面积比为1：3（A-A横截面积中8个冷凝管的外径横截面积之和与A-A横截面积与8个冷凝管的外径横截面积之和的差的比为1：3），中间三分之一段横截面积比为1：2（B-B横截面积中16个冷凝管的外径横截面积之和与B-B横截面积与16个冷凝管的外径横截面积之和的差的比为1：2），后三分之一段横截面积比为1：1（C-C横截面积中24个冷凝管的外径横截面积之和与C-C横截面积与24个冷凝管的外径横截面积之和的差的比为1：1），这样就实现捕水器内气体流过时通导能力是变化的。空载时，捕水器内气体通道横截面积从A-A横截面到B-B横截面到C-C横截面是由大到小变化的，因此，通导能力也是变化的；工作时，随着被抽水蒸汽在捕水器内前段冷凝管6上的凝结，气体通过的通道横截面积不断减小，通导能力也在不断变小，逐渐使得捕水器内气体通道上前后气体的通导能力趋于一致。因此，不会影响捕水器内后面冷凝管6的捕水蒸汽能力。致使在相同冷凝面积的情况下，捕水器的捕水量增加了，捕水蒸汽的效率提高了，冷量消耗降低了。

实施例2

如图4所示，本发明另一种实施例的捕水器结构包括外壳1、进气口2、喷淋管4，进水口5，冷凝管6，排气口7，集流管8，分流管14，保温层15，排水口16，圆环形折流板18，圆形折流板19。在壳体上面设有进水口5，在进水口5的一侧设有进气口2，另一侧设有排气口7。在进水口5与冷凝管6之间设有喷淋管。在壳体的下方设有排水口16。在壳体的一侧上端设有集流管8，下端设有分流管14。在壳体的外层设有保温层15。进气口2通过阀门与被抽容器（需要抽出水蒸气的工作容器）相连接，排气口7通过阀门与真空泵连接。集流管8的输出端通过截止阀10与压缩机11的输入端连接，分流管14的输入端通过热力膨胀阀13和截止阀10与冷凝器12相连。上述集流管8的输出端和分流管14的输入端均采用密封结构9，该密封结构9能使冷凝管通过壳体壁与外部的制冷管路连接起到密封作用，使壳体内的被抽气体不泄露。本实施例中，捕水器的外壳1采用锥形，且按从进气口2到排气口7的方向，捕水器的横截面积逐渐减小，该锥形外壳1内竖直交叉设置圆环形折流板18和圆形折流板19，圆环形折流板18竖直设置在锥形外壳1的内表面，如图6所示，圆形折流板19和其两侧圆环形折流板18的内圆孔为同心圆，且圆形折流板19与上述内圆孔相对设置，且该圆形折流板19的直径大于等于其两侧的圆环形折流板18内圆孔的直径，使所有折流板的尺寸搭配应该是保证互相不透光。捕水器内冷凝管6以锥形外壳1的中心轴为圆心，呈圆环形布置，且在同一圆环上的冷凝管6长度相等，冷凝管6的长度沿着从进气口2到排气口7的方向，按从内层圆环到外层圆环逐渐缩短的方式设置。如图5所示，从捕水器的A-A横截面到B-B横截面到C-C横截面，冷凝管6的数量从内层到外层逐渐增加，使气体通道的横截面积从A-A横截面到B-B横截面到C-C横截面由大到小变化，这样捕水器就可以实现气体流过时通导能力是变化的。空载时，捕水器内气体通道横截面积从A-A横截面到B-B横截面到C-C横截面是由大到小变化的，因此，通导能力也是变化的；工作时，随着被抽水蒸汽在捕水器内前段冷凝管6上的凝结，气体通过的通道横截面积不断减小，通导能力也在不断变小，逐渐使得捕水器内气体通道上前后气体的通导能力趋于一致。因此，不会影响捕水器内后面冷凝管6的捕水蒸汽能力。致使在相同冷凝面积的情况下，捕水器的捕水量增加了，捕水蒸汽的效率提高了，冷量消耗降低了。

一种实施方式中捕水器的工作原理如下：

如图1所示，冷凝工质走冷凝管6里面，称为管程，被抽气体走外壳1内，称为壳程。使用时先打开排气口7的阀门，起动真空系统，对捕水器抽真空，同时开动制冷系统，使制冷工质循环流动，降低捕水器内冷凝管6的温度；然后，打开进气口2的阀门，从工作容器产生的混合气体进入捕水器，其中含有的水蒸气与冷凝管6相碰撞，冷凝在管的外表面上，形成霜或冰，其它气体被真空系统抽走，完成所需要的工作过程。

本发明实施例采用上述装置进行化霜或冰的方法，如图1所示，按以下步骤进行：

步骤1：气态制冷工质经过压缩机压缩成高温高压气体后，进入冷凝器与冷却水进行热交换，变成高压低温气体，进入热力膨胀阀，形成低压低温气体，通过分流管进入冷凝管；

步骤2：进入冷凝管的低压低温制冷工质，在冷凝管表面形成低温，进入到捕水器的水蒸气与冷凝管的低温表面相碰撞，凝结在冷凝管的低温面上，结成霜或冰，达到抽出水蒸气的目的；

步骤3：随着水蒸气在冷凝管上凝结，低温制冷工质温度升高，变成低压高温气体经过集流管、截止阀再回到压缩机，周而复始，形成制冷循环；

步骤4：气态制冷工质经过压缩机压缩成高温高压气体后，进入冷凝器与冷却水进行热交换，冷凝器中的冷却水温度升高；

步骤5：在需要化霜或冰时，打开与进水口连接的水冷截止阀，则冷凝器中温度升高后的水进入喷淋管，给冷凝管化霜或冰；

步骤6：化霜或冰后的水温度降低，打开与排水口连接的水冷截止阀，则上述温度降低后的水流回冷凝器冷却制冷工质，形成冷却水循环。

Claims (6)

1.一种变通导真空捕水装置，包括捕水器、制冷系统和辅助装置，所述捕水器包括外壳、壳体内沿壳体轴向设置的冷凝管、竖直交叉设置在壳体内且被冷凝管垂直穿过的折流板、壳体上端的进水口、进水口一侧的进气口、另一侧的排气口、壳体下端的排水口，其特征在于：所述冷凝管从进气口到排气口的方向，冷凝管的长度逐渐缩短；所述捕水器上方的进水口通过管路与冷凝器相连；所述捕水器下方的排水口通过管路与冷凝器相连。

2.根据权利要求1所述变通导真空捕水装置，其特征在于：所述外壳采用锥形，且从进气口到排气口方向横截面积逐渐减小。

3.根据权利要求2所述变通导真空捕水装置，其特征在于：所述锥形外壳内的冷凝管沿从进气口到排气口的方向，按照逐渐缩短的方式设置。

4.根据权利要求1所述变通导真空捕水装置，其特征在于：所述冷凝管的一种排列方式是以外壳的中心轴为圆心，呈圆环形布置，且在同一圆环上的冷凝管长度相等，沿着从进气口到排气口的方向，冷凝管的长度按从外层圆环到内层圆环逐渐缩短的方式设置或按从内层圆环到外层圆环逐渐缩短的方式设置。

5.根据权利要求2所述变通导真空捕水装置，其特征在于：所述锥形外壳内竖直交叉设置圆环形折流板和圆形折流板，圆环形折流板竖直设置在锥形外壳的内表面，圆形折流板和其两侧圆环形折流板的内圆孔为同心圆，圆形折流板与其两侧的内圆孔相对设置，且该圆形折流板的直径大于等于其两侧圆环形折流板内圆孔的直径。

6.采用权利要求1所述的变通导真空捕水装置进行化霜或冰的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1：气态制冷工质经过压缩机压缩成高温高压气体后，进入冷凝器与冷却水进行热交换，变成高压低温气体，进入热力膨胀阀，形成低压低温气体，通过分流管进入冷凝管；

步骤2：进入冷凝管的低压低温制冷工质，在冷凝管表面形成低温，进入到捕水器的水蒸气与冷凝管的低温表面相碰撞，凝结在冷凝管的低温面上，结成霜或冰，达到抽出水蒸气的目的；

步骤3：随着水蒸气在冷凝管上凝结，低温制冷工质温度升高，变成低压高温气体经过集流管、截止阀再回到压缩机，周而复始，形成制冷循环；

步骤4：气态制冷工质经过压缩机压缩成高温高压气体后，进入冷凝器与冷却水进行热交换，冷凝器中的冷却水温度升高；

步骤5：在需要化霜或冰时，打开与进水口连接的水冷截止阀，则冷凝器中温度升高后的水进入喷淋管，给冷凝管化霜或冰；

步骤6：化霜或冰后的水温度降低，打开与排水口连接的水冷截止阀，则上述温度降低后的水流回冷凝器冷却制冷工质，形成冷却水循环。