CN103983048B - 一种采用ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，包括壳体、第一隔板、布液盘、降膜管、可动孔板、定滑轮、滑轮线、悬吊接液桶、虹吸管、出液管、气体进口和第二隔板；出液管连接在壳体的底端，布液盘连接在第一隔板和第二隔板之间，降膜管位于布液盘下方，相邻两排之间的降膜管在水平方向上交叉排列；每根降膜管上套装有一根Ω形弹簧；降膜管穿过可动孔板的通孔；Ω形弹簧连接第一隔板和可动孔板；滑轮线连接可动孔板和悬吊接液桶；悬吊接液桶位于出液管中，虹吸管连接在悬吊接液桶中。该吸收装置通过设置自动往复清洗弹簧，使得降膜管外弹簧自动往复运动，增强液膜扰动、均匀化液膜分布，并具备自动除垢功能。
Description
技术领域
本发明属于用于吸收式制冷技术领域，具体来说，涉及一种采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置。
背景技术
降膜吸收器广泛应用于制冷空调、化工等行业中，而管壳式喷淋降膜形式为主要应用形式。在常见的管壳式喷淋降膜吸收器中，吸收溶液由溶液托盘下流小孔喷淋到管内通过冷却介质的管束表面上，吸收液依次由上排管束流到下排管束，液体沿管壁呈液膜下流，管内通过的冷却介质用于冷却液膜，管间充满被吸收气体，气体在与管壁上吸收溶液液膜接触时被吸收入膜。
在吸收过程中，由于溶液膜表层吸收的气体和吸收所放出的热量要通过液膜表层传向溶液内部，因此在降膜的厚度方向上，形成了温度梯度和浓度梯度，液膜表层处的的温度和浓度比较高。根据惠特曼双膜理论和质扩散斐克定律可知，某组分质量的传递率=扩散率×传递的推动力，吸收过程中组分由气相迁移至液相的推动力是压力差Pa-Pa * ,其中Pa是被吸收气体的分压力，Pa * 是与吸收溶液温度、浓度相对应的溶液表面被吸收气体饱和分压力。随着吸收过程的进行，溶液温度升高，浓度上升，Pa * 也随之上升，吸收推动力减小，使得吸收过程受阻。
如果能使得液膜在流动过程中受到一定的扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，则可以有效降低液膜表面浓度与温度；如果能将液膜翻转，使液膜内层（紧贴冷却管表面一侧）翻到表层（与吸收气体接触的一侧），则可以更有效地降低液膜表层的温度和吸收浓度，在基本不增加设备投资的情况下，降低Pa * ，加大吸收推动力，从而提高吸收效果。
此外，液膜在流动过程中，由于降膜管外壁面的物理特性变化常出现液膜分布不均，甚至出现降膜干管、沟流或股流等现象，这样会减小液膜的有效吸收面积，导致吸收速率下降。而长时间使用降膜管外表面吸附的杂质、絮状物、沉积物等也会影响到液膜的分布、吸收效果以及与冷却水的传热效果。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，利用虹吸原理，通过设置自动往复清洗弹簧，使得降膜管外弹簧自动往复运动，增强液膜扰动、均匀化液膜分布，并具备自动除垢功能。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，该吸收装置包括壳体、第一隔板、布液盘、处于水平状态的降膜管、可动孔板、定滑轮、滑轮线、悬吊接液桶、虹吸管、出液管、气体进口、第二隔板；第一隔板和第二隔板分别固定连接在壳体内腔的两端，壳体的一端设有冷却介质出口和冷却介质进口，壳体中部壁面设有气体进口，壳体的顶端设有溶液进口，出液管连接在壳体的底端，出液管的底端设有溶液出口；布液盘固定连接在第一隔板和第二隔板之间，且布液盘位于壳体内腔上部；降膜管位于布液盘下方，降膜管在高度方向上成排布置，相邻两排之间的降膜管在水平方向上交叉排列；每根降膜管上套装有一根Ω形弹簧；可动孔板位于壳体中，且可动孔板上设有通孔，降膜管穿过可动孔板的通孔，可动孔板的通孔孔径大于降膜管的外径；可动孔板通过定位凸缘与壳体内壁相接触；Ω形弹簧的一端连接第一隔板，另一端连接可动孔板的一侧；定滑轮通过轮轴连接在第二隔板上，滑轮线的一端连接可动孔板的另一侧，滑轮线的另一端绕过定滑轮，与悬吊接液桶连接；悬吊接液桶位于出液管中，虹吸管固定连接在悬吊接液桶中。
进一步，所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，还包括止回凸台，止回凸台固定连接在壳体内壁上，且止回凸台位于定滑轮和可动孔板之间。
进一步，所述的Ω形弹簧的两翼对称布设在降膜管两侧，且其两翼的底部下端分别位于下排两相邻降膜管的上表面上方。
进一步，所述的可动孔板上设有四个定位凸缘，分别与壳体的内壁面接触，可动孔板可沿着壳体滑动。
进一步，所述的悬吊接液桶、虹吸管、第一隔板和第二隔板均为密度小于1g/cm3的塑料制成。
进一步，所述的Ω形弹簧的弧形部分的内径与降膜管外径相等，Ω形弹簧的弧形部分的内圈与降膜管外壁相触，Ω形弹簧的弹簧丝直径小于或等于液膜厚度的一半，螺距为2-4毫米，劲度系数满足下式：
k=（Gm-Gk）/（nL）
其中，k为Ω形弹簧的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管上方弯曲部分时悬吊接液桶的总重量；Gk为液位处于虹吸管吸入口时，悬吊接液桶的总重量；n为降膜管的根数，L为虹吸管吸入口至上方弯曲部分的距离。
进一步，所述的Ω形弹簧沿着管路方向的初始长度满足以下关系式：
H0=H-Gm/k
其中，H0为Ω形弹簧的初始长度,H为止回凸台距离第一隔板的距离，k为Ω形弹簧的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管上方弯曲部分时，悬吊接液桶的总重量。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
（1）强化吸收的热质传递过程。本发明中相邻两排降膜管中的降膜管上下错开排列，吸收溶液由托盘喷淋孔下流，由最上层降膜管均匀分为两侧下流，下流的液膜外表面与管间充满的被吸收气体进行吸收放热，而液膜内表面与降膜管外表面进行换热冷却，将液膜表面吸收热通过液膜和管壁传递给管内流动的冷却介质。当管外两侧下流的吸收溶液经Ω形弹簧两翼形成的导流丝翻转到下一层降膜管，使在上层紧贴降膜管壁的液膜冷的内表面翻转为下层管外下流的液膜外表面，而上层管下流液膜热的外表面翻转为紧贴下层管壁下流的内表面，从而使吸收液膜在降膜管外下流吸收过程中，借助于该结构进行了液膜内外翻转。通过这种周期性的液膜翻转过程，使液膜的内外两个液面交替实现被吸收气体及冷却壁面之间的翻转接触，从而强化吸收的热质传递过程。
（2）降膜管外弹簧自动往复运动，增强液膜扰动、均匀化液膜分布，并具备自动除垢功能。本发明中的Ω形弹簧连接孔板，孔板通过定滑轮改向后连接悬吊接液桶，在接液初始时刻，悬吊接液桶由于还未开始接液，悬吊接液桶处于最高位置，Ω形弹簧也处于最小拉伸长度。随着降膜液不断向悬吊接液桶中存积，悬吊接液桶质量逐渐增加，Ω形弹簧也逐渐拉伸。当注进悬吊接液桶中的溶液液位低于虹吸管上端弯曲的部分时，虹吸管不会发生虹吸现象。随着注进溶液的持续增加，当注进悬吊接液桶中的溶液液位高于虹吸管上端弯曲的部分时，悬吊接液桶处于最高液位，Ω形弹簧拉伸长度也达到最大。虹吸管发生虹吸现象。大气压强压着溶液流入虹吸管。由于虹吸管的出液口低于桶里的液位，产生了压强差，溶液就顺着管子流了出来，直到液位下降到弯管进液口之下。接着又开始第二次储液的过程，不断循环。在循环过程中，悬吊接液桶质量周期变化引起Ω形弹簧不断的收缩与拉伸，沿着降膜管外壁面左右运动，特别是虹吸现象的时候，接液桶质量快速降低，Ω形弹簧会较快的进行收缩。Ω形弹簧的往复拉伸与收缩过程使得液膜不停的受到扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，则可以有效降低液膜表面浓度与温度，促进吸收。Ω形弹簧本身对液膜的周向导流作用，使得液膜分布得以均匀化，有效预防了降膜干管、沟流或股流现象的发生。另外，由于Ω形弹簧轻贴于降膜管外壁面上，Ω形弹簧在降膜管外的轻微剐蹭能有效的去除污垢和预防污垢的产生，特别是对于降膜管外的凝絮物、纤维杂质有很好的去除效果。在对吸收装置进行冲洗时，降膜管外的Ω形弹簧往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在降膜管外反复冲刷，能更有效清洗降膜管。
（3）装置工作稳定性高。本发明中Ω形弹簧丝直径不超过液膜厚度的一半，螺距为2-4毫米。可利用液体表面张力，使得液膜平铺在导流丝上，使得导流丝上的液膜双面均能吸收氨气。同时，本发明设定了适当的Ω形弹簧劲度系数和初始长度，可使得Ω形弹簧的水平移动位置与悬吊接液桶上下移动的位置相对应。悬吊接液桶、虹吸管、隔板均为轻质塑料材质，、使得接得的溶液在悬吊接液桶总质量中占较大比重，保证了该装置的Ω形弹簧水平方向上往复运动功能的实现。
附图说明
图1为本发明中悬吊接液桶在初始接液时的结构示意图。
图2为本发明中悬吊接液桶在最高液位时的结构示意图。
图3为图1和图2中的A-A面剖视图。
图4为本发明中Ω形弹簧在降膜管上的位置示意图。
图5为本发明中液膜翻转的示意图。
图中包括：冷却介质出口1、冷却介质进口2、溶液进口3、壳体4、第一隔板5、布液盘6、降膜管7、可动孔板8、定滑轮9、滑轮线10、悬吊接液桶11、虹吸管12、出液管13、溶液出口14、Ω形弹簧15、气体进口16、止回凸台17、第二隔板18。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1至图5所示，本发明的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，包括壳体4、第一隔板5、布液盘6、处于水平状态的降膜管7、可动孔板8、定滑轮9、滑轮线10、悬吊接液桶11、虹吸管12、出液管13、气体进口16和第二隔板18。第一隔板5和第二隔板18分别固定连接在壳体4内腔的两端。壳体4的一端设有冷却介质出口1和冷却介质进口2，壳体4中部壁面设有气体进口16，壳体4的顶端设有溶液进口3。出液管13连接在壳体4的底端，出液管13的底端设有溶液出口14。布液盘6固定连接在第一隔板5和第二隔板18之间，且布液盘6位于壳体4内腔上部。降膜管7位于布液盘6下方。降膜管7在高度方向上成排布置，相邻两排之间的降膜管7在水平方向上交叉排列。每根降膜管7上套装有一根Ω形弹簧15。可动孔板8位于壳体4中，且可动孔板8上设有通孔。降膜管7穿过可动孔板8的通孔，可动孔板8的通孔孔径大于降膜管7的外径。可动孔板8通过定位凸缘与壳体4内壁相接触。Ω形弹簧15的一端连接第一隔板5。另一端连接可动孔板8的一侧。定滑轮9通过轮轴连接在第二隔板18上。滑轮线10的一端连接可动孔板8的另一侧，滑轮线10的另一端绕过定滑轮9，与悬吊接液桶11连接。悬吊接液桶11位于出液管13中。虹吸管12固定连接在悬吊接液桶11中。虹吸管12中出液管的底端位于悬吊接液桶11底部外侧。
进一步，所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，还包括止回凸台17，止回凸台17固定连接在壳体4内壁上，且止回凸台17位于定滑轮9和可动孔板8之间。止回凸台17用于对可动孔板8进行限位，避免可动孔板8对定滑轮9造成干涉。
进一步，所述的Ω形弹簧15的两翼对称布设在降膜管7两侧，且其两翼的底部下端分别位于下排两相邻降膜管的上表面上方。这样，沿着Ω形弹簧15的两翼向下流动的液体会落到下排的降膜管上。因为降膜管7在高度方向上成排布置，相邻两排之间的降膜管7在水平方向上交叉排列，所以上排中的Ω形弹簧15两翼中向下流动的液体会落到下排的降膜管上。
进一步，所述的可动孔板8上设有四个定位凸缘，分别与壳体4的内壁面接触，可动孔板可沿着壳体4滑动。设置四个定位凸缘，可增加可动孔板8在壳体4中移动的稳定性。
进一步，所述的悬吊接液桶11、虹吸管12、第一隔板5和第二隔板18均为密度小于1g/cm3的塑料制成。
进一步，所述的Ω形弹簧15的弧形部分的内径与降膜管7外径相等，Ω形弹簧15的弧形部分的内圈与降膜管7外壁相触，Ω形弹簧15的弹簧丝直径小于或等于液膜厚度的一半，螺距为2-4毫米，劲度系数满足下式：
k=（Gm-Gk）/（nL）
其中，k为Ω形弹簧15的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管12上方弯曲部分时悬吊接液桶11的总重量；Gk为液位处于虹吸管12吸入口时，悬吊接液桶11的总重量；n为降膜管的根数，L为虹吸管吸入口至上方弯曲部分的距离。
所述的Ω形弹簧15沿着管路方向的初始长度满足以下关系式：
H0=H-Gm/k
其中，H0为Ω形弹簧15的初始长度,H为止回凸台17距离第一隔板的距离，k为Ω形弹簧15的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管12上方弯曲部分时，悬吊接液桶11的总重量。
在上述结构的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置的工作原理和工作过程如下：
如图1和图2所示，本发明中Ω形弹簧15连接可动孔板8，可动孔板8通过定滑轮9改向后连接悬吊接液桶11，在接液初始时刻，悬吊接液桶11由于还未开始接液，悬吊接液桶11最轻，悬吊接液桶11处于最高位置，Ω形弹簧15也处于最小拉伸长度。随着降膜液不断向悬吊接液桶11中存积，悬吊接液桶11质量逐渐增加，通过滑轮线10和可动孔板8的力传递，Ω形弹簧15逐渐拉伸，当注进悬吊接液桶11中的溶液的液位低于虹吸管12上端弯曲的部分时，因为虹吸管12内有空气不会发生虹吸现象。但是随着注进悬吊接液桶11中的溶液持续增加，当注进悬吊接液桶11中的溶液液位高于虹吸管12上方弯曲部分时，吊接液桶11处于最高液位，吊接液桶11质量达到最大，Ω形弹簧15拉伸长度也达到最大。由于此时虹吸管12内灌满了溶液，则会发生虹吸现象。大气压强压着溶液流入虹吸管12，由于虹吸管12的出液口低于悬吊接液桶11里的液位，产生了压强差，溶液就顺着管子流了出来，直到液位下降到虹吸管12中弯管进液口之下。接着又开始第二次储液的过程。溶液储满了之后又发生虹吸现象，使得悬吊接液桶11中的溶液再次流掉。在循环过程中，悬吊接液桶11质量周期变化引起Ω形弹簧15不断的收缩与拉伸，沿着降膜管7外壁面左右运动。特别是虹吸现象发生时，悬吊接液桶11质量快速降低，Ω形弹簧15会较快的进行收缩。Ω形弹簧15的往复拉伸与收缩过程使得液膜不停的受到扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，则可以有效降低液膜表面浓度与温度，促进吸收。另外，Ω形弹簧15本身对液膜的周向导流作用，使得液膜分布得以均匀化，有效预防了降膜干管、沟流或股流现象的发生。由于Ω形弹簧15轻贴于降膜管7外壁面上，Ω形弹簧15在降膜管7外的轻微剐蹭能有效的去除污垢和预防污垢的产生，特别是对于降膜管外的凝絮物、纤维杂质有很好的去除效果。在对吸收装置进行冲洗时，降膜管7外的Ω形弹簧15往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在降膜管7外反复冲刷，能更有效清洗降膜管7。
如图3、图4和图5所示，本发明中降膜管7上下错开排列，吸收溶液由托盘喷淋孔下流，由最上层降膜管7均匀分为两侧下流，下流的液膜外表面与管间充满的被吸收气体进行吸收放热，而液膜内表面与降膜管7外表面进行换热冷却，将液膜表面吸收热通过液膜和管壁传递给管内流动的冷却介质。当降膜管7外两侧下流的吸收溶液经Ω形弹簧15两翼形成的导流丝翻转到下一层降膜管7上，使在上层紧贴降膜管壁的液膜冷的内表面翻转为下层管外下流的液膜外表面，而上层管下流液膜热的外表面翻转为紧贴下层管壁下流的内表面，从而使吸收液膜在降膜管外下流吸收过程中，借助于该结构进行了液膜内外翻转。通过这种周期性的液膜翻转过程，使液膜的内外两个液面交替实现被吸收气体及冷却壁面之间的翻转接触，从而强化吸收的热质传递过程。
本发明的吸收装置能自动增强液膜扰动、均匀化液膜分布，并能有效实现液膜翻转，在Ω形弹簧两翼的导流丝上可实现双面吸收，从而提高吸收效率。通过改变降膜管排列形式和利用Ω形弹簧两翼形成的导流丝，实现上下两管液膜的内外翻转。同时，本发明有效预防了降膜干管、沟流或股流现象的发生，并具备自动除垢功能，利于降膜吸收器的冲洗，从而提高吸收装置的气体吸收率并延长吸收装置使用时间。
Claims (7)
1.一种采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，其特征在于，该吸收装置包括壳体(4)、第一隔板(5)、布液盘(6)、处于水平状态的降膜管(7)、可动孔板(8)、定滑轮(9)、滑轮线(10)、悬吊接液桶(11)、虹吸管(12)、出液管(13)、气体进口(16)、第二隔板(18)；
第一隔板(5)和第二隔板(18)分别固定连接在壳体(4)内腔的两端，壳体(4)的一端设有冷却介质出口(1)和冷却介质进口(2)，壳体(4)中部壁面设有气体进口(16)，壳体(4)的顶端设有溶液进口(3)，出液管(13)连接在壳体(4)的底端，出液管(13)的底端设有溶液出口(14)；布液盘(6)固定连接在第一隔板(5)和第二隔板(18)之间，且布液盘(6)位于壳体(4)内腔上部；降膜管(7)位于布液盘(6)下方，降膜管(7)在高度方向上成排布置，相邻两排之间的降膜管(7)在水平方向上交叉排列；每根降膜管(7)上套装有一根Ω形弹簧(15)；可动孔板(8)位于壳体(4)中，且可动孔板(8)上设有通孔，降膜管(7)穿过可动孔板(8)的通孔，可动孔板(8)的通孔孔径大于降膜管(7)的外径；可动孔板(8)通过定位凸缘与壳体(4)内壁相接触；Ω形弹簧(15)的一端连接第一隔板(5)，另一端连接可动孔板(8)的一侧；定滑轮(9)通过轮轴连接在第二隔板(18)上，滑轮线(10)的一端连接可动孔板(8)的另一侧，滑轮线(10)的另一端绕过定滑轮(9)，与悬吊接液桶(11)连接；悬吊接液桶(11)位于出液管(13)中，虹吸管(12)固定连接在悬吊接液桶(11)中；
所述的Ω形弹簧(15)的弧形部分的内径与降膜管(7)外径相等，Ω形弹簧(15)的弧形部分的内圈与降膜管(7)外壁相触。
2.按照权利要求1所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，其特征在于，还包括止回凸台(17)，止回凸台(17)固定连接在壳体(4)内壁上，且止回凸台(17)位于定滑轮(9)和可动孔板(8)之间。
3.按照权利要求1所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，其特征在于，所述的Ω形弹簧(15)的两翼对称布设在降膜管(7)两侧，且其两翼的底部下端分别位于下排两相邻降膜管的上表面上方。
4.按照权利要求1所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，其特征在于，所述的可动孔板(8)上设有四个定位凸缘，分别与壳体(4)的内壁面接触，可动孔板可沿着壳体(4)滑动。
5.按照权利要求1所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，其特征在于，所述的悬吊接液桶(11)、虹吸管(12)、第一隔板(5)和第二隔板(18)均为密度小于1g/cm3的塑料制成。
6.按照权利要求1所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，其特征在于，所述的Ω形弹簧(15)的弹簧丝直径小于或等于液膜厚度的一半，螺距为2-4毫米，劲度系数满足下式：
k＝(Gm-Gk)/(nL)
其中，k为Ω形弹簧(15)的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管(12)上方弯曲部分时悬吊接液桶(11)的总重量；Gk为液位处于虹吸管(12)吸入口时，悬吊接液桶(11)的总重量；n为降膜管的根数，L为虹吸管吸入口至上方弯曲部分的距离。
7.按照权利要求1所述的采用Ω形弹簧的管壳卧式液膜翻转降膜吸收装置，其特征在于，所述的Ω形弹簧(15)沿着管路方向的初始长度满足以下关系式：
H0＝H-Gm/k
其中，H0为Ω形弹簧(15)的初始长度,H为止回凸台(17)距离第一隔板的距离，k为Ω形弹簧(15)的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管(12)上方弯曲部分时，悬吊接液桶(11)的总重量。
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