CN104101226B - 带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，包含壳体、冷凝管、隔板和滚动式液体飞溅器。滚动式液体飞溅器包括刮液装置、内外磁铁、磁铁轮子、弹簧、滑轮线、定滑轮、升降桶；内磁铁位于壳体的底部，外磁铁位于外磁铁通道中，外磁铁和内磁铁之间产生相互吸引的磁力；升降桶位于升降通道中，接水斗位于升降桶中；弹簧一端固定连接于外磁铁通道的端面，另一端与外磁铁侧面固定连接；滑轮线一端连接于外磁铁的端面，另一端绕过定滑轮与升降桶顶部固定连接。该气体冷凝装置可减小冷凝气体过热度，增加冷凝效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于虹吸原理的管壳卧式刮液冷凝器，具体来说，涉及一种带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置。
背景技术
水冷式冷凝器广泛应用于制冷和化工行业，水冷式冷凝器按其结构形式可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。按照冷却介质流动方向可分为立式和卧式冷凝器。管壳卧式冷凝器具有水路水平安放和多路往复流动，使单次冷却的冷却水的流程增加，提高冷却水的温差的优点，在气体冷凝中占有重要的地位。在冷凝器工作过程中，蒸气在管壁面冷凝，由于冷凝液的热导率低，因此强化冷凝传热的关键在于减小冷凝液膜厚度。膜状冷凝，是冷凝过程的一种。特点是冷凝液能形成液膜而完全润湿器壁表面。液膜愈积愈厚，多余的冷凝液就沿壁流下。由于壁面上始终覆盖着一层液膜，壁面和被冷凝蒸气间的传热遇到了阻力，所以传热效率较低于滴状冷凝。冷凝器液膜厚度直接影响到整个冷凝效率，如何减小冷凝的液膜厚度是有待进一步研究的问题。而冷凝管外壁面长时间使用可能吸附杂质，也会引起冷凝效率的下降。由于冷凝气体在冷凝过程中要从过热气体冷却为饱和气体，再进行相变冷凝，如何有效降低冷凝气体冷凝前的过热度也是强化冷凝效率的方法之一。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，该装置中，接水斗接满液体后由于重力不平衡原理自动倾倒并减轻重量，在弹簧的收缩作用下带动磁铁轮子滚动，并带动刮液环在冷凝管外表面进行自动的往复刮液作业，刮掉冷凝液膜、利用刮液过程飞溅的过冷液体来吸收冷凝气体的热量，减小冷凝气体过热度，增加冷凝效率。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，该冷凝装置包含冷却水进口、冷凝气体进口、壳体、呈水平布设的冷凝管、两块隔板、刮液装置、内磁铁、内磁铁轮子、外磁铁、外磁铁轮子、外磁铁通道、弹簧、滑轮线、定滑轮、出水管、升降通道、升降桶、接水斗、铰链支架、铰链、复位垫、倾倒口、冷却水出口和冷凝液体出口；其中，两块隔板分别固定连接在壳体内腔的两端，壳体的一端上部设有冷却水进口，壳体的一端下部设有出水管，壳体的顶部设有冷凝气体进口，壳体的底部设有冷凝液体出口，且冷凝气体进口和冷凝液体出口位于两块隔板之间；冷凝管位于壳体内部，且冷凝管两端分别固定连接在两块隔板上，冷凝管的内腔与隔板和壳体端面之间的空间连通；内磁铁位于壳体的底部，内磁铁通过内磁铁轮轴和内磁铁轴承分别与四个内磁铁轮子连接，内磁铁轮子置于壳体的底面上；刮液装置固定连接于内磁铁的顶部；外磁铁通道位于壳体的底部下方；外磁铁位于外磁铁通道中，外磁铁通过外磁铁轮轴和外磁铁轴承分别与四个外磁铁轮子连接，外磁铁轮子与壳体的底面相触，外磁铁和内磁铁之间产生相互吸引的磁力；出水管与升降通道固定连接，升降通道的底部设有冷却水出口；升降桶位于升降通道中，接水斗位于升降桶中，铰链支架和复位垫分别固定连接在升降桶的底面上，接水斗的底板通过铰链连接在铰链支架上；接水斗的一侧底端与复位垫相对，接水斗的另一侧为泄水口；升降桶底面上设有倾倒口；弹簧一端固定连接于外磁铁通道的端面，另一端与外磁铁侧面固定连接；定滑轮固定连接在一个隔板的底部；滑轮线一端连接于外磁铁的端面，另一端绕过定滑轮与升降桶顶部固定连接。
进一步：所述的刮液装置包括n个相互平行的刮液单元，每个刮液单元包括刮液环和短连杆，刮液环的内径等于凝管的外径，刮液环套装在冷凝管的外壁面上，刮液环的内壁面与冷凝管的外壁面可滑动接触，相邻的刮液环之间用短连杆连接；相邻的两个刮液单元之间通过长连杆连接。
进一步：所述的接水斗的底板为倾斜状态，当接水斗为空时，以铰链所处位置的竖线为分界线，靠近复位垫的接水斗一侧重量大于远离复位垫的接水斗一侧重量；当接水斗装满液体时，靠近复位垫的接水斗一侧重量小于远离复位垫的接水斗一侧重量。
进一步：所述的倾倒口与接水斗倾倒时的泄水口的位置相对应。
进一步：所述的内磁铁的底面与壳体底面之间的距离为1-2mm；外磁铁的顶面与壳体底面之间的距离为1-2mm。
进一步：所述的壳体和外磁铁通道均由非磁性材质制成。
进一步：所述的刮液装置、升降桶、接水斗均由密度低于1g/cm3的塑料制成，复位垫由橡胶制成。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明无需额外动力，以流量充足的冷却水作为动力，利用重力不平衡原理，通过设置主内外滚动磁铁，使得冷凝管外的刮液装置往复左右运动，进行刮液作业，刮掉冷凝管外表面的冷凝液膜、液滴和吸附的杂质，有效降低冷凝管的传热热阻，增加传热和冷凝效率。
（2）在刮液装置进行刮液作业时，由于接液斗的重量突然减轻，弹簧拉力突然减小。由于壳体底面为平面，且磁铁与冷凝器壁面采用滚动接触，阻力较小，刮液作业的初始推动力较强，使得刮液过程能形成较强烈的液体飞溅现象，飞溅的过冷液体能有效吸收冷凝气体的热量，减小冷凝气体过热度，增加冷凝效率。
（3）对冷凝器进行冲洗时，冷凝壁面刮液装置的往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在冷凝管壁面反复冲刷，能更有效清洗冷凝管外壁面。
（4）本发明所述管壳卧式冷凝器中，方形壳体和外磁铁腔为铜、铝合金或不锈钢等非磁性材质，刮液装置、升降桶、接水斗由密度低于1g/cm3的塑料制成，复位垫由橡胶制成。这可使得接得的溶液在接液盆总质量中占较大比重，保证了刮液装置左右复运动功能的实现。
附图说明
图1为本发明中接水斗为空时的装置结构示意图。
图2为本发明中接水斗装满液体翻转时的装置结构示意图。
图3为本发明中刮液装置的主视剖面图。
图4为本发明所述内磁铁、外磁铁与壳体底面的位置关系示意图。
图中包括：冷却水进口1、冷凝气体进口2、壳体3、冷凝管4、隔板5、刮液装置6、内磁铁7、内磁铁轮子8、外磁铁9、外磁铁轮子10、外磁铁通道11、弹簧12、滑轮线13、定滑轮14、出水管15、升降通道16、升降桶17、接水斗18、铰链支架19、铰链20、复位垫21、倾倒口22、冷却水出口23、冷凝液体出口24、刮液环601、短连杆602、长连杆603、内磁铁轮轴承801、内磁铁轮轴802、外磁铁轮轴承101、外磁铁轮轴102。
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和图2所示，本发明一种带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，包含冷却水进口1、冷凝气体进口2、壳体3、呈水平布设的冷凝管4、两块隔板5、刮液装置6、内磁铁7、内磁铁轮子8、外磁铁9、外磁铁轮子10、外磁铁通道11、弹簧12、滑轮线13、定滑轮14、出水管15、升降通道16、升降桶17、接水斗18、铰链支架19、铰链20、复位垫21、倾倒口22、冷却水出口23和冷凝液体出口24。两块隔板5分别固定连接在壳体3内腔的两端，壳体3的一端上部设有冷却水进口1，壳体3的一端下部设有出水管15，壳体3的顶部设有冷凝气体进口2，壳体3的底部设有冷凝液体出口24，且冷凝气体进口2和冷凝液体出口24位于两块隔板5之间。冷凝管4位于壳体3内部，且冷凝管4两端分别固定连接在两块隔板5上，冷凝管4的内腔与隔板5和壳体3端面之间的空间连通。内磁铁7位于壳体3的底部，内磁铁7通过内磁铁轮轴802和内磁铁轴承801分别与四个内磁铁轮子8连接，内磁铁轮子8置于壳体3的底面上。刮液装置6固定连接于内磁铁7的顶部。外磁铁通道11位于壳体3的底部下方。外磁铁9位于外磁铁通道11中，外磁铁9通过外磁铁轮轴102和外磁铁轴承101分别与四个外磁铁轮子10连接，外磁铁轮子10与壳体3的底面相触，外磁铁9和内磁铁7之间产生相互吸引的磁力。出水管15与升降通道16固定连接，升降通道16的底部设有冷却水出口23。升降桶17位于升降通道16中，接水斗18位于升降桶17中，铰链支架19和复位垫21分别固定连接在升降桶17的底面上，接水斗18的底板通过铰链20连接在铰链支架19上。接水斗18的一侧底端与复位垫21相对，接水斗18的另一侧为泄水口。接水斗18的底板为倾斜状态。当接水斗18为空时，以铰链所处位置的竖线为分界线，靠近复位垫21的接水斗一侧重量大于远离复位垫21的接水斗一侧重量；当接水斗18装满液体时，靠近复位垫21的接水斗一侧重量小于远离复位垫21的接水斗一侧重量。升降桶17底面上设有倾倒口22。弹簧12一端固定连接于外磁铁通道11的端面，另一端与外磁铁9侧面固定连接。定滑轮14固定连接在一个隔板5的底部。滑轮线13一端连接于外磁铁9的端面，另一端绕过定滑轮14与升降桶17顶部固定连接。
如图3所示，刮液装置6包括n个相互平行的刮液单元，每个刮液单元包括刮液环601和短连杆602，刮液环601的内径等于凝管4的外径，刮液环601套装在冷凝管4的外壁面上，刮液环601的内壁面与冷凝管4的外壁面可滑动接触，相邻的刮液环601之间用短连杆602连接；相邻的两个刮液单元之间通过长连杆603连接。N为大于等于2的整数。作为优选，n为3。
作为优选，所述的倾倒口22与接水斗18倾倒时的泄水口的位置相对应。这样从接水斗18泄水口来的水可以快速通过倾倒口22流出升降桶17。
作为优选，如图4所示，所述的内磁铁7的底面与壳体3底面之间的距离为1-2mm；外磁铁9的顶面与壳体3底面之间的距离为1-2mm。内磁铁7和外磁铁9到壳体3保持一定的距离，有利于内磁铁7和外磁铁9始终保持一定的磁性吸引力。距离太大，磁性吸引力太小，不能确保内磁铁7和外磁铁9始终具有作用力。距离太小，磁性吸引力太大，不能确保内磁铁7和外磁铁9能够灵活的通过轮子移动。壳体3和外磁铁通道11均由非磁性材质制成。这样的材质可以确保内磁铁7和外磁铁9之间具有磁性吸引力。由于内磁铁7和外磁铁9底部分别设置有轮子，所以为了便于内磁铁7和外磁铁9滚动，所述的壳体3的横截面为方形。
进一步，所述的刮液装置6、升降桶17、接水斗18均由密度低于1g/cm3的塑料制成，复位垫21由橡胶制成。刮液装置6、升降桶17、接水斗18均由塑料制成，可以减轻它们的重量。复位垫21由橡胶制成，有利于减震。
本发明的气体冷凝装置的工作原理和工作过程如下：
冷却水由壳体3一端进入冷凝管4中，在壳体3另一端转向后回到壳体3原端的下层，流入重力不平衡装置中的接水斗18中。制冷剂蒸汽从壳体3上部冷凝气体进口2进入冷凝器中，在冷凝管4外壁面冷凝成液体后从冷凝液体出口24流出。在接水初始时刻，由于位于升降桶17内部的接水斗18还未开始接水，接水斗18和升降桶17此时最轻处于最高位置，弹簧12处于最小拉伸长度。在接水斗18接水过程中，接水斗18和升降桶17的重量逐渐增加，使得弹簧12逐渐拉伸，并带动外磁铁9的外磁铁轮子10沿着壳体3底面外表面滚动，外磁铁9由于吸引力带动内磁铁7的内磁铁轮子8也沿着壳体3底面内表面滚动，从而带动刮液装置6在冷凝管4外表面进行刮液作业。当接水斗18的冷却水加满到一定程度，接水斗18位于活动铰链20支轴斗尖一侧的重量大于另一侧的重量，接水斗18就会向斗尖一侧倾斜。同时产生一个正反馈现象：越倾斜，斗尖一侧的重量就越大于另一侧的重量，结果将盛满的水全部一下子倒掉了，流入升降桶17中，并从位于升降桶17底部的倾倒口流出，再经过冷却水出口23流出。在接液斗水18一下子倒掉后，由于升降桶17重量突然减轻，弹簧12拉力突然减小，弹簧12的突然收缩带动刮液装置6向左刮液，并使得刮液过程能形成液体飞溅现象，飞溅的过冷液体能有效吸收冷凝气体的热量，减小冷凝气体过热度，从而增加冷凝效率。接水斗18中的水流尽后，接水斗18位于活动铰链20支轴斗尖一侧的重量又小于另一侧的重量，使得接水斗20复位在复位垫21上，进行下一个循环的接水-倒水和往复刮液作业。如此往复刮液作业可使得刮液环601刮掉冷凝管4外表面的冷凝液膜、液滴以及吸附的杂质，可有效降低冷凝管4的传热热阻，增加传热和整个装置的冷凝效率。
Claims (9)
1.一种带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：该冷凝装置包含冷却水进口(1)、冷凝气体进口(2)、壳体(3)、呈水平布设的冷凝管(4)、两块隔板(5)、刮液装置(6)、内磁铁(7)、内磁铁轮子(8)、外磁铁(9)、外磁铁轮子(10)、外磁铁通道(11)、弹簧(12)、滑轮线(13)、定滑轮(14)、出水管(15)、升降通道(16)、升降桶(17)、接水斗(18)、铰链支架(19)、铰链(20)、复位垫(21)、倾倒口(22)、冷却水出口(23)和冷凝液体出口(24)；其中，
两块隔板(5)分别固定连接在壳体(3)内腔的两端，壳体(3)的一端上部设有冷却水进口(1)，壳体(3)的一端下部设有出水管(15)，壳体(3)的顶部设有冷凝气体进口(2)，壳体(3)的底部设有冷凝液体出口(24)，且冷凝气体进口(2)和冷凝液体出口(24)位于两块隔板(5)之间；冷凝管(4)位于壳体(3)内部，且冷凝管(4)两端分别固定连接在两块隔板(5)上，冷凝管(4)的内腔与隔板(5)和壳体(3)端面之间的空间连通；内磁铁(7)位于壳体(3)的底部，内磁铁(7)通过内磁铁轮轴(802)和内磁铁轴承(801)分别与四个内磁铁轮子(8)连接，内磁铁轮子(8)置于壳体(3)的底面上；
刮液装置(6)固定连接于内磁铁(7)的顶部；外磁铁通道(11)位于壳体(3)的底部下方；外磁铁(9)位于外磁铁通道(11)中，外磁铁(9)通过外磁铁轮轴(102)和外磁铁轴承(101)分别与四个外磁铁轮子(10)连接，外磁铁轮子(10)与壳体(3)的底面相触，外磁铁(9)和内磁铁(7)之间产生相互吸引的磁力；
出水管(15)与升降通道(16)固定连接，升降通道(16)的底部设有冷却水出口(23)；升降桶(17)位于升降通道(16)中，接水斗(18)位于升降桶(17)中，铰链支架(19)和复位垫(21)分别固定连接在升降桶(17)的底面上，接水斗(18)的底板通过铰链(20)连接在铰链支架(19)上；接水斗(18)的一侧底端与复位垫(21)相对，接水斗(18)的另一侧为泄水口；升降桶(17)底面上设有倾倒口(22)；
弹簧(12)一端固定连接于外磁铁通道(11)的端面，另一端与外磁铁(9)侧面固定连接；定滑轮(14)固定连接在一个隔板(5)的底部；滑轮线(13)一端连接于外磁铁(9)的端面，另一端绕过定滑轮(14)与升降桶(17)顶部固定连接。
2.按照权利要求1所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的刮液装置(6)包括n个相互平行的刮液单元，每个刮液单元包括刮液环(601)和短连杆(602)，刮液环(601)的内径等于冷凝管(4)的外径，刮液环(601)套装在冷凝管(4)的外壁面上，刮液环(601)的内壁面与冷凝管(4)的外壁面可滑动接触，相邻的刮液环(601)之间用短连杆(602)连接；相邻的两个刮液单元之间通过长连杆(603)连接。
3.按照权利要求2所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的n为3。
4.按照权利要求1所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的接水斗(18)的底板为倾斜状态，当接水斗(18)为空时，以铰链所处位置的竖线为分界线，靠近复位垫(21)的接水斗一侧重量大于远离复位垫(21)的接水斗一侧重量；当接水斗(18)装满液体时，靠近复位垫(21)的接水斗一侧重量小于远离复位垫(21)的接水斗一侧重量。
5.按照权利要求1所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的倾倒口(22)与接水斗(18)倾倒时的泄水口的位置相对应。
6.按照权利要求1所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的内磁铁(7)的底面与壳体(3)底面之间的距离为1-2mm；外磁铁(9)的顶面与壳体(3)底面之间的距离为1-2mm。
7.按照权利要求1所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的壳体(3)和外磁铁通道(11)均由非磁性材质制成。
8.按照权利要求1所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的刮液装置(6)、升降桶(17)、接水斗(18)均由密度低于1g/cm3的塑料制成，复位垫(21)由橡胶制成。
9.按照权利要求1所述的带有滚动式液体飞溅器的方形卧式气体冷凝装置，其特征在于：所述的壳体(3)的横截面为方形。
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