CN104154769B - 具备自动除液功能的板式冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备自动除液功能的板式冷凝器，包括冷却水层、冷凝气体层、冷凝壁面、刮液装置、滑轮组、磁铁、悬吊接水箱、虹吸管、S形平面弹簧组成；冷凝器的冷凝气体进口位于冷凝器后侧的顶部，在数个冷凝气体层中的壁面冷凝成液体后流入冷凝液体连通通道，再经过冷凝液体出口流出；冷却水由顶部进入冷凝器，并沿着数个冷却水层向下流入悬吊接水箱中；本发明利用悬吊接水箱冷却水在虹吸管的周期接放水作用下，使得悬吊接水箱周期上下移动，并通过滑轮组和磁铁带动刮液装置和S形平面弹簧往复上下运动，刮掉冷凝壁面的冷凝液膜，可有效降低冷凝板的传热热阻，增加传热和冷凝效率，并防止冷却水中的杂质在冷却水层壁面结垢，提高冷凝器持续工作时间。

Description

具备自动除液功能的板式冷凝器

技术领域

本发明涉及一种新型的具备自动除液功能的板式冷凝器，是一种用于强化传热和相变的装置。

背景技术

冷凝器是把气体或蒸气转变成液体的装置。冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。板式冷凝器由于传热系数高、设备紧凑，在制冷、空调与化工等行业中有着重要的应用。

在冷凝器工作过程中，蒸气在冷凝壁面冷凝，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。现有技术通常通过采用可减小液膜厚度的纵槽和波纹来降低液膜厚度。这些冷凝壁面利用液体表面张力的作用，使冷凝液体集中于槽沟底部，而其他表面上的液膜厚度减薄。强化冷凝传热的另一途径是维持滴状冷凝，为此可在壁面上涂以疏水性涂层，或在蒸气中喷入少量油性添加物，但都难以得到持久的滴状冷凝，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。

另一方面，由于冷凝器的冷却水常采用自然水源，如江河、池塘等水源，此类冷却水中含有较多的凝絮物、纤维杂质等易沉降和吸附的固体，冷却水中的悬浮杂质沉积到冷凝壁面也会影响到冷凝器的换热效果，如何有效得防止冷却水层壁面结垢也是需要进一步研究的问题。

发明内容

为了克服现有水冷板式冷凝器冷凝壁面上液膜的存在弱化冷凝效率、冷却水层壁面沉积或吸附杂质造成冷凝器换热效果下降等不足，本发明一种新型的带刮液功能的板式冷凝器，通过自动往复运动的刮液装置来刮掉冷凝壁面的液膜和液滴，使得冷凝壁面的冷凝热阻减小,从而提高冷凝效率。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案是：

一种具备自动除液功能的板式冷凝器，由冷却水层、冷凝气体进口、冷凝气体层、冷凝壁面、支撑架、定滑轮、动滑轮、滑轮线、刮液装置、悬吊条形磁铁、冷凝液体连通通道、冷凝液体流出口、接水箱移动腔、悬吊接水箱、虹吸管、冷却水出口、S形平面弹簧组成。板式冷凝器成立方形，各层板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。冷却水由顶部进入冷凝器，并沿着数个冷却水层向下流动，冷凝器的冷凝气体进口位于冷凝器后侧的顶部，在数个冷凝气体层中的壁面冷凝成液体后流入冷凝液体连通通道，再经过冷凝液体出口流出。所述支撑架水平放置，固定连接于冷却水层的内壁面上，所述定滑轮与支撑架下部固定连接，所述动滑轮与定滑轮通过滑轮线可滑动连接，滑轮线一端连接定滑轮下的钩子，另一端绕过动滑轮滑槽和定滑轮滑槽后与条形磁铁顶部固定连接。所述条形磁铁外壁面与冷却水层壁面可滑动接触。所述S形平面弹簧下端固定连接于条形磁铁上端，S形平面弹簧轻贴于冷却水层壁面上，与冷却水层壁面可滑动接触。所述刮液装置位于冷凝气体层，刮液装置内壁面与冷凝气体层壁面可滑动接触。所述悬吊接水箱位于冷凝板下方，通过滑轮线与动滑轮下的钩子固定连接。虹吸管位于接水盆内部，与接水盆底部固定连接。悬吊接水盆下方为冷却水出口。

所述刮液装置由平行布置的三层契形刮液条和竖直的刮液条连杆组成，最下层契形刮液条内镶嵌有条形磁铁，其位置与冷却水层内的条形磁铁的位置相对应。

所述冷凝板材质为铜、铝合金或不锈钢等非磁性材质，条形磁铁的材质为耐高温和腐蚀的磁铁，刮液条、刮液条连杆、动滑轮、悬吊接水盆及虹吸管为密度小于1g/cm³的轻质塑料构成。

所述刮液装置、悬吊磁铁及悬吊接水箱，其质量满足以下关系式：

2(Gg+Gc+f)＝(0.8～0.9)Gm(1)

2(Gg+Gc-f)＝(1.1～1.2)Gk(2)

其中，Gg为刮液装置的重量，Gc为悬吊条形磁铁的重量，f为刮液装置、悬吊磁铁、S形平面弹簧和滑轮总的摩擦阻力，G_m为水位达到虹吸管上方弯曲部分时悬吊接水箱和动滑轮的总重量，G_k为水位处于虹吸管吸入口时悬吊接水箱和动滑轮的总重量。

进一步，本发明采用了采用了动滑轮和定滑轮组来连接悬吊接水箱，可有效减小悬吊接水箱移动距离。并设置所述刮液装置竖直方向的总体长度为冷凝壁面竖直方向长度的三分之二，悬吊接水箱内部的虹吸管吸入口距离上方弯曲部分长度为冷凝壁面竖直方向长度的六分之一。

本发明的有益效果是：

第一，本发明以流量充足的冷却水作为动力，并利用虹吸原理，通过设置滑轮组，使得冷却水层条形磁铁和S形平面弹簧沿着冷却水层壁面往复上下运动，可增强冷却水的扰动，提高换热系数，并防止冷却水中的杂质在冷却水层壁面结垢，提高冷凝器持续工作时间。

第二，本发明不需要提供而外动力，利用条形磁铁的往复上下运动带动冷凝气体层冷凝壁面的磁性刮液装置的往复上下运动，刮掉冷凝壁面的冷凝液膜，可有效降低冷凝板的传热热阻，增加传热和冷凝效率。

第三，在对冷凝器进行冲洗时，冷却水壁面的S形平面弹簧往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在壁面反复冲刷，能更有效清洗冷却水层壁面。

第四，本发明所述冷凝板材质为铜、铝合金或不锈钢等非磁性材质，条形磁铁的材质为耐高温和腐蚀的磁铁，可保证磁铁能带动刮液装置的往复运动。上刮液条、刮液条连杆、动滑轮、悬吊接水盆及虹吸管为轻质塑料构成，可使得接得的溶液在悬吊接水箱总质量中占较大比重，保证了该装置的上下往复运动功能的实现。

第五，本发明所述再布膜器、挂灰装置及悬吊接水箱，其质量满足以下关系式：

2(Gg+Gb+f)＝(0.8～0.9)Gm(1)

2(Gg+Gb-f)＝(1.1～1.2)Gk(2)

可使得刮液装置和条形磁铁的总重量大于空悬吊接水箱的质量，而小于满悬吊接水箱的质量，从而保证了悬吊接水箱质量变化能造成刮液装置和条形磁铁的上下移动，其中(0.8～0.9)和(1.1～1.2)为设置的安全系数。

第六，本发明采用了动滑轮和定滑轮组来连接悬吊接水箱，利用动滑轮的省距离作用，设置刮液装置竖直方向的总体长度为冷凝壁面竖直方向长度的三分之二，悬吊接水箱内部的虹吸管吸入口距离上方弯曲部分长度L为冷凝壁面竖直方向长度的六分之一，可有效减小悬吊接水箱移动距离，使设备更紧凑。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所述板式冷凝器水位达到虹吸管入口低部液位时的主视剖面图。

图2为图1的B-B面剖视图。

图3为图1的A-A面剖视图。

图4为本发明所述板式冷凝器水位达到虹吸管入口顶部液位时的主视剖面图。

图5为冷却水层的条形磁铁与S形弹簧的连接示意图。

图6为刮液装置的主视剖面图。

图7为刮液装置的俯视图。

图中包含：冷却水层1、冷凝气体进口2、冷凝气体层3、冷凝壁面4、支撑架5、定滑轮6、动滑轮7、滑轮线8、刮液装置9、悬吊条形磁铁10、冷凝液体连通通道11、冷凝液体流出口12、接水箱移动腔13、悬吊接水箱14、虹吸管15、冷却水出口16、S形平面弹簧17、契形刮液条901、刮液条连杆902、镶嵌条形磁铁903。

具体实施方式

请参见图1-图4所示，本发明所述具备自动除液功能的板式冷凝器，由冷却水层1、冷凝气体进口2、冷凝气体层3、冷凝壁面4、支撑架5、定滑轮6、动滑轮7、滑轮线8、刮液装置9、悬吊条形磁铁10、冷凝液体连通通道11、冷凝液体流出口12、接水箱移动腔13、悬吊接水箱14、虹吸管15、冷却水出口16、S形平面弹簧17组成。板式冷凝器成立方形，各层板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。冷却水由顶部进入冷凝器，沿着数个冷却水层1向下流动(如图1)，冷凝器的待冷凝的气体进口位于冷凝器后侧的顶部，在数个冷凝气体层3中的壁面冷凝(如图2和图3所示)成液体后流入冷凝壁面4的冷凝液体连通通道11，再经过冷凝液体出口流出。所述支撑架5水平放置，固定连接于冷却水层1的内壁面上，所述定滑轮6与支撑架5下部固定连接，所述动滑轮7与定滑轮6通过滑轮线8可滑动连接，滑轮线8一端连接定滑轮6下的钩子，另一端绕过动滑轮7滑槽和定滑轮6滑槽后与条形磁铁顶部固定连接。所述条形磁铁外壁面与冷却水层1壁面可滑动接触。

S形平面弹簧17与冷却水层1条形磁铁的连接示意图如图5所示，S形平面弹簧17的下端固定连接于条形磁铁上端，S形平面弹簧17轻贴于冷却水层1壁面上，与冷却水层1壁面可滑动接触。

刮液装置9的结构如图6和图7所示，刮液装置9位于冷凝气体层3，刮液装置9内壁面与冷凝气体层3壁面可滑动接触。刮液装置9由平行布置的三层契形刮液条和竖直的刮液条连杆组成，最下层契形刮液条内镶嵌有条形磁铁，其位置与冷却水层1内的条形磁铁的位置相对应。

悬吊接水箱14位于冷凝板下方，通过滑轮线8与动滑轮7下的钩子固定连接。虹吸管位于接水盆内部，与接水盆底部固定连接。悬吊接水盆下方为冷却水出口16

本发明所述冷凝板材质为铜、铝合金或不锈钢等非磁性材质，条形磁铁的材质为耐高温和腐蚀的磁铁，刮液条、刮液条连杆、动滑轮7、悬吊接水盆及虹吸管为密度小于1g/cm³的轻质塑料构成。

本发明所述刮液装置9、悬吊磁铁及悬吊接水箱14，其质量满足以下关系式：

2(Gg+Gc+f)＝(0.8～0.9)Gm(1)

2(Gg+Gc-f)＝(1.1～1.2)Gk(2)

其中，Gg为刮液装置9的重量，Gc为悬吊条形磁铁10的重量，f为刮液装置9、悬吊磁铁、S形平面弹簧17和滑轮总的摩擦阻力，G_m为水位达到虹吸管15上方弯曲部分时悬吊接水箱和动滑轮的总重量，G_k为水位处于虹吸管15吸入口时悬吊接水箱和动滑轮的总重量。

本发明采用了采用了动滑轮7和定滑轮6组来连接悬吊接水箱，可有效减小悬吊接水箱移动距离。并设置刮液装置9竖直方向的总体长度为冷凝壁面4竖直方向长度的三分之二，悬吊接水箱14内部的虹吸管15吸入口距离上方弯曲部分长度L为冷凝壁面4竖直方向长度的六分之一。

本发明所述具备自动除液功能的板式冷凝器的工作原理和工作过程如下：

图1为本发明所述具备自动除液功能的板式冷凝器水位达到虹吸管入口低部液位时的主视剖面图，通过图1可以看出，在接水初始时刻，悬吊接水箱由于还未开始接水，悬吊接水箱此时最轻，根据公式(1)，由于此时悬吊接水箱的等效重量小于悬吊条形磁铁10和刮液装置9的重量之和，此时悬吊接水箱会被拉至最高位置，而悬吊条形磁铁10和刮液装置9由于相对较重处于最低位置。随着冷却水不断向悬吊接水箱中存积，悬吊接水箱质量逐渐增加，当悬吊接水箱的等效重量大于悬吊条形磁铁10和刮液装置9的重量之和，并足以克服滑动摩擦力的时候，悬吊接水箱由于此时较重会往下降，并通过滑轮组将悬吊条形磁铁10往上拉，而刮液装置9由于受到磁铁的吸引也会跟着被往上拉，直到拉倒最高位置。

当注进的水的水位低于虹吸管上端弯曲的部分时，因为管内有空气不会发生虹吸现象。但是随着注水的持续，当注进水位高于水管上方弯曲部分时，此时，悬吊接水箱质量达到最大，刮液装置9此时位置示意图如4所示，由于此时水管内灌满了水，则会发生虹吸现象。大气压强压着水流入虹吸管，由于虹吸管的出水口低于桶里的水位，产生了压强差，水就顺着管子流了出来，直到水位下降到弯管进水口之下。当水流掉后，悬吊接水箱质量又达到最轻，此时悬吊接水箱的等效重量再次小于悬吊条形磁铁10和刮液装置9的重量之和，此时悬吊接水箱又会被拉至最高位置，而悬吊条形磁铁10和刮液装置9由于相对较重又会回到最低位置。由于悬吊磁铁和刮液装置9之间有很强吸引力，悬吊磁铁也不会落到冷却水层1之外。于是有开始下一个循环的接水-放水，上升-下降过程。

在循环过程中，冷却水层1的条形磁铁和S形平面弹簧17沿着冷却水壁面往复上下运动，可增强冷却水的扰动，提高换热系数，并防止冷却水中的杂质在冷却水层1壁面结垢，提高冷凝器持续工作时间。磁铁的往复运动带动冷凝气体层3的磁性刮液装置9的往复上下运动，客刮掉冷凝表面的冷凝液膜，可有效降低冷凝壁面4的传热热阻，增加冷凝器的传热和冷凝效率。

Claims (2)

1.一种具备自动除液功能的板式冷凝器，其特征在于：由冷却水层、冷凝气体进口、冷凝气体层、冷凝壁面、支撑架、定滑轮、动滑轮、滑轮线、刮液装置、条形磁铁、冷凝液体连通通道、冷凝液体出口、接水箱移动腔、悬吊接水箱、虹吸管、冷却水出口、S形平面弹簧组成；板式冷凝器成立方形，各层板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换；冷却水由顶部进入冷凝器，并沿着数个冷却水层向下流动，冷凝器的冷凝气体进口位于冷凝器后侧的顶部，在数个冷凝气体层中的壁面冷凝成液体后流入冷凝液体连通通道，再经过冷凝液体出口流出；

所述支撑架水平放置，固定连接于冷却水层的内壁面上，所述定滑轮与支撑架下部固定连接，所述动滑轮与定滑轮通过滑轮线可滑动连接，滑轮线一端连接定滑轮下的钩子，另一端绕过动滑轮滑槽和定滑轮滑槽后与条形磁铁顶部固定连接；所述条形磁铁外壁面与冷却水层壁面可滑动接触；所述S形平面弹簧下端固定连接于条形磁铁上端，S形平面弹簧轻贴于冷却水层壁面上，与冷却水层壁面可滑动接触；所述刮液装置位于冷凝气体层，刮液装置内壁面与冷凝气体层壁面可滑动接触；所述悬吊接水箱位于冷凝板下方，通过滑轮线与动滑轮下的钩子固定连接；虹吸管位于悬吊接水箱内部，与悬吊接水箱底部固定连接；悬吊接水箱下方为冷却水出口；

所述刮液装置由平行布置的三层契形刮液条和竖直的刮液条连杆组成，最下层契形刮液条内镶嵌有磁铁，其位置与冷却水层内的条形磁铁的位置相对应；所述冷凝板材质为铜、铝合金或不锈钢，条形磁铁的材质为耐高温和腐蚀的磁铁，上两层刮液条、刮液条连杆、动滑轮、悬吊接水箱及虹吸管为密度小于1g/cm³的轻质塑料构成；所述刮液装置、条形磁铁及悬吊接水箱，其质量满足以下关系式：

2(Gg+Gc+f)＝(0.8～0.9)Gm(1)

2(Gg+Gc-f)＝(1.1～1.2)Gk(2)

其中，Gg为刮液装置的重量，Gc为条形磁铁的重量，f为刮液装置、条形磁铁、S形平面弹簧、定滑轮和动滑轮总的摩擦阻力，Gm为水位达到虹吸管上方弯曲部分时悬吊接水箱和动滑轮的总重量，Gk为水位处于虹吸管吸入口时悬吊接水箱和动滑轮的总重量。

2.如权利要求1所述的具备自动除液功能的板式冷凝器，其特征在于：所述刮液装置竖直方向的总体长度为冷凝壁面竖直方向长度的三分之二，悬吊接水箱内部的虹吸管吸入口距离上方弯曲部分长度L为冷凝壁面竖直方向长度的六分之一。