CN105043125B - 一种冷凝器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷凝器。与现有技术相比，本发明提供的一种冷凝器，在工作状态下，壳体上端设有与内腔相通的排气口，所述壳体下端设有与内腔相通的排液口，所述壳体上在位于排气口与排液口之间设有与内腔相通的进气口，所述进气口与排气口之间的竖直距离大于进气口与排液口之间的竖直距离，所述壳体的内腔内设有对进气口进入的气流进行导向的导向结构，所述壳体外固定有利用冷媒介降低壳体温度的热交换结构；上述构成具有如下优点：加长了气体与内腔侧壁的热交换时间，提高了冷凝器的冷却效果；液化后的气体与未被液化的气体也会产生热交换，进一步提高了冷凝器的冷却效果，且液化后的气体不会在内腔的侧壁上结晶。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷凝器。
背景技术
冷凝器是化工生产中一种常用设备，主要用于液化物料。现有技术中的冷凝器分为列管式冷凝器和板式冷凝器，其工作原理是气体进入冷凝器内以后与管壁或者板体接触，并进行热交换，从而达到气体降温、冷凝的效果。
现有技术中的冷凝器在处理高速流动的气体时，分别存在以下技术问题：1、列管式冷凝器，当气体在管体内流速较快时，气体与管壁接触时间较短，而气体在较短的时间难以达到冷凝效果；
2、板式冷凝器，高速流动的气体在冷凝器中冷却的效果相比列管式冷凝器效果要好，但如果气体中含有可结晶的物质，在长时间的冷却过程中，附着在板上的物料会越来越多，影响了后续气流的冷却效果，严重时会堵塞冷凝器；
综上，现有技术中的冷凝器存在结构不合理、气体冷却时间短、冷凝器冷却效果差的不足。
发明内容
本发明提供的一种冷凝器，旨在克服现有技术中的冷凝器气体冷却时间短、冷却效果差的不足。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种冷凝器，包括具有内腔的壳体，在工作状态下，所述壳体上端设有与内腔相通的排气口，所述壳体下端设有与内腔相通的排液口，所述壳体上在位于排气口与排液口之间设有进气口，所述进气口与内腔相通，所述进气口与排气口之间的竖直距离大于进气口与排液口之间的竖直距离，所述内腔内设有对进气口进入的气流进行导向的导向结构，所述壳体外固定有利用冷媒介降低壳体温度的热交换结构。上述构成加长了进气口与排气口之间的竖直距离，从而加长了气体的冷却时间，气体可以在内腔内被完全冷却，提交了冷凝器冷却气体的效果；另外，气体不断由进气口进入，后进入的气体与在先进入且被液化后的气体进行热交换，通过低温的液体与气体进行热交换，加快了气体与冷凝器的热交换效率。
上述热交换结构可以为：所述热交换结构包括外壳，外壳与壳体之间形成容纳冷媒介的冷媒室，所述外壳下端设有与冷媒室相通的冷媒进口，所述外壳上端设有与冷媒室相通的冷媒出口。该结构使得冷媒介与壳体接触均匀，冷媒介冷却壳体效率高且壳体温度均匀，并且，将冷媒进口设置在外壳的下端，冷媒介由外壳下端进入，而位于壳体内被液化后的气体向下流动，此过程中，冷媒介可以进一步冷却液化后的气体，使液化后的气体与未液化的气体进行热交换，进一步提高了冷凝器的冷却效率。
上述热交换结构还可以为：所述热交换结构包括具有冷媒进口和冷媒出口的冷媒输送管，所述冷媒输送管盘绕在壳体外，冷媒输送管盘绕在壳体外以后，所述冷媒进口与排液口之间的竖直距离小于冷媒出口与排液口之间的竖直距离。该热交换结构的构造十分简单，降低了冷凝器的制造成本。
为了提高冷凝器的冷却效果，应尽量增大气体与内腔侧壁的接触时间，因此，内腔和导向结构可以设置为：所述内腔的横截面形状为圆形，所述导向结构为具有导向叶片的导向柱，所述导向柱通过支架固定在内腔的侧壁上，所述导向叶片呈螺旋形盘绕在导向柱上，所述导向柱的中心线与内腔的轴线重合
为了进一步提高导向叶片的导向效果，所述导向柱转动连接在支架上，所述支架包括连接在内腔侧壁上的连接部和固定在连接部上与内腔轴线重合的转轴部，所述导向柱上设有与转轴部配合的装配孔，所述装配孔与转轴部之间设有滚动轴承；
为了避免支架干扰气流的流动方向，所述连接部上表面的水平高度低于进气口最低处的水平高度。
为了使气流具有正确的流动方向，所述进气口的出气方向与内腔的侧壁相切。
所述内腔的横截面形状还可以为：所述内腔的横截面形状为至少两条圆弧围成的弧边形。弧边形的内腔横截面形状使得气体在内腔内旋转时具有紊流效果，提高了气体与内腔侧壁的接触面积，从而提高了冷凝器的冷却效果。
为了使进气口内进入的气流具有正确的方向，所述进气口的出气方向与内腔中心线的夹角为45度到90度，且进气口的出气方向斜向排气口。
为了使导向叶片更好地对气流进行导向，所述进气口的最低处与导向叶片的最低处平齐。
为了使液体容易集中排出，所述壳体的下端具有汇聚水流的锥形部，所述排液口位于锥形部的下端。
与现有技术相比，本发明提供的一种冷凝器，在工作状态下，壳体上端设有与内腔相通的排气口，所述壳体下端设有与内腔相通的排液口，所述壳体上在位于排气口与排液口之间设有与内腔相通的进气口，所述进气口与排气口之间的竖直距离大于进气口与排液口之间的竖直距离，所述壳体的内腔内设有对进气口进入的气流进行导向的导向结构，所述壳体外固定有利用冷媒介降低壳体温度的热交换结构；
上述构成具有如下优点：加长了气体与内腔侧壁的热交换时间，提高了冷凝器的冷却效果；被液化后的气体沿内腔的侧壁向下流动，此时，由于气体不断进入，液化后的气体与未被液化的气体也会产生热交换，进一步提高了冷凝器的冷却效果，且液化后的气体不会在内腔的侧壁上结晶；
外壳下端设有与冷媒室相通的冷媒进口，所述外壳上端设有与冷媒室相通的冷媒出口，冷媒介可以进一步对位于壳体侧壁上被液化后的气体进行冷却，从而使得被液化后的气体与未被液化的气体具有更高的热交换效率。
附图说明
附图1是本发明一种冷凝器实施例一的剖视图，
附图2是本发明一种冷凝器实施例二的剖视图。
具体实施方式
实施例一
下面结合附图，对本发明的一种冷凝器作进一步说明。如图1所示，一种冷凝器，包括具有内腔2的壳体1，在工作状态下，所述壳体1上端设有与内腔2相通的排气口3，所述壳体1的下端具有锥形部20，所述壳体1下端还设有与内腔2相通的排液口4，所述排液口4位于锥形部20的下端，所述壳体1上在位于排气口3与排液口4之间设有与内腔2相通的进气口5，所述进气口5的出气方向与内腔2的侧壁相切(进气口5的出气方向，即由进气口5进入内腔2的气流的流动方向，下述进气口5的出气方向均为该解释)，所述进气口5与排气口3之间的竖直距离大于进气口5与排液口4之间的竖直距离；
参见图1，所述壳体1外固定有利用冷媒介降低壳体1温度的热交换结构7：
参见图1，所述热交换结构7包括外壳8，所述外壳8可通过焊接方式或其它连接方式固定在壳体1上，外壳8与壳体1之间应当密封连接，外壳8固定在壳体1上以后，外壳8与壳体1之间形成容纳冷媒介的冷媒室9，所述外壳8下端设有与冷媒室9相通的冷媒进口10，所述外壳8上端设有与冷媒室9相通的冷媒出口11；所述冷媒介可以为低温水、低温油等冷却媒介；
所述壳体1的内腔2内设有对进气口5进入的气流进行导向的导向结构6：
参见图1，所述内腔2的横截面形状为圆形，所述导向结构6为具有导向叶片13的导向柱14，所述导向柱14通过支架15固定在内腔2的侧壁上，所述支架15焊接在内腔2的侧壁上，所述导向叶片13呈螺旋形盘绕在导向柱14上，所述导向叶片13与导向柱14为一体式结构，所述导向柱14的中心线与内腔2的轴线重合；
冷凝器在工作过程中，先由冷却系统通过冷媒进口10向冷凝室内供入冷媒介，由冷媒介降低壳体1温度，冷凝室内的冷媒介完成热交换后由冷媒出口11排出；待壳体1温度符合液化气体的要求时，由供气系统通过进气口5向内腔2内供入气体，该气体由进气口5进入内腔2以后，由导向叶片13对其进行导向，使气体贴着内腔2的侧壁旋转向上流动，此过程即为冷凝器液化气体的过程，气体与内腔2的侧壁接触，完成热交换，从而将气体液化；液化后的气体沿内腔2的侧壁向下流动，并在流动过程中与未被液化的气体进行热交换，液化后的气体经锥形部20后由排液口4排出，剩余的无用气体(气体被液化后残留的废气)由位于壳体1上端的排气口3排出，完成气体被液化的过程。实际使用过程中，气体应不断地被供入内腔2、冷媒介应不断地被供入冷媒室9。
而具体设计冷凝器时，为了使冷凝室具有较高的冷却效率，所述冷凝室内冷媒介与壳体1的接触面积应不小于壳体1外表面总面积的30％，具体设计时可合理选择冷媒介与壳体1的接触面积；
而为了加长气体与内腔2侧壁的接触时间，进气口5与排气口3之间的竖直距离应尽量的远；
为了使液化后的气体便于排出，排液口4应位于内腔2的最低处；
为了使冷媒介可以更好地冷却壳体1及位于内腔2侧壁上被液化后的气体，冷媒进口10的水平高度应低于冷媒出口11的水平高度，以使沿内腔2侧壁向下流动的液化后的气体能被进一步冷却，使其与未被液化的气体进行热交换，在提高冷凝器热交换效率的同时还可以避免被液化后的气体结晶堵塞内腔2。
实施例二
参见图2，结合实施例一的实施方式，所述热交换结构7还可以为：包括具有冷媒进口10和冷媒出口11的冷媒输送管12，所述冷媒输送管12盘绕在壳体1外，冷媒输送管12盘绕在壳体1外以后，所述冷媒进口10与排液口4之间的竖直距离小于冷媒出口11与排液口4之间的竖直距离。热交换结构7的结构十分简单，降低了冷凝器的制造成本，当然，冷媒输送管12应采用导热材料制得，以实现冷媒介与壳体1进行热交换；
参见图2，而内腔2的横截面形状，在本实施例中可以设置为由至少两条圆弧围成的弧边形，以使气体在内腔2内流动时形成紊流，进一步加长气体与内腔2侧壁的接触时间，优化冷凝室的冷却效果。
当然，参见图2，进气口5可以设置为，所述进气口5的出气方向与内腔2中心线的夹角为45度到90度，且进气口5的出气方向斜向排气口3，以使气流在进入内腔2时即被进气口5导向；
或者，所述进气口5的最低处与导向叶片13的最低处平齐；该结构应理解为进气口5的最低处与导向叶片13上表面的最低处平齐。以使由进气口5进入的气流及时被导向叶片13导向。
参见图2，参照实施例一的实施方式，所述导向结构6还可以进一步优化为，所述导向柱14转动连接在支架15上，所述支架15包括连接在内腔2侧壁上的连接部16和固定在连接部16上与内腔2轴线重合的转轴部17，所述导向柱14上设有与转轴部17配合的装配孔18，所述装配孔18与转轴部17之间设有滚动轴承19；
参见图2，为了避免支架15干扰导向叶片13的导向效果，所述连接部16上表面的水平高度低于进气口5最低处的水平高度；
该导向结构6可以与实施例一结合使用，该导向结构6还可以与实施例二结合使用，具体设计时可以自由选择。
以上仅为本发明的优选实施方式，旨在体现本发明的突出技术效果和优势，并非是对本发明的技术方案的限制。本发明利用上述实施结构优化了冷凝器的冷却效果；
本领域技术人员应当了解的是，一切基于本发明技术内容所做出的修改、变化或者替代技术特征，如热交换结构7的等同替换、导向结构6的等同替换，进气口5、排气口3、排液口4、冷媒进口10、冷媒出口11位置的适应性变化等，皆应涵盖于本发明所附权利要求主张的技术范畴内。
本发明的冷凝器还可以应用到其它液化气体的领域。
Claims (1)
1.一种冷凝器，包括具有内腔(2)的壳体(1)，其特征在于：在工作状态下，所述壳体(1)上端设有与内腔(2)相通的排气口(3)，所述壳体(1)下端设有与内腔(2)相通的排液口(4)，所述壳体(1)上位于排气口(3)与排液口(4)之间设有进气口(5)，所述进气口(5)与内腔(2)相通，所述进气口(5)与排气口(3)之间的竖直距离大于进气口(5)与排液口(4)之间的竖直距离，所述内腔(2)内设有对进气口(5)进入的气流进行导向的导向结构(6)，所述壳体(1)外固定有利用冷媒介降低壳体(1)温度的热交换结构(7)；
所述热交换结构(7)包括外壳(8)，外壳(8)与壳体(1)之间形成容纳冷媒介的冷媒室(9)，所述外壳(8)下端设有与冷媒室(9)相通的冷媒进口(10)，所述外壳(8)上端设有与冷媒室(9)相通的冷媒出口(11)；所述内腔(2)的横截面形状为圆形，所述导向结构(6)为具有导向叶片(13)的导向柱(14)，所述导向柱(14)通过支架(15)固定在内腔(2)的侧壁上，所述导向叶片(13)呈螺旋形盘绕在导向柱(14)上，所述导向柱(14)的中心线与内腔(2)的轴线重合；
所述导向柱(14)转动连接在支架(15)上，所述支架(15)包括连接在内腔(2)侧壁上的连接部(16)和固定在连接部(16)上与内腔(2)轴线重合的转轴部(17)，所述导向柱(14)上设有与转轴部(17)配合的装配孔(18)，所述装配孔(18)与转轴部(17)之间设有滚动轴承(19)，所述连接部(16)上表面的水平高度低于进气口(5)最低处的水平高度；所述进气口(5)的出气方向与内腔(2)的侧壁相切；
所述壳体(1)的下端具有汇聚水流的锥形部(20)，所述排液口(4)位于锥形部(20)的下端。
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