CN114199041B - 雾化机构及冷凝装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雾化机构及冷凝装置，涉及冷凝装置技术领域，其中雾化机构包括：至少一个压电驱动折流板，压电驱动折流板由压电材料制成，压电驱动折流板具有在高度方向上呈相对设置的第一表面以及第二表面，所述第一表面与所述第二表面均用于形成水膜；以及，电子振荡器，与所述压电驱动折流板电连接，用于向所述压电驱动折流板输入高频电信号，以使所述压电驱动折流板振动雾化水膜。本发明提供的雾化机构及冷凝装置，在解决传统技术中混合冷凝装置的水膜与乏汽的冷凝接触面积有限，导致实际运行过程中传热端差往往高于设计端差，影响换热效果的问题。

Description

雾化机构及冷凝装置

技术领域

本发明涉及冷凝装置技术领域，尤其涉及一种雾化机构及冷凝装置。

背景技术

动力系统是船舶的重要组成部分，冷凝器是动力系统中最常见、也最为重要的装置之一，以主冷凝器为例，其通过冷却水冷凝汽轮机等部件排出的乏汽，得到冷凝水并通过凝水及给水模块输送回蒸汽发生装置。相对于陆上固定平台的冷凝器，海洋平台冷凝器在紧凑性、可靠性、重量等方面要求更高。传统船舶等海洋平台冷凝器采用管壳式或缠绕管式换热器结构，安全可靠性相对较高，但体积重量大，占据大量船舶等海洋平台宝贵空间和负载，同时由于乏汽冲刷等作用，换热管存在腐蚀风险，影响动力系统可靠性。板式换热器结构相对紧凑，但其存在承压能力不强，安全可靠性偏弱等问题。

混合冷凝装置采用过冷水与蒸汽直接接触冷凝方式，换热系数相较于管壳式等间壁式换热器高至少一个数量级，具有换热系数高、体积重量小、安全可靠性高等优势，十分适用于船舶等海洋平台。当前主流的混合冷凝装置水室中水通过喷嘴至折流板，形成水膜，与乏汽接触发生冷凝，冷凝水从出口排出。水膜质量是影响混合冷凝装置性能的关键，而实际操作过程中，水膜质量难以调控，导致实际运行过程中传热端差往往高于设计端差，影响换热效果。

发明内容

本发明提供一种雾化机构及冷凝装置，旨在解决传统技术中混合冷凝装置的水膜与乏汽的冷凝接触面积有限，实际传热端差偏离设计值，影响换热效果的问题。

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种雾化机构，包括；

至少一个压电驱动折流板，所述压电驱动折流板由压电材料制成，所述压电驱动折流板具有在高度方向上呈相对设置的第一表面以及第二表面，所述第一表面与所述第二表面均用于形成水膜；以及，

电子振荡器，与所述压电驱动折流板电连接，用于向所述压电驱动折流板输入高频电信号，以使所述压电驱动折流板振动雾化水膜。

根据本发明提供的一种雾化机构，所述压电驱动折流板包括基座以及折流板本体，折流板本体安装于基座上；

所述折流板本体由压电材料制成，所述折流板本体上还设有金属件，所述折流板本体与所述金属件用于作为高频电信号的两个输入极。

根据本发明提供的一种雾化机构，所述金属件包括设于所述折流板本体的周侧的金属壳。

根据本发明提供的一种雾化机构，所述折流板本体包括压电陶瓷折流板本体，所述金属件包括钛金属件，所述基座包括橡胶基座。

本发明还提供一种冷凝装置，包括:

进气室，所述进气室设有乏汽进口；

冷凝室，与所述进气室连通，所述冷凝室内设有冷凝结构，所述冷凝结构包括冷凝主体以及设于所述冷凝主体上的雾化机构，所述雾化机构为如上任一项所述的雾化机构，所述冷凝结构用于冷凝乏汽；

水箱，设于所述冷凝室之后，用于收集冷凝水；以及，

控制器，与电子振荡器电连接，用于调节所述电子振荡器的功率以及调节压电驱动折流板的振动频率；

其中，所述冷凝主体内流动有过冷水，所述冷凝主体上开设有过冷水出口，压电驱动折流板与所述过冷水出口对应设置，用于承接过冷水以形成水膜。

根据本发明提供的一种冷凝装置，所述过冷水出口包括多个，各所述过冷水出口处均设有过冷水喷嘴，所述压电驱动折流板包括多个，一个所述压电驱动折流板与多个所述过冷水喷嘴对应。

根据本发明提供的一种冷凝装置，所述冷凝主体包括沿所述冷凝主体高度方向依次设置、且互相连通的多个水室，各所述水室内流通有过冷水，各所述过冷水喷嘴分设于各所述水室的侧壁上、且与各所述水室连通，各所述压电驱动折流板倾斜设于各所述水室的外侧壁上。

根据本发明提供的一种冷凝装置，各所述基座设于各所述水室的外侧壁上，以使各所述折流板本体的延伸方向垂直于各所述水室的延伸方向，每个所述折流板本体的所述第一表面与所述第二表面均至少对应有一个所述过冷水喷嘴。

根据本发明提供的一种冷凝装置，各所述过冷水喷嘴的阀开度可调节设置，所述控制器与各所述过冷水喷嘴电连接，用于调节各所述过冷水喷嘴的阀开度，以调节各过冷水喷嘴的过冷水流量。

根据本发明提供的一种冷凝装置，所述冷凝结构包括多个，各所述冷凝结构沿所述冷凝室的长度方向间隔设置。

本发明提供的雾化机构，利用电子振荡器控制压电驱动折流板产生超声振动，该超声振动能讲压电驱动折流板表面的的过冷水雾化成微小液滴。液滴大小与振动频率、压电驱动折流板的板片大小等相关，因而可以通过调整电子振荡器输出信号频率即可实现雾化液滴大小的调整，从而适应不同工况下的雾化需求，相比传统液膜-蒸汽直接接触冷凝，雾化后的液滴-蒸汽直接接触冷凝接触面积显著增加，并且不增加额外压降，同时液滴直径可控，显著增加了冷凝效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的冷凝装置的结构示意图；

图2是图1中雾化机构的结构示意图；

图3是图1中压电驱动折流板的正视图结构示意图。

附图标记：

1：冷凝装置； 2：进气室； 3：冷凝室；

4：水箱； 5：控制器； 6：乏汽进口；

7：冷凝结构； 8：冷凝主体； 9：水室；

10：过冷水喷嘴； 11：雾化机构； 12：压电驱动折流板；

13：电子振荡器； 14：第一表面； 15：第二表面；

16：基座； 17：折流板本体； 18：金属壳。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图3描述本发明的雾化机构11及冷凝装置1。

如前所述，传统技术中混合冷凝装置1的水膜与乏汽的冷凝接触面积有限，实际传热端差偏离设计值，影响换热效率，针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种雾化机构11，包括；

至少一个压电驱动折流板12，压电驱动折流板12由压电材料制成，压电驱动折流板12具有在高度方向上呈相对设置的第一表面14以及第二表面15，当过冷水与第一表面14和第二表面15接触，会在第一表面14与第二表面15上形成水膜；以及，电子振荡器13，与压电驱动折流板12电连接，用于向压电驱动折流板12输入高频电信号，以使压电驱动折流板12振动雾化水膜。

需要说明的是，压电材料具有压电效应，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电材料上时，则产生高频声信号(机械震动)，也就是说，压电材料具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。进一步地，电子振荡器13是一种电子电路，其能产生周期性的振荡电子信号，通常是一个正弦波或一个矩形波。

在本发明提供的技术方案中，由电子振荡器13提供高频电源输入信号(几十千赫兹到兆赫兹)，压电驱动折流板12接受到电子振荡器13输入的高频信号后，会发生高频振动，从而将该机械振动传递给压电驱动折流板12上的水膜，使水膜产生隆起并发生空化，液面形成有限振幅表面张力波，从而使过冷水雾化成液滴。相比传统液膜-蒸汽直接接触冷凝，雾化后的液滴-蒸汽直接接触冷凝接触面积显著增加，并且不增加额外压降，同时液滴直径可控，显著增加了冷凝效率。

雾化液滴直径与压电驱动折流板12的振动频率之间的关系如下：

其中D为雾化液滴直径，α为系数，取值约0.3，σ为水膜表面张力，ρ为过冷水密度，f为压电驱动折流板12的振动频率。根据上述公式，进而通过控制电子振荡器13的输出频率与输出功率，达到控制雾化液体直径的效果，从而满足不同工况下的冷凝需求。

具体地，压电驱动折流板12包括基座16以及折流板本体17，折流板本体17安装于基座16上；基座16主要起安装作用。请参阅图2-图3，折流板本体17的一个边卡设于基座16中，以起到安装连接作用。折流板本体17由压电材料制成，折流板本体17上还设有金属件，折流板本体17与金属件用于作为高频电信号的两个输入极，以与电子振荡器13产生电连接关系。

在本发明提供的技术方案中，金属件包括设于折流板本体17的周侧的金属壳18，需要说明的是，可以是折流板本体17的部分周侧包裹有金属壳18，也可以是全部的周侧都包裹有金属壳18，本发明对此并不加以限定。金属壳18一方面对折流板本体17的边侧起到保护作用，另一方面也可充当电源信号的输入级，如此达到一举两得的效果。还需要说明的是，在本实施例中，折流板本体17包括压电陶瓷折流板本体17，金属件包括钛金属件，基座16包括橡胶基座16，当然也可以使用其他材料，只要能起到上述实施效果即可，本发明对此并不加以限定。

请参阅图1，在上述雾化机构11的基础上，本发明还提供一种冷凝装置1，包括：进气室2，进气室2设有乏汽进口6，从汽轮机等设备排出的乏汽会从乏汽进口6进入进气室2；冷凝室3，与进气室2连通，冷凝室3内设有冷凝结构7，冷凝结构7包括冷凝主体8以及设于冷凝主体8上的雾化机构11，冷凝结构7用于冷凝乏汽；水箱4，设于冷凝室3之后，用于收集冷凝水；以及，控制器5，与电子振荡器13电连接，用于调节电子振荡器13的功率以及调节压电驱动折流板12的振动频率；其中，冷凝主体8内流动有过冷水，冷凝主体8上开设有过冷水出口，压电驱动折流板12与过冷水出口对应设置，用于承接过冷水以形成水膜。通过设置上述雾化机构11，能够显著提高该冷凝装置1对乏汽的冷凝效率。

需要说明的是，雾化机构11至少包括一个压电驱动折流板12，在本发明提供的冷凝装置1的技术方案中，过冷水出口包括多个，各过冷水出口处均设有过冷水喷嘴10，过冷水喷嘴10有利于提高过冷水的射程，使得过冷水能够均匀打在压电驱动折流板12上，以在压电驱动折流板12的表面产生水膜。由于设置有多个过冷水喷嘴10，压电驱动折流板12对应设为多个，一个压电驱动折流板12与多个过冷水喷嘴10对应，与此对应的，电子振荡器13可以设为一个或多个，一个电子振荡器13与一个压电驱动折流板12对应，或着一个电子振荡器13与多个压电驱动折流板12对应，本发明对此并不加以限定。还需要说明的是，图1是冷凝装置1较为宏观的结构，因此并未对雾化机构11做标示，可以参阅图2-图3中雾化机构11的设置位置以及设置方式。

具体地，冷凝主体8包括沿冷凝主体8高度方向依次设置、且互相连通的多个水室9，各水室9内流通有过冷水，各水室9的侧壁上开设有过冷水出口，各过冷水喷嘴10分设于各过冷水出口处。各压电驱动折流板12分设于各水室9的外侧壁上。需要说明的是，各压电驱动折流板12倾斜设于各水室9的外侧壁上，各压电驱动折流板12的延伸方向应该与水室9的侧壁的延伸方向之间具有夹角，如此过冷水喷嘴10才可以将过冷水喷射于压电驱动折流板12上，以在压电驱动折流板12的表面产生水膜。

进一步地，各基座16设于各水室9的外侧壁上，以使各折流板本体17的延伸方向垂直于各水室9的延伸方向，每个折流板本体17的第一表面14与第二表面15均至少对应有一个过冷水喷嘴10。在本发明提供的一个实施例中，折流板本体17垂直设于各水室9的外侧壁上，因为折流板本体17的两个表面都需要产生水膜，垂直设置的折流板本体17能一方面能保证过冷水能射在折流板本体17的表面，另一方面也能保证折流板本体17的两个表面都能平均的与乏汽产生接触，从而对乏汽进行冷却。还需要说明的是，由于折流板本体17的第一表面14与第二表面15分设于折流板本体17的在高度方向上呈相对设置的两侧，第一表面14与第二表面15均至少对应有一个过冷水喷嘴10，因此可参阅图2，当一个折流板本体17的两个表面分别对应一个过冷水喷头，两个过冷水喷头的延伸方向不同，两个过冷水喷头均朝向其对应的表面设置，如此才能在折流板本体17的两个表面均形成水膜。在本发明提供的技术方案中，各过冷水喷头的延伸方向均不同，而需要根据其对应的折流板本体17的设置方向对应设置。

具体地，各过冷水喷嘴10的阀开度可调节设置，控制器5与各过冷水喷嘴10电连接，用于调节各过冷水喷嘴10的阀开度，以调节各过冷水喷嘴10的过冷水流量，从而机动地调节冷凝效果。

需要说明的是，为了提高冷凝效率，在本发明提供的技术方案中，冷凝结构7包括多个，各冷凝结构7沿冷凝室3长度方向依次间隔设置，各冷凝结构7均用于冷凝乏汽。由于本发明提供的冷凝装置1采用雾化机构11，相比传统液膜-蒸汽直接接触冷凝，雾化后的液滴-蒸汽直接接触冷凝接触面积显著增加，并且不增加额外压降，同时液滴直径可控，显著增加了冷凝效率。并且水室9间距离可以大大缩小，提升装置紧凑性。

还需要说明的是，控制器5具有信号处理模块，信号输入模块的输入信号为冷凝装置1的出口水温(水箱4处设有冷凝水出口)、过冷水水温和流量、乏汽温度及流量等，通过处理标定，控制器5可以控制电子振荡器13输出频率与输出功率，进而控制雾化液滴直径，同时也根据输入信号，输出过冷水喷嘴10阀门开度，从而协同地调控冷凝装置1的冷凝效果。

通过本发明提供的冷凝装置1，一方面可根据冷凝装置1实时运行工况、过冷水温度等参数，调节电子振荡器13的频率，从而驱动压电驱动折流板12振动，使得过冷水膜雾化，并调节液滴雾化直径；另一方面也可调节过冷水的流量，从而在不增加水泵额外负担的前提下实现过冷水雾化，大幅提升过冷水-乏汽接触面积，提升冷凝效率，实现紧凑高效的冷凝。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种冷凝装置，其特征在于，包括:

进气室，所述进气室设有乏汽进口；

冷凝室，与所述进气室连通，所述冷凝室内设有冷凝结构，所述冷凝结构包括冷凝主体以及设于所述冷凝主体上的雾化机构，所述雾化机构包括压电驱动折流板，所述压电驱动折流板由压电材料制成，所述压电驱动折流板具有在高度方向上呈相对设置的第一表面以及第二表面，所述第一表面与所述第二表面均用于形成水膜；以及，电子振荡器，与所述压电驱动折流板电连接，用于向所述压电驱动折流板输入高频电信号，以使所述压电驱动折流板振动雾化水膜；

水箱，设于所述冷凝室之后，用于收集冷凝水；以及，

控制器，与电子振荡器电连接，用于调节所述电子振荡器的功率以及调节压电驱动折流板的振动频率；

其中，所述冷凝主体内流动有过冷水，所述冷凝主体上开设有过冷水出口，所述过冷水出口包括多个，各所述过冷水出口处均设有过冷水喷嘴，所述压电驱动折流板包括多个，一个所述压电驱动折流板与多个所述过冷水喷嘴对应，用于承接过冷水以形成水膜。

2.根据权利要求1所述的冷凝装置，其特征在于，所述压电驱动折流板包括基座以及折流板本体，所述折流板本体安装于所述基座上；

所述折流板本体由压电材料制成，所述折流板本体上还设有金属件，所述折流板本体与所述金属件用于作为高频电信号的两个输入极。

3.根据权利要求2所述的冷凝装置，其特征在于，所述金属件包括设于所述折流板本体的周侧的金属壳。

4.根据权利要求2所述的冷凝装置，其特征在于，所述折流板本体包括压电陶瓷折流板本体，所述金属件包括钛金属件，所述基座包括橡胶基座。

5.根据权利要求2所述的冷凝装置，其特征在于，所述冷凝主体包括沿所述冷凝主体高度方向依次设置、且互相连通的多个水室，各所述水室内流通有过冷水，各所述过冷水喷嘴分设于各所述水室的侧壁上、且与各所述水室连通，各所述压电驱动折流板倾斜设于各所述水室的外侧壁上。

6.根据权利要求5所述的冷凝装置，其特征在于，各所述基座设于各所述水室的外侧壁上，以使各所述折流板本体的延伸方向垂直于各所述水室的延伸方向，每个所述折流板本体的所述第一表面与所述第二表面均至少对应有一个所述过冷水喷嘴。

7.根据权利要求6所述的冷凝装置，其特征在于，各所述过冷水喷嘴的阀开度可调节设置，所述控制器与各所述过冷水喷嘴电连接，用于调节各所述过冷水喷嘴的阀开度，以调节各过冷水喷嘴的过冷水流量。

8.根据权利要求1所述的冷凝装置，其特征在于，所述冷凝结构包括多个，各所述冷凝结构沿所述冷凝室的长度方向间隔设置。