CN115979052A - 复合式冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种复合式冷凝器，包括：第一部分，包括喷淋装置，配置为向下喷射喷淋介质；第二部分，包括第一换热器，第一换热器包括第一管板、第二管板以及供第一低温介质通过的多个玻璃管，所述多个玻璃管的两端分别穿过并固定到第一管板和第二管板；第三部分，包括第二换热器，第二换热器包括供第二低温介质通过的金属管束；第四部分，包括积液盘，配置为收集冷凝的液体；其中，第一部分、第二部分、第三部分和第四部分从上到下依次连接，进入复合式冷凝器的待冷凝气体依次通过所述第一部分、第二部分和第三部分，从而被冷却，并从第四部分排出复合式冷凝器。

Description

复合式冷凝器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域。更具体地，本发明涉及一种防堵塞的玻璃管和金属管复合式冷凝器。

背景技术

冷凝器属于换热器的一种，能把可凝性气体转变成液体。冷凝器的工作过程是个放热过程。释放的热量可以回收利用来加热别的介质，广泛应用与工艺生产中的各种工艺。

然而，在许多工业应用中，待冷凝的气体中含有腐蚀性强的物质，并夹带粉尘、纤维等各种易堵塞的杂质，这会腐蚀或堵塞冷凝器，影响换热效果，甚至对冷凝器造成损坏。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够至少部分解决上述问题的玻璃管和金属管复合式冷凝器，其充分利用玻璃管换热器和金属管换热器的优势，提高了复合式冷凝器的整体性能，并配备有相应的喷淋装置，以防止杂质沉积在玻璃管和/或金属管上，降低换热效率并对复合式冷凝器造成损坏。待冷凝气体在复合式冷凝器中冷凝成液体或饱和气体，然后利用管路转移到外部系统集中处理。此外，本发明的复合式冷凝器能够回收待冷凝液冷凝过程中释放的热量，将其用于加热低温介质，防止了热量的浪费。

根据本发明的复合式冷凝器包括：第一部分，该第一部分包括喷淋装置，配置为向下喷射喷淋介质；第二部分，该第二部分包括第一换热器，第一换热器包括第一管板、第二管板以及供第一低温介质通过的多个玻璃管，所述多个玻璃管的两端分别穿过并固定到第一管板和第二管板；第三部分，该第三部分包括第二换热器，第二换热器包括供第二低温介质通过的金属管束；第四部分，该第四部分包括积液盘，积液盘配置为收集冷凝的液体和未冷凝气体；其中，第一部分、第二部分、第三部分和第四部分从上到下依次连接，进入复合式冷凝器的待冷凝气体依次通过第一部分、第二部分和第三部分，并从第四部分排出复合式冷凝器。

根据本发明的复合式冷凝器的第二部分还包括供第一低温介质通过的多个金属管，所述多个金属管的两端分别穿过并固定到第一管板和第二管板，并且所述多个金属管位于所述多个玻璃管上方。

根据本发明的优选实施例，所述多个金属管相互平行，并在所述多个玻璃管上方排列成单层。

根据本发明的优选实施例，第一部分中的喷淋装置的喷射范围覆盖所述多个金属管排列成的单层。

根据本发明的优选实施例，所述多个金属管和所述多个玻璃管呈矩形排列，其中各个玻璃管和各个金属管两两之间相互平行。

根据本发明的优选实施例，所述多个金属管和所述多个玻璃管相对于水平面倾斜，倾斜的角度在1°到5°的范围内。

可选地，根据本发明的复合式冷凝器还包括主壳体，第一部分、第二部分、第三部分和第四部分位于主壳体内部。其中，主壳体在第一部分处具有供待冷凝气体进入的待冷凝气体入口以及供喷淋介质进入的喷淋介质入口；主壳体在第二部分的第一管板的一侧具有供第一低温介质进入的第一低温介质入口，在第二部分的第二管板的一侧具有供第一低温介质排出的第一低温介质出口；主壳体在第三部分处具有供第二低温介质进入的第二低温介质入口和供第二低温介质排出的第二低温介质出口；主壳体在第四部分处具有复合式冷凝器出口，冷凝液和饱和气体从复合式冷凝器出口排出。

根据本发明的优选实施例，上述主壳体为密闭结构，并且待冷凝气体入口、喷淋介质入口、第一低温介质入口、第一低温介质出口、第二低温介质入口、第二低温介质出口以及复合式冷凝器出口与复合式冷凝器外部的管道均为密封连接。

根据本发明的优选实施例，复合式冷凝器还包括负压装置，该负压装置位于第四部分的下部，用于为复合式冷凝器内部提供负压环境，从而为待冷凝气体的流动增加向下的动力。

根据本发明的优选实施例，第一部分还包括第一温度监测装置，该第一温度监测装置配置为监测进入复合式冷凝器的待冷凝气体的温度；第一部分还包括控制器，该控制器与第一温度监测装置通信联接，并且配置为接收来自第一温度监测装置的信号，当待冷凝气体的温度超过第一预定阈值时，使喷淋装置喷射低温液体，防止对复合式冷凝器造成损坏。

根据本发明的优选实施例，第二部分还包括第二温度监测装置，该第二温度监测装置配置为监测第一换热器的玻璃管出口处的第一低温介质的温度，并且该第二温度监测装置与第一部分中的控制器通信联接，当玻璃管出口处的第一低温介质的温度低于第二预定阈值时，使喷淋装置喷射液体，以改善换热器的换热效率。也可以通过时间控制器定时启动喷淋，保持换热管表面清洁，维持换热器的换热效率。

根据本发明的优选实施例，玻璃管端头可采用橡胶或非金属堵头封堵，如果个别玻璃管破裂，仅需将该玻璃管端头用堵头封堵，不影响复合式冷凝器正常使用。如果第一低温介质所需的换热量降低，也可采用封堵部分玻璃管的方式实现。

附图说明

图1是根据本发明的复合式冷凝器1的剖视图；

图2是沿图1中A-A线截取的根据本发明的复合式冷凝器1的另一剖视图。

附图标记列表

1 复合式冷凝器

10 主壳体

11待冷凝气体入口

12 喷淋介质入口

13 第一低温介质入口

14 第一低温介质出口

15 第二低温介质入口

16 第二低温介质出口

17 复合式冷凝器出口

100 第一部分

101 喷淋装置

101a 喷头

102 管道

103 第一温度监测装置

104 控制器

200 第二部分

201 第二温度监测装置

210 第一换热器

211 第一管板

212 第二管板

213 玻璃管

214 第一换热器壳体

215 金属管

300 第三部分

310 第二换热器

311 金属管束

312 第二换热器壳体

400 第四部分

401 积液盘

402 负压装置

F1待冷凝气体流动方向

F2 第一低温介质流动方向

F3 第二低温介质流动方向

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另有说明，否则本文所使用的术语具有本领域通常的含义。附图中相同的附图标记代表相同的部件。

图1示出了根据本发明的复合式冷凝器1的剖视图，该复合式冷凝器1包括从上到下依次连接的第一部分100、第二部分200、第三部分300和第四部分400，相邻的部分之间在上下方向上彼此连通，形成供待冷凝气体通过的路径。

图2是沿图1中A-A线截取的根据本发明的复合式冷凝器1的另一剖视图。如图2所示，第一部分100包括喷淋装置101，喷淋装置101包括至少一个喷头101a，这些喷头101a通过管道102相互连接，管道102连接到复合式冷凝器1外部的喷淋介质源，用于向喷淋装置101的喷头101a输送喷淋介质。

第二部分200位于第一部分100的下方，包括第一换热器210，该第一换热器210是玻璃管换热器，包括第一换热器壳体214、安装到第一换热器壳体214的第一管板211和第二管板212，以及固定到第一和第二管板211、212的多个玻璃管213。第二部分200中的第一换热器壳体214优选为长方体框架形式，其顶部朝向第一部分100敞开，底部朝向第三部分300敞开，长方体框架的垂直于水平面的两个相对的侧面由金属板封闭，第一管板211和第二管板212安装到框架的垂直于水平面的另外两个相对的侧面。优选地，第一管板211和第二管板212相互平行，并且垂直于水平面。第一低温介质从第一管板211的一侧流入多个玻璃管213，并从第二管板212的一侧流出多个玻璃管213，用于冷却待冷凝气体。

如图2所示，多个玻璃管213的两端分别穿过并固定到第一管板211和第二管板212，所述多个玻璃管213中的每个玻璃管相互平行。所述多个玻璃管213的材料优选为石英玻璃、高硅氧玻璃或硼硅酸盐玻璃，但不限于此，最终根据换热介质的特性和工艺需求来确定。第一管板211和第二管板212优选为复合型管板，其内部为金属板，外部为衬塑材料，这有助于实现玻璃管与管板的稳固固定，并且提升了玻璃管外壁与管板之间的密封效果。

第三部分300位于第二部分200的下方，并且与第二部分200连通。第三部分300包括第二换热器310，优选是管壳式换热器。第二换热器310包括第二换热器壳体312和位于第二换热器壳体312内部的金属管束311，第二低温介质流动通过金属管束311，用于对待冷凝气体进行进一步冷却。优选地，第二换热器壳体312内部的金属管束与第一换热器壳体214内部的玻璃管213和金属管215成垂直布置。

第四部分400位于第三部分300下方，并且与第三部分300连通。第四部分400包括积液盘401，用于收集待冷凝气体被上方的第一换热器210和第二换热器310冷却后形成的冷凝液。从图2中可见，积液盘401相对于水平面倾斜，以便于冷凝液流出复合式冷凝器1，对冷凝液进行集中处理。

优选地，第四部分400还包括负压装置402。如图2所示，该负压装置402位于第四部分400的下部，优选位于积液盘401的出口处，用于为整个复合式冷凝器1设备内部提供负压环境，并为待冷凝气体向下的流动增加动力。

当复合式冷凝器1运行时，待冷凝气体从第一部分100进入复合式冷凝器1，在负压环境中向下流动，首先经过第二部分200中的第一换热器210，在流经第一换热器210的多个玻璃管213的第一低温介质的作用下被冷却为中温气体。待冷凝气体的流动方向如图2中的空心箭头F1所示。第一低温介质在玻璃管213中的流动方向如图2中的箭头F2所示，第一低温介质从第一管板211的一侧进入玻璃管213，从第二管板212的一侧流出玻璃管213。第一低温介质例如是空气，或者工业生产中的工艺气体，其流速在5～20m/s的范围内。

通过第一换热器210之后，中温待冷凝气体继续向下流动，进入第三部分300中的第二换热器310，在流经第二换热器310的金属管束311的第二低温介质的作用下被进一步冷却。第二低温介质在金属管束311中的流动方向如图1中的箭头F3所示。第二低温介质为高比热容液体，例如水或者冷冻液。第二换热器310通过控制流经金属管束311的第二低温介质的流量或者温度从而控制第二换热器310的冷却效果，以确保第二换热器壳层中的环境为湿式环境，即金属管束311周边为饱和气体或过饱和气体。通过第二换热器310后，中温气体中的可凝性物质被冷却后转变为冷凝液，滴落进第四部分400的积液盘401，并流出复合式冷凝器1。

由于待冷凝气体可能夹带粉尘、纤维等各种易堵塞的杂质，因此，当复合式冷凝器1运行一段时间之后，这些杂质可能会沉积在玻璃管的外壁上，降低玻璃管换热器的换热效率。此时，可以开启第一部分100中的喷淋装置101，冲刷下方的玻璃管，以去除杂质。管道102将喷淋介质(例如水或清洗剂)输送到喷淋装置101的各个喷头101a，喷头101a向下高速喷射喷淋介质，喷淋介质通过玻璃管213的间隙向下流动。冲洗后的液体滴落进第四部分400的积液盘401中，随后流出复合式冷凝器1。

在本发明的优选实施例中，第一换热器210还包括供第一低温介质通过的多个金属管215。多个金属管215位于所述多个玻璃管213的上方，并且与所述多个玻璃管213类似地排列，其两端分别穿过并固定到第一管板211和第二管板212，所述多个金属管215中的每个金属管相互平行，并且这些金属管215也与所述多个玻璃管213中的每个玻璃管相互平行。优选地，多个金属管215相互平行地在所述多个玻璃管213上方排列成单层。从图1和图2中可见，第二部分200中最上方的一层为金属管215。这样，即使在对喷淋装置101的喷头101a和管道102进行维修和更换期间出现零部件掉落等意外情况时，也能防止玻璃管被砸碎，大大提高了复合式冷凝器的安全性和稳定性。同时，该种布置也能增加设备的整体刚性，优化整体结构设计。

在本发明的优选实施例中，多个玻璃管213和多个金属管215呈矩形排列，图1的第二部分200的横截面示出了这种排列方式。多个玻璃管213和多个金属管215彼此之间两两平行，不存在交错，这使得喷淋介质能够更顺畅地流动，有助于更彻底地清洁玻璃管213和金属管215外壁上沉积的杂质，确保待冷凝气体与玻璃管213和金属管215内流动的低温介质的高效的热交换。此外，喷淋装置101的喷头101a的喷射范围被配置为能够覆盖最上层的金属管215排列成的单层。

在本发明的特别优选的实施例中，多个玻璃管213和多个金属管215相对于水平面倾斜，如图2中所示，该倾斜角度α在1°到5°的范围内。倾斜的玻璃管213和金属管215进一步促进了喷淋介质的流动，有助于更彻底地清洁玻璃管213和金属管215外壁上沉积的杂质。此外，如果流经玻璃管213和金属管215的第一低温介质为含有杂质的气体，这种倾斜的设置有利于在合理的流速范围内带走第一低温介质内的粉尘杂质，优化换热效率，也有助于对玻璃管213和金属管215的内壁进行清洗。

可选地，根据本发明的复合式冷凝器1还可以包括主壳体10，第一部分100、第二部分200、第三部分300和第四部分400均位于主壳体10内部。如图1所示，主壳体10在第一部分100处具有供待冷凝气体进入的待冷凝气体入口11；如图2所示，主壳体10在第一部分100处还具有供喷淋介质进入的喷淋介质入口12，用于输送喷淋介质的管道102通过该喷淋介质入口12向喷淋装置101的喷头101a提供喷淋介质。如图2所示，主壳体10在第二部分200的第一管板211的一侧具有供第一低温介质进入的第一低温介质入口13，在第二部分200的第二管板212的一侧具有供第一低温介质排出的第一低温介质出口14。如图1所示，主壳体10在第三部分300处具有供第二低温介质进入的第二低温介质入口15和供第二低温介质排出的第二低温介质出口16。主壳体10在第四部分400处具有复合式冷凝器出口17，用于排出冷却后的冷凝液和饱和气体，以及用于在清洗时排出清洗后的液体。

主壳体10为金属材质的密闭结构，并且待冷凝气体入口11、喷淋介质入口12、第一低温介质入口13、第一低温介质出口14、第二低温介质入口15、第二低温介质出口16以及复合式冷凝器出口17与复合式冷凝器1外部的管道均为密封连接。这种密封结构确保了复合式冷凝器1内部的负压环境，提高了待冷凝气体与第一和第二低温介质之间的换热效率。此外，当待冷凝气体是有毒有害或有异味的气体时，防止其泄露到环境中，对环境造成污染。

可选地，复合式冷凝器1的第一部分100还包括第一温度监测装置103和与第一温度监测装置通信联接的控制器104，第一温度监测装置103例如是温度传感器。第一温度监测装置103监测进入复合式冷凝器1的待冷凝气体的温度，当待冷凝气体的温度超过第一预定阈值时，向控制器104发送信号，使喷淋装置101喷射液体(例如水)，喷射出的低温液体与待冷凝气体直接接触，对复合式冷凝器1内部降温，使得过高温度的待冷凝气体不会对复合式冷凝器1造成损坏。喷淋水和冷凝液也通过第四部分400的积液盘401收集并排出，由此实现对整个复合式冷凝器系统的高温保护。

可选地，复合式冷凝器1的第二部分200还包括第二温度监测装置201，与第一部分100中的控制器104通信联接，第二温度监测装置201例如是温度传感器。该第二温度监测装置201配置为监测第一换热器210的玻璃管213出口处的第一低温介质的温度。当经过待冷凝气体加热的第一低温介质从玻璃管213排出时的温度低于第二预定阈值时，这意味着第一换热器210的换热效率有所降低，此时，控制器104使喷淋装置101向下喷射液体，例如经过过滤的该复合式冷凝器冷凝的液体，洁净液体或清洗剂，用于冲刷第一换热器210的玻璃管213和金属管215的外壁，以及第二换热器310的金属管束311的外壁，防止换热管外壁上污垢聚集造成换热效率的降低以及换热器的损坏。冲洗后的液体夹带着污垢向下流动，然后由第四部分400的积液盘401收集并排出。

可选地，通过时间控制器定时启动喷淋装置101向下喷射液体，用于冲刷第一换热器210的玻璃管213和金属管215的外壁，以及第二换热器310的金属管束311的外壁，防止换热管外壁上污垢聚集造成换热效率的降低，维持换热器的换热效率。

根据本发明的复合式冷凝器1结合了玻璃管换热器(第一换热器210)和管壳式金属换热器(第二换热器310)的优势，提高了复合式冷凝器的整体性能。该复合式冷凝器1的上部配备有喷淋装置101，下部配备有用于收集液体的积液盘401，使得无需拆卸即可对第一和第二换热器进行在线清洗，防止待冷凝气体中夹带的杂质沉积在换热器的玻璃管和金属管的外壁上，阻碍待冷凝气体与低温介质之间的热交换，降低复合式冷凝器1的换热效率。特别地，第一换热器210中的多个玻璃管213和多个金属管215呈矩形排列，并且被布置为相对于水平面倾斜，这种布置有助于从复合式冷凝器1顶部喷射的清洗液向下流动，并有助于对玻璃管和金属管的内壁进行清洗。

此外，密封的主壳体10有助于维持负压环境，进一步提高了复合式冷凝器1的换热效率，使得待冷凝气体的热量被更好的回收利用。密闭环境阻止待冷凝气体泄露，防止对外部环境造成污染。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明提出的复合式冷凝器的示例性实施方式，然而本领域技术人员可以理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种复合式冷凝器(1)，包括：

第一部分(100)，所述第一部分(100)包括喷淋装置(101)，配置为向下喷射喷淋介质；

第二部分(200)，所述第二部分(200)包括第一换热器(210)，所述第一换热器(210)包括第一管板(211)、第二管板(212)以及供第一低温介质通过的多个玻璃管(213)，所述多个玻璃管(213)的两端分别穿过并固定到所述第一管板(211)和所述第二管板(212)；

第三部分(300)，所述第三部分(300)包括第二换热器(310)，所述第二换热器(310)包括供第二低温介质通过的金属管束(311)；

第四部分(400)，所述第四部分(400)包括积液盘(401)，配置为收集冷凝的液体；

其中，所述第一部分(100)、第二部分(200)、第三部分(300)和第四部分(400)从上到下依次连接，进入所述复合式冷凝器(1)的待冷凝气体依次通过所述第一部分(100)、第二部分(200)和第三部分(300)，从而被冷却，并从所述第四部分(400)排出所述复合式冷凝器(1)。

2.根据权利要求1所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述第二部分(200)还包括供所述第一低温介质通过的多个金属管(215)，所述多个金属管(215)的两端分别穿过并固定到所述第一管板(211)和所述第二管板(212)，并且所述多个金属管(215)位于所述多个玻璃管(213)上方。

3.根据权利要求2所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述多个金属管(215)相互平行，在所述多个玻璃管(213)上方排列成单层。

4.根据权利要求3所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述喷淋装置(101)的喷射范围覆盖所述多个金属管(215)排列成的单层。

5.根据权利要求2所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述多个金属管(215)和所述多个玻璃管(213)呈矩形排列。

6.根据权利要求2所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述多个金属管(215)和所述多个玻璃管(213)相对于水平面倾斜。

7.根据权利要求6所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述多个金属管(215)和所述多个玻璃管(213)相对于水平面倾斜的角度(α)在1°到5°的范围内。

8.根据权利要求1所述的复合式冷凝器(1)，还包括主壳体(10)，所述第一部分(100)、第二部分(200)、第三部分(300)和第四部分(400)位于所述主壳体(10)内部，

其中，所述主壳体(10)在第一部分(100)处具有供待冷凝气体进入的待冷凝气体入口(11)以及供喷淋介质进入的喷淋介质入口(12)，

其中，所述主壳体(10)在第二部分(200)的第一管板(211)的一侧具有供第一低温介质进入的第一低温介质入口(13)，在第二部分(200)的第二管板(212)的一侧具有供第一低温介质排出的第一低温介质出口(14)，

其中，所述主壳体(10)在第三部分(300)处具有供第二低温介质进入的第二低温介质入口(15)和供第二低温介质排出的第二低温介质出口(16)，

其中，所述主壳体(10)在第四部分(400)处具有复合式冷凝器出口(17)，饱和气体和冷凝液从所述复合式冷凝器出口(17)排出。

9.根据权利要求8所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述主壳体(10)为密闭结构，并且所述待冷凝气体入口(11)、喷淋介质入口(12)、第一低温介质入口(13)、第一低温介质出口(14)、第二低温介质入口(15)、第二低温介质出口(16)以及复合式冷凝器出口(17)与所述复合式冷凝器(1)外部的管道均为密封连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的复合式冷凝器(1)，还包括负压装置(402)，所述负压装置位于所述第四部分(400)的下部，用于为所述复合式冷凝器(1)内部提供负压环境。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述第一部分(100)还包括：

第一温度监测装置(103)，所述第一温度监测装置(103)配置为监测进入所述复合式冷凝器(1)的待冷凝气体的温度；

控制器(104)，所述控制器(104)与所述第一温度监测装置(103)通信联接，并且配置为接收来自所述第一温度监测装置(103)的信号，当待冷凝气体的温度超过第一预定阈值时，使所述喷淋装置(101)喷射液体。

12.根据权利要求11所述的复合式冷凝器(1)，其中，所述第二部分(200)还包括第二温度监测装置(201)，所述第二温度监测装置(201)配置为监测所述第一换热器(210)的玻璃管(213)出口处的第一低温介质的温度，并且所述第二温度监测装置(201)与所述控制器(104)通信联接，当玻璃管(213)出口处的第一低温介质的温度低于第二预定阈值时，使所述喷淋装置(101)喷射液体。

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