CN116538714A - 非凝性气体清除系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器领域，公开了一种非凝性气体清除系统及方法，用于板式吸收器和/或板式冷凝器，包括多个板对结构，多个板对结构组对设置形成为板式吸收器和/或板式冷凝器的换热模组，换热模组包括交替布置的宽换热流道和窄换热流道，宽换热流道内沿着蒸汽流动方向形成高压区和低压区，非凝性气体聚集在低压区处，且在低压区处设有真空抽气装置，以能够通过真空抽气装置抽出非凝性气体。本发明通过协同控制冷却侧流道的进出方向与蒸汽流动方向，流体沿流动方向形成连续不间断的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在低压区处，通过低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻提高、换热效率降低。

Description

非凝性气体清除系统及方法

技术领域

本发明涉及换热器领域，尤其是涉及一种非凝性气体清除系统及方法。

背景技术

溴化锂热泵主机溴化锂吸收式制冷机是一种必须保持高度真空状态才能进行稳定工作的制冷设备。为此，应将机组内的空气以及其他非凝结性气体及时排出。

参见图1，传统采用管壳式换热器，在运转过程中，由于蒸汽遇到管壁冷凝成液滴，在管壁面形成一个相对低压的区域，将非凝性气体紧紧贴在管壁面无法及时排出，随着蒸汽的不断冷凝，管壁面的非凝性气体越积越多，从而增大了空气热阻，导致换热系数的降低，换热效果大大降低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明一方面提供了一种非凝性气体清除系统及方法，能够将换热器内的非凝性气体抽出，从而防止非凝性气体在低压区处聚集。

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种非凝性气体清除系统，用于板式吸收器和/或板式冷凝器，包括多个板对结构，多个所述板对结构组对设置形成为板式吸收器和/或板式冷凝器的换热模组，所述换热模组包括交替布置的宽换热流道和窄换热流道，所述宽换热流道内沿着蒸汽流动方向形成高压区和低压区，非凝性气体聚集在低压区处，且在所述低压区处设有真空抽气装置，以能够通过所述真空抽气装置抽出所述非凝性气体。

优选地，所述换热模组设有蒸汽入口、冷凝水出口、冷却液体入口、冷却液体出口以及非凝性气体出口，所述蒸汽入口与所述宽换热流道的入口相连，所述冷凝水出口与所述宽换热流道的出口相连，所述冷却液体入口与所述债换热流道的入口相连，所述冷却液体出口与所述窄换热流道的出口相连。

进一步优选地，所述板对结构内包括入口流道、中间流道和出口流道，且所述入口流道、所述中间流道以及所述出口流道截面积不等，以使所述蒸汽沿其流动方向形成连续规律的动压变化。

进一步优选地，所述入口流道、所述中间流道以及所述出口流道依次连通以形成高低起伏的波浪式通流截面。

优选地，所述宽换热流道的通流截面宽度大于窄换热流道的通流截面宽度。

进一步优选地，所述板对结构包括两两组对的多块波节板，各所述波节板包括多节依次连接第一结构单元和第二结构单元，所述第二结构单元倾斜连接于所述第一结构单元，下一节的所述第一结构单元与上一节的所述第二结构单元相连，且相邻节的所述第二结构单元对称设置在两者之间的所述第一结构单元的两侧。

优选地，所述板对结构之间设有分流支撑件，所述分流支撑件设置在所述组对设置的多块所述第二结构单元之间，以能够分流流经所述分流支撑件的液体/气体。

进一步优选地，所述板对结构的内壁光滑，外壁经由打磨形成为磨砂表面。

本发明第二方面提供了一种非凝性气体清除方法，用于本发明第一方面所述的非凝性气体清除系统，通过形成连续不断的逆流换热，通过协同控制冷却液体的进出方向与蒸汽流动方向，实现蒸汽沿流动方向形成连续规律的从高到低的动压变化，以促使非凝性气体集聚在所述低压区处，通过在所述低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，以避免非凝性气体集聚产生的换热热阻。

优选地，通过交替方式变换流体流道的流通截面积，使蒸汽沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化。

通过上述优选技术方案，本发明的非凝性气体清除系统通过协同控制冷却侧流道的进出方向与蒸汽流动方向，流体沿流动方向形成连续不间断的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在低压区处，通过低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻提高、换热效率降低；另外，与传统的壳管式吸收器/冷凝器换热管束间断不连续相比，本发明的换热流道连续不间断，通过控制冷却侧流体方向及蒸汽流体方向，即可实现非凝性气体在低压区处聚集在线抽排，可完全避免非凝性气体聚集在换热面周围，形成无效热阻。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为传统换热器在运转前后非凝性气体流动情况的示意图；

图2为本发明具体实施方式的非凝性气体清除系统的内部结构示意图；

图3为本发明具体实施方式的非凝性气体清除系统的宽换热流道与窄换热流道的装配结构示意图；

图4为本发明具体实施方式的非凝性气体清除系统的宽换热流道的截面示意图。

附图标记说明：

1、板对结构；11、宽换热流道；12、窄换热流道；13、蒸汽入口；14、冷却液体出口；15、冷却液体入口；16、冷凝水出口；17、非凝性气体出口；18、分流支撑件；121、入口流道；122、中间流道；123、出口流道；124、第一结构单元；125、第二结构单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限员本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图2，本发明的一种非凝性气体清除系统包括多个板对结构1，其特征在于，多个板对结构1组对设置形成为板式吸收器和/或板式冷凝器的换热模组，其中，换热模组包括交替布置的宽换热流道11和窄换热流道12，宽换热流道11内沿着蒸汽流动方向形成高压区和低压区，同时，混杂在蒸汽或者液体中的非凝性气体在气体或者液体的压力作用下，不断被推向板对结构1的底部并在底部聚集，且非凝性气体通常会汇集在低压区处，因此，为了能够将聚集在低压区处的非凝性气体清除，在低压区处设有真空抽气装置，通过真空抽气装置能够抽出汇聚的非凝性气体，以此来避免非凝性气体聚集在换热面周围，形成无效热阻。

参见图3，在此，中间通道由第一中间流道122、第二中间流道122、第三中间流道122构成的梯形结构布置；入口流道121的流道截面高度大于第一中间流道122的流道截面高度，第一中间流道122的流道截面高度小于第二中间流道122的流道截面高度，第二中间流道122的流道截面高度大于第三中间流道122的流道截面高度，第三中间流道122的流道截面高度小于出口流道123的流道截面高度。这里所说的流道截面高度是指流道相对应位置两侧内表面之间的距离。通过不等截面高度流道的布置，在宽换热流道11内沿着汽侧的蒸汽流动方向形成高压区、低压区连续有规律的动压从高到低的变化，使非凝性气体集聚在流体通道内的低压区。

冷却液体(低温水)从换热壳体的下方进入窄换热流道12中，吸收宽换热流道11中的高温蒸汽升温后，从换热壳体的顶部排出；而蒸汽从换热壳体的上方进入到宽换热流道11中，与相邻窄换热流道12中的冷却液体进行热交换，被冷凝形成液态后，从换热壳体的下方排出；通过协同控制冷却侧流道的进出方向与汽侧流动方向，汽侧流体沿流动方向形成连续不间断的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在汽侧低压区处，通过汽侧低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻提高、换热效率降低。

宽换热流道11的通流截面宽度大于窄换热流道12的通流截面宽度，宽换热流道11、窄换热流道12的截面呈扁状，宽换热流道11的截面宽度大于窄换热流道12的截面宽度。宽换热流道11的截面宽度可以为窄换热流道12的截面宽度的2-5倍，具体可以根据需要来选择宽换热流道11与窄换热流道12的宽度数值及倍数比。

构成的板对结构1的内壁光滑，外壁打磨形成为磨砂表面，以增加外壁面所流经的流体与板对结构1的外壁面之间的黏度。

具体地，换热模组设有蒸汽入口13、冷凝水出口16、冷却液体入口15、冷却液体出口14以及非凝性气体出口17，其中，蒸汽入口13与宽换热流道11的入口相连，冷凝水出口16与宽换热流道11的出口相连，冷却液体入口15与所述窄换热流道12的入口相连，冷却液体出口14与窄换热流道12的出口相连，其中，蒸汽流过宽换热流道11，冷却液体进入窄换热流道12，真空抽气装置包括真空泵以及真空管道，真空管道与宽换热流道11的低压区相连通，真空泵与真空管道相连通，因此，真空泵工作时能够将宽换热流道11内低压区的非凝性气体抽出，以此来实现清除非凝性气体的目的。

更具体地，板对结构1内的宽换热流道11包括入口流道121、中间流道122和出口流道123，且入口流道121、中间流道122以及出口流道123的截面积不等，以使得蒸汽沿宽换热流道11方向流动时能产生连续且规律的动压变化，且入口流道121、中间流道122以及出口流道123依次连通以形成高低起伏的波浪式通流截面。

构成宽换热流道11的入口流道121、中间流道122以及出口流道123依次连通，形成高低起伏的波浪式通流截面，构成入口流道121、中间流道122以及出口流道123为多块两两组对的波节板，且各波节板包括多节依次连接的第一结构单元124和第二结构单元125，第二结构单元125倾斜连接于第一结构单元124，并且下一节的第一结构单元124与上一节的第二结构单元125相连，相邻节的第二结构单元125对称设置在两者之间的第一结构单元124的两侧，需要说明的是，窄换热流道12同样采用上述结构形式构成。

参见图4，为了保证宽换热流道11以及窄换热流道12之间的结构稳定性，在宽换热流道11以及窄换热流道12的第二结构单元125之间设有分流支撑件18，通过分流支撑件18一方面能够对宽换热流道11以及窄换热流道12进行支撑，同时能够将流经该分流支撑件18的液体或气体进行分流。

另外，板对结构1支撑所设置的支撑件并不限于分流支撑件18，还包括处于宽换热流道11、窄换换热流道之间的窄支持结构和宽支持结构。窄支持结构、为固定设置于窄换热流道12内的窄支持块；宽支持结构为固定设置于宽换热流道11内的宽支持块；窄支持块处于窄换热流道12内的高度低于宽换热流道11内的高度，宽换热流道11的底面为平面，窄支持块、宽支持块为形状与宽换热流道11或窄换热流道12形状相适配的梯形，支持块的底壁、两个侧壁与宽换热流道11或窄换流道的内壁形成固定设置(比如采用焊接方式)，以能够形成有效的支撑加强作用。

多块板对结构1所构成的换热模组的底部布置有与冷却液体进入端形成连通的进液布液器，换热器内的顶部布置有与冷却液体排出端形成连通的排液布液器。进液布液器为了将冷却液体进入端进入的冷却液体分流方式送入到每一个窄换热流道12当中，其包括主布液管路和主布液管路相联通的分布液管路，一个分布液管路与一个窄换热流道12的下端形成连通，以便冷却液体经窄换热流道12下方进入换热器当中；而排液布液器为了将每个窄换热流道12的上部形成汇流，其中包括主汇流管路和主汇流管路相连通的分汇流管路，一个分汇流管路与一窄换热流道12的上端形成连通，以便窄换热流道12上方排出的换热流体进入主汇流管路当中排出。

本发明的非凝性气体清除方法用于非凝性气体清除系统，基于板式吸收器/板式冷凝器，即可以应用在板式吸收器的换热中，也可以应用在板式冷凝器的换热当中，主要为避免换热过程中蒸汽的非凝性气体聚集在换热面的周围，影响的换热。吸收侧为板式吸收器时，吸收侧为蒸汽，供蒸汽通入。不论是吸收器还是冷凝器，其避免非凝性气体聚集的的方法均采用吸收侧/凝蒸汽侧与冷却液体侧形成连续不间断的逆流换热，通过协同控制冷却液体的进出方向与吸收侧/凝蒸汽的蒸汽流动方向，实现蒸汽沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化，促使非凝性气体集聚在低压区处，通过低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，避免非凝性气体集聚产生的换热热阻。

逆流换热方式采用上下方式时有两种，比如蒸汽从上面进入，下方排出，冷却液体则从下方进入，上方排出；而蒸汽从下方进入，上方排出时，冷却液体则从上方进入，下方排出，即形成流体之间的逆流方式。通过协同控制冷却液体与蒸汽的流动方向，可以使蒸汽与冷却液体侧的逆流换热。而本申请中的蒸汽通过交替方式变换流体流道的流通截面积，使蒸汽沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化，通过变换蒸汽流体通道的流通截面积，即蒸汽的流体通道流通截面积采用小大交替方式连续布置，大流通截面积处的动压低于小流通截面积处的动压，使小流通截面积流道内的蒸汽朝向大流通截面积流道内的流动驱使，从而能够将换热过程中，非凝性气体集聚在流体通道内的低压区，并通过与流体通道低压区的真空抽气装置定期自动抽吸方式将集聚于低压区的非凝性气体抽出，避免集聚在流体通道内，而造成的换热热阻提高、换热效率降低的问题。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一种实施方式”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的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非凝性气体清除系统，用于板式吸收器和/或板式冷凝器，包括多个板对结构(1)，其特征在于，多个所述板对结构(1)组对设置形成为板式吸收器和/或板式冷凝器的换热模组，所述换热模组包括交替布置的宽换热流道(11)和窄换热流道(12)，所述宽换热流道(11)内沿着蒸汽流动方向形成高压区和低压区，非凝性气体聚集在低压区处，且在所述低压区处设有真空抽气装置，以能够通过所述真空抽气装置抽出所述非凝性气体。

2.根据权利要求1所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，所述换热模组设有蒸汽入口(13)、冷凝水出口(16)、冷却液体入口(15)、冷却液体出口(14)以及非凝性气体出口(17)，所述蒸汽入口(13)与所述宽换热流道(11)的入口相连，所述冷凝水出口(16)与所述宽换热流道(11)的出口相连，所述冷却液体入口(15)与所述窄换热流道的入口相连，所述冷却液体出口(14)与所述窄换热流道(12)的出口相连。

3.根据权利要求1所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，所述板对结构(1)内包括入口流道(121)、中间流道(122)和出口流道(123)，且所述入口流道(121)、所述中间流道(122)以及所述出口流道(123)截面积不等，以使所述蒸汽沿其流动方向形成连续规律的动压变化。

4.根据权利要求3所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，所述入口流道(121)、所述中间流道(122)以及所述出口流道(123)依次连通以形成高低起伏的波浪式通流截面。

5.根据权利要求1所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，所述宽换热流道(11)的通流截面宽度大于窄换热流道(12)的通流截面宽度。

6.根据权利要求5所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，所述板对结构(1)包括两两组对的多块波节板，各所述波节板包括多节依次连接第一结构单元(124)和第二结构单元(125)，所述第二结构单元(125)倾斜连接于所述第一结构单元(124)，下一节的所述第一结构单元(124)与上一节的所述第二结构单元(125)相连，且相邻节的所述第二结构单元(125)对称设置在两者之间的所述第一结构单元(124)的两侧。

7.根据权利要求1所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，所述板对结构(1)之间设有分流支撑件(18)，所述分流支撑件(18)设置在所述组对设置的多块所述第二结构单元(125)之间，以能够分流流经所述分流支撑件(18)的液体/气体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，所述板对结构(1)的内壁光滑，外壁经由打磨形成为磨砂表面。

9.一种非凝性气体清除方法，基于权利要求1至8中任一项所述的非凝性气体清除系统，其特征在于，通过形成连续不断的逆流换热，通过协同控制冷却液体的进出方向与蒸汽流动方向，实现蒸汽沿流动方向形成连续规律的从高到低的动压变化，以促使非凝性气体集聚在所述低压区处，通过在所述低压区处设置真空抽气装置将非凝性气体连续排出，以避免非凝性气体集聚产生的换热热阻。

10.根据权利要求9所述的非凝性气体清除方法，其特征在于，通过交替方式变换流体流道的流通截面积，使蒸汽沿流动方向形成连续有规律的动压从高到低变化。