[发明专利]基于虹吸原理的管壳卧式刮液冷凝器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于虹吸原理的管壳卧式刮液冷凝器，是一种用于制冷技术领域的强化传热传质装置，也可以用于相应化工工业各种气体的冷凝器设备中。

背景技术

冷凝器是把气体或蒸气转变成液体的装置。冷凝器是制冷、空调与化工等行业中非常重要的设备，发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。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。水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。按照冷却介质流动方向可分为立式和卧式冷凝器。管壳卧式冷凝器具有水路水平安放和多路往复流动，使单次冷却的冷却水的流程增加，提高冷却水的温差的优点，在气体冷凝中占有重要的地位。

在冷凝器工作过程中，蒸气在管壁面冷凝，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管和波纹管来降低液膜厚度。这些冷凝管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。此外，蒸气在管束外冷凝时，要合理布置管束位置，以减少上排管子表面的冷凝液对下排管子冷凝作用的影响，并避免液膜明显增厚。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。而冷凝管外壁面长时间使用可能吸附杂质，也会引起冷凝效率的下降。

发明内容

为了克服现有管壳卧式冷凝器的冷凝管外冷凝液膜的存在弱化冷凝效率、冷凝管外壁面吸附杂质造成冷凝管换热效果下降等不足，本发明一种新型的管外刮液式管壳卧式冷凝器，通过自动往复运动的刮液装置来刮掉冷凝管外壁面的液膜、液滴及吸附的杂质，使得冷凝管外的冷凝热阻减小,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：

一种基于虹吸原理的管壳卧式刮液冷凝器，由冷却水进口、冷凝气体进口、壳程、水平冷凝管、隔板、刮液装置、从动磁铁、长连杆、主动磁铁、磁铁滑道、弹簧、滑轮线、定滑轮、动滑轮、壳程出水管、粗管路、接水桶、虹吸管、冷却水出口、冷凝液体出口组成。所述冷却水进口位于壳程一端，冷凝气体进口位于壳程顶部。水平冷凝管位于壳程内部，冷凝管在高度方向上成排布置，冷凝管两端固定隔板上，其内部与隔板另一侧的冷却水连通。所述刮液装置由刮液环和短连杆组成，两层刮液装置通过长连杆连接，刮液装置固定连接与主动磁铁顶部，刮液环的内径等于冷凝管的外径，刮液环的内壁面与冷凝管外壁面可滑动接触。所述磁铁滑道位于壳程外，与壳程底部固定连接，主动磁铁位于磁铁滑道中，主动磁铁的顶部与壳程的底部外表面可滑动接触，主动磁铁的底部与滑道上表面可滑动接触。弹簧一端固定连接与滑道端面，另一端与主动磁铁侧面固定连接。

所述定滑轮的顶部固定于隔板的底部，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主动磁铁端面固定连接。所述动滑轮与定滑轮通过滑轮线可滑动连接，动滑轮底部钩子与接水桶顶固定连接。接水桶通过动滑轮悬吊于壳程下方的粗管路中，粗管路通过壳程出水管与壳程固定连接。虹吸管固定安装在悬吊接水桶的底面，接水桶下端的粗管路底部为冷却水出口，冷凝液体出口位于壳程的底部。

进一步，本发明所述管壳卧式冷凝器中，长连杆的长度为冷凝管长度的二分之一，虹吸管进水管长度为冷凝管长度的四分之一，弹簧的劲度系数满足以下关系式：

k＝(G_m-G_k)/(2L)    式(1)

其中，k为劲度系数，G_m为水位达到虹吸管上方弯曲部分时接液盘的总重量，G_k为液位处于虹吸管吸入口时接液盘的总重量，L为虹吸管吸入口至上方弯曲部分的距离。

进一步，本发明所述管壳卧式冷凝器中，壳程、磁铁滑道为铜、铝合金或不锈钢等非磁性材质，接水桶、虹吸管、隔板均为密度小于1g/cm³的轻质塑料材质。

本发明的有益效果是：