[发明专利]强制式回旋搅棒传热设备

说明书

本发明属于液体的蒸发、蒸馏、冷冻或骤冷等过程的传热设备。更准确地说是一种带有受回旋驱动搅棒的垂直管式传热设备。

在液体的加工过程中，常常需要蒸发液体，如用蒸馏过程从海水生产淡水；以及冰浆和其他冷液和冻液的生产。在其他一些应用中，冰浆显得很有用，如制造空调系统时为了降低电力最大需求的峰值；以及食品的冷冻，如渔船上水产品的存贮等。传统的蒸发和蒸馏设备，无论有无蒸汽压缩，都需要输入高能量以加热液体和驱动压缩机。还有，因为蒸发或冷凝主要都是在汽，液界面处发生，所以热量必须穿过容器壁及一液层才能过到界面。其结果是，传统蒸发设备中都存在显著的温降。这就限制了具有给定温差的蒸发系统的放能，或需要输入更高的能量。

颁发给现申请者的美国专利4,230,529及4,441,963号公开一种解决这问题的新方法。此方法所涉及的是一根(或多根)垂直、薄壁、两端开口的传热管，这些管受驱动作回旋运动，利用这些回旋管的运动，降低了管内外两侧壁面上的热阻，使传热放率得以提高。回旋运动使被蒸发的液体也作旋流，在管内壁面上形成薄膜。这提高了有效的蒸发面积和因降低液层厚度而减小了热阻。回旋运动也有助于热汽流冷凝所产生的热量向外管壁面的传递。外管壁面上液层厚度随冷凝过程而增加，热阻亦随之而增加。回旋运动将液滴摔开，因此可提高外壁面上的传热。

上述两专利都阐明了如何将多根这种管子安装在一个共同容器内以及通过一偏心装置驱使作水平面的回旋运动。因此，液体在受重力作用向下流动时，由动力耦合驱动绕内壁面而旋转。这些装置需要在蒸发器内有曲柄，轴承及复杂的密封。这些零件在制造和安装上都较困难而且价格昂贵；它们在加工时必需达到小公差，当用于化学工业时，它们易于受到腐蚀和污染，它们磨损会导致回旋管的平衡状态受破坏而出现振动、4230.529号专利也公开一个带有自动调整回旋半径的自平衡装置，可以使平衡状态适应于质量的变化。若底座有所移动而曲柄半径必需固定时，此法也许并不适用。

目前存在有许多种传热装置，其范围从冰搅机到复杂的蒸发器，都采用受强制驱动而在管内作旋转运动的刚性滑板。因而就能将粘性液体扩展成均匀分布的膜。强制驱动滑板能够处理粘度为1,000,000厘泊或粘度更高的液体(水在20℃时的粘度为1厘泊)。然而，任何刚性强制驱动滑板或刮板都有一些缺点。首先，需要有一根转动的驱动轴并加以密封。其次，因为滑板或刮板是刚性的，而又是在一固定表面上距离很近的位置运动，设备的加工及安装都困难而昂贵。设备表面以及滑板/刮板，还有它的支持构件都必须达到小公差的机械加工的要求。尤其是，这些刚性滑板装置容易受到不能容忍的磨损。

对于粘度较低的液体，例如，其范围在1到1,000厘泊之间，其解决方法，如′399号专利所述，在管内放置一根搅棒以分散料液，使之成为很薄而均匀的膜，就能降低其热阻并强化蒸发。搅棒还能控制蒸发中固体残渣的积累。′399号专利公开几种固定搅棒的装置，包括有钢缆长度，底座与搅棒下端之间有一个挠性但不转动的支座与之相联，搅棒下端与底座之间还与一个双万向接头相联。作为液膜分布器来说，搅棒是有效的，但固定装置都有缺点。它们增加了材料安装及操作的总费用而且易出故障。特别使人担心的是支撑搅棒的挠性钢缆会出现材料疲劳。

美国专利4,762,592号描述了一种回旋驱动装置，克服了早期的偏心曲柄驱动遇到的困难，包括加工，安装，磨损及平衡等问题。这种改进式驱动装置是由固定在蒸发器上的旋转配重以及用弹簧撑筋构成的蒸发器悬挂装置组成。当配重转动时，配重和蒸发器的质量相互作回旋运动。

此装置虽然克服了偏心曲柄驱动装置中所存在的问题，但仍有一些缺点。例如，它要求巨大的质量作回旋运动，尤其是将等设备放大成商品尺寸时，设备内有多根管，每根管都有液流。所述的巨大质量增加了功率的需求(尤其是在起动时)，增加了弹簧撑筋悬挂装置的需求，导致悬挂装置提前出现疲劳损坏。还有，系统的制造和操作费用通常都会有所增加。它也提高了对稳定操作平台的需求，比如说要用混凝土地基，就不适用于活动平台，如海上轮船或一些其它的运输工具。虽然，在4762592号专利中提出了一个解决活动平台问题的方法，但在设备放大成商品尺寸的实践中，此法尚未能适用。