具備自動除液功能的板式冷凝器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具備自動除液功能的板式冷凝器，包括冷卻水層、冷凝氣體層、冷凝壁面、刮液裝置、滑輪組、磁鐵、懸吊接水箱、虹吸管、S形平面彈簧組成；冷凝器的冷凝氣體進口位于冷凝器后側(cè)的頂部，在數(shù)個冷凝氣體層中的壁面冷凝成液體后流入冷凝液體連通通道，再經(jīng)過冷凝液體出口流出；冷卻水由頂部進入冷凝器，并沿著數(shù)個冷卻水層向下流入懸吊接水箱中；本發(fā)明利用懸吊接水箱冷卻水在虹吸管的周期接放水作用下，使得懸吊接水箱周期上下移動，并通過滑輪組和磁鐵帶動刮液裝置和S形平面彈簧往復(fù)上下運動，刮掉冷凝壁面的冷凝液膜，可有效降低冷凝板的傳熱熱阻，增加傳熱和冷凝效率，并防止冷卻水中的雜質(zhì)在冷卻水層壁面結(jié)垢，提高冷凝器持續(xù)工作時間。
【專利說明】具備自動除液功能的板式冷凝器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的具備自動除液功能的板式冷凝器，是一種用于強化傳熱和相變的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]冷凝器是把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體的裝置。冷凝器按其冷卻介質(zhì)不同，可分為水冷式、空氣冷卻式、蒸發(fā)式三大類。板式冷凝器由于傳熱系數(shù)高、設(shè)備緊湊，在制冷、空調(diào)與化工等行業(yè)中有著重要的應(yīng)用。
[0003]在冷凝器工作過程中，蒸氣在冷凝壁面冷凝，由于冷凝液的熱導(dǎo)率低，因此強化冷凝傳熱的關(guān)鍵在于減小冷凝液膜厚度。膜狀冷凝，是冷凝過程的一種。特點是冷凝液能形成液膜而完全潤濕器壁表面。液膜愈積愈厚，多余的冷凝液就沿壁流下。由于壁面上始終覆蓋著一層液膜，壁面和被冷凝蒸氣間的傳熱遇到了阻力，所以傳熱效率較低于滴狀冷凝?，F(xiàn)有技術(shù)通常通過采用可減小液膜厚度的縱槽和波紋來降低液膜厚度。這些冷凝壁面利用液體表面張力的作用，使冷凝液體集中于槽溝底部，而其他表面上的液膜厚度減薄。強化冷凝傳熱的另一途徑是維持滴狀冷凝，為此可在壁面上涂以疏水性涂層，或在蒸氣中噴入少量油性添加物，但都難以得到持久的滴狀冷凝，冷凝器液膜厚度直接影響到整個冷凝效率，如何減小冷凝的液膜厚度是有待進一步研究的問題。
[0004]另一方面，由于冷凝器的冷卻水常采用自然水源，如江河、池塘等水源，此類冷卻水中含有較多的凝絮物、纖維雜質(zhì)等易沉降和吸附的固體，冷卻水中的懸浮雜質(zhì)沉積到冷凝壁面也會影響到冷凝器的換熱效果，如何有效得防止冷卻水層壁面結(jié)垢也是需要進一步研究的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有水冷板式冷凝器冷凝壁面上液膜的存在弱化冷凝效率、冷卻水層壁面沉積或吸附雜質(zhì)造成冷凝器換熱效果下降等不足，本發(fā)明一種新型的帶刮液功能的板式冷凝器，通過自動往復(fù)運動的刮液裝置來刮掉冷凝壁面的液膜和液滴，使得冷凝壁面的冷凝熱阻減小，從而提高冷凝效率。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0007]—種具備自動除液功能的板式冷凝器，由冷卻水層、冷凝氣體進口、冷凝氣體層、冷凝壁面、支撐架、定滑輪、動滑輪、滑輪線、刮液裝置、懸吊條形磁鐵、冷凝液體連通通道、冷凝液體流出口、接水箱移動腔、懸吊接水箱、虹吸管、冷卻水出口、S形平面彈簧組成。板式冷凝器成立方形，各層板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。冷卻水由頂部進入冷凝器，并沿著數(shù)個冷卻水層向下流動，冷凝器的冷凝氣體進口位于冷凝器后側(cè)的頂部，在數(shù)個冷凝氣體層中的壁面冷凝成液體后流入冷凝液體連通通道，再經(jīng)過冷凝液體出口流出。所述支撐架水平放置，固定連接于冷卻水層的內(nèi)壁面上，所述定滑輪與支撐架下部固定連接，所述動滑輪與定滑輪通過滑輪線可滑動連接，滑輪線一端連接定滑輪下的鉤子，另一端繞過動滑輪滑槽和定滑輪滑槽后與條形磁鐵頂部固定連接。所述條形磁鐵外壁面與冷卻水層壁面可滑動接觸。所述S形平面彈簧下端固定連接于條形磁鐵上端，S形平面彈簧輕貼于冷卻水層壁面上，與冷卻水層壁面可滑動接觸。所述刮液裝置位于冷凝氣體層，刮液裝置內(nèi)壁面與冷凝氣體層壁面可滑動接觸。所述懸吊接水箱位于冷凝板下方，通過滑輪線與動滑輪下的鉤子固定連接。虹吸管位于接水盆內(nèi)部，與接水盆底部固定連接。懸吊接水盆下方為冷卻水出口。
[0008]所述刮液裝置由平行布置的三層契形刮液條和豎直的刮液條連桿組成，最下層契形刮液條內(nèi)鑲嵌有條形磁鐵，其位置與冷卻水層內(nèi)的條形磁鐵的位置相對應(yīng)。
[0009]所述冷凝板材質(zhì)為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì)，條形磁鐵的材質(zhì)為耐高溫和腐蝕的磁鐵，刮液條、刮液條連桿、動滑輪、懸吊接水盆及虹吸管為密度小于lg/cm3的輕質(zhì)塑料構(gòu)成。
[0010]所述刮液裝置、懸吊磁鐵及懸吊接水箱，其質(zhì)量滿足以下關(guān)系式:
[0011]2 (Gg+Gc+f) = (0.8 ?0.9) Gm(I)
[0012]2 (Gg+Gc-f) = (1.1 ?1.2) Gk(2)
[0013]其中,Gg為刮液裝置的重量,Ge為懸吊條形磁鐵的重量，f為刮液裝置、懸吊磁鐵、S形平面彈簧和滑輪總的摩擦阻力，Gm為水位達到虹吸管上方彎曲部分時懸吊接水箱和動滑輪的總重量，Gk為水位處于虹吸管吸入口時懸吊接水箱和動滑輪的總重量。
[0014]進一步，本發(fā)明采用了采用了動滑輪和定滑輪組來連接懸吊接水箱，可有效減小懸吊接水箱移動距離。并設(shè)置所述刮液裝置豎直方向的總體長度為冷凝壁面豎直方向長度的三分之二，懸吊接水箱內(nèi)部的虹吸管吸入口距離上方彎曲部分長度為冷凝壁面豎直方向長度的六分之一。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]第一，本發(fā)明以流量充足的冷卻水作為動力，并利用虹吸原理，通過設(shè)置滑輪組，使得冷卻水層條形磁鐵和S形平面彈簧沿著冷卻水層壁面往復(fù)上下運動，可增強冷卻水的擾動，提高換熱系數(shù)，并防止冷卻水中的雜質(zhì)在冷卻水層壁面結(jié)垢，提高冷凝器持續(xù)工作時間。
[0017]第二，本發(fā)明不需要提供而外動力，利用條形磁鐵的往復(fù)上下運動帶動冷凝氣體層冷凝壁面的磁性刮液裝置的往復(fù)上下運動，刮掉冷凝壁面的冷凝液膜，可有效降低冷凝板的傳熱熱阻，增加傳熱和冷凝效率。
[0018]第三，在對冷凝器進行沖洗時，冷卻水壁面的S形平面彈簧往復(fù)運動和剮蹭作用可以使清洗液在壁面反復(fù)沖刷，能更有效清洗冷卻水層壁面。
[0019]第四，本發(fā)明所述冷凝板材質(zhì)為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì)，條形磁鐵的材質(zhì)為耐高溫和腐蝕的磁鐵，可保證磁鐵能帶動刮液裝置的往復(fù)運動。上刮液條、刮液條連桿、動滑輪、懸吊接水盆及虹吸管為輕質(zhì)塑料構(gòu)成，可使得接得的溶液在懸吊接水箱總質(zhì)量中占較大比重，保證了該裝置的上下往復(fù)運動功能的實現(xiàn)。
[0020]第五，本發(fā)明所述再布膜器、掛灰裝置及懸吊接水箱，其質(zhì)量滿足以下關(guān)系式:
[0021]2 (Gg+Gb+f) = (0.8 ?0.9) Gm(I)
[0022]2 (Gg+Gb-f) = (1.1 ?1.2) Gk(2)
[0023]可使得刮液裝置和條形磁鐵的總重量大于空懸吊接水箱的質(zhì)量，而小于滿懸吊接水箱的質(zhì)量，從而保證了懸吊接水箱質(zhì)量變化能造成刮液裝置和條形磁鐵的上下移動，其中(0.8?0.9)和(1.1?1.2)為設(shè)置的安全系數(shù)。
[0024]第六，本發(fā)明采用了動滑輪和定滑輪組來連接懸吊接水箱，利用動滑輪的省距離作用，設(shè)置刮液裝置豎直方向的總體長度為冷凝壁面豎直方向長度的三分之二，懸吊接水箱內(nèi)部的虹吸管吸入口距離上方彎曲部分長度L為冷凝壁面豎直方向長度的六分之一，可有效減小懸吊接水箱移動距離，使設(shè)備更緊湊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0026]圖1為本發(fā)明所述板式冷凝器水位達到虹吸管入口低部液位時的主視剖面圖。
[0027]圖2為圖1的B-B面剖視圖。
[0028]圖3為圖1的A-A面剖視圖。
[0029]圖4為本發(fā)明所述板式冷凝器水位達到虹吸管入口頂部液位時的主視剖面圖。
[0030]圖5為冷卻水層的條形磁鐵與S形彈簧的連接示意圖。
[0031]圖6為刮液裝置的主視剖面圖。
[0032]圖7為刮液裝置的俯視圖。
[0033]圖中包含:冷卻水層1、冷凝氣體進口 2、冷凝氣體層3、冷凝壁面4、支撐架5、定滑輪6、動滑輪7、滑輪線8、刮液裝置9、懸吊條形磁鐵10、冷凝液體連通通道11、冷凝液體流出口 12、接水箱移動腔13、懸吊接水箱14、虹吸管15、冷卻水出口 16、S形平面彈簧17、契形刮液條901、刮液條連桿902、鑲嵌條形磁鐵903。

【具體實施方式】
[0034]請參見圖1-圖4所示，本發(fā)明所述具備自動除液功能的板式冷凝器，由冷卻水層
1、冷凝氣體進口 2、冷凝氣體層3、冷凝壁面4、支撐架5、定滑輪6、動滑輪7、滑輪線8、刮液裝置9、懸吊條形磁鐵10、冷凝液體連通通道11、冷凝液體流出口 12、接水箱移動腔13、懸吊接水箱14、虹吸管15、冷卻水出口 16、S形平面彈簧17組成。板式冷凝器成立方形，各層板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。冷卻水由頂部進入冷凝器，沿著數(shù)個冷卻水層I向下流動(如圖1)，冷凝器的待冷凝的氣體進口位于冷凝器后側(cè)的頂部，在數(shù)個冷凝氣體層3中的壁面冷凝(如圖2和圖3所示)成液體后流入冷凝壁面4的冷凝液體連通通道11，再經(jīng)過冷凝液體出口流出。所述支撐架5水平放置，固定連接于冷卻水層I的內(nèi)壁面上，所述定滑輪6與支撐架5下部固定連接，所述動滑輪7與定滑輪6通過滑輪線8可滑動連接，滑輪線8 —端連接定滑輪6下的鉤子，另一端繞過動滑輪7滑槽和定滑輪6滑槽后與條形磁鐵頂部固定連接。所述條形磁鐵外壁面與冷卻水層I壁面可滑動接觸。
[0035]S形平面彈簧17與冷卻水層I條形磁鐵的連接示意圖如圖5所示，S形平面彈簧17的下端固定連接于條形磁鐵上端，S形平面彈簧17輕貼于冷卻水層I壁面上，與冷卻水層I壁面可滑動接觸。
[0036]刮液裝置9的結(jié)構(gòu)如圖6和圖7所示,刮液裝置9位于冷凝氣體層3,刮液裝置9內(nèi)壁面與冷凝氣體層3壁面可滑動接觸。刮液裝置9由平行布置的三層契形刮液條和豎直的刮液條連桿組成，最下層契形刮液條內(nèi)鑲嵌有條形磁鐵，其位置與冷卻水層I內(nèi)的條形磁鐵的位置相對應(yīng)。
[0037]懸吊接水箱14位于冷凝板下方，通過滑輪線8與動滑輪7下的鉤子固定連接。虹吸管位于接水盆內(nèi)部，與接水盆底部固定連接。懸吊接水盆下方為冷卻水出口 16
[0038]本發(fā)明所述冷凝板材質(zhì)為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì)，條形磁鐵的材質(zhì)為耐高溫和腐蝕的磁鐵，刮液條、刮液條連桿、動滑輪7、懸吊接水盆及虹吸管為密度小于Ig/cm3的輕質(zhì)塑料構(gòu)成。
[0039]本發(fā)明所述刮液裝置9、懸吊磁鐵及懸吊接水箱14，其質(zhì)量滿足以下關(guān)系式:
[0040]2 (Gg+Gc+f) = (0.8 ?0.9) Gm(I)
[0041]2 (Gg+Gc-f) = (1.1 ?1.2) Gk(2)
[0042]其中，Gg為刮液裝置9的重量,Ge為懸吊條形磁鐵10的重量，f為刮液裝置9、懸吊磁鐵、S形平面彈簧17和滑輪總的摩擦阻力，Gm為水位達到虹吸管15上方彎曲部分時懸吊接水箱和動滑輪的總重量，Gk為水位處于虹吸管15吸入口時懸吊接水箱和動滑輪的總重量。
[0043]本發(fā)明采用了采用了動滑輪7和定滑輪6組來連接懸吊接水箱，可有效減小懸吊接水箱移動距離。并設(shè)置刮液裝置9豎直方向的總體長度為冷凝壁面4豎直方向長度的三分之二，懸吊接水箱14內(nèi)部的虹吸管15吸入口距離上方彎曲部分長度L為冷凝壁面4豎直方向長度的六分之一。
[0044]本發(fā)明所述具備自動除液功能的板式冷凝器的工作原理和工作過程如下:
[0045]圖1為本發(fā)明所述具備自動除液功能的板式冷凝器水位達到虹吸管入口低部液位時的主視剖面圖，通過圖1可以看出，在接水初始時刻，懸吊接水箱由于還未開始接水，懸吊接水箱此時最輕，根據(jù)公式(1)，由于此時懸吊接水箱的等效重量小于懸吊條形磁鐵10和刮液裝置9的重量之和，此時懸吊接水箱會被拉至最高位置，而懸吊條形磁鐵10和刮液裝置9由于相對較重處于最低位置。隨著冷卻水不斷向懸吊接水箱中存積，懸吊接水箱質(zhì)量逐漸增加，當懸吊接水箱的等效重量大于懸吊條形磁鐵10和刮液裝置9的重量之和，并足以克服滑動摩擦力的時候，懸吊接水箱由于此時較重會往下降，并通過滑輪組將懸吊條形磁鐵10往上拉，而刮液裝置9由于受到磁鐵的吸引也會跟著被往上拉，直到拉倒最高位置。
[0046]當注進的水的水位低于虹吸管上端彎曲的部分時，因為管內(nèi)有空氣不會發(fā)生虹吸現(xiàn)象。但是隨著注水的持續(xù)，當注進水位高于水管上方彎曲部分時，此時，懸吊接水箱質(zhì)量達到最大，刮液裝置9此時位置示意圖如4所示，由于此時水管內(nèi)灌滿了水，則會發(fā)生虹吸現(xiàn)象。大氣壓強壓著水流入虹吸管，由于虹吸管的出水口低于桶里的水位，產(chǎn)生了壓強差，水就順著管子流了出來，直到水位下降到彎管進水口之下。當水流掉后，懸吊接水箱質(zhì)量又達到最輕，此時懸吊接水箱的等效重量再次小于懸吊條形磁鐵10和刮液裝置9的重量之和，此時懸吊接水箱又會被拉至最高位置，而懸吊條形磁鐵10和刮液裝置9由于相對較重又會回到最低位置。由于懸吊磁鐵和刮液裝置9之間有很強吸引力，懸吊磁鐵也不會落到冷卻水層I之外。于是有開始下一個循環(huán)的接水-放水，上升-下降過程。
[0047]在循環(huán)過程中，冷卻水層I的條形磁鐵和S形平面彈簧17沿著冷卻水壁面往復(fù)上下運動，可增強冷卻水的擾動，提高換熱系數(shù)，并防止冷卻水中的雜質(zhì)在冷卻水層I壁面結(jié)垢，提高冷凝器持續(xù)工作時間。磁鐵的往復(fù)運動帶動冷凝氣體層3的磁性刮液裝置9的往復(fù)上下運動，客刮掉冷凝表面的冷凝液膜，可有效降低冷凝壁面4的傳熱熱阻，增加冷凝器的傳熱和冷凝效率。
【權(quán)利要求】
1.一種具備自動除液功能的板式冷凝器，其特征在于:由冷卻水層、冷凝氣體進口、冷凝氣體層、冷凝壁面、支撐架、定滑輪、動滑輪、滑輪線、刮液裝置、懸吊條形磁鐵、冷凝液體連通通道、冷凝液體流出口、接水箱移動腔、懸吊接水箱、虹吸管、冷卻水出口、S形平面彈簧組成；板式冷凝器成立方形，各層板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換；冷卻水由頂部進入冷凝器，并沿著數(shù)個冷卻水層向下流動，冷凝器的冷凝氣體進口位于冷凝器后側(cè)的頂部，在數(shù)個冷凝氣體層中的壁面冷凝成液體后流入冷凝液體連通通道，再經(jīng)過冷凝液體出口流出； 所述支撐架水平放置，固定連接于冷卻水層的內(nèi)壁面上，所述定滑輪與支撐架下部固定連接，所述動滑輪與定滑輪通過滑輪線可滑動連接，滑輪線一端連接定滑輪下的鉤子，另一端繞過動滑輪滑槽和定滑輪滑槽后與條形磁鐵頂部固定連接；所述條形磁鐵外壁面與冷卻水層壁面可滑動接觸；所述S形平面彈簧下端固定連接于條形磁鐵上端，S形平面彈簧輕貼于冷卻水層壁面上，與冷卻水層壁面可滑動接觸。所述刮液裝置位于冷凝氣體層，刮液裝置內(nèi)壁面與冷凝氣體層壁面可滑動接觸；所述懸吊接水箱位于冷凝板下方，通過滑輪線與動滑輪下的鉤子固定連接；虹吸管位于接水盆內(nèi)部，與接水盆底部固定連接；懸吊接水盆下方為冷卻水出口； 所述刮液裝置由平行布置的三層契形刮液條和豎直的刮液條連桿組成，最下層契形刮液條內(nèi)鑲嵌有條形磁鐵，其位置與冷卻水層內(nèi)的條形磁鐵的位置相對應(yīng)；所述冷凝板材質(zhì)為銅、鋁合金或不銹鋼等非磁性材質(zhì)，條形磁鐵的材質(zhì)為耐高溫和腐蝕的磁鐵，上兩層刮液條、刮液條連桿、動滑輪、懸吊接水盆及虹吸管為密度小于lg/crn3的輕質(zhì)塑料構(gòu)成；所述刮液裝置、懸吊磁鐵及懸吊接水箱，其質(zhì)量滿足以下關(guān)系式:
2 (Gg+Gc+f) = (0.8 ?0.9) Gm (I)
2 (Gg+Gc-f) = (1.1 ?1.2) Gk(2) 其中，Gg為刮液裝置的重量，Ge為懸吊條形磁鐵的重量，f為刮液裝置、懸吊磁鐵、S形平面彈簧和滑輪總的摩擦阻力，Gffl為水位達到虹吸管上方彎曲部分時懸吊接水箱和動滑輪的總重量，Gk為水位處于虹吸管吸入口時懸吊接水箱和動滑輪的總重量。
2.如權(quán)利要求1所述的具備自動除液功能的板式冷凝器，其特征在于:動滑輪和定滑輪組來連接懸吊接水箱，所述刮液裝置豎直方向的總體長度為冷凝壁面豎直方向長度的三分之二，懸吊接水箱內(nèi)部的虹吸管吸入口距離上方彎曲部分長度L為冷凝壁面豎直方向長度的六分之一。
【文檔編號】F28B1/02GK104154769SQ201410206790
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】楊柳, 張小松, 殷勇高, 李舒宏, 杜塏 申請人:東南大學(xué)常州研究院