專利名稱：冷凝含不凝氣體蒸汽的換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將含不凝氣體蒸汽冷凝的改進(jìn)換熱器，使用這種換熱器的方法，以及使用這種換熱器的動(dòng)力設(shè)備。
在許多工業(yè)用途中，需要使用換熱器將含不凝氣體的蒸汽冷凝或冷卻。這種用途的實(shí)例有動(dòng)力設(shè)備的冷凝器，特別是使用有機(jī)工作流體的動(dòng)力設(shè)備，煉油廠的冷卻器等等。在任何情況下，不凝氣體的排放很重要，以防這種氣體在換熱器表面上積累，這種積累情況對(duì)在有累積表面上的傳熱有不利的影響。
如為氣冷式換熱器，其類型為有若干換熱器，組織成若干垂直相間的管束，與接受蒸汽及不凝氣體的入口集管連接(下文中稱為“上述”換熱器)，冷卻換熱器管的空氣的溫度，隨著其在管周圍通過并從相繼的管束中通過而增高。一般來說，空氣垂直上升，最冷的空氣與最低的管束接觸，最熱的空氣與最高的管束接觸。因此，每一管束中的溫度和壓力都不相同;人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在蒸汽與冷凝液的流動(dòng)中發(fā)生擾動(dòng)，尤其當(dāng)冷凝蒸汽重于蒸汽中的不凝氣體時(shí)。這種擾動(dòng)對(duì)冷凝器的工作性能有不利影響，并經(jīng)常不規(guī)律地影響換熱器的效率。
蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的冷凝器使用有機(jī)工作流體，傳統(tǒng)上設(shè)置有上述類型的換熱器，其一個(gè)或多個(gè)管束相對(duì)于水平面傾斜，換熱器管的一端與入口集管的一端連接，每一管的另一端，和位置高于入口集管的收集集管連接。在此方式中，每一管束的蒸汽，在其管中向上流動(dòng)，接觸每一管的內(nèi)上部，蒸汽與管外空氣間換熱產(chǎn)生的冷凝物向下流，與每一管的內(nèi)下部接觸。放入冷凝器的蒸汽中的不凝氣體，比同溫度及同壓力的氣化有機(jī)工作流體輕，在位于系統(tǒng)最高點(diǎn)上的收集集管的頂部收集。這些不凝氣體可從收集集管中排出;但每一管束中的壓力差，似乎于擾不凝氣的流動(dòng)，因此不凝氣體不能全部排出，一部分退回系統(tǒng)中，對(duì)冷凝器的傳熱性能起有害的影響。
本發(fā)明的一個(gè)目的，是提出一種改進(jìn)的新?lián)Q熱器，它克服先有技術(shù)領(lǐng)域上述類型換熱器的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的冷凝含不凝氣體的換熱器，有一個(gè)入口集管，接受該蒸汽及不凝氣體，和若干換熱器管，最好組成若干有垂直向間距的管束。每一管的一端與入口集管連接，平行接受蒸汽和不凝氣體;管束中每一管的另一端，最好和與一個(gè)管束相關(guān)的一個(gè)單獨(dú)的集管連接，這管束的位置，高于管子與入口集管連接的端部的高度。在入口集管中設(shè)置一個(gè)冷凝物出口。每一單獨(dú)的集管中設(shè)置排氣裝置，將其不凝氣體向大氣排放。因此，管束最好與水平面傾斜，而單行的集管高于入口集管。
每一管束設(shè)單獨(dú)的集管，可防管束相互間的壓力平衡，從而可防回流和在管束中造成不凝氣體袋。當(dāng)管束與水平面傾斜時(shí)，單獨(dú)的集管高于入口集管，管束中的不凝氣體迅速上升，進(jìn)入與管束相連的單獨(dú)集管，尤其當(dāng)氣體比蒸汽輕時(shí)。這樣當(dāng)冷凝物向下流入入口集管時(shí)，使不凝氣體易于排放。
當(dāng)管子用空氣冷卻時(shí)，可設(shè)置增強(qiáng)裝置，增強(qiáng)管外空氣與管內(nèi)蒸汽及不凝氣體間的傳熱。增強(qiáng)裝置可有該各管外部上的翅片，和/或鼓風(fēng)裝置，將空氣從管上吹過，最好從最低管束中的管子的下方向上吹送。
最好將入口集管垂直放置，各管束在沿垂直方向偏移的位置上連接。否則，也可作為補(bǔ)充，將單獨(dú)的集管上下迭放，并由外殼及內(nèi)隔板構(gòu)成。
本發(fā)明還包括一個(gè)動(dòng)力設(shè)備，其中包括一個(gè)鍋爐，將液體工質(zhì)蒸發(fā)，成為氣化工質(zhì)，一個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)隨氣化工質(zhì)反應(yīng)，產(chǎn)生功率及熱量耗盡的氣化工質(zhì)，一個(gè)冷凝器隨低熱量的氣化工質(zhì)反應(yīng)，將其凝結(jié)，產(chǎn)生凝結(jié)工質(zhì)，送回鍋爐內(nèi)。冷凝器有一個(gè)入口集管，接受熱量耗盡的工質(zhì)，和其中的不凝氣體，有若干與水平面傾斜的換熱器管，最好布置在若干有垂直間距的管束中，并最好每一單獨(dú)的集管與每一管束相連。每一管的一端與入口集管連接，平行接受熱量耗盡的工質(zhì)(蒸汽與不凝氣體)，管束中每一管的另一端，最好和單獨(dú)的集管連接，單獨(dú)集管在高于管子與入口集管連接的端部的高度上與管束相關(guān)。在入口集管中設(shè)一個(gè)冷凝物的出口，每一單獨(dú)集管中設(shè)排氣裝置，將其中的不凝氣體向大氣排放。
最后，本發(fā)明包括一種將不凝氣體與氣化工質(zhì)分離的方法。該方法包括將氣化工質(zhì)及不凝氣體送入入口集管，若干與水平面傾斜，并在若干有垂直間距的管束中配置的若干換熱器管，與入口集管連接，每一管的一端與入口集管連接，平行接受該蒸汽及該不凝氣體。本發(fā)明的方法最好還包括將管束中每一管子的另一端，和與每一管束相關(guān)的一個(gè)單獨(dú)集管連接，管束的高度高于管子與入口集管連接的端部的高度，將每一單獨(dú)集管向大氣排氣。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在附圖中示出，附圖內(nèi)容如下

圖1概略示意本發(fā)明的顯示有機(jī)工質(zhì)蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，并有本發(fā)明的冷凝器的局部側(cè)剖視圖;
圖2為圖1中所示冷凝器的俯視圖。
參看附1，標(biāo)號(hào)10表示以氟利昂之類有機(jī)工質(zhì)工作的蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備。動(dòng)力設(shè)備10包括鍋爐11，內(nèi)放液體工質(zhì)，用圖示標(biāo)號(hào)為12的外熱源加熱，產(chǎn)生氣化工質(zhì)，通過管13輸送至渦輪發(fā)電機(jī)15的渦輪機(jī)14的入口噴咀(未示)。渦輪發(fā)電機(jī)15有發(fā)電機(jī)16，靠渦輪機(jī)14推動(dòng)。隨渦輪機(jī)14的氣化工質(zhì)膨脹反應(yīng)，發(fā)電機(jī)16向一個(gè)載荷(未示)送電，渦輪機(jī)產(chǎn)生耗盡熱量的工質(zhì)，通過導(dǎo)管18向冷凝器17輸送。如下文所述，熱量耗盡的工質(zhì)在冷凝器17中冷凝，利用重力或泵，將冷凝物送回鍋爐11，循環(huán)反復(fù)進(jìn)行。
冷凝器17按本發(fā)明來制造，有入口集管19，換熱管21的若干管束20A，20B……，和上集管22。集管19有入口接頭23，導(dǎo)管18安裝在其上，將由渦輪排出的熱量耗盡的氣化工質(zhì)，和諸如空氣或其他氣體的不凝氣體，送入集管。集管19在水平方向上伸長(zhǎng)(見圖2)，在與接頭23安裝側(cè)的相對(duì)側(cè)上，若干蒸汽出口接頭按縱橫行排列。也就是說，接頭24有水平方向的間距，如圖2所示，在垂直方向上的間距如圖1所示，供安裝各管21的一端。最后，在集管19的底部上，設(shè)置液體出口接頭25，通向?qū)Ч?6，將冷凝液送回鍋爐11。
每一管21的一端27，與集管19中的出口接頭24連接;每一管的另一端28，與形式為外殼30的上集管22的輸入接頭29連接，外殼30有若干內(nèi)隔板31，將外殼隔成若干單獨(dú)的腔室32。腔室數(shù)目與管束的數(shù)目相同。因此，圖1顯示有三個(gè)垂直相間的管束;在這情況下，便有三個(gè)腔32在上集管22中形成。管束可多于或少于三個(gè)，取決于冷凝器的設(shè)計(jì)性能。最后，每一腔32靠一個(gè)出口孔33排氣。
如圖所示，冷凝器用空氣冷卻，設(shè)增強(qiáng)裝置，增強(qiáng)管21內(nèi)的蒸汽的傳熱。增強(qiáng)裝置可包含有管21外側(cè)上的翅片34，增大管子的傳熱表面積。最好作為補(bǔ)充，增強(qiáng)裝置設(shè)鼓風(fēng)裝置35，位于管束的下方。鼓風(fēng)裝置35可設(shè)葉輪36，繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，放在似文丘里管的罩37中，產(chǎn)生向上吹入管束的氣流。因此，氣流向上包圍各管，沿逐個(gè)管束通過，冷卻其中的蒸汽。
運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，熱量耗盡的工質(zhì)與不凝氣體，通過接頭23進(jìn)入入口集管19。所有出口接頭24都和集管內(nèi)部接通;因此，將蒸汽及不凝氣體平行送到管束20A，20B……上。蒸汽及不凝氣體流入各管，蒸汽在管中由管外的氣流冷卻，發(fā)生冷凝。冷凝液在管中集聚，向下流入集管19，圖中用液滴38表示，由集管的收集槽39收集。較輕的不凝氣體在管中上升，按照相關(guān)的管束，進(jìn)入單獨(dú)的腔32。這些腔的每一個(gè)，分別用33排氣，使不凝氣體可從系統(tǒng)中排出。
注意腔32的分離性質(zhì)，可防各管束間的壓力平衡，使每一管束中順各個(gè)管子，達(dá)到溫度及壓力的平衡分布，而與其他管束內(nèi)的分布無(wú)關(guān)。并且，由于管束與水平面傾斜，腔32高于入口集管19，冷凝蒸汽和較輕的不凝氣體的分離和這些氣體的排出便比較容易，因?yàn)檩^輕的不凝氣體迅速上升，在與各管束相連的腔32中集聚，從腔中排出，而產(chǎn)生的冷凝液，則向下流入入口集管19，由集管的下集槽39收集。雖然在本發(fā)明的實(shí)施方案中，腔32的高度高于入口集管19，但足以使端部28的高度高于端部27，以實(shí)施本發(fā)明的過程，即，將冷凝蒸汽與較輕的不凝氣體分離。雖然圖中顯示壓力送風(fēng)式冷凝器裝置，但本發(fā)明也適用于自然送風(fēng)式冷卻裝置。一般來說，決定采用壓力送風(fēng)或自然送風(fēng)的冷卻，取決于涉及的動(dòng)力設(shè)備的大小。例如，在400-2000瓦的低功率范圍，大多使用自然送風(fēng);而在高功率范圍，典型為300-1000千瓦，則用壓力送風(fēng)冷凝器來冷卻。并且，本發(fā)明也適用于其他類型的換熱器，特別適用于煉油工業(yè)中使用的碳?xì)淅鋮s器方面。
從上面關(guān)于本發(fā)明理想實(shí)施方案的敘述，便可了解本發(fā)明的方法及設(shè)備可取得的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)效果?？勺鞲鞣N改變和修改，而不致脫離所附權(quán)利要求敘述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種冷凝含不凝氣體的蒸汽的換熱器，其中包括下列各項(xiàng)a)一個(gè)接受該蒸汽和不凝氣體的入口集管；b)安排成若干有垂直方向間距的管束的若干換熱器管，每一管的一端和入口集管連接，平行接受該蒸汽及該不凝氣體；c)與每一管束相連的單獨(dú)集管，管束中每一管的另一端，和與管束相連的單獨(dú)集管連接；d)每一單獨(dú)集管中的排氣裝置，將集管中的不凝氣體向大氣排放；e)該管與水平面傾斜，單獨(dú)集管的部分放在入口管的垂直上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器，其特征為該換熱器管用空氣冷卻，設(shè)增強(qiáng)裝置，增強(qiáng)該管外的空氣與管內(nèi)的蒸汽及不凝氣體之間的傳熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的換熱器，其特征為該增強(qiáng)裝置有在該管外部上的翅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的換熱器，其特征為該增強(qiáng)裝置有鼓風(fēng)裝置，將空氣在該管外吹過。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的換熱器，其特征為該鼓風(fēng)裝置將空氣從該管的下方，向上從該管束間吹過。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的換熱器，其特征為該管有翅片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器，其特征為該蒸汽為有機(jī)流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器，其特征為該入口集管垂直放置，該管束在垂直方向偏移的位置上相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的換熱器，其特征為該單獨(dú)集管上下相互迭放。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的換熱器，其特征為該單獨(dú)集管由一個(gè)外殼和內(nèi)隔板構(gòu)成。
11.一種動(dòng)力設(shè)備，包括a)將液體工質(zhì)蒸發(fā)以產(chǎn)生氣化工質(zhì)的鍋爐。b)隨該氣化工質(zhì)反應(yīng)的渦輪發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生功率及熱量耗盡的氣化工質(zhì);c)隨該熱量耗盡的工質(zhì)反應(yīng)的冷凝器，將氣化工質(zhì)冷凝，產(chǎn)生返回鍋爐的冷凝工質(zhì);d)該冷凝器有一個(gè)入口集管，接受該冷凝器中的該蒸汽和不凝氣體，若干換熱器管與水平面傾斜，配置成若干在垂直方向相隔的管束，每一管的一端和入口集管連接，平行接受該蒸汽和該不凝氣體，單獨(dú)集管和每一管束相連，管束中各管的另一端和單獨(dú)集管相連，與單獨(dú)集管連接的管束，位置高于與入口集管連接的管端的高度，每一單獨(dú)集管中有排氣裝置，將不凝氣體向大氣排放。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的動(dòng)力設(shè)備，其特征在于該換熱器管用空氣冷卻，設(shè)增強(qiáng)裝置，增強(qiáng)該管外的空氣和管內(nèi)的蒸汽及不凝氣體間的傳熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的動(dòng)力設(shè)備，其特征為該增強(qiáng)裝置有在該管外部上的翅片。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的動(dòng)力設(shè)備，其特征為該增強(qiáng)裝置有鼓風(fēng)裝置，將空氣從該管外吹過。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的動(dòng)力設(shè)備，其特征為該鼓風(fēng)裝置將空氣從該管的下方向上吹，從該管束間通過。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的動(dòng)力設(shè)備，其特征為該管上設(shè)翅片。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的動(dòng)力設(shè)備，其特征為該工質(zhì)為一種有機(jī)流體。
18.一種將不凝氣體與氣化工質(zhì)分離的方法，其特征在于它包括以下步驟a)將氣化工質(zhì)與不凝氣體送到入口集管，若干與水平面傾斜，并配置成若干有垂直方向間距的管束與入口集管連接，每一管的一端與入口集管連接，干行接受該蒸汽及該不凝氣體;b)將管束中每一管的另一端，與和每一管束相關(guān)的單獨(dú)集管連接，c)將單獨(dú)集管向大氣排放。
19.將含不凝氣體的蒸汽進(jìn)行冷凝的換熱器，包括a)接受該蒸汽及不凝氣體的入口集管;b)若干換熱器管配置成若干有垂直方向間距的管束，每一管的一端和入口集管連接，平行接受該蒸汽及該不凝氣體;c)一個(gè)和一個(gè)管束連接的單獨(dú)集管，其結(jié)構(gòu)配置成使一個(gè)管束中每一管的另一端，和與集管連接的單獨(dú)集管連接，單獨(dú)集管的高度高于管束中的與入口集管連接的管端的高度;d)每一單獨(dú)集管中的排氣裝置，用于將不凝氣體向大氣排放。
全文摘要
冷凝含不凝氣體的蒸汽的換熱器，包括蒸汽及不凝氣體入口集管，若干換熱氣管排成垂直相間的管束。每管一端與入口集管連接，平行接受蒸汽與不凝氣體；另一端和與管束相關(guān)的單獨(dú)集管連接。后者將不凝氣體排向大氣。每一管束設(shè)單獨(dú)集管防止管束間壓力平衡和管中的不凝氣體回流和形成氣袋。管束與水平面傾斜，單獨(dú)集管高于入口集管，管束中的不凝氣體迅速上升進(jìn)入單獨(dú)集管，尤其在氣體輕于蒸汽時(shí)。這可使冷凝物向下流入入口集管時(shí)不凝氣體易于排放。
文檔編號(hào)F01K19/00GK1048262SQ89104338
公開日1991年1月2日 申請(qǐng)日期1989年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月21日
發(fā)明者納達(dá)夫·阿米爾 申請(qǐng)人:奧馬特渦輪(1965)有限公司