一种具有高换热效果的中央冷凝器结构的制作方法

本实用新型涉及短程蒸发器结构，尤其涉及的是一种具有高换热效果的中央冷凝器结构。

背景技术：

短程蒸发器是一种广泛用于高沸点、热敏性和易氧化物料分离的分离器，刮膜式短程蒸发器是指物料在加热器上成膜方式采用转子刮板实现，相对于离心式成膜方式的离心式短程蒸发器，具有结构相对简单、强化成膜换热、运转可靠、造价低廉、易实现大型工业化等优点，得到了大量应用。

但是，在目前短程蒸发器的中央冷凝器中，气态物料与换热管的管外壁接触后液化成液体态，在液体态物料由上往下成膜态流入蒸出物收集器的过程中，随着管外壁从上到下的液体态蒸出物的膜厚越来越厚，加大了管外壁与气态物料的接触距离，导致换热管对气态物料的冷凝效果从上至下逐渐变差，不能满足使用要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有高换热效果的中央冷凝器结构，旨在解决现有中央冷凝器的冷凝效果随着液体态蒸出物的膜厚由上至下越来越厚导致逐渐变差，不能满足使用要求的问题。

本实用新型的技术方案如下：一种具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，包括：

冷凝腔，气态物料在冷凝腔内换热凝结成液态；

冷介质上升换热管，设置在冷凝腔内；

冷介质下降换热管，设置在冷凝腔内；

至少1个圆环板，圆环板由上到下依次排列设置在冷凝腔内，上下相邻两个圆环板之间间隔一定距离；在每个圆环板上沿圆环板的周向均匀设置有至少两个管孔，上下相邻两个圆环板上的管孔设置位置和数量均一一对应；圆环板从外圆边缘向内圆中心孔方向倾斜，圆环板的外圆边缘所在的高度高于内圆中心孔所在的高度；

冷介质上升换热管分别穿过由上到下依次排列的圆环板上的一个管孔，冷介质下降换热管分别穿过由上到下依次排列的圆环板上的另一个管孔；冷介质上升换热管外壁与管孔无缝固定连接，冷介质下降换热管外壁与管孔无缝固定连接；

冷介质在冷介质上升换热管和冷介质下降换热管之间流通，气态物料与冷介质上升换热管外壁、冷介质下降换热管外壁接触换热后凝结成液态；在冷介质上升换热管外壁、冷介质下降换热管上凝结成液态的物料从上到下流至距离最近的圆环板上后，从圆环板的外圆边缘汇集到圆环板的内圆中心孔后流至物料排出口排出。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，所述冷介质上升换热管和冷介质下降换热管设置的数量一致，冷介质上升换热管和冷介质下降换热管在同一个圆环板上沿周向呈互相间隔设置。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，所述冷介质上升换热管外壁与管孔之间通过密封焊固定连接，冷介质下降换热管外壁与管孔之间通过密封焊固定连接。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，所有冷介质上升换热管和冷介质下降换热管共同围成圆柱体腔体，圆环板的外径尺寸等于圆柱体腔体的周向外直径，或圆环板的外径尺寸大于圆柱体腔体的周向外直径，或圆环板的外径尺寸小于圆柱体腔体的周向外直径。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，在冷介质上升换热管内设置有第一螺旋内件，所述第一螺旋内件沿冷介质上升换热管上下移动，第一螺旋内件绕自身中心在冷介质上升换热管内旋转，第一螺旋内件与和冷介质上升换热管内壁共同形成冷介质的上升流动通道；在冷介质下降换热管内设置有第二螺旋内件，所述第二螺旋内件沿冷介质下降换热管上下移动，第二螺旋内件绕自身中心在冷介质下降换热管内旋转，第二螺旋内件与和冷介质下降换热管内壁共同形成冷介质的下降流动通道。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，所述第一螺旋内件和第二螺旋内件的结构一致；所述第一螺旋内件包括第一内管和沿第一内管外壁由上到下螺旋设置的第一旋板，第一螺旋内件与冷介质上升换热管内壁之间间隙配合，第一螺旋内件在压差的带动下在冷介质上升换热管内沿自身中心旋转以及在压差的带动下可沿冷介质上升换热管上下移动，第一内管外壁、第一旋板和冷介质上升换热管内壁共同形成冷介质的上升流动通道。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，所述第一内管的顶端封闭，第一内管的底端敞开；第二内管的顶端封闭，第二内管的底端敞开。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，还包括用于连接冷介质上升换热管和冷介质下降换热管的管箱，冷介质上升换热管的上端与管箱连通，冷介质下降换热管的上端与管箱连通。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，还包括设置在冷凝腔内的冷介质进区，在冷介质进区内设置有冷介质进口，在冷介质进口处设置有冷介质进管，冷介质上升换热管的下端与冷介质进区连通。

所述的具有高换热效果的中央冷凝器结构，其中，还包括设置在冷凝腔内的冷介质回区，在冷介质回区内设置有冷介质出口，在冷介质出口处设置有冷介质出管，冷介质下降换热管的下端与冷介质回区连通。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过提供一种具有高换热效果的中央冷凝器结构，通过在冷凝腔内由上到下设置多个圆环板，即在每个冷介质上升换热管和冷介质下降换热管上间隔一定距离就设置有一个圆环板，在冷介质上升换热管或冷介质下降换热管上凝结成液态的物料从上到下流至距离最近的圆环板上后，从圆环板外圆边缘汇集到圆环板的内圆中心孔后流至物料排出口排出，这样，在冷介质上升换热管或冷介质下降换热管上凝结成液态的物料无需从上到下经过整个冷介质上升换热管或整个冷介质下降换热管后才最终经物料排出口排出，这样就不会出现液体物料的膜厚由上至下逐渐变厚的现象，从而解决了现有中央冷凝器的冷凝效果随着液体态蒸出物的膜厚由上至下越来越厚导致逐渐变差的问题。

附图说明

图1是本实用新型中具有高换热效果的中央冷凝器结构的结构示意图。

图2是本实用新型中冷介质下降换热管的安装示意图。

图3是本实用新型中第一螺旋内件的结构示意图。

图4是本实用新型中圆环板、冷介质上升换热管、冷介质下降换热管的配合安装示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1至图4所示，一种具有高换热效果的中央冷凝器结构，包括：

冷凝腔13，气态物料在冷凝腔13内换热凝结成液态；

冷介质上升换热管3-1，设置在冷凝腔13内；

冷介质下降换热管3-2，设置在冷凝腔13内；

至少1个圆环板2，圆环板2由上到下依次排列设置在冷凝腔13内，上下相邻两个圆环板2之间间隔一定距离；在每个圆环板2上沿圆环板2的周向均匀设置有至少两个管孔21，上下相邻两个圆环板2上的管孔21设置位置和数量均一一对应；圆环板2从外圆边缘向内圆中心孔方向倾斜，圆环板2的外圆边缘所在的高度高于内圆中心孔所在的高度；

冷介质上升换热管3-1分别穿过由上到下依次排列的圆环板2上的一个管孔21，冷介质下降换热管3-2分别穿过由上到下依次排列的圆环板2上的另一个管孔21；冷介质上升换热管3-1外壁与管孔21无缝固定连接，冷介质下降换热管3-2外壁与管孔21无缝固定连接；

所述冷介质上升换热管3-1与冷介质下降换热管3-2连通，冷介质依次进入冷介质上升换热管3-1、冷介质下降换热管3-2，然后排出，气态物料与冷介质上升换热管3-1外壁、冷介质下降换热管3-2外壁接触换热后凝结成液态；在冷介质上升换热管3-1外壁、冷介质下降换热管3-2上凝结成液态的物料从上到下流至距离最近的圆环板2上后，从圆环板2的外圆边缘汇集到圆环板2的内圆中心孔后流至物料排出口排出。

本技术方案中，通过在冷凝腔13内由上到下设置多个圆环板2，即在每个冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2上间隔一定距离就设置有一个圆环板2，在冷介质上升换热管3-1或冷介质下降换热管3-2上凝结成液态的物料从上到下流至距离最近的圆环板2上后，从圆环板2的外圆边缘汇集到圆环板2的内圆中心孔后流至物料排出口排出，这样，在冷介质上升换热管3-1或冷介质下降换热管3-2上凝结成液态的物料无需从上到下经过整个冷介质上升换热管3-1或整个冷介质下降换热管3-2后才最终经物料排出口排出，这样就不会出现液体物料的膜厚由上至下逐渐变厚的现象，从而解决了现有中央冷凝器的冷凝效果随着液体态蒸出物的膜厚由上至下越来越厚导致逐渐变差的问题。

在某些具体实施例中，为了使冷凝腔13内的气态物料实现均匀换热，所述冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2设置的数量一致，冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2在同一个圆环板2上沿周向呈互相间隔设置，即两个冷介质上升换热管3-1之间设置有一个冷介质下降换热管3-2，两个冷介质下降换热管3-2之间设置有一个冷介质上升换热管3-1。这样，尽可能保证冷凝腔13内的气态物料受到的冷凝效果均匀分布，保证物料实现最优的冷凝效果。

在某些具体实施例中，为了保证冷介质上升换热管3-1外壁与管孔21无缝固定连接，冷介质下降换热管3-2外壁与管孔21无缝固定连接，所述冷介质上升换热管3-1外壁与管孔21之间通过密封焊固定连接，冷介质下降换热管3-2外壁与管孔21之间通过密封焊固定连接。

其中，同种规格的刮膜式短程蒸发器中，圆环板2的设置数量视蒸出物料的物料性质而设定，对于换热系数小的蒸出物料，冷介质上升换热管3-1外壁和冷介质下降换热管3-2外壁上的液膜厚要相对小，所以需要设置数量相对较多的圆环板2，反之亦然。

在某些具体实施例中，所述圆环板2的外径尺寸根据实际需要而设置。所有冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2共同围成圆柱体腔体，如，圆环板2的外径尺寸等于圆柱体腔体的周向外直径，或圆环板2的外径尺寸大于圆柱体腔体的周向外直径（大1-4mm），或圆环板2的外径尺寸小于圆柱体腔体的周向外直径（小1-2mm），等。

在某些具体实施例中，为了保证冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2内的冷介质有足够的流速，以得到较好的冷凝效果，在冷介质上升换热管3-1内设置有第一螺旋内件，在冷介质下降换热管3-2内设置有第二螺旋内件，所述第一螺旋内件和第二螺旋内件的结构一致；所述第一螺旋内件包括第一内管42和沿第一内管42外壁由上到下螺旋设置的第一旋板41，第一螺旋内件与冷介质上升换热管3-1内壁之间间隙配合，第一螺旋内件在压差的带动下在冷介质上升换热管3-1内沿自身中心旋转以及在压差的带动下可沿冷介质上升换热管3-1上下移动，第一内管42外壁、第一旋板41和冷介质上升换热管3-1内壁共同形成冷介质的上升流动通道；所述第二螺旋内件包括第二内管和沿第二内管外壁由上到下螺旋设置的第二旋板，第二螺旋内件与冷介质下降换热管3-2内壁之间间隙配合，第二螺旋内件在压差的带动下在冷介质下降换热管3-2内沿自身中心旋转以及在压差的带动下可沿冷介质下降换热管3-2上下移动，第二内管外壁、第二旋板和冷介质下降换热管3-2内壁共同形成冷介质的下降流动通道；这样，冷介质进入冷介质上升换热管3-1内，因为压差的关系，第一螺旋内件同时在冷介质上升换热管3-1内向上移动以及沿自身中心旋转，从而带动冷介质在上升流动通道内快速流动；冷介质从冷介质上升换热管3-1流至冷介质下降换热管3-2内，因为压差和自身重力的关系，第二螺旋内件同时在冷介质下降换热管3-2内向下移动以及沿自身中心旋转，从而带动冷介质在下降流动通道内快速流动，最后排出。

在某些具体实施例中，为了使冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2得到足够的外力作用进行移动，所述第一内管42的顶端封闭，第一内管42的底端敞开；第二内管的顶端封闭，第二内管的底端敞开；这样，冷介质进入冷介质上升换热管3-1内，冷介质从第一内管42的底端进入第一内管42的内腔中，使第一内管42得到足够的压差在冷介质上升换热管3-1内向上快速移动；当冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2互换时（即第一螺旋内件沿冷介质上升换热管3-1向下移动，第二螺旋内件沿冷介质下降换热管3-2向上移动），第二内管也可以得到足够的压差在冷介质下降换热管3-2内向上快速移动。

其中，第一内管42外径d和第一旋板41螺距t的选择，则根据中央冷凝器的换热量、冷介质的流量、冷介质上升换热管3-1的数量、冷介质上升换热管3-1的内径尺寸及冷介质上升换热管3-1内要求的目标流速确定；第二内管外径d和第二旋板螺距t的选择，则根据中央冷凝器的换热量、冷介质的流量、冷介质下降换热管3-2的数量、冷介质下降换热管3-2的内径尺寸及冷介质下降换热管3-2内要求的目标流速确定。这样，就能在最低的冷介质流量基础上，保证换冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2内的冷介质流速，实现良好的换热效果。

目前，在冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2内没有自清洗功能，易结垢，影响换热效果，维护保养困难，本技术方案通过在冷介质上升换热管3-1内设置第一螺旋内件，且第一螺旋内件与冷介质上升换热管3-1内壁之间间隙配合，在冷介质下降换热管3-2内设置第二螺旋内件，且第二螺旋内件与冷介质下降换热管3-2内壁之间间隙配合，在需要对冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2内的污垢进行清理时，通过往冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2内通入冷介质，使第一螺旋内件在冷介质上升换热管3-1内上下浮动和旋转，第二螺旋内件在冷介质下降换热管3-2内上下浮动和旋转，以对冷介质上升换热管3-1内壁上的轻微垢迹进行清除，对冷介质下降换热管3-2内壁上的轻微垢迹进行清除，还可以通过将冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2互换（即第一螺旋内件沿冷介质上升换热管3-1向下移动，第二螺旋内件沿冷介质下降换热管3-2向上移动），进行逆向污垢清除，可以有效防止冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2内壁结垢，持续保证良好的换热效果。

在某些具体实施例中，所述具有高换热效果的中央冷凝器结构还包括用于连接冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2的管箱1，冷介质上升换热管3-1的上端与管箱1连通，冷介质下降换热管3-2的上端与管箱1连通；冷介质从冷介质上升换热管3-1进入管箱1汇集均匀分配后，经冷介质下降换热管3-2排出。

在某些具体实施例中，所述具有高换热效果的中央冷凝器结构还包括设置在冷凝腔13内的冷介质进区6，在冷介质进区6内设置有冷介质进口，在冷介质进口处设置有冷介质进管9，冷介质上升换热管3-1的下端与冷介质进区6连通；冷介质从冷介质进管9进入冷介质进区6，再从冷介质上升换热管3-1的下端进入冷介质上升换热管3-1。

在某些具体实施例中，所述具有高换热效果的中央冷凝器结构还包括设置在冷凝腔13内的冷介质回区8，在冷介质回区8内设置有冷介质出口，在冷介质出口处设置有冷介质出管10，冷介质下降换热管3-2的下端与冷介质回区8连通；冷介质从冷介质上升换热管3-1经过管箱1进入冷介质下降换热管3-2上端，再经冷介质下降换热管3-2下端进入冷介质回区8，最终经冷介质出管10排出。

本技术方案中，所述冷介质进区6为由上管板5和下管板7共同组成的封闭内腔；冷介质回区8为由下管板7和冷介质回区封板12共同组成的封闭内腔。

在某些具体实施例中，在物料排出口处设置有物料排出管11。

本具有高换热效果的中央冷凝器结构的运作过程如下：冷介质从冷介质出管10进入冷介质进区6，再从冷介质上升换热管3-1的下端进入冷介质上升换热管3-1，因为压差的关系，第一螺旋内件同时在冷介质上升换热管3-1内向上移动以及沿自身中心旋转，第一内管42上端顶到管箱1的内壁顶部，从而带动冷介质在上升流动通道内快速流动；然后冷介质进入管箱1，再由管箱1进入冷介质下降换热管3-2上端，然后流入冷介质下降换热管3-2内，在压差和自身重力的关系，第二螺旋内件同时在冷介质下降换热管3-2内向下移动以及沿自身中心旋转，第二内管的下端顶到冷介质回区封板12内壁的底部，从而带动冷介质在下降流动通道内快速流动，冷介质再经冷介质下降换热管3-2下端进入冷介质回区8，最终经冷介质出管10排出；在冷介质上升换热管3-1和冷介质下降换热管3-2外的气态物料则不断与冷介质上升换热管3-1外壁和冷介质下降换热管3-2外壁接触被冷凝成液膜形态的物料，在重力作用下，由上往下流动，每隔一段距离就由1片圆环板2上表面将凝结在冷介质上升换热管3-1外壁和冷介质下降换热管3-2外壁上的液膜形态物料收集，再从圆环板2的外圆边缘汇集到圆环板2的内圆中心孔后流至物料排出管11排出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。