专利名称：抛物状回旋体气液传热传质装置及其运行控制方法
技术领域：
本发明是抛物状回旋体气液传热传质装置及其运行控制方法，属于气—液相间传热传质反应设备及技术。
利用离心力场来强化气液相间传热传质技术已有多年的历史，在技术应用上已具有相当的水平。有关旋转床转子及转子填料结构，已有多项相关专利，如英国专利《气液两相接触装置的改进》(Improvements in liquid-gascontact apparatus，专利号UK1366312)所采用的填料是径向辐射状波纹板，该波纹板的板面与转子的转轴平行，为径向辐射状，该填料相对丝网填料而言对气体流动的阻力较小，但存在如下缺点(1)流道当量直径d与径向距离r近似成正比，而径向方向的气相压力变化梯度近似与径向距离r的三次方成反比，为保持内外环的气体压降在允许的范围内，该填料的内外环间距较小，这就缩短了气液相间的接触时间，从而影响传质效果；(2)填料板虽然为波纹状圆环型规整填料，但在高速旋转状态下，液体的流动已不是单纯的沿填料板表面的液膜状流动，而是在离心力作用下被摔出，形成液滴在板间运动，容易产生液堵或液泛现象，不利于相间传质和稳定操作；(3)填料板数量多，高速状态下的动平衡难于满足要求，也不利于生产、安装和维护。中国专利《带阻排液装置的超重力场卧式旋转床》(专利号91226917.0)，《旋转床超重力场传递与反应装置》(专利号91229204.0)，《同心圆环薄板填料旋转床气液传质反应器》(专利号ZL95214611.8)，上述专利的一个共同之处是采用圆环型规整填料(表面形状不同)，液体由于填料板中间的带有小孔的园管流出，气体从外壳周向流入，气液体在径向方向逆向流动，由于高速旋转状态下的气液流体运动非常复杂，极易出现在气体流入方向的液体被完全吹开，使液体分布不均匀，在大气流量时会产生气液夹带和气体短路现象；而在大液流量时易出现液堵和液泛现象，这些均不利于气液相间传质，且大流量时的气液相间阻力大，难于稳定操作，再则上述专利不适用于气液相间强化传热。中国专利《气体轴流型旋转填料床气液传热传质装置》(专利号ZL97212054.8)适用于气液错流状态下的气液传质传质，而对气液两相流体在轴向方向进行逆流或顺流，特别是大气液流量时，相间流动阻力大，原因是在旋转状态下(特别是高速旋转状态)，流体在离心力作用下由内向外运动，液体在旋转转子中会迅速由内环向外环流动，在填料转子由下往上的轴向位置处，液体的分布出再现内环多、外环少，在一定的轴向位置处无液体的现象，其形状类似于抛物线型锥体；而由于气体密度小，受离心力作用向外运动远没有液体那样明显，所以在转子中间的气体运动时，在一定范围是没有与液体接触的，而仅仅穿过填料，这样即不利于相间传热传质，同时也增大了气体的运动阻力，使得风机功耗增加，从而导致振动增强，噪音增大。实测表明，在该装置转子的下部和内环，传热传质系数较大，相间传热传质效果好；而在转子的上部和外环传热传质系数急剧减小，气液相间传热传质效果差。
本发明的目的就是为了克服和解决现有国内外的气液传热传质装置及技术存在气液相间接触时间短、易产生液堵或液泛、不利于气液相间传质和稳定操作、不适于气液相间强化传热传质、特别是大气液流量时、相间流动阻力大、使风机功耗大、振动强、噪音大、气液相间传热传质效果差、填料板数量多、不便生产、安装、维护、传热传质设备庞大、效率低、能耗大等的缺点和问题，研究发明一种能充分利用旋转离心力场中流体的运动特性，使气液体的流动阻力达到最低状态、气体压力损失小、相应的风机功耗低、噪音小、使气液相间接触充分、气液相间传热传质的效果佳、适用于中央空调的冷却水塔(即凉水塔)或工业用冷却塔，可极大地强化气液相间接触、达到所需冷却效果、体积小、流体阻力低、能有效地净化空气及空气除湿的抛物状回旋体气液传热传质装置及其运行控制方法。
本发明是通过下述技术方案来实现的抛物状回旋体气液传热传质装置的结构示意图如
图1所示；其喷水管的形状结构正视示意图如图2所示；其喷水管的形状结构府视示意图如图3所示；其抛物状填料剖面正视示意图如图4所示，其抛物状填料府视示意图如图5所示。抛物状回旋体气液传热传质装置由电机1、转轴2、轴流风机叶片3、进水管4、配水弯管5、填料转子6、集水挡板7、过滤网8、集水盘9、外壳体10共同连接安装构成，其相互位置及连接关系为电机1通过电机轴与转轴2固定连接，轴流风机叶片3固接于转轴2上，抛物状对称型的配水弯管中央预留有一园孔，转轴穿过该孔并保持一定间距，配水弯管5通过小金属条或螺丝固接在轴流风机叶片3下方的外壳体10上，抛物状回旋体填料转子6装于外壳体10内中部，在其轴向位置设置3～4个圆环型圆柱轴套通过不锈钢杆与转子填料的内外环固接或链结，抛物状回旋体转子填料，其轴切面为抛物线型结构，内外环间配有圆柱型的加强筋；填料可采用不锈钢网或柔性(如尼龙)材料丝网，集水挡板7固装于外壳体内填料转子下部，过滤网8安装于外壳体内集水挡板7下部，集水盘9装置于外壳体内最底部。
抛物状回旋体气液传热传质装置的运行控制方法如下液体自配水弯管中的交错排列的喷射口11喷出，因配水弯管上的喷射口与转轴成一定角度，液体自喷射口11出来后，向着轴向方向运动，均匀地进入丝网填料，进入填料后在离心力、液体的表面张力和重力作用下，在填料的小孔中进行周期性的扩展，形成液膜，再收缩，再扩展，使液体始终保持表面更新的状态；气体沿轴向方向流动，在流经抛物状回旋体转子填料时，与转子中的液体充分接触，保持最大的传热温差及传质浓度差，进行高效热质交换；通过控制进水管中的水量和填料转子的转轴来控制液体的流速和扩散速度，控制风机的转速来控制风量和气流速度；配水弯管上的喷射口11可分布在不同的周向位置交错排列，避免喷射不均匀，类似于医院手术室中的无影灯，使喷出的液体均匀分布在转子填料上并无喷射死角；抛物状回旋体转子填料部分，其轴切面部分的形状为抛物线型，其上下部分的曲率不同，上部弯曲部分的最大轴向高度为旋转抛物体在水平方向投影圆的直径的1/3～1/4，下部弯曲部分的最大轴向高度为旋转抛物体在水平方向投影圆的直径的1/2～1/3，下部中间凹进去以减小气阻，液体在高速旋转下，已分布到接近外环部分，即下部中央部分无液体，可不用填料；加强环的分布为内稀外密、外环的离心力大，该转子的轴向对称型并要求动态平衡；其关键在于气体在轴向方向作强制性流动，液体在抛物状配水弯管中喷出，喷出的液体均匀地射向转子填料，该气液体的流动方式可逆流或顺流；抛物状配水弯管具有对称结构，弯管上的喷水口为交错排列结构，类似于手术室中的无影灯，以保持液体分布的均匀性；转轴和抛物状回旋体填料转子焊接或链结在一起，随轴转动的转子部分——轴流风机随轴固接在转轴上，随轴一起运动或单独设置一台轴流风机，使转子与风机不共用一个电机，让风机与填料转子保持不同转速。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果(1)由于抛物状回旋体转子填料的流线型好，同时又利用了离心力场中液体的分布规律，使气液流动的阻力小，有利于相间接触，无喷射死角，解决了转子填料上下部传热传质的差异性问题；(2)本发明对于大气液流量的传热传质问题能较好地解决，如应用于中央空调或工业设备的冷却塔，可大大缩小冷却塔的体积和重量，降低风机的压头、能耗和噪音，也适用于气体的脱水干燥，有限空间内气体的除尘净化等。
下面对说明书附图进一步说明如下图1是抛物状回旋体气液传热传质装置的结构示意图，图2是其喷水管形状结构正视示意图，图3是其喷水管形状结构府视示意图，图4是其抛物状填料剖面正视示意图，图5是其抛物状填料府视示意图，图中1为电机、2为转轴、3为轴流风机叶片、4为进水管、5为配水弯管、6为抛物状填料转子、7为集水挡板、8为过滤网、9为集水盘、10为外壳体、11为喷水口。
本发明的实施方式可为如下(1)按图1所示，设计、加工制造各部件、安装本装置，外壳体部分可以利用现有冷却塔的外壳体，也可利用加工生产现有冷却塔外壳体的设备，选用相同的材料和加工方法、生产本装置的外壳体部分。例如集水挡板7可用不锈钢或铝塑板材，用通用机械加工方法加工制造；过滤网可选用100～200目的不锈钢或塑料滤网，集水盘9可用工程塑料注塑而成；外壳体10可用不锈钢或铝塑板材料冲压和焊接而成；(2)动力部分的电机1可配置标准三相或单相电动机(2kw以下用单相电动机)，轴流风机叶片3可用不锈钢板材冲压成型或用工程塑料注塑成形。按图2～图3所示，配水部分的配水弯管5可用铝塑管或耐腐蚀性钢管加工制造；按图4～图5所示，抛物状回旋体转子填料部分的填料转子6可选用不锈钢丝网或尼龙网制作，而填料转子的支架采用不锈钢杆弯曲成型，再在中间焊接上3～4根不锈钢杆加强筋；(3)加工制作好或选用好各部件，再按图1所示及上面说明所述的相互位置及连接关系进行连接安装，便能较好地实施本发明。发明人经多年的研制，已经制造出样机，试验使用结果、效果很好，真正达到气液流动阻力小、无喷射死角、风机能耗低、噪音小、达到了本发明的目的。
权利要求
1.一种抛物状回旋体气液传热传质装置，其特征在于它由电机(1)、转轴(2)、轴流风机叶片(3)、进水管(4)、配水弯管(5)、填料转子(6)、集水挡板(7)、过滤网(8)、集水盘(9)、外壳体(10)共同连接安装构成，其相互位置及连接关系为电机(1)通过电机轴与转轴(2)固定连接，轴流风机叶片(3)固接于转轴(2)上，抛物状对称型的配水弯管中央预留有一园孔，转轴穿过该孔并保持一定间距，配水弯管(5)通过小金属条或螺丝固接在轴流风机叶片(3)下方的外壳体(10)上，抛物状回旋体填料转子(6)装于外壳体(10)内中部，在其轴向位置设置3～4个圆环型圆柱轴套通过不锈钢杆与转子填料的内外环固接或链结，抛物状回旋体转子填料，其轴切面为抛物线型结构，内外环间配有圆柱型的加强筋；填料可采用不锈钢网或柔性(如尼龙)材料丝网，集中挡板(7)固装于外壳体内填料转子下部，过滤网(8)安装于外壳体内集水挡板(7)下部，集水盘(9)装置于外壳体内最底部。
2.一种抛物状回旋体气传热传质装置的运行控制方法，其特征在于液体自配水弯管中的交错排列的喷射口(11)喷出，因配水弯管上的喷射口与转轴成一定角度，液体自喷射口(11)出来后，向着轴向方向运动，均匀地进入丝网填料，进入填料后在离心力、液体的表面张力和重力作用下，在填料的小孔中进行周期性的扩展，形成液膜，再收缩，再扩展，使液体始终保持表面更新的状态；气体沿轴向方向流动，在流经抛物状回旋体转子填料时，与转子中的液体充分接触，保持最大的传热温差及传质浓度差，进行高效热质交换；通过控制进水管中的水量和填料转子的转轴来控制液体的流速和扩散速度，控制风机的转速来控制风量和气流速度；配水弯管上的喷射口(11)可分布在不同的周向位置交错排列，避免喷射不均匀，类似于医院手术室中的无影灯，使喷出的液体均匀分布在转子填料上并无喷射死角；抛物状回旋体转子填料部分，其轴切面部分的形状为抛物线型，其上下部分的曲率不同，上部弯曲部分的最大轴向高度为旋转抛物体在水平方向投影圆的直径的1/3～1/4，下部弯曲部分的最大轴向高度为旋转抛物体在水平方向投影圆的直径的1/2～1/3，下部中间凹进去以减小气阻，液体在高速旋转下，已分布到接近外环部分，即下部中央部分无液体，可不用填料；加强环的分布为内稀外密、外环的离心力大，该转子的轴向对称型并要求动态平衡；其关键在于气体在轴向方向作强制性流动，液体在抛物状配水弯管中喷出，喷出的液体均匀地射向转子填料，该气液体的流动方式可逆流或顺流；抛物状配水弯管具有对称结构，弯管上的喷水口为交错排列结构，类似于手术室中的无影灯，以保持液体分布的均匀性；转轴和抛物状回旋体填料转子焊接或链结在一起，随轴转动的转子部分——轴流风机随轴固接在转轴上，随轴一起运动或单独设置一台轴流风机，使转子与风机不共用一个电机，让风机与填料转子保持不同转速。
全文摘要
本发明是抛物状回旋体气液传热传质装置及其运行控制方法,它由电机、转轴、轴流风机叶片、进水管、配水弯管、填料转子、集水挡板、过滤网、集水盘、外壳体共同连接安装构成,其位置连接关系为:电机与转轴固接,轴流风机叶片固接于转轴,转轴穿过配水弯管预留孔,配水弯管与外壳体固接,填料转子轴向位置设置3～4圆环内柱套并与转子内外环固接,集水挡板装于填料转子下部壳体内,过滤网装于集水挡板下部壳体内,集水盘装于外壳体内最底部。本发明使气液流动阻力小、无喷射死角、风机能耗低、噪音小、装置体积小、重量较轻。
文档编号B01D3/14GK1258553SQ0011400
公开日2000年7月5日 申请日期2000年1月6日 优先权日2000年1月6日
发明者简弃非, 梁荣光, 张勇 申请人:华南理工大学