CN1117958C - 真空冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种真空冷却器是集抽真空、冷凝和冷却于一体的设备。应用于食品、化工和制药等领域。设备由射流泵(4)、旋转布水器(11)、不带抽风电机(42)的冷却塔(14)、水箱(26)、冷凝器(24)、水泵(36)、支架(9)和轴承(7)等组成。本发明的特征是将冷凝循环、抽真空循环、冷却循环在一个循环管路中实现，并用一个水泵提供所有动力供应。使真空、冷凝和冷却设备的硬件成本和运行成本都大大降低。

Description

真空冷却器

所属技术领域

本发明涉及一种化工制药领域所用的真空冷却设备，尤其涉及一种由射流泵机组和冷却塔机组分别完成抽真空和冷却功能的设备。

技术背景

食品、化工、制药等行业常用的减压浓缩，多效减压蒸发浓缩和真空干燥设备***中，常用到抽真空和干燥设备，有时为了防爆等考虑，常用射流泵机组和冷却塔机组相组合的方法，现有的技术方案中，冷却塔机组和射流泵机组相互独立，分别由各自的动力设备驱动。冷却塔机组包括：水泵36、抽风电机42、冷却塔风筒16、冷却塔添料15、水箱26和控制部件31等；射流泵机组包括：水泵36、射流泵4(有的化工制药机械厂家或者资料称为水射式真空泵、射流泵、水射泵等，例如：常熟制药机械厂生产的产品就叫做水射式真空泵)、水箱26和控制部件31等。一般冷凝器24通过水泵36与冷却塔机组共用一个水箱26(也有少数用户为冷凝器24单独配备水箱，除了要为冷凝器24循环配备一台冷凝循环水泵外，还要在冷凝器水箱和冷却塔水箱之间加上一个热交换循环泵)，此时的冷却循环水同时也是冷凝循环水，冷凝器24的冷凝循环使来自减压浓缩或者真空干燥设备的蒸发蒸汽冷凝，冷凝循环水(同时也是冷却循环水)因吸收热量而温度升高，冷却塔14通过水泵36和抽风电机42的运行，把冷凝水吸收的热量向外界散发；射流泵机组则主要用于抽吸未被冷凝成液态的剩余蒸汽，从而使减压浓缩或真空干燥设备内保持生产所需的真空度。在***浓缩或干燥的过程中，用于使溶液沸腾浓缩或使物料干燥的外加能量都通过浓缩蒸发或干躁蒸发所产生的蒸汽的载能物流转移传递给冷凝冷却水和真空循环水，冷却塔机组能将冷凝(冷却)水的热能向外界转移，而射流泵机组则不能，致使真空循环水的温度不断升高，而水温直接影响射流泵的真空指标，为解决这一问题，现有的方法一般有两种：一种是向真空循环水箱26不断注入凉水，将热水排掉，这种方法浪费水，一般已不采用；第二种方法是用一台水泵36将冷却水和真空循环水交换循环，把真空循环水的热量传递给冷却水，再由冷却塔机组冷却。按照现有的技术方案，需要冷凝循环、冷却循环、真空泵循环和热交换循环共四套水泵、管路和电气***，还要另加一套抽风电机42的电气***。中国实用新型专利91225457(分类号F28C1/06，范筹分类号35/F22H审定公告号2103783)公开了一种节能机械通风冷却塔，采用这种冷却塔，可以不用抽风电机42，依靠旋转布水器11带动抽风叶片10转动，进行进水抽风冷却，但这种冷却塔仍需一台大功率水泵36供水，节能效果不十分显著，应用的不多。

从上述介绍可以看出，现有的技术方案有以下几个缺点：

1.***占地大，硬件多，管路多，控制线路及部件多一次性投资费用高。

2.使用操做不便。

3.施工保养维修费用大，周期长，影响投产或生产进度。

4.故障点多，故障率高，可靠性低，容易因故障影响生产甚至造成原材料报废等损失。

5.效率低，由于能量守恒，每台水泵36的输入功率的大部分都将转化成水的热能，这增加了冷却塔14的冷却负荷，也影响了真空指标，从而使***的效率大大降低。

6、能耗大，运行成本高，现有的技术方案一般需四台水泵36和一台抽风电机42同时运行。

发明内容

发明的目的在于克服现有技术方案的缺点，提供一种占地小、成本造价低、低运行成本、低维护保养成本、操做方便、安装施工简单且工期短、高效率、高可靠性的低成本低能耗真空冷却器。

本发明的低成本低能耗真空冷却器是这样实现的：射流泵的出水管的一部分伸进旋转布水器的竖直进水管中，旋转布水器设置在不带抽风电机的冷却塔出风口内，支架在冷却塔出风口的上方分别与射流泵和冷却塔连接，支架还在冷却塔出风口内分别与冷却塔的内壁和轴承连接；轴承套在旋转布水器的竖直进水管上，将旋转布水器固定在冷却塔出风口内；射流泵的出水管的外径小于旋转布水器的竖直进水管的内径，射流泵的出水管的一部分伸进旋转布水器的竖直进水管内；旋转布水器的竖直进水管和射流泵的出水管及冷却塔风筒三者的轴心线重合或者接近重合；冷却塔进风口的底部与水箱连接固定，并且冷却塔与水箱上下直接相通；水泵的出水管与射流泵的进水管通过供水管相连通；射流泵的抽吸管与冷凝器的出汽管通过真空管相连通；冷凝器的进汽管同时与U型汽液分离器低水位管和真空回流管相连通；冷凝器的出汽管除了与射流泵的抽吸管相连通外，还和U型汽液分离器高水位管相连通；真空回流管与冷凝液收集槽相连通，而冷凝液收集槽再与需要抽真空的设备相连通。这样的技术方案使硬件减少，设备成本降的很低，能耗也大大降低，效率提高，可靠性提高，占地减小，操做方便，维修保养方便。

本发明的低成本低能耗真空冷却器与现有方法和设备相比有以下几方面的优点：

1.硬件少，成本低，大约相当于传统方法的三分之一。

2.管路少，既减少投资又减小阻力，节省能源开支。

3.控制部件少，操作使用方便。

4.占地小，节省空间，节省基建投资。

5.效率高，能源利用率高和低阻力设计使能效比提高。

6.运行成本低，相同性能的本发明的真空冷却设备比传统设备的能耗低三分之二。

7.可靠性高，故障点少减少了因故障引起的损失的几率。

总的来说，采用本发明的低成本低能耗真空冷却器可以节约三分之二的一次性开支，节约四分之三的长期运行开支，可以节约社会能源消耗，有很高的经济和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的低成本低能耗真空冷却器的一实施例示意图。

图2是现有技术方案的一实施例示意图。

图3是中国实用新型专利91225457的实施例示意图。

图4是旋转布水器11的两种实施例示意图。

图中：1、真空管，2、射流泵进水管，3、抽吸管，4、射流泵，5、射流泵出水管，6、竖直进水管，7、轴承，8、冷却塔出风口，9、支架，10、抽风叶片，11、旋转布水器，12、布水管，13、旋转布水器出水口，14、冷却塔，15、填料，16、风筒，17、水箱溢流口，18、水箱溢流排水管，19、进风口，20、过滤网，21、冷凝器进汽管，22、冷凝器进水管，23、冷凝腔，24、冷凝器，25、冷凝器出气管，26、水箱，27、真空回流管，28、单向阀，29、U型汽液分离器，30、汽液分离器清渣阀，31、控制部件，32、冷凝器出水管，33、水箱放水排污阀，34、检修截止阀，35、水泵进水管，36、水泵，37、水泵出水管，38、水泵机房，39、供水管，40、门，41、排污阀，42、抽风电机，43、冷凝液收集槽，44、螺旋板。

下面结合图1和图4进一步阐述本发明的结构原理。

按图1所示实施例，本发明的低成本底能耗真空冷却器的设计方法是将冷凝器24的冷凝循环、射流泵4的抽真空循环、冷却塔14的上水、冷却塔14的布水、冷却塔14的下水和水箱26的回水设计在一个循环回路中实现。冷却塔14是通过旋转布水器11将射流泵4的水流动能进行机械能转化来完成冷却塔14的上水、布水、冷却排风和下水作业。本发明的低成本低能耗真空冷却机组包括：射流泵4、支架9、轴承7、旋转布水器11、不带抽风电机42的冷却塔14、水箱26、过滤网20、冷凝器24、水箱排水阀33、检修截止阀34、水泵36、带有排污阀41和门40的水泵机房38、U型汽液分离器29和控制部件31等。为了使循环路径最短，也为了使管路阻力最小，以及为了能源利用率最高，射流泵4、旋转布水器11、不带抽风电机42的冷却塔14、水箱26、冷凝器24、水泵36按空间结构从上到下依次设置，水流循环从水泵36开始，依次经过射流泵4、旋转布水器11、冷却塔14、水箱26、冷凝器24返回水泵36，将射流泵4的抽真空循环、冷却塔14的上下水冷却循环、水箱26的回水循环和冷凝器24的冷凝循环设计在一个循环回路中实现。支架9的作用有两个：一个作用是支架9在冷却塔出风8的上方分别与射流泵4和冷却塔14连接，将射流泵4固定在冷却塔14的上方，使射流泵4的出水管5指向冷却塔14出风口8，并且正对着旋转布水器11的竖直进水管6；另一个作用是支架9在冷却塔出风8内分别与冷却塔14的内壁和轴承7连接，旋转布水器11的竖直进水管6被轴承7套在里面，从而使旋转布水器11固定在冷却塔14的出风8口内并且可以自由转动。支架9位置的设置应尽可能够使得射流泵4的出水管5、旋转布水器11的竖直进水管6和冷却塔风筒16的轴心线重合，这样才会使旋转布水器11布水均匀、能量转化效率高、冷却效率高。旋转布水器11是用来将水流的动能转化成带动抽风叶片10转动的机械能和将水流均匀布散在冷却塔14的添料15上的装置。旋转布水器11包括向上开口的竖直进水管6、抽风叶片10和布水管12。布水管12与竖直进水管6的下端固定连接并且相通，布水管12的数量在两段以上。抽风叶片10固定在竖直进水管6上。布水管12的出水方向斜向下，与水平面所成的角在0°～90°之间，最好在0°～15°之间，布水管12的旋转布水器出水口13上每个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕旋转轴所围成的圆相切，且投影沿同一时针方向，并且各出水点因水流反作用力产生的扭力的合力不产生使竖直进水管6向水平任意方向弯曲形变的趋势和效果，即扭力的合力不应产生水平分量，或者使这个分量尽可能的小。旋转布水器11的竖直进水管6的内径比射流泵4的出水管5的外径大，并且射流泵4的出水管5的一部分伸进旋转布水器11的竖直进水管6内，两个管之间不能产生摩擦，这样从射流泵4流出来的水就全部进入旋转布水器11中。旋转布水器11的竖直进水管6与射流泵4的出水管5的直径也可以不按大小关系套在一起，但是必须保证从射流泵4出水管5中流出的水能够顺利的流入旋转布水器11的竖直进水管6中。冷却塔14不带风机42，但带有添料15和其底部带有进风口19的风筒16。采用不带抽风电机42的冷却塔14，但由于在冷却塔14的出风口8内已经装有一个可绕冷却塔14轴心线自由转动的旋转布水器11。水从射流泵4以很大的动能流出，进入旋转布水器11，经布水管12的机械能转换作用使旋转布水器11带动抽风叶片10转动起来，水流经冷却塔填料15与逆流而上的空气发生热交换后离开冷却塔14，这样在不需额外消耗能源的情况下，就完成了冷却塔14的上水、布水、冷却排风和下水。冷却塔进风口19的底部与水箱26的侧面连接固定，并且冷却塔14与水箱26上下直接相通，为了节约材料，水箱26的侧壁的形壮尺寸最好与冷却塔14相同且连成一体上下相通，这样从冷却塔14流下来的冷却水就全部直接流进水箱26中，从而自动完成水箱26回水。水箱26中设置一个水平放置或者倾斜放置的过滤网20，过滤网20的边缘在水箱26内与水箱26的内壁连接固定，可以防止杂质进入冷凝器24影响热交换性能，同时防止固体颗粒进入水泵36而导致损坏。在冷却塔进风口19和过滤网20之间的水箱26侧壁上有一个水箱溢流口17。水箱溢流口17与水箱溢流排水管18的顶端相连通。在水箱26内过滤网20的下方设置冷凝器24，冷凝器24的底面和侧面分别与水箱26的底面和侧面连成一体，这样可以节约材料。冷凝器24的进水管22(是由多个列管或者盘管共同构成)向上直接开口于水箱26内，冷凝器24的出水管32从水箱26的底板引出。冷凝器出水管32与水泵36之间靠一个检修截止阀34相连接，以便于维修。冷凝器出水管32再通过一个水箱排水阀33与水箱溢流排水管18的底端相连。冷凝器出水管32既是水泵36的进水通路，又是水箱26的排水排污通路。在正常情况下，冷凝器24应完全浸泡在水中。冷凝器24的出水管32同时通过水箱排水阀33与水箱溢流排水管18相连通。冷凝器24还可以与水箱26分开单独设计，独立设计的冷凝器24可以串接在水箱26和水泵36之间，也可以串接在水泵36和射流泵4之间，还可以串接在循环回路中的其他位置。水泵36的出水管37与射流泵4的进水管2通过供水管39相连通；射流泵4的抽吸管3与冷凝器24的出汽管25通过真空管1相连通；冷凝器24的进汽管21同时与U型汽液分离器低水位管和真空回流管27相连通；冷凝器24的出汽管22除了与射流泵4的抽吸管3相连通外，还和U型汽液分离器高水位管相连通；在U型汽液分离器29的内部设置一个单向阀28，单向阀28将U型汽液分离器高水位管和U型汽液分离器低水位管的底部连接，方向是从U型汽液分离器高水位管流向U型汽液分离器低水位管。U型汽液分离器29这样的结构和与冷凝器24的连接方法，使冷凝器24工作在下降式冷凝状态，冷凝效率高。单向阀28的作用有两个：一是保证U型汽液分离器29不会将冷凝器24短路，致使蒸汽只能过冷凝器24的冷凝腔23被部分冷凝后再进入射流泵4中，从而减轻抽真空负荷；二是保证在冷凝腔23内的冷凝液流进高水位管后能够经过单向阀28和U型汽液分离器的低水位管流进真空回流管27。为了便于维修和检查，U型汽液分离器29的底部还设有一个汽夜分离器清渣阀30。真空回流管27与冷凝液收集槽43相连通，冷凝液在从冷凝器24沿真空回流管27内底部管壁向冷凝液收集槽43流动的过程中，冷凝液还会在真空回流管27中与其逆流而来的蒸发蒸汽发生热交换，这样等于加大了冷凝器24的热交换面积，延长了热交换时间，提高了冷凝的效率。凝液收集槽43再与需要抽真空的设备相连通。为了保护电器设备和生产安全，在水箱26的下方，设置一个水泵机房38，将水泵36、检修截止阀34、水箱排水阀33和部分控制部件31等封在内部，为了便于维修和防止破坏，在水泵机房38侧面设置一个门40，为了便于将机房内的污水排出，同时也便于机房内部清洗排水，在水泵机房38的底部安装一个与外界相通的排污阀41。控制部件31用于控制机组的起停。

下面结合图1和图4说明本发明的工作原理。

本发明的低成本低能耗真空器在刚投入使用时，可以通过真空回流管27对机组进行加水，加水量以超过冷凝器进水管22并保证在机组工作时空气不会进入冷凝器进水管22和水泵36为准，机组起动后，水从水箱26经过冷凝器24和水泵36进入到射流泵4依次完成冷凝和抽真空并且从射流泵4的出水口5喷出后以很大的动能流进旋转布水器11的竖直进水管6内，旋转布水器11将较集中的水流均匀地布散在填料15上，从而不需要另外消耗源自动完成了冷却塔14的上水和布水，同时旋转布水器11又将水流的动能转化为带动抽风叶片10转动的机械能，为冷却塔14提供冷却排风的动力而完成冷却。不需要单独提供动力供应来完成上水、布水、冷却和回水，这是与中国实用新型专利91225457中所述的旋转布水器11相比最大的优点。被射流泵4抽吸的蒸汽在经过冷凝器24的冷凝室23时被部分冷凝成液态，从而使抽吸负荷减轻，提高真空指标，冷凝液同时又能回收。由于旋转布水器11的作用使水流动能被部分转化成空气的动能，使水箱26内的水因水流动能引起的能量转化和水温升高减轻，从而减轻冷却负荷。水泵36为***提供冷凝器24冷凝循环、射流泵4抽真空循环、冷却塔14上水和布水及冷却排风、水箱26回水等的全部动力供应。冷凝器进汽管21在冷凝器24的顶部而冷凝器出汽管25在冷凝24的底部，U型汽液分离器29的高水位管同时与真空管1和冷凝器出汽管25相连，U型汽液分离器29的低水位管同时与真空回流管27和冷凝器出汽管25相通，U型汽液分离器29内又有一个单向阀28，这样在机组工作时，被抽吸蒸汽只能从冷凝器进汽口21进入冷凝器24，从冷凝器出汽口25进入射流泵4，冷凝器24工作在下降式冷凝状态，效率比较高。而冷凝液则从冷凝器出汽口25经过U型汽液分离器29和真空回流管27流进冷凝液收集槽43，在真空回流管27内仍有汽液热交换发生，进一步提高冷凝效率。

本发明的低成本低能耗真空冷却器的旋转布水器11还有另一种原理结构，也有三部分：竖直进水管6和固定在竖直进水管6上的抽风叶片10以及位于竖直进水管6内部的螺旋板44，螺旋板44的两边与竖直进水管6的内壁焊接，螺旋板44的作用是将水流方向改变以产生使竖直进水管6带动抽风叶片10转动的机械能和将水流均匀布散在填料15上，出水方向与水平面所成的角在0°～90°之间，也最好在0°～15°，一个出水点的出水方向在经过该出水点的水平面上的投影与该点绕进水管的轴心线旋所围成的圆沿同一时针方向相切，所有出水点因水流的反作用力的合力不应产生使竖直进水管5向水平面上任意方向受力形变的分力，或者使这个分力尽可能小。布水管12和螺旋板44的作用都是用于使水流方向改变从而依靠水流的反作用力产生使旋转布水器11旋转的动力。两种旋转布水器11的作用相同，都是表现在三个方面：第一是将从射流泵4流出的集中的水流收集进入竖直进水管5中，通过旋转布水，使水流均匀分散开，为冷却塔14上水和布水，增加冷却水的散热面积，提高冷却效率；第二是将水流的动能的一部分转化成空气的动能为冷却塔14减轻因水流动能引起的额外冷却负荷；第三是用转化来的带动抽风叶片10转动的机械能为冷却塔14提供冷却抽风的动力。

作为本发明的一种改进，可以将两种结构的旋转布水器11可以做如下改进，将抽风叶片10与旋转布水器11的竖直进水管6分离，另用一个轴承7将抽风叶片10固定在射流泵4的出水管5或者旋转布水器11的竖直进水管6上，抽风叶片10与旋转布水器11的连动是依靠皮带轮或齿轮等变速装置来传动，通过这样的改进，可以使抽风叶片10的转速得到提高，即使在旋转布水器11的转速很低的情况下，抽风叶片10的转速也会因变速装置的变速转换而被提得很高，抽风冷却的速度也会加快，旋转布水器11能量转化效率提高，冷却塔14的冷却能力也会提高。

Claims (10)

1.一种真空冷却设备，包括：射流泵(4)、支架(9)、轴承(7)、旋转布水器(11)、不带抽风电机(42)的冷却塔(14)、水箱(26)、过滤网(20)、冷凝器(24)、水箱排水阀(33)、检修截止阀(34)、水泵(36)、带有排污阀(41)和门(40)的水泵机房(38)、U型汽液分离器(29)和控制部件(31)等；其特征在于，射流泵(4)的出水管(5)的一部分伸进旋转布水器(11)的竖直进水管(6)中，旋转布水器(11)设置在不带抽风电机(42)的冷却塔出风口(8)内；该冷却塔(14)的底部与水箱(26)连接；支架(9)在冷却塔出风口(8)的上方分别与射流泵(4)和冷却塔(14)连接，支架(9)还在冷却塔出风口(8)内分别与冷却塔(14)的内壁和轴承(7)连接；轴承(7)套在旋转布水器(11)的竖直进水管(6)上，将旋转布水器(11)固定在冷却塔出风口(8)内；射流泵(4)的出水管(5)的外径小于旋转布水器(11)的竖直进水管(6)的内径，射流泵(4)的出水管(5)的一部分伸进旋转布水器(11)的竖直进水管(6)内；旋转布水器(11)的竖直进水管(6)和射流泵(4)的出水管(5)及冷却塔风筒(16)三者的轴心线重合或者接近重合；冷却塔进风口(19)的底部与水箱(26)的侧面连接固定，并且冷却塔(14)与水箱(26)上下直接相通；水泵(36)的出水管(37)与射流泵(4)的进水管(2)通过供水管(39)相连通；射流泵(4)的抽吸管(3)与冷凝器(24)的出汽管(25)通过真空管(1)相连通；冷凝器(24)的进汽管(21)同时与U型汽液分离器低水位管和真空回流管(27)相连通；冷凝器(24)的出汽管(22)除了与射流泵(4)的抽吸管(3)相连通外，还和U型汽液分离器高水位管相连通；真空回流管(27)与冷凝液收集槽(43)相连通，而冷凝液收集槽(43)再与需要抽真空的设备相连通。

2、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于所述的旋转布水器(11)包括向上开口的竖直进水管(6)、抽风叶片(10)和布水管(12)；布水管(12)与竖直进水管(6)的下端固定连接并且相通，布水管(12)的数量在两段以上，抽风叶片(10)固定在竖直进水管(6)上，布水管(12)的出水方向斜向下，与水平面所成的角在0°～90°之间。

3、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于所述的旋转布水器(11)包括向上开口的竖直进水管(6)、抽风叶片(10)和螺旋板(44)；抽风叶片(10)固定在竖直进水管(6)上，螺旋板(44)的出水方向斜向下，与水平面所成的角在0°～90°之间。

4、根据权利要求2或3所述的真空冷却器，其特征在于所述的旋转布水器(11)的抽风叶片(10)与竖直进水管(6)通过皮带轮或者齿轮连接。

5、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于所述的不带抽风电机(42)的冷却塔(14)包括冷却塔出风口(8)、填料(15)、风筒(16)和进风口(19)。

6、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于所述的冷凝器(24)设置在水箱(26)的底部，冷凝器(24)的出水管(32)与水泵(36)的进水管(35)连通，冷凝器(24)的底面和侧面分别与水箱(26)的底面和侧面连成一体，冷凝器(24)的进水管(22)向上直接开口于水箱(26)内，冷凝器(24)的出水管(32)从水箱(26)的底板引出并通过检修截止阀(34)与水泵(36)的进水管(35)相连通，冷凝器(24)的出水管(32)同时通过水箱排水阀(33)与水箱溢流排水管(18)相连通。

7、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于所述的冷凝器(24)设置在水箱(26)和水泵(36)之间，或者设置在水泵(36)和射流泵(4)之间。

8、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于所述的U型汽液分离器(29)的内部设置了一个单向阀(28)。

9、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于在水箱(26)的下方，设置一个水泵机房(38)，该机房内部设置有水泵(36)、检修截止阀(34)、水箱排水阀(33)和部分控制部件(31)，在水泵机房(38)侧面设置一个门(40)，在水泵机房(38)的底部安装一个与外界相通的排污阀(41)。

10、根据权利要求1所述的真空冷却器，其特征在于在水箱中设置一过滤网(20)，其边缘与水箱(26)内壁连接固定。

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