CN113340028A - 一种非结霜型液氮深冷冷凝器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非结霜型液氮深冷冷凝器及其使用方法，非结霜型液氮深冷冷凝器包括壳体、冷凝组件和冷冻组件；所述壳体内设有容置腔，所述壳体外侧设有液氮入口、氮气出口、VOC入口、冷凝液出口和不凝气出口；所述VOC入口、冷凝液出口和不凝气出口分别与所述容置腔连通；所述冷冻组件与所述液氮入口连通，所述冷凝组件与所述氮气出口连通；所述冷凝组件和冷冻组件均设置于所述容置腔中，且所述冷凝组件套设于所述冷冻组件的外侧；所述冷凝组件与所述冷冻组件连通。与现有技术相比，液氮与挥发有机物通过氮气间接换热，使得待冷凝气体换热管不会因为管内外温差过大而结霜，有效的提高了传热系数。

Description

一种非结霜型液氮深冷冷凝器及其使用方法

技术领域

本发明涉及冷凝器技术领域，尤其涉及一种非结霜型液氮深冷冷凝器及其使用方法。

背景技术

液氮冷凝法是挥发性有机物及油气回收的主要工艺之一，根据挥发性物质在不同温度性的蒸汽压的差异，通过降温使其油气中一些烃类成饱和状态，并冷凝下来并进行回收利用。

但是常规冷凝器采用液氮为冷源去冷凝挥发性有机物或油气时，对挥发性有机物或油气的冷凝一般是将液氮通入换热管，挥发性有机物或油气通入壳体，即液氮走管程，挥发性有机物或油气走壳程，通过换热管的管壁换热冷凝，但是液氮在气化时焓值很大，促使挥发性有机物或油气与液氮之间的温差过大，容易导致挥发性有机物或油气中的碳氢化合物容易在换热管壁上结霜，一旦结霜，传热系数就会降低，就要消耗更多的冷源才能将待冷凝气体冷凝到目标状态，严重时可堵塞换热管道，导致冷凝器无法工作。

发明内容

本发明的目的在于提出一种非结霜型液氮深冷冷凝器及其使用方法，以解决现有技术中碳氢化合物容易在换热管壁上结霜，导致传热系数降低的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种非结霜型液氮深冷冷凝器，包括壳体、冷凝组件和冷冻组件；

所述壳体内设有容置腔，所述壳体外侧设有液氮入口、氮气出口、VOC入口、冷凝液出口和不凝气出口；

所述VOC入口、冷凝液出口和不凝气出口分别与所述容置腔连通；所述冷冻组件与所述液氮入口连通，所述冷凝组件与所述氮气出口连通；

所述冷凝组件和冷冻组件均设置于所述容置腔中，且所述冷凝组件套设于所述冷冻组件的外侧；所述冷凝组件与所述冷冻组件连通。

所述非结霜型液氮深冷冷凝器中，所述冷冻组件包括液氮管管板和多条液氮管；所述液氮管管板与所述液氮入口连通，所述液氮管管板内设有液氮通道；所述液氮管的一端设置于所述液氮管管板，并与所述液氮通道连通，所述液氮管的另一端设有开口；

所述冷凝组件包括氮气管管板和多条氮气管；所述氮气管管板与所述氮气出口连通，所述氮气管管板内设有氮气通道，所述氮气管管板的底面对应所述液氮管的位置设有多个避让孔；所述氮气通道与所述氮气管连通；所述液氮管的另一端穿过所述避让孔，并***所述氮气管中。

所述非结霜型液氮深冷冷凝器中，所述液氮管管板设置于所述壳体的底部，所述液氮管竖直设置于所述液氮管管板的顶面。

所述非结霜型液氮深冷冷凝器中，所述VOC入口和冷凝液出口分别设置于所述壳体的下端近端处，且所述VOC入口设置于所述壳体的一侧，所述冷凝液出口设置于所述壳体的另一侧；

所述不凝气出口设置于所述壳体的上端近端处，且所述不凝气出口与所述VOC入口同侧设置。

所述非结霜型液氮深冷冷凝器中，所述氮气管设有多个翅片，所述翅片间距分布；

所述翅片的一端连接于所述氮气管的外侧壁，且所述翅片的另一端倾斜向下设置。

所述非结霜型液氮深冷冷凝器中，所述液氮入口设置于所述壳体的一侧，所述氮气出口设置于所述壳体的另一侧。

所述非结霜型液氮深冷冷凝器中，所述壳体的内壁设有多个折流板。

本发明提供了一种非结霜型液氮深冷冷凝器的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：打开液氮入口，向液氮管管板通入液氮；

步骤2：打开氮气出口，使氮气管管板排出氮气；

步骤3：检测容置腔的温度，当容置腔温度达到冷凝温度时，打开VOC入口，将挥发有机物通入容置腔中，待挥发有机物通过氮气管与氮气进行热交换；

步骤4：检测不凝气出口的气体，当挥发有机物中的冷凝组分等于或小于％时，打开不凝气出口，排出挥发有机物中的非冷凝组分；

步骤5：打开冷凝液出口，排出由冷凝组分凝结而成的冷凝液。

本发明中的一个技术方案可以具有以下有益效果：

由于冷凝组件套设于冷冻组件的外侧，液氮通过冷冻组件先将冷凝组件中的氮气降温，冷凝组件内的氮气再吸收挥发有机物的热量，使挥发有机物中的冷凝组分达到冷凝温度，从而使冷凝组分形成冷凝液，实现液氮与挥发有机物之间以氮气为传热媒介的换热，可以充分利用液氮显热和潜热进行降温，节约冷源消耗。而且，与现有技术相比，液氮与挥发有机物通过氮气间接换热，使得待冷凝气体换热管不会因为管内外温差过大而结霜，有效的提高了传热系数。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明其中一个实施例的剖面示意图；

图2是本发明其中一个实施例中使用方法的流程图；

附图中：壳体1、冷凝组件2、冷冻组件3；

容置腔11、液氮入口12、氮气出口13、VOC入口14、冷凝液出口15、不凝气出口16、折流板17；氮气管管板21、氮气管22；翅片23；液氮管管板31、液氮管32。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1，本发明提供了一种非结霜型液氮深冷冷凝器，包括壳体1、冷凝组件2和冷冻组件3；

所述壳体1内设有容置腔11，所述壳体1外侧设有液氮入口12、氮气出口13、VOC入口14、冷凝液出口15和不凝气出口16；

所述VOC入口14、冷凝液出口15和不凝气出口16分别与所述容置腔11连通；所述冷冻组件3与所述液氮入口12连通，所述冷凝组件2与所述氮气出口13连通；

所述冷凝组件2和冷冻组件3均设置于所述容置腔11中，且所述冷凝组件2套设于所述冷冻组件3的外侧；所述冷凝组件2与所述冷冻组件3连通。

在本发明的具体实施例中，容置腔11为所述非结霜型液氮深冷冷凝器的换热区，挥发有机物通过VOC入口14进入容置腔11进行换热。液氮入口12与外部液氮罐连接，液氮通过液氮入口12进入冷冻组件3，冷凝组件2中存在氮气；由于冷凝组件2套设于冷冻组件3的外侧，液氮通过冷冻组件3先将冷凝组件2中的氮气降温，冷凝组件2内的氮气再吸收挥发有机物的热量，使挥发有机物中的冷凝组分达到冷凝温度，从而使冷凝组分形成冷凝液，冷凝液从冷凝液出口15流出非结霜型液氮深冷冷凝器；而挥发有机物中的非冷凝组分从不凝气出口16排出。

冷凝组件2与冷冻组件3连通，使得液氮气化成氮气后，从冷冻组件3进入冷凝组件2，多余的氮气从氮气出口13排出。液氮气化过程也会吸热，采用这种结构，实现液氮与挥发有机物之间以氮气为传热媒介的换热，可以充分利用液氮显热和潜热进行降温，节约冷源消耗。而且，与现有技术相比，液氮与挥发有机物通过氮气间接换热，使得待冷凝气体换热管不会因为管内外温差过大而结霜，有效的提高了传热系数。

具体地，所述冷冻组件3包括液氮管管板31和多条液氮管32；所述液氮管管板31与所述液氮入口12连通，所述液氮管管板31内设有液氮通道；所述液氮管32的一端设置于所述液氮管管板31，并与所述液氮通道连通，所述液氮管32的另一端设有开口；

所述冷凝组件2包括氮气管管板21和多条氮气管22；所述氮气管管板21与所述氮气出口13连通，所述氮气管管板21内设有氮气通道，所述氮气管管板21的底面对应所述液氮管32的位置设有多个避让孔；所述氮气通道与所述氮气管22连通；所述液氮管32的另一端穿过所述避让孔，并***所述氮气管22中。

在本发明的一个具体实施例中，液氮通过液氮入口12进入液氮通道，并与冷凝组件2中的氮气进行换热，使氮气温度降低。部分液氮吸收热量后气化成氮气，通过液氮管32进入冷凝组件2内，而当氮气通道中的氮气过多时，氮气从氮气出口13排出，使氮气通道中的气压保持稳定。

氮气通道中的氮气通过氮气管22与挥发有机物进行热交换，使挥发有机物中的冷凝组分凝结成液体。

进一步地，所述液氮管管板31设置于所述壳体的底部，所述液氮管32竖直设置于所述液氮管管板31的顶面。

在本发明的一个实施例中，液氮管管板31设置于壳体的底部，如此设置，使得液氮管32竖直向上，防止液氮通过液氮管32直接进入氮气管管板21中，从而避免液氮在冷凝组件2中使冷凝组件2内外温差过大而结霜得问题。当液氮气化成氮气后，才能通过液氮管32进入冷凝组件2。

更进一步地，所述VOC入口14和冷凝液出口15分别设置于所述壳体1的下端近端处，且所述VOC入口14设置于所述壳体1的一侧，所述冷凝液出口15设置于所述壳体1的另一侧；

所述不凝气出口16设置于所述壳体1的上端近端处，且所述不凝气出口16与所述VOC入口14同侧设置。

采用这种结构，使得VOC入口14和冷凝液出口15之间的距离较大，避免挥发有机物的温度未达到凝结温度就直接从冷凝液出口15逸出的问题。同理地，不凝气出口16与VOC入口14距离较远，使得挥发有机物在从VOC入口14移动至不凝气出口16的过程中，能够充分降温，使挥发有机物中的冷凝组分凝结成冷凝液。不凝气出口16用于排出挥发有机物中的非冷凝组分，从不凝气出口16排出时，非冷凝组分仍保持气态，因此，不凝气出口16设置于壳体1的上端近端处，便于排出。

可选地，所述氮气管22设有多个翅片23，所述翅片23间距分布；

所述翅片23的一端连接于所述氮气管22的外侧壁，且所述翅片23的另一端倾斜向下设置。

采用这种结构，能够提高换热效率，使挥发有机物能够充分降温，从而使得挥发有机物中的冷凝组分完全凝结成冷凝液。翅片23的一侧倾斜向下，能防止冷凝液积聚在翅片23上，从而避免冷凝液在翅片23上结霜。

优选地，所述液氮入口12设置于所述壳体1的一侧，所述氮气出口13设置于所述壳体1的另一侧。采用这种结构，液氮的流向与氮气的流向相同，从壳体1的一侧流至另一侧，使得壳体1两侧的温度保持稳定，避免壳体1两侧产生温差而影响传热效果。

具体地，所述壳体1的内壁设有多个折流板17。折流板17能够阻碍挥发有机物的流动，延长挥发有机物的壳程，能够充分降温，使挥发有机物中的冷凝组分充分凝结成冷凝液。防止挥发有机物因流动速度过快而不能使挥发有机物充分降温，使非结霜型液氮深冷冷凝器得冷凝效果下降。

请参照图2，本发明还提供了一种非结霜型液氮深冷冷凝器的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：打开液氮入口12，向液氮管管板31通入液氮；

步骤2：打开氮气出口13，使氮气管管板21排出氮气；

步骤3：检测容置腔11的温度，当容置腔11温度达到冷凝温度时，打开VOC入口14，将挥发有机物通入容置腔11中，待挥发有机物通过氮气管与氮气进行热交换；

步骤4：检测不凝气出口16的气体，当挥发有机物中的冷凝组分等于或小于5％时，打开不凝气出口16，排出挥发有机物中的非冷凝组分；

步骤5：打开冷凝液出口15，排出由冷凝组分凝结而成的冷凝液。

通过所述方法，实现液氮与挥发有机物之间以氮气为传热媒介的换热，可以充分利用液氮显热和潜热进行降温，节约冷源消耗。而且，与现有技术相比，液氮与挥发有机物通过氮气间接换热，使得待冷凝气体换热管不会因为管内外温差过大而结霜，有效的提高了传热系数。

先通入液氮，使液氮先与氮气进行热交换，降低冷凝组件2的温度；氮气通道的氮气再与容置腔11的内部气体进行热交换，使容置腔11达到冷凝温度，防止挥发有机物进入容置腔11时，仍未达到冷凝温度，使挥发有机物中的冷凝组分未能充分冷凝就排走，降低冷凝效果。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种非结霜型液氮深冷冷凝器，其特征在于：包括壳体、冷凝组件和冷冻组件；

所述壳体内设有容置腔，所述壳体外侧设有液氮入口、氮气出口、VOC入口、冷凝液出口和不凝气出口；

所述VOC入口、冷凝液出口和不凝气出口分别与所述容置腔连通；所述冷冻组件与所述液氮入口连通，所述冷凝组件与所述氮气出口连通；

所述冷凝组件和冷冻组件均设置于所述容置腔中，且所述冷凝组件套设于所述冷冻组件的外侧；所述冷凝组件与所述冷冻组件连通。

2.根据权利要求1所述的一种非结霜型液氮深冷冷凝器，其特征在于：所述冷冻组件包括液氮管管板和多条液氮管；所述液氮管管板与所述液氮入口连通，所述液氮管管板内设有液氮通道；所述液氮管的一端设置于所述液氮管管板，并与所述液氮通道连通，所述液氮管的另一端设有开口；

所述冷凝组件包括氮气管管板和多条氮气管；所述氮气管管板与所述氮气出口连通，所述氮气管管板内设有氮气通道，所述氮气管管板的底面对应所述液氮管的位置设有多个避让孔；所述氮气通道与所述氮气管连通；所述液氮管的另一端穿过所述避让孔，并***所述氮气管中。

3.根据权利要求2所述的一种非结霜型液氮深冷冷凝器，其特征在于：所述液氮管管板设置于所述壳体的底部，所述液氮管竖直设置于所述液氮管管板的顶面。

4.根据权利要求3所述的一种非结霜型液氮深冷冷凝器，其特征在于：所述VOC入口和冷凝液出口分别设置于所述壳体的下端近端处，且所述VOC入口设置于所述壳体的一侧，所述冷凝液出口设置于所述壳体的另一侧；

所述不凝气出口设置于所述壳体的上端近端处，且所述不凝气出口与所述VOC入口同侧设置。

5.根据权利要求2所述的一种非结霜型液氮深冷冷凝器，其特征在于：所述氮气管设有多个翅片，所述翅片间距分布；

所述翅片的一端连接于所述氮气管的外侧壁，且所述翅片的另一端倾斜向下设置。

6.根据权利要求2所述的一种非结霜型液氮深冷冷凝器，其特征在于：所述液氮入口设置于所述壳体的一侧，所述氮气出口设置于所述壳体的另一侧。

7.根据权利要求1所述的一种非结霜型液氮深冷冷凝器，其特征在于：所述壳体的内壁设有多个折流板。

8.一种非结霜型液氮深冷冷凝器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：打开液氮入口，向液氮管管板通入液氮；

步骤2：打开氮气出口，使氮气管管板排出氮气；

步骤3：检测容置腔的温度，当容置腔温度达到冷凝温度时，打开VOC入口，将挥发有机物通入容置腔中，待挥发有机物通过氮气管与氮气进行热交换；

步骤4：检测不凝气出口的气体，当挥发有机物中的冷凝组分等于或小于％时，打开不凝气出口，排出挥发有机物中的非冷凝组分；

步骤5：打开冷凝液出口，排出由冷凝组分凝结而成的冷凝液。

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