CN103721518B - 一种气体冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体冷凝器，能够提高制冷的均匀性，改善制冷效果。所述气体冷凝器包括竖直延伸的冷凝管，所述冷凝管包括内筒和套装在所述内筒外的外筒，所述内筒以其外壁与所述外筒的内壁贴合，且所述内筒与外筒之间开有螺旋槽，所述螺旋槽的两端分别与进气口和出气口连通。可以将冷凝管设置为内外筒套装的结构，并在内外筒之间开设螺旋槽，这种结构的设置可以使得螺旋槽的槽道厚度设计的比较薄，能够加快散热效率，以提高气体冷却速度，改善冷却效果；更为重要的是，由于上述结构可以使得螺旋槽的厚度变薄，故处于螺旋槽内侧的气体和处于螺旋槽外侧的气体向外散热的速度相差较小，从而能够提高气体冷却的均匀性。

Description

一种气体冷凝器

技术领域

本发明涉及气体除杂技术领域，特别是涉及一种气体冷凝器。

背景技术

在化工生产及冶金冶炼等行业，为了对某一生产工段进行工艺控制，就需要对这一工段所产生的气体进行组分分析，可以选取该工段产生的气体作为样气。

在进行气体数据分析以前需要进行预处理，所述预处理是指在进行气体数据分析以前进行的准备过程，预处理的主要目的是实现对气体的除水、除尘、降温和干燥等，以保证气体分析数据的准确性和可靠性，是气体分析中非常重要的环节。

请参考图1，图1为现有技术中气体冷凝器一种设置方式的剖面结构示意图。

现有的冷凝器通常采用螺旋管结构，如图1所示，现有的冷凝器包括在上下方向延伸的支撑管1’以及螺旋地环绕在支撑管1’外部的螺旋管2’，螺旋管2’的上端与进气接头3’连通，以便将待冷却气体引入螺旋管2’内，气体沿螺旋管2’向下流动的过程中向外散热降温；螺旋管2’的下端连通有出水接头4’，则在冷凝的过程中，气体中的水蒸气冷凝成液态水，沿螺旋管2’的管壁向下流动，并通过出水接头4’向外排出；螺旋管2’的下端与支撑管1’的下端连通，则经过螺旋管2’除水后的气体进入支撑管1’内，并沿支撑管1’向上流动，支撑管1’的上端与出气接头5’连通，以便除水后的气体通过出气接头5’流入气体分析装置进行分析处理。

在上述过程中，待冷却的气体处于螺旋管2’中，螺旋管2’的管径通常设置为圆形，则处于螺旋管2’内部的气体也呈圆形；通常情况下，螺旋管2’的管径较大，根据散热原理，靠近螺旋管2’管壁的气体（即处于外周的气体）的散热速度较快，处于圆形中间的气体的散热速度较慢，则中间的气体极有可能冷却不充分，导致气体冷却的均匀性较差；同时，螺旋管2’的管径较大，处于螺旋管2’内部的气体在其径向堆叠，降低了散热效率，导致采用螺旋管2’进行制冷的效果较差，气体中的水分不能充分去除，影响后续的气体分析。

又由于受到技术和成本的限制，很难在现有技术的基础上进一步缩小螺旋管2’的管径，因此，如何另辟蹊径，设计一种气体冷凝器，以提高制冷的均匀性，改善制冷效果，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体冷凝器，能够提高制冷的均匀性，改善制冷效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种气体冷凝器，包括竖直延伸的冷凝管，所述冷凝管包括内筒和套装在所述内筒外的外筒，所述内筒以其外壁与所述外筒的内壁贴合，且所述内筒与外筒之间开有螺旋槽，所述螺旋槽的两端分别与进气口和出气口连通。

可以将冷凝管设置为内外筒套装的结构，并在内外筒之间开设螺旋槽，这种结构的设置可以使得螺旋槽的槽道厚度设计的比较薄，与现有技术中管径较大的螺旋管相比，本发明螺旋槽内的气体厚度较薄，能够加快散热效率，以提高气体冷却速度，改善冷却效果；更为重要的是，由于上述结构可以使得螺旋槽的厚度变薄，故处于螺旋槽内侧的气体和处于螺旋槽外侧的气体向外散热的速度相差较小，从而能够提高气体冷却的均匀性。

优选地，所述螺旋槽的厚度不超过所述冷凝管的管径的5%，宽度不低于10mm。

优选地，所述内筒的外壁呈螺旋状向内凹进，以形成所述螺旋槽。

优选地，所述螺旋槽的槽道呈条带状设置，且所述槽道的厚度小于其宽度。

当螺旋槽的槽道呈条带状设置时，可以进一步减小槽道内气体的厚度，尽量使得气体在冷凝管的轴向均匀分布，以提高冷却均匀性，改善冷却效果。

优选地，所述螺旋槽的上端与所述进气口连通，下端与所述内筒的空腔连通，所述空腔的上端与所述出气口连通，所述螺旋槽和空腔的下端均与出水口连通。

可以将螺旋槽和空腔的下端与出水口连通，以便将冷却过程中形成的冷凝水在重力的作用下通过出水口流出，进而除去气体中的水分；同时，可以将出气口设置在上端，以便气体自然地向上运动并通过出气口排出，进行后续的样气分析处理。

优选地，还包括封堵在所述内筒和外筒上端的上端板，以及封堵在两者下端的下端板，所述进气口和出气口分别开设在所述上端板的两侧，所述出水口开设在所述下端板的中部。

可以在上端板的两侧开设进气口和出气口，从而将进气口和出气口相互分离，以免两者产生相互干扰。

优选地，所述上端板以其下端嵌入所述内筒，并在与所述螺旋槽上端的槽道对应的位置沿周向开设有凹槽，所述进气口由上至下延伸至所述凹槽，所述进气口、凹槽以及螺旋槽依次连通，所述出气口由上至下贯通所述上端板。

可以在上端部的周向开设凹槽，进而借助周向凹槽与螺旋槽连通，当气体经过进气口进入凹槽时，可以通过凹槽进行缓冲，以待冷却气体较为均匀地进去螺旋槽内进行冷却，提高冷却的充分性。

优选地，还包括与所述进气口连通的进气接头和与所述出气口连通的出气接头，所述进气接头的开口高于所述出气接头的开口。

由于进入进气口的气体温度较高，从出气口流出的气体温度较低，故可以设置进气接头的开口高于出气接头的开口，以保证高温气体顺利流入进气接头、低温气体顺利流出冷凝管。

优选地，还包括与所述出水口连通的出水接头。

优选地，所述出水口由上至下贯通所述下端板，所述下端板的内壁由外而内斜向下延伸至所述出水口的上端，从而在下端板上形成导流面，以便冷凝水顺利汇集到出水口后向外排出。

附图说明

图1为现有技术中气体冷凝器一种设置方式的剖面结构示意图；

图2为本发明所提供气体冷凝器在一种具体实施方式中的剖面结构示意图。

图1中：

1’支撑管、2’螺旋管、3’进气接头、4’出水接头、5’出气接头

图2中：

1冷凝管、11内筒、111空腔、12外筒、13螺旋槽、2进气口、3出气口、4出水口、5上端板、51凹槽、6下端板、7进气接头、8出气接头、9出水接头

具体实施方式

本发明的核心是提供一种气体冷凝器，能够改善制冷效果，使得各部分气体的温度较为均匀。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明所提供气体冷凝器在一种具体实施方式中的剖面结构示意图。

本发明的气体冷凝器，包括在竖直方向延伸的冷凝管1，冷凝管1包括内筒11和外筒12，外筒12套装在内筒11的外部，且内筒11的外壁与外筒12的内壁贴合，即内筒11与外筒12之间基本上不存在缝隙；在内筒11和外筒12之间可以开设螺旋槽13，螺旋槽13沿竖直方向在冷凝管1的周向环绕，且螺旋槽13的两端分别与进气口2和出气口3连通；通过上述结构，待冷却气体可以通过进气口2进入螺旋槽13内，并沿螺旋槽13流动，在螺旋槽13内不断流动的过程中通过外筒12不断向外散热，从而降低气体温度，当气体冷却完成后通过出气口3向外排出，进行后续的分析处理。

本文中所述竖直方向是指冷凝管1在正常使用状态时的安装状态，在使用状态，竖直向上的方向为上，竖直向下的方向为下；所述的内外以冷凝管1的中轴线为参照，靠近所述中轴线的方向为内，相应地，远离所述中轴线的方向为外。

冷凝管1在竖直方向延伸是指冷凝管1大体在竖直方向上延伸，即冷凝管1的轴向大体在竖直方向上，并非确切地指冷凝管1仅能够在竖直方向上贯通设置，其轴线可以相对竖直方向存在较小的偏离。

由于冷凝管1设置为内筒11和外筒12套装的结构形式，可以在两个筒壁之间加工形成螺旋槽13，此时能够更好地控制螺旋槽13的结构，以加工形成厚度较薄的槽道；与现有技术中管径较大的螺旋管相比，本发明的螺旋槽13可以设计形成较薄的槽道，以便气体较为均匀地平铺在槽道内，不仅可以加快散热速度，还可以提高散热的均匀性，改善制冷效果。

本发明的冷凝管1中，可以设置螺旋槽13的厚度H小于预定值，所述螺旋槽13的厚度H是指其槽道在冷凝管1径向上的尺寸；当螺旋槽13的厚度H小于预定值时，其厚度较薄，则处于螺旋槽13内部的气体和处于螺旋槽13外部的气体之间的距离较小，故内部气体与外部气体的散热速度相差较小，从而提高了气体冷却的均匀性，减小内外气体之间的冷却不均，改善制冷效果；可以理解，当螺旋槽13的厚度较薄时，处于其槽道内的气体基本上能够沿内筒11和外筒12的管道平铺设置，这种“气体薄层”的设置便于槽内气体的热量向外传递，以加快散热速度，提高冷却效率，使得气体更为充分的冷却，改善制冷效果。

所述预定值根据气体的冷却需求进行设置。气体在螺旋槽13内完成冷却，则其冷却时间为在螺旋槽13内的流动时间，螺旋槽13的长度越长、厚度越薄，冷却效果越好；在螺旋槽13长度一定的情况下，气体流经螺旋槽13后温度需要降低到一定程度，以满足后续的分析使用需求，则气体在流经厚度H为预定值的螺旋槽13后，能够满足使用需求的最低标准。

例如，所述螺旋槽13的厚度可以不超过所述冷凝管1的管径的5%，宽度可以不低于10mm，以便螺旋槽13形成扁平状的结构，利于增大气体与管道的接触面积，增强冷凝效果。

通常情况下，气体流经螺旋槽13后，气体内的水蒸气能够冷凝为液态水，以除去气体中的水分，便于后续进行气体成分的分析，故当螺旋槽13的厚度H设置为预定值时，气体的温度需要降低到能够将其中的大部分水蒸气冷凝成液态水的需求。显然，在气体存在气体冷凝需求时，可以调整所述预定值，以进一步缩小螺旋槽13的厚度H或者适当增加螺旋槽13的厚度H。

当然，螺旋槽13的厚度H设置还要兼顾冷却效率以及冷凝管1的长度等，以便更快、更好地实现气体冷却。

具体地，可以将内筒11的外壁呈螺旋状向内凹进，以形成所述螺旋槽13；也可以在外筒12的内壁上设置螺旋状凹进的槽道，以形成所述螺旋槽13；或者，可以将内筒11的外壁和外筒12的内壁分别朝向相反的方向凹进，以共同组合形成所述螺旋槽13。

将内筒11的外壁凹进形成螺旋槽13的结构中，可以简化螺旋槽13的加工过程，还可以使得外筒12保持原有的厚度，以便整个冷凝管1具有较高的强度。

螺旋槽13的槽道可以设置为条带状，还可以设置槽道的厚度H小于其宽度，所述宽度是指螺旋槽13的槽道在上下方向的距离；当槽道的厚度H小于其宽度时，较多的气体沿冷凝管1的轴向分布，不会过多地积压在槽道的厚度方向，故气体在流动的过程中可以与内筒11和外筒12的筒壁充分接触，以加快散热速度，实现气体的充分冷却；由于槽道的厚度H较小，在径向的中间区域不存在过多气体，与现有技术的螺旋管相比，不会出现中间气体冷却不充分的现象，可以提高气体冷却的均匀性。

同时，条带状的槽道结构可以使得气体在轴向上的厚度H较为均匀，且保持在较薄状态，以均衡气体的冷却速度，进一步提高制冷效果。

可以想到，螺旋槽13的槽道还可以设置为其他形状，例如，槽道在轴向上的截面可以呈倒置的梯形。所述倒置的梯形是指，梯形的长边处于外侧，短边处于内侧，则槽道的宽度在由内而外的方向上递增，以便更多的气体处于槽道的外侧，以加快冷却速度，改善冷却效果，更为充分地去除气体中所含的水分。

螺旋槽13的槽道还可以根据需要设置为其他规则或者不规则的形状，以改善制冷效果。

详细地，内筒11的中部具有空腔111，空腔111的上端与出气口3连通；螺旋槽13的上端可以与进气口2连通，下端与内筒11的空腔111连通，则螺旋槽13的下端可以通过空腔111与出气口3连通；空腔111和螺旋槽13的下端均与出水口4连通，如图2所示。

采用上述结构，气体从螺旋槽13的上端进入，并从下端流入空腔111内，在此过程中，冷却形成的冷凝水也流入空腔111中，则冷凝水在重力的作用下向下流动，通过出水口4向外排出，经过除水处理后的气体由于密度较小，会沿空腔111向上运动，并从空腔111上端的出气口3向外排出。

可见，通过上述结构设置，冷却后的气体可以首先进入空腔111内进行缓冲，给予水蒸气充分的冷凝时间，以便气体充分干燥后通过空腔111的上端流入出气口3；同时，冷凝水可以在重力的作用下通过空腔111的下端进入出水口4，无需提供排水动力，进一步简化了结构。

在上述基础上，还可以在内筒11和外筒12的上端设置上端板5，以便将两者的上端封堵，在内筒11和外筒12的下端设置下端板6，以便将两者的下端封堵，则空腔111相当于一个封闭的腔体；进气口2和出气口3均可以开设在上端板5上，且进气口2和出气口3分别设置在上端板5的两侧，即两者相互远离，避免两者距离较近产生干扰，且不便于安装；出水口4可以开设在下端板6的中部，以便将冷凝水汇集后向外排出。

通常情况下，所述进气口2和出气口3分别处于所述上端板5的两侧是指，进气口2和出气口3分别处于上端板5的两个半圆内，或者两者不处于上端板5的同一个1/4扇形区域内；出水口4处于下端板6的中部是相对于两端而言的，并非确切地指正中间位置，也就是说，出水口4可以开设在由下端板6的中心向外扩散一定距离所形成的中间区域。

上端板5可以以其下端嵌入内筒11内，如图2所示，然后在上端板5上与螺旋槽13的上端槽道对应的位置开设凹槽51，凹槽51沿周向延伸，以便与螺旋槽13的上端槽道在周向上连通；进气口2由上至下延伸至凹槽51处，并与凹槽51连通，则进气口2、凹槽51和螺旋槽13依次连通，以便将气体引入螺旋槽13内进行冷却；出气口3由上至下贯通上端板5，以便与空腔111连通。

由于进气口2通过凹槽51与螺旋槽13连通，则气体可以首先通过进气口12进入凹槽51内，并存储在凹槽51内，然后借助凹槽51向螺旋槽13均匀扩散，以便对气体进行均衡，减缓气体的流速，进而使得气体在螺旋槽13内进行充分冷却；凹槽51可以实现进气口2与螺旋槽13的衔接，减小气体流向的突变对气体流速和流量的影响。

出气口3可以直接贯通设置在上端板5上，以便除水后的气体通过空腔111顺利流向出气口3，减小气体流出的阻力，从而将除水后的气体更快、更好地引出。

为便于气体的流入和流出，还可以在进气口2上连通进气接头7，出气口3上连通出气接头8，且进气接头7的开口高于出气接头8的开口。

由于从进气接头7进入的气体为未经冷却的高温气体，其密度较小，而从出气接头8流出的气体为冷却后的低温气体，其密度相对冷却前要低，如果两个接头处于同一高度或者进气接头7低于出气接头8，很可能导致高温气体与气温气体的相互干扰，影响冷却的顺利进行。因此，可以设置进气接头7和出气接头8，不仅便于对气体进行引导，还可以设置两个接头的高度，避免进气与出气相互干扰，保证了冷却的顺利进行，提高了冷却效率。

同理，还可以在出水口4上连通出水接头9，将冷凝水通过出水接头9向外排出。

同时，出水口4还可以由上至下贯通下端板6，且下端板6的内壁可以由外而内斜向下延伸，直至到达出水口4的上端口，则下端办6的内壁相当于导流板，将凝结在内筒11内壁上的冷凝水引入出水口4，便于冷凝水进入出水口4而排出，达到较好的除水效果。

另外，本文中所述的由上至下贯通是指其中轴线基本处于上下方向，也可以偏离上下方向较小的角度；当然，贯通的方向为由上至下或者由下至上均不影响所形成的结构。

需要说明的是，图2中的实心箭头表示未冷却气体的流动方向；空心箭头表示冷却后气体的流动方向，且图2中左侧表示上方，右侧表示下方。

以上对本发明所提供的气体冷凝器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气体冷凝器，包括竖直延伸的冷凝管(1)，其特征在于，所述冷凝管(1)包括内筒(11)和套装在所述内筒(11)外的外筒(12)，所述内筒(11)以其外壁与所述外筒(12)的内壁贴合，且所述内筒(11)与外筒(12)之间开有螺旋槽(13)，所述螺旋槽(13)的两端分别与进气口(2)和出气口(3)连通；

所述螺旋槽(13)的上端与所述进气口(2)连通，下端与所述内筒(11)的空腔(111)连通，所述空腔(111)的上端与所述出气口(3)连通，所述螺旋槽(13)和空腔(111)的下端均与出水口(4)连通。

2.如权利要求1所述的气体冷凝器，其特征在于，所述螺旋槽(13)的厚度不超过所述冷凝管(1)的管径的5％，宽度不低于10mm。

3.如权利要求2所述的气体冷凝器，其特征在于，所述螺旋槽(13)的槽道呈条带状设置，且所述槽道的厚度小于其宽度。

4.如权利要求3所述的气体冷凝器，其特征在于，所述内筒(11)的外壁呈螺旋状向内凹进，以形成所述螺旋槽(13)。

5.如权利要求1-4任一项所述的气体冷凝器，其特征在于，还包括封堵在所述内筒(11)和外筒(12)上端的上端板(5)，以及封堵在两者下端的下端板(6)，所述进气口(2)和出气口(3)分别开设在所述上端板(5)的两侧，所述出水口(4)开设在所述下端板(6)的中部。

6.如权利要求5所述的气体冷凝器，其特征在于，所述上端板(5)以其下端嵌入所述内筒(11)，并在与所述螺旋槽(13)上端的槽道对应的位置沿周向开设有凹槽(51)，所述进气口(2)由上至下延伸至所述凹槽(51)，所述进气口(2)、凹槽(51)以及螺旋槽(13)依次连通，所述出气口(3)由上至下贯通所述上端板(5)。

7.如权利要求1-4任一项所述的气体冷凝器，其特征在于，还包括与所述进气口(2)连通的进气接头(7)和与所述出气口(3)连通的出气接头(8)，所述进气接头(7)的开口高于所述出气接头(8)的开口。

8.如权利要求7所述的气体冷凝器，其特征在于，还包括与所述出水口(4)连通的出水接头(9)。

9.如权利要求8所述的气体冷凝器，其特征在于，所述出水口(4)由上至下贯通所述下端板(6)，所述下端板(6)的内壁由外而内斜向下延伸至所述出水口(4)的上端。