[實(shí)用新型]一種熱管式渦流管

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820012503.0
• 申請(qǐng)日: 2008-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201215415Y
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡大鵬;朱徹;代玉強(qiáng);鄒久朋;邱中華;馬慶芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B9/04
• 分類號(hào): F25B9/04;F28D15/02
• 代理公司: 大連八方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 朱秀芬

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及渦流管能量分離和重力式熱管換熱器機(jī)理，屬于壓力氣體節(jié)流降壓和低溫分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

渦流管是一種直接利用壓力氣體制冷、制熱，并實(shí)現(xiàn)冷、熱量分離的裝置。它先將氣體壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)渦流內(nèi)、外層的能量交換，分成總焓不相等的冷、熱兩股氣流。渦流管一般由入口管、一至數(shù)個(gè)切向噴嘴、渦流腔、冷、熱端出口管等組成。工作時(shí)，高壓氣體經(jīng)入口管流入切向噴嘴，產(chǎn)生高速氣流，然后進(jìn)入渦流腔。在相等的動(dòng)量矩下，旋渦內(nèi)層角速度遠(yuǎn)大于外層，靠動(dòng)量交換將動(dòng)能傳至外層，自身焓降低，而外層的焓上升。分別從中心和外周處將氣體導(dǎo)出，就可以得到冷、熱兩股氣流。與此同時(shí)，出口氣體的壓力比入口有較大的降低，相當(dāng)于有節(jié)流閥的節(jié)流作用。

傳統(tǒng)的渦流管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)件、造價(jià)低、流量可調(diào)、操作方便易維護(hù)、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，又具有制冷、制熱、分離、抽真空等多方面的功能。但是存在的問(wèn)題也很多：(1)因噴嘴喉部高流速區(qū)的溫度太低而造成冰堵，是難以推廣到高壓氣含水分場(chǎng)合應(yīng)用的主要原因。(2)熱端能量常得不到充分的利用。(3)作為制冷器的效率不高。

當(dāng)高壓氣體通過(guò)節(jié)流閥降壓時(shí)，因節(jié)流效應(yīng)而降溫，如果氣體中含有凝點(diǎn)較高的成分如水分等，就很容易因降溫而凍堵。因此，在天然氣和石油伴生氣等開(kāi)采和輸送的過(guò)程中，在節(jié)流降壓之前，通常先須將高壓氣體用燃油或燃?xì)鉅t加熱，既浪費(fèi)能源又增加了設(shè)備的投資。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種體積小、全靜止結(jié)構(gòu)、在節(jié)流降壓防凍堵方面有著明顯優(yōu)勢(shì)的熱管式渦流管，同時(shí)，它還能很好地適用于帶液氣體的節(jié)流降壓，以及在制冷的同時(shí)，一并進(jìn)行氣液分離。

本實(shí)用新型一種熱管式渦流管與其節(jié)流降壓技術(shù)的原理為：利用渦流管熱流端產(chǎn)生的高溫作為熱源，設(shè)置一重力式熱管換熱器。其蒸發(fā)段為渦流管的熱端，冷凝段則設(shè)置在噴嘴流道壁的周邊。渦流管工作時(shí)，在切向噴嘴處局部地區(qū)，因靜溫過(guò)低，致使氣流中凝點(diǎn)較高組分在壁面凍結(jié)，而熱管則將渦流管熱端產(chǎn)生的熱量傳遞到噴嘴壁面，使凍結(jié)融化或不凍，實(shí)現(xiàn)在高壓力比節(jié)流情況下不產(chǎn)生凍堵的目的。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為：熱管式渦流管，由外殼上段2、密封擋板3、入口管4、噴嘴流道盤(pán)7、徑向噴嘴流道8、噴嘴盤(pán)下封蓋9、外殼下段10、渦流腔管11、排污口14、連通管21、渦流腔22和冷孔板25等組成，其特征在于，利用了渦流管延長(zhǎng)段和熱流出口管即渦流腔管11的管外壁，和熱管外套12圍封成了一段外夾套，形成環(huán)形截面的空腔作為熱管的蒸發(fā)室即熱管腔18，內(nèi)盛可蒸發(fā)的工質(zhì)，渦流腔管11向下安放，熱管腔18的上部是噴嘴流道盤(pán)7，在噴嘴流道盤(pán)7上有連通管21貫通到噴嘴盤(pán)上表面空腔23。熱管腔18的內(nèi)圍是渦流管延長(zhǎng)段和熱流出口管即渦流腔管11的外壁。熱管腔18內(nèi)的工質(zhì)蒸發(fā)之后由于密度減小而上浮，可以直接與加工有徑向噴嘴流道和渦流腔的扁盤(pán)型元件的下端面接觸，放熱冷凝并貼壁流下，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。為了增加噴嘴流道周?chē)睦淠龘Q熱面積，本實(shí)用新型還采用在噴嘴流道元件的固體實(shí)體上開(kāi)孔的方法，將蒸發(fā)的工質(zhì)引導(dǎo)到噴嘴流道元件的上端面和在開(kāi)孔的內(nèi)側(cè)壁面進(jìn)行冷凝，在上端面冷凝的工質(zhì)再通過(guò)開(kāi)孔流回到下面熱管的蒸發(fā)室。

熱管中工質(zhì)的蒸發(fā)熱源來(lái)自于渦流管延長(zhǎng)段和熱流出口管內(nèi)的熱股流，熱股流的熱量是通過(guò)管段管壁傳給外夾套環(huán)形截面熱管腔中的工質(zhì)的。

由于本實(shí)用新型以節(jié)流降壓為主要應(yīng)用目的，因此其壓降比一般會(huì)顯著大于氣體的臨界膨脹比，故該渦流管采用機(jī)械能損失盡量小的拉伐爾超音速噴嘴，流道漸擴(kuò)段最大截面積大于喉部，使壓力能盡量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，以增強(qiáng)降壓效果和漩渦的強(qiáng)度。由于漩渦強(qiáng)度越強(qiáng)，熱流溫度越高，因此可以更強(qiáng)烈地加熱超音速噴嘴的低溫易凍堵段。

本實(shí)用新型一種熱管式渦流管雖然是以渦流管的原理進(jìn)行降壓的，但高、低溫流體焓的總和與來(lái)流相等，高、低溫流體混合后的溫度依然是節(jié)流降壓所能獲得的溫度，因此，氣體中的易凝重組分就可以在渦流管之后采用分離器進(jìn)行分離，其效果跟節(jié)流閥節(jié)流是相同的。還可以將兩股流進(jìn)行無(wú)混合熱交換，再分離熱股流變冷后的凝液。由于熱股流中重組分的分壓較高，采用此種工藝過(guò)程可以分離出比節(jié)流閥節(jié)流降壓更多的重組分凝液。

本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果是：(1)高壓力比下順利降壓，沒(méi)有凍堵現(xiàn)象；(2)可實(shí)現(xiàn)輕重組分的分離。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型熱管式渦流管的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)的示意圖。