本發(fā)明涉及氣體熱交換裝置，具體涉及氣體雙渦旋換熱裝置。

背景技術(shù)：

本裝置應(yīng)用于氣體分析或過程控制領(lǐng)域，對氣體進(jìn)行換熱降溫；各種過程氣體或環(huán)境氣體中均含有一定比例的水分子，當(dāng)溫度由高溫迅速降低至低溫時，氣體中的水分子將快速飽和并凝結(jié)為液態(tài)，利用換熱裝置可將氣體中的水分子快速飽和凝結(jié)并排出；通過換熱溫度的設(shè)定不同，可將氣體中水分子比例控制在一定數(shù)值內(nèi)，進(jìn)而可以得到設(shè)定露點溫度的氣體。

目前，同類換熱裝置主要分為射流型熱交換裝置及內(nèi)盤管型熱交換裝置。

射流型熱交換裝置采用一組內(nèi)外不連通的腔體設(shè)計，共分為頂部加速腔體，中間直通腔體，外部換熱腔體及真空隔溫腔體四部分；降溫外殼包裹外部腔體；熱交換過程為，高溫氣體經(jīng)由頂部預(yù)先冷卻腔體減速后，進(jìn)入中間隔熱腔體至隔熱腔體底部，由隔熱腔體底部外側(cè)開口反彈后沿外部腔體側(cè)壁直線向上，利用包裹外部腔體的降溫外殼提供低溫，在外部腔體處進(jìn)行熱交換，冷凝后的液態(tài)水經(jīng)由外部腔體底部排液口排出；該裝置出現(xiàn)在上世紀(jì)末期，主要為歐洲公司所應(yīng)用，該技術(shù)特點為吸收率低，換熱效率高，設(shè)備體積小，氣體阻力小，但受限制于整體體積大小及氣體反彈后射流向上原理限制，不能應(yīng)用于氣體流量大，即換熱量大的領(lǐng)域，主要應(yīng)用于小流量換熱領(lǐng)域。

內(nèi)盤管型熱交換裝置，是最為原始的熱交換裝置，多數(shù)采用單一腔體設(shè)計，伴隨加工技術(shù)的進(jìn)步，目前也有使用雙腔體設(shè)計的內(nèi)盤管型熱交換裝置出現(xiàn)；氣體經(jīng)由頂部連接管直接進(jìn)入盤管(長度約為實際熱交換腔體的5-10倍)，氣體沿盤管向下運(yùn)動至底部，排液口同樣設(shè)置在底部，外腔體為換熱腔體，氣體運(yùn)動至底部后，沿外腔體壁向上運(yùn)動，由于內(nèi)外腔體之間無隔絕，氣體向上運(yùn)動過程中容易產(chǎn)生紊流及亂流現(xiàn)象，熱交換效率很低，如遇有溶解于液體的氣體組份極容易被吸收；后期出現(xiàn)帶有隔絕腔體設(shè)計的熱交換技術(shù)，隔絕腔采用夾套形式，內(nèi)部充有冷凝液(防凍液)，用來提高氣體進(jìn)入時沿盤管運(yùn)動過程中的熱交換效率，但同樣存在熱交換效率低，冷凝控制不準(zhǔn)確，氣體組份容易吸收的情況；其特點為，制造成本低廉，由于熱交換過程由盤管長度決定，故該裝置可做到換熱量大；但換熱效率低，吸收率極高，氣體阻力大，內(nèi)部容易出現(xiàn)紊流或亂流，氣體換熱段不統(tǒng)一，換熱過程混亂，設(shè)備體積大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了氣體雙渦旋換熱裝置，其可針對高含水量氣體，具有換熱量大，低氣體吸收，換熱效率高，低氣體阻力的優(yōu)點。

本發(fā)明的氣體雙渦旋換熱裝置，包括內(nèi)管狀腔體和外管狀腔體，內(nèi)管狀腔體容置于外管狀腔體內(nèi)，內(nèi)管狀腔體上部側(cè)壁設(shè)有進(jìn)氣開口，外管狀腔體對應(yīng)位置設(shè)有進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口向內(nèi)延伸連通于內(nèi)管狀腔體的進(jìn)氣開口處，將內(nèi)管狀腔體懸空固定于外管狀腔體內(nèi)，內(nèi)管狀腔體下部側(cè)壁開設(shè)有至少一個出氣開口，外管狀腔體相對進(jìn)氣口的另一側(cè)側(cè)壁上設(shè)有出氣口，外管狀腔體下底壁設(shè)有冷凝排液口，利用離心力及重力原理，熱交換后產(chǎn)生的冷凝液體將順著外管狀腔體內(nèi)側(cè)壁垂直向下由冷凝排液口排出；

所述內(nèi)管狀腔體由上部的渦旋增壓進(jìn)氣腔體、中部的高速直噴腔體以及下部的增壓排氣腔體一體構(gòu)成；所述渦旋增壓進(jìn)氣腔體為中空的圓柱狀結(jié)構(gòu)；所述高速直噴腔體為中空的管狀結(jié)構(gòu)；所述增壓排氣腔體為中空的圓柱狀結(jié)構(gòu)；且渦旋增壓進(jìn)氣腔體和增壓排氣腔體的內(nèi)徑均大于高速直噴腔體的內(nèi)管徑，其目的是使進(jìn)氣在渦旋增壓進(jìn)氣腔體內(nèi)進(jìn)行增壓，氣體在這一腔體內(nèi)開始進(jìn)行熱交換過程中的預(yù)降溫，然后由于高速直噴腔體的內(nèi)管徑小，由渦旋增壓進(jìn)氣腔體進(jìn)入高速直噴腔體的氣體會加速通過高速直噴腔體，當(dāng)高速氣體進(jìn)入增壓排氣腔體時，由于增壓排氣腔體的內(nèi)徑大于高速直噴腔體的內(nèi)管徑，高速氣體在此處再次進(jìn)行增壓，然后由至少一個出氣開口高速噴出；

所述內(nèi)管狀腔體的進(jìn)氣開口對應(yīng)開設(shè)于外管狀腔體進(jìn)氣口中線延長線在內(nèi)管狀腔體側(cè)壁的切線位置，以便進(jìn)氣由外管狀腔體的進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)管狀腔體的進(jìn)氣開口后，沿著渦旋增壓進(jìn)氣腔體的圓柱體結(jié)構(gòu)的側(cè)壁螺旋向下移動，由于壓力差，旋轉(zhuǎn)過程中，氣體將產(chǎn)生一定的向下壓力及離心旋轉(zhuǎn)力，使得氣體加速向下運(yùn)動，快速通過頂部腔體；

所述增壓排氣腔體的下部側(cè)壁沿側(cè)壁雙向?qū)ΨQ切線位置開設(shè)有2個出氣開口，高速氣體進(jìn)入增壓排氣腔體后，由于增壓排氣腔體底部為封閉狀態(tài)，并且腔體采用圓柱形結(jié)構(gòu)，高速氣體將在這一空間內(nèi)積攢較大壓力，高速氣體將由該2個出氣開口噴出，增壓排氣腔體與高速直噴腔體由于內(nèi)徑不同，增壓排氣腔體內(nèi)徑大于高速直噴腔體內(nèi)管徑，由此由上至下構(gòu)成擴(kuò)散口結(jié)構(gòu)設(shè)計，此設(shè)計可將高速氣體較為均勻的分布于增壓排氣腔體的圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)，并產(chǎn)生一定的氣體向上旋轉(zhuǎn)效果；當(dāng)經(jīng)過兩次增壓后的氣體由增壓排氣腔體切線方向的出氣開口噴出時，由于外管狀腔體內(nèi)壁同樣為圓柱體，氣體將沿外管狀腔體內(nèi)壁進(jìn)行再次加速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中，由于熱交換出口位于外管狀腔體上部，氣體將沿外管狀腔體壁進(jìn)行盤旋向上運(yùn)動，實際換熱距離為外部腔體圓柱體螺旋向上的距離總和，既保持了內(nèi)盤管型熱交換裝置換熱面積大的優(yōu)點，又避免了內(nèi)盤管型熱交換裝置產(chǎn)生紊流及亂流現(xiàn)象。

所述內(nèi)管狀腔體的渦旋增壓進(jìn)氣腔體外側(cè)壁、高速直噴腔體外側(cè)壁以及增壓排氣腔體的外側(cè)壁的外徑一致，外管狀腔體的內(nèi)側(cè)壁由上至下的內(nèi)徑一致，且內(nèi)管狀腔體和外管狀腔體同軸，氣體在換熱過程中，內(nèi)外管狀腔體之間的空間厚度保持一致，可有效降低氣體螺旋上升的阻力。

所述高速直噴腔體的側(cè)壁為真空隔熱夾套腔體結(jié)構(gòu)，有效避免氣體在內(nèi)管狀腔體內(nèi)部就與外管狀腔體進(jìn)行熱量交換，避免冷凝液體在內(nèi)管狀腔體內(nèi)留存，從而降低換熱效率，避免換熱樣品組份的損失。

所述內(nèi)管狀腔體外頂壁與外管狀腔體內(nèi)頂壁相鄰接，之間的空間夾層增加了氣體的熱交換面積，同時避免了剛進(jìn)入內(nèi)管狀腔體的氣體之間與外管狀腔體進(jìn)行熱交換，杜絕了冷凝液體在內(nèi)管狀腔體內(nèi)的產(chǎn)生。

所述外管狀腔體的進(jìn)氣口、出氣口以及冷凝排液口外管壁上分別設(shè)有內(nèi)凹環(huán)槽，以便使套接的軟管連接更穩(wěn)固。

工作原理

當(dāng)氣體進(jìn)入外管狀腔體的進(jìn)氣口后，沿渦旋增壓進(jìn)氣腔體切線方向進(jìn)入，氣體將沿渦旋增壓進(jìn)氣腔體的中空的圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，氣體在這一腔體內(nèi)開始進(jìn)行熱交換過程中的預(yù)降溫，由于壓力差，旋轉(zhuǎn)過程中，氣體將產(chǎn)生一定的向下壓力及離心旋轉(zhuǎn)力，使得氣體加速向下運(yùn)動，快速通過渦旋增壓進(jìn)氣腔體，進(jìn)入高速直噴腔體；

高速直噴腔體為管狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)由頂部渦旋增壓進(jìn)氣腔體渦旋增壓后的氣體將高速通過高速直噴腔體，進(jìn)入增壓排氣腔體，高速直噴腔體采用真空隔熱夾套腔體結(jié)構(gòu)，有效避免內(nèi)管狀腔體與外管狀腔體進(jìn)行熱量交換；

高速氣體進(jìn)入增壓排氣腔體后，由于增壓排氣腔體底部為封閉狀態(tài)并采用中空的圓柱體結(jié)構(gòu)，氣體將在這一空間內(nèi)積攢較大壓力，在增壓排氣腔體下部，沿雙向?qū)ΨQ切線位置設(shè)置2個出氣開口，氣體將由該出氣開口流出，增壓排氣腔體與高速直噴腔體連接處為擴(kuò)散口結(jié)構(gòu)，可將氣體較為均勻的分布于中空的圓柱體內(nèi)，并產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)效果；

當(dāng)氣體經(jīng)過兩次增壓后噴出至外管狀腔體內(nèi)壁時，由于外管狀腔體內(nèi)壁同樣為中空的圓柱體結(jié)構(gòu)，氣體將沿外管狀腔體內(nèi)壁的中空的圓柱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行再次加速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中，由于熱交換出氣口位于外管狀腔體上部，氣體將沿外管狀腔體內(nèi)壁的中空的圓柱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行盤旋向上運(yùn)動，有利于氣體高速運(yùn)動離開氣體雙渦旋換熱裝置，實際換熱距離為外管狀腔體的中空的圓柱體螺旋向上的距離總和；換熱過程內(nèi)管狀腔體和外管狀腔體之間的空間厚度一致，可有效降低氣體阻力；利用離心力及重力原理，熱交換后產(chǎn)生的冷凝液體將垂直向下由冷凝排液口排出。

有益效果

本發(fā)明可針對高含水量氣體進(jìn)行熱交換工作，其具有換熱量大，低氣體吸收，換熱效率高，低氣體阻力的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的整體正視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1的a-a向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖2的b-b向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是圖3的c-c向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是圖3的局部放大剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參見圖1-6所示，氣體雙渦旋換熱裝置，包括內(nèi)管狀腔體1和外管狀腔體2，內(nèi)管狀腔體1容置于外管狀腔體2內(nèi)，內(nèi)管狀腔體1上部側(cè)壁設(shè)有進(jìn)氣開口11，外管狀腔體2對應(yīng)位置設(shè)有進(jìn)氣口21，該進(jìn)氣口21向內(nèi)延伸連通于內(nèi)管狀腔體1的進(jìn)氣開口11處，將內(nèi)管狀腔體1懸空固定于外管狀腔體2內(nèi)，內(nèi)管狀腔體1下部側(cè)壁開設(shè)有2個出氣開口12，外管狀腔體2相對進(jìn)氣口21的另一側(cè)側(cè)壁上設(shè)有出氣口22，外管狀腔體2下底壁設(shè)有冷凝排液口23；

所述內(nèi)管狀腔體1由上部的渦旋增壓進(jìn)氣腔體13、中部的高速直噴腔體14以及下部的增壓排氣腔體15一體構(gòu)成；所述渦旋增壓進(jìn)氣腔體13為中空的圓柱狀結(jié)構(gòu)；所述高速直噴腔體14為中空的管狀結(jié)構(gòu)；所述增壓排氣腔體15為中空的圓柱狀結(jié)構(gòu)；且渦旋增壓進(jìn)氣腔體13和增壓排氣腔體15的內(nèi)徑均大于高速直噴腔體14的內(nèi)管徑；

所述內(nèi)管狀腔體1的進(jìn)氣開口11對應(yīng)開設(shè)于外管狀腔體2進(jìn)氣口21中線延長線在內(nèi)管狀腔體1側(cè)壁的切線位置；

所述增壓排氣腔體15的下部側(cè)壁沿側(cè)壁雙向?qū)ΨQ切線位置開設(shè)有2個出氣開口12。

所述內(nèi)管狀腔體1的渦旋增壓進(jìn)氣腔體13外側(cè)壁、高速直噴腔體14外側(cè)壁以及增壓排氣腔體15的外側(cè)壁的外徑一致，外管狀腔體2的內(nèi)側(cè)壁由上至下的內(nèi)徑一致，且內(nèi)管狀腔體1和外管狀腔體2同軸。

所述高速直噴腔體14的側(cè)壁為真空隔熱夾套腔體結(jié)構(gòu)。

所述內(nèi)管狀腔體1外頂壁與外管狀腔體2內(nèi)頂壁相鄰接。

所述外管狀腔體2的進(jìn)氣口21、出氣口22以及冷凝排液口23外管壁上分別設(shè)有內(nèi)凹環(huán)槽3。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)裝置的露點溫度和溶解率參數(shù)對比表：

本發(fā)明可使現(xiàn)有的氣體換熱技術(shù)在有限的空間內(nèi)，有效提升熱交換效率；以25℃環(huán)境溫度，將熱交換腔體外壁使用5℃腔體包裹，在出口處50cm處檢測露點溫度，25℃環(huán)境溫度的氣體，通入可溶解于水的so2氣體進(jìn)行測試，測試溶解率。

盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。