CN110567181A - 一种气液两相涡流管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种气液两相涡流管，包括：涡流室，设置于管体的内部，用于对工作介质进行降压和加速；进气管道，与涡流室连通，连接于管体的顶部，具有进口，用于工作介质进入涡流室；气液分离结构，设置于涡流室内，用于将工作介质中的液体分离出来；冷端管道，设置于本体的一端，具有用于低温气体流出的冷端出口；热端管道，设置于本体的另一端，具有用于高温气体流出的热端出口；以及液体管道，与涡流室连通，设置于气液分离结构的底部，具有液体出口，其中，气液分离结构为刻于本体内壁的多个条缝形凹槽。本发明的气液两相涡流管能够在保证热端管流场不受影响的情况下，分离出液体，排除液体蒸发吸热加大涡流管的冷热效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡流管，具体涉及一种气液两相涡流管。
背景技术
涡流管是一种体积小、结构简单、无运动部件的冷热分离装置，操作方便、造价相对较低。传统的涡流管是应用压缩空气作工作介质，把压缩空气分离成一股冷气流以产生冷效应，另一股为热气流被排掉。涡流管工作原理及特点为高压气体由涡流管进口进入，膨胀降压后，几乎以自由涡流形式进入涡流室，气流的边界角速度很小，中心点的角速度很大，由于粘性力的作用，气流在向前流动的过程中，内层气流速度逐渐减小，外层气流速度逐渐增大，从而实现了功从内层传向外层，内层气流温度降低，外层气流温度升高，这就是所谓的涡流效应，最后热气流从热端出口流出，冷气流从冷端流出。传统的涡流管应用的气体不存在汽液相变，只有两个出口：一个冷气体出口和一个热气体出口。
在二氧化碳跨临界蒸汽压缩制冷循环中，传统的膨胀阀节流过程是等焓过程，由于高低压差大，例如：从120bar降到30bar，节流造成的不可逆损失大。当采用涡流管代替传统的膨胀阀时，降压过程接近等熵过程，不可逆损失降低，制冷系统的循环性能得到提高。但是，不论是在二氧化碳跨临界蒸汽压缩制冷循环中，还是在传统氟利昂的亚临界在蒸汽压缩制冷循环中，经降温后的高压气体或液体经涡流管降压后进入汽液两相区，涡流管除了需要对其中的汽相进行冷热分离，分成冷气体和热气体外，也需要对液相进行分离。否则，液相在涡流管的热端吸热蒸发，会造成汽相的冷热分离效果变差。因此，设计开发新型的可进行液体分离的汽液两相涡流管是非常重要的。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种气液两相涡流管。
本发明提供了一种气液两相涡流管，具有这样的特征，包括：涡流室，设置于管体的内部，用于对工作介质进行降压和加速；进气管道，与所述涡流室连通，连接于所述管体的顶部，具有进口，用于所述工作介质进入所述涡流室；气液分离结构，设置于所述涡流室内，用于将所述工作介质中的液体分离出来；冷端管道，设置于所述管体的一端，具有用于低温气体流出的冷端出口；热端管道，设置于所述管体的另一端，具有用于高温气体流出的热端出口；以及液体管道，与所述涡流室连通，设置于所述气液分离结构的底部，具有液体出口，其中，所述气液分离结构为刻于所述管体内壁的多个条缝形凹槽。
在本发明提供的气液两相涡流管中，还可以具有这样的特征：其中，液体出口的形状为长方形、圆形或喇叭口形。
在本发明提供的气液两相涡流管中，还可以具有这样的特征：其中，各个所述条缝形凹槽之间相互平行或相互交错。
在本发明提供的气液两相涡流管中，还可以具有这样的特征：其中，工作介质为气液两相介质。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的气液两相涡流管，因为具有置于管体内的涡流室，所以能够对工作介质进行降压和加速；因为具有与涡流室连通的进气管道，所以工作介质能够进入涡流室进行降压和加速；因为具有气液分离结构，所以能够对工作介质进行分离；因为具有冷端管道、热端管道和液体管道，所以能够将分离的液体和气体通过不同的管口流出，还能够将不同温度的气体分别流出。
因此，本实施例的气液两相涡流管结构简单，使用方便，在保证热端管道流场不受影响的情况下，分离出液体，排除液体蒸发吸热加大涡流管的冷热效应，另外特别适用于节流过程涉及气液两相的蒸汽压缩制冷系统以及分离气液两相的化工石油系统的，并且在涡流管制冷领域，提高了制冷量及循环效率；在石油化工气液分离领域，维修方便，没有运动部件，还具有潜在的经济价值。
附图说明
图1是本发明的实施例中气液两相涡流管的结构示意图；
图2是本发明的实施例中气液两相涡流管中的气液分离结构的展开示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
本实施例的一种气液两相涡流管100，包括：涡流室10、进气管道20、气液分离结构30、冷端管道40、热端管道50以及液体管道60。
涡流室10设置于管体的内部，用于对工作介质进行降压和加速。
本实施例中，工作介质为气液两相介质。
进气管道20与所述涡流室10连通，连接于所述管体的顶部，具有进口21，用于所述工作介质进入所述涡流室10。
气液分离结构30设置于所述涡流室10内，用于将所述工作介质中的液体分离出来，所述气液分离结构30为刻于所述管体内壁的多个条缝形凹槽，各个所述条缝形凹槽之间相互平行或相互交错。
气液分离结构30与进气管道20之间的距离为约一个进气管口21的直径。
每个条缝的深度、长度、条缝之间的排列形式是各种各样的，其具体的排列形式与气液两相介质的种类、压力和温度有关。
本实施例中的介质为气液两相介质，则各个条缝形凹槽之间相互平行。
工作介质还可以为气固两相介质或液固两相介质。
冷端管道40设置于所述管体的一端，具有用于低温气体流出的冷端出口。
热端管道50设置于所述管体的另一端，具有用于高温气体流出的热端出口51。
液体管道60与所述涡流室10连通，设置于所述气液分离结构30的底部，具有液体出口61，液体出口61的形状为长方形、圆形或喇叭口形。
本实施例中，液体出口的形状为长方形。
工作介质旋转流经热端管道50时，液体的离心力较大，贴近热端管道50的内壁，在经过气液分离结构30时液滴被条缝形凹槽捕获收集，并在重力作用下，液滴经液体出口61流入液体管道60。
当将本实施例的气液两相涡流管100应用到二氧化碳跨临界制冷系统时的具体过程为：
气体冷却器出来的超临界高压二氧化碳气体通过进口21进入进气管道20后经由涡流室10降压、加速，然后以很高的速度沿切线方向进入热端管道50，由于压力降低，在经过汽液分离结构30时，二氧化碳处于两相流状态，由于液体的密度大于气体的密度，在离心力的作用下，液体贴近热端管道50壁面，液滴流经汽液分离结构30时被条缝形凹槽捕获聚集，在重力的作用下，经液体出口61流入液体管道60，然后再与冷端出口40的冷气体汇合后流入蒸发器。气液分离后的气体二氧化碳继续沿热端管道流动，最后分离成温度不相等的两部分气流，高温二氧化碳气体自热端出口51流出，低温的二氧化碳制冷剂自冷端出口41流出。由液体管道60分离出的液体与冷端出口41的冷气体混合后进入蒸发器进行蒸发制冷。
本实施例的气液两相涡流管100除了可用于二氧化碳跨临界蒸汽压缩制冷系统中替代传统膨胀阀，也可用于传统氟利昂的亚临界蒸汽压缩制冷系统中替代传统膨胀阀，还可用于分离气液两相的化工石油行业等类似应用场合。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的气液两相涡流管，因为具有置于管体内的涡流室，所以能够对工作介质进行降压和加速；因为具有与涡流室连通的进气管道，所以工作介质能够进入涡流室进行降压和加速；因为具有气液分离结构，所以能够对工作介质进行分离；因为具有冷端管道、热端管道和液体管道，所以能够将分离的液体和气体通过不同的管口流出，还能够将不同温度的气体分别流出。
进一步的，当将气液两相涡流管用于二氧化碳跨临界制冷系统时，在不影响汽相的冷热分离的条件下，把其中的液相分离出来，且与传统涡流管相比，可避免液体蒸发，提高制冷量及循环的效率。
对于我国天然气及油田气而言，资源十分丰富,目前进行降压处理多利用节流装置,很不经济，而本实施例的气液两相涡流管效率较高,可考虑用来代替节流装置。同时气液两相涡流管将其中的重烃组分及部分水蒸汽液化后分离出来,降低了天然气及之内田气的露点温度。这有可能改变现行在气流中填加防冻剂的现状,经济效益十分可观。
综上，本实施例的气液两相涡流管结构简单，使用方便，在保证热端管道流场不受影响的情况下，分离出液体，排除液体蒸发吸热加大涡流管的冷热效应，另外特别适用于节流过程涉及气液两相的蒸汽压缩制冷系统以及分离气液两相的化工石油系统的，并且在涡流管制冷领域，提高了制冷量及循环效率；在石油化工气液分离领域，维修方便，没有运动部件，还具有潜在的经济价值。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种气液两相涡流管，其特征在于，包括：
涡流室，设置于管体的内部，用于对工作介质进行降压和加速；
进气管道，与所述涡流室连通，连接于所述管体的顶部，具有进口，用于所述工作介质进入所述涡流室；
气液分离结构，设置于所述涡流室内，用于将所述工作介质中的液体分离出来；
冷端管道，设置于所述管体的一端，具有用于低温气体流出的冷端出口；
热端管道，设置于所述管体的另一端，具有用于高温气体流出的热端出口；以及
液体管道，与所述涡流室连通，设置于所述气液分离结构的底部，具有液体出口，
其中，所述气液分离结构为刻于所述管体内壁的多个条缝形凹槽。
2.根据权利要求1所述的气液两相涡流管，其特征在于：
其中，所述液体出口的形状为长方形、圆形或喇叭口形。
3.根据权利要求1所述的气液两相涡流管，其特征在于：
其中，各个所述条缝形凹槽之间相互平行或相互交错。
4.根据权利要求1所述的气液两相涡流管，其特征在于：
其中，所述工作介质为气液两相介质。
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