[发明专利]气体双涡旋换热装置

说明书

技术领域

本发明涉及气体热交换装置，具体涉及气体双涡旋换热装置。

背景技术

本装置应用于气体分析或过程控制领域，对气体进行换热降温；各种过程气体或环境气体中均含有一定比例的水分子，当温度由高温迅速降低至低温时，气体中的水分子将快速饱和并凝结为液态，利用换热装置可将气体中的水分子快速饱和凝结并排出；通过换热温度的设定不同，可将气体中水分子比例控制在一定数值内，进而可以得到设定露点温度的气体。

目前，同类换热装置主要分为射流型热交换装置及内盘管型热交换装置。

射流型热交换装置采用一组内外不连通的腔体设计，共分为顶部加速腔体，中间直通腔体，外部换热腔体及真空隔温腔体四部分；降温外壳包裹外部腔体；热交换过程为，高温气体经由顶部预先冷却腔体减速后，进入中间隔热腔体至隔热腔体底部，由隔热腔体底部外侧开口反弹后沿外部腔体侧壁直线向上，利用包裹外部腔体的降温外壳提供低温，在外部腔体处进行热交换，冷凝后的液态水经由外部腔体底部排液口排出；该装置出现在上世纪末期，主要为欧洲公司所应用，该技术特点为吸收率低，换热效率高，设备体积小，气体阻力小，但受限制于整体体积大小及气体反弹后射流向上原理限制，不能应用于气体流量大，即换热量大的领域，主要应用于小流量换热领域。

内盘管型热交换装置，是最为原始的热交换装置，多数采用单一腔体设计，伴随加工技术的进步，目前也有使用双腔体设计的内盘管型热交换装置出现；气体经由顶部连接管直接进入盘管(长度约为实际热交换腔体的5-10倍)，气体沿盘管向下运动至底部，排液口同样设置在底部，外腔体为换热腔体，气体运动至底部后，沿外腔体壁向上运动，由于内外腔体之间无隔绝，气体向上运动过程中容易产生紊流及乱流现象，热交换效率很低，如遇有溶解于液体的气体组份极容易被吸收；后期出现带有隔绝腔体设计的热交换技术，隔绝腔采用夹套形式，内部充有冷凝液(防冻液)，用来提高气体进入时沿盘管运动过程中的热交换效率，但同样存在热交换效率低，冷凝控制不准确，气体组份容易吸收的情况；其特点为，制造成本低廉，由于热交换过程由盘管长度决定，故该装置可做到换热量大；但换热效率低，吸收率极高，气体阻力大，内部容易出现紊流或乱流，气体换热段不统一，换热过程混乱，设备体积大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了气体双涡旋换热装置，其可针对高含水量气体，具有换热量大，低气体吸收，换热效率高，低气体阻力的优点。

本发明的气体双涡旋换热装置，包括内管状腔体和外管状腔体，内管状腔体容置于外管状腔体内，内管状腔体上部侧壁设有进气开口，外管状腔体对应位置设有进气口，该进气口向内延伸连通于内管状腔体的进气开口处，将内管状腔体悬空固定于外管状腔体内，内管状腔体下部侧壁开设有至少一个出气开口，外管状腔体相对进气口的另一侧侧壁上设有出气口，外管状腔体下底壁设有冷凝排液口，利用离心力及重力原理，热交换后产生的冷凝液体将顺着外管状腔体内侧壁垂直向下由冷凝排液口排出；

所述内管状腔体由上部的涡旋增压进气腔体、中部的高速直喷腔体以及下部的增压排气腔体一体构成；所述涡旋增压进气腔体为中空的圆柱状结构；所述高速直喷腔体为中空的管状结构；所述增压排气腔体为中空的圆柱状结构；且涡旋增压进气腔体和增压排气腔体的内径均大于高速直喷腔体的内管径，其目的是使进气在涡旋增压进气腔体内进行增压，气体在这一腔体内开始进行热交换过程中的预降温，然后由于高速直喷腔体的内管径小，由涡旋增压进气腔体进入高速直喷腔体的气体会加速通过高速直喷腔体，当高速气体进入增压排气腔体时，由于增压排气腔体的内径大于高速直喷腔体的内管径，高速气体在此处再次进行增压，然后由至少一个出气开口高速喷出；

所述内管状腔体的进气开口对应开设于外管状腔体进气口中线延长线在内管状腔体侧壁的切线位置，以便进气由外管状腔体的进气口进入内管状腔体的进气开口后，沿着涡旋增压进气腔体的圆柱体结构的侧壁螺旋向下移动，由于压力差，旋转过程中，气体将产生一定的向下压力及离心旋转力，使得气体加速向下运动，快速通过顶部腔体；