一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式t形管組分調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，由單個或復(fù)合T形管構(gòu)成，主要由主管和支管(和節(jié)流閥、中間連接管及匯集管)組成，調(diào)節(jié)器具有一個進口和兩個出口，其中一個出口與進口在同一方向上。該調(diào)節(jié)器利用了非共沸工質(zhì)氣液組分不等及順流式T形三通管對兩相流動分配不均的特性，使流體流動過程中一次流過多個T形管及節(jié)流閥，從而達到組分分離的目的。對于單個T形管，可以使兩出口的組分在氣液組分之間連續(xù)調(diào)節(jié)，而對于復(fù)合T形管，通過節(jié)流閥的節(jié)流降壓作用，不斷改變混合工質(zhì)氣液組分的比例，從而擴大組分調(diào)節(jié)的范圍。該調(diào)節(jié)器具有結(jié)構(gòu)簡單、集約、組分調(diào)節(jié)效率高以及在管路上安裝、更換、維護方便等優(yōu)點。
【專利說明】
一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及多相流分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于非共沸混合物組分分離的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱力循環(huán)，如有機朗肯循環(huán)、制冷、熱栗等，是實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)手段。因此，不斷提高循環(huán)系統(tǒng)中能量傳遞和轉(zhuǎn)換的技術(shù)水平以減少損失，是實現(xiàn)我國節(jié)能減排的關(guān)鍵所在。為了提高變負荷下實際熱力系統(tǒng)的運行效率，基于非共沸混合工質(zhì)的循環(huán)特性，采用組分調(diào)節(jié)技術(shù)，不斷改變熱力循環(huán)系統(tǒng)中組分配比，從而實現(xiàn)熱力系統(tǒng)的變負荷調(diào)節(jié)。
[0003]在非共沸混合工質(zhì)相平衡理論中，沸點較高的組分在氣相中的濃度小于其在液相中的濃度，沸點較低的組分在氣相中的濃度大于其在液相中的濃度。因此，傳統(tǒng)的組分調(diào)節(jié)裝置氣液分離器，如分離罐，依據(jù)處于氣液相平衡的混合工質(zhì)氣相與液相的組分濃度差異實現(xiàn)熱力系統(tǒng)中組分循環(huán)濃度的改變。然而此類裝置只能得到氣相或液相的組分濃度，不能得到兩者之間的濃度，更不能將組分調(diào)節(jié)擴大到氣液組分濃度之外。同時，傳統(tǒng)組分調(diào)節(jié)裝置不僅體積龐大，投資高而且在熱力系統(tǒng)中的安裝、更新以及維護保養(yǎng)都不方便。
[0004]T形三通管作為流體分配的一個常用管件，早在1960年代就有文獻報道了當氣液兩相流流經(jīng)T形管時，出現(xiàn)相分離的現(xiàn)象。中國專利CN200910029249.4《一種多相流分離的復(fù)合T形管分離器及其分離方法》、CN201210015904.2《一種兩相流或多相流分離的多層復(fù)合T形管分離器》利用復(fù)合及多層順流型T形管提高了氣液兩相流分離的效率。2016年天津大學(xué)趙力教授(Zheng N,Hwang Y b , Zhao L, Deng S.Experimental study on thedistribut1n of constituents of binary zeotropic mixtures in verticalimpacting T-junct1n[J].1nternat1nal Journal of Heat and Mass Transfer,97(I) ,242-252)基于T形管的氣液分布不均及非共沸工質(zhì)的氣液組分不等特性，報道了利用撞擊式T形管實現(xiàn)組分連續(xù)調(diào)節(jié)的基本原理。因此，對于單個順流式T形管，可以實現(xiàn)工質(zhì)組分配比在氣液組分濃度間的連續(xù)調(diào)節(jié)，同時為了擴大組分調(diào)節(jié)的范圍，本發(fā)明亦采用復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)技術(shù)，從而使順流式T形管組分分離技術(shù)具有大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明利用順流式T形管的氣液分布不均及非共沸工質(zhì)的氣液組分不等特性，提供一種組分大范圍連續(xù)調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)方法，解決現(xiàn)有組分調(diào)節(jié)器只能得到混合工質(zhì)氣液組分比例的技術(shù)問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，是一由主管和與所述主管相交連通的支管構(gòu)成的T形管，所述主管的一端是混合工質(zhì)的進口，所述主管的另一端是第一出口，所述支管的端口是第二出口；所述非共沸工質(zhì)自所述主管的混合工質(zhì)的進口進入主管后分為兩路，一路是非共沸工質(zhì)的液相從所述第一出口流出，另一路是非共沸工質(zhì)的氣相從所述第二出口排出。
[0007]利用上述用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口與氣液混合工質(zhì)的輸送管道相連，并通過氣液混合工質(zhì)的干度控制組分分離的效率;所述第一出口和第二出口分別與兩條出口管道相連，兩條出口管道上均分別裝有調(diào)節(jié)閥，通過所述調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混合工質(zhì)出口的流量比例，實現(xiàn)混合工質(zhì)的組分分離。
[0008]進一步講，本發(fā)明一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，其中，包括由2個或2個以上依次相連的T形管構(gòu)成的T形管陣列，所述T形管陣列中、位置在前的T形管的第一出口和與之相連的T形管的混合工質(zhì)的進口相連，位于最前的T形管的混合工質(zhì)的進口為調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口，位于最后的T形管的第一出口為調(diào)節(jié)器的液相出口；所有T形管的第二出口均與一匯集管連通;所述匯集管的一端與位于所述T形管陣列中一端部的T形管的第二出口連接，所述匯集管的另一端為調(diào)節(jié)器的氣相出口，所有T形管的第二出口經(jīng)所述匯集管后匯集到所述調(diào)節(jié)器的氣相出口 ；所述非共沸工質(zhì)自所述調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口后，每進入一個T形管的主管后均分為兩路，一路是非共沸工質(zhì)的液相從調(diào)節(jié)器的液相出口流出，另一路是非共沸工質(zhì)的氣相自所述第二出口排放并通過匯集管匯集后從所述調(diào)節(jié)器的氣相出口排出。
[0009]上述包括2個或2個以上依次相連的T形管陣列的用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口與氣液混合工質(zhì)的輸送管道相連，并通過氣液混合工質(zhì)的干度控制組分分離的效率;所述調(diào)節(jié)器的液相出口和所述調(diào)節(jié)器的氣相出口分別與兩條出口管道相連，兩條出口管道上均分別裝有調(diào)節(jié)閥，通過所述調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混合工質(zhì)出口的流量比例，實現(xiàn)混合工質(zhì)的組分分離。
[0010]進一步講，還可以在相鄰的兩個T形管的主管之間設(shè)一節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)相鄰兩個T形管的主管之間的節(jié)流閥實現(xiàn)組分調(diào)節(jié)的范圍。
[0011]本發(fā)明用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，其中，所述主管與支管之間夾角的取值范圍為(0°，180°)。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小、成本低、能實現(xiàn)組分連續(xù)調(diào)節(jié)等優(yōu)點。同時由于是管式的設(shè)備，本發(fā)明可用于在線安裝完成組分分離任務(wù)，其維護，更換也更方便。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明中單個T形管組分調(diào)節(jié)器示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明中復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例1示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明中復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例2示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明中復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例3示意圖；
[0017]圖5是不同干度下，混合工質(zhì)R125/R134a(50%/50%)在T形管組分調(diào)節(jié)器中的分離情況；
[0018]圖6是非共沸工質(zhì)R125/R134a氣液相平衡圖。
[0019]圖中:
[0020]1-進口2-主管 3-節(jié)流閥4-中間連接管
[0021]5-匯集管6-第二出口 7-第一出口8-支管
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發(fā)明進行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明提供的一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，可以實現(xiàn)非共沸工質(zhì)組分分離，可以由單個或復(fù)合T形管構(gòu)成，主要由主管和支管(和中間連接管及匯集管)組成，各管道直徑既可以相等也可以不相等，管道截面形狀可以是圓形管、方形管或其它截面形狀的管道。調(diào)節(jié)器的整體上存在有一個混合工質(zhì)的進口和兩個工質(zhì)的出口，其中一個出口與進口在同一方向上。非共沸工質(zhì)氣液兩相經(jīng)單個T形管或由多個T形管連接后構(gòu)成的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器后，重組分較多的液相由于其慣性大可以直接從主管出口流出，而輕組分較多的氣相由于其慣性小而從支管的出口排出。本發(fā)明組分調(diào)節(jié)器利用了非共沸工質(zhì)氣液組分不等及順流式T形三通管對兩相流動分配不均的特性，使流體流動過程中一次流過多個T形管及節(jié)流閥，從而達到組分分離的目的。對于單個T形管，可以使兩出口的組分在氣液組分之間連續(xù)調(diào)節(jié)，而對于復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器，通過節(jié)流閥的節(jié)流降壓作用，不斷改變混合工質(zhì)氣液組分的比例，使得其組分變化的范圍更大，調(diào)節(jié)效率更高。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、集約、成本低、安全、組分調(diào)節(jié)效率高以及在管路上安裝、更換、維護方便等優(yōu)點。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明提出的一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，是一由主管2和與所述主管2相交連通的支管8構(gòu)成的T形管，所述主管2的一端是混合工質(zhì)的進口 I，所述主管2的另一端是第一出口7，所述支管8的端口是第二出口6;所述非共沸工質(zhì)自所述主管2的混合工質(zhì)的進口進入主管2后分為兩路，一路是非共沸工質(zhì)的液相(通常還有相對于少量的氣相)從所述第一出口 7流出，另一路是非共沸工質(zhì)的氣相(通常還有相對于少量的液相)從所述第二出口 6排出。使用時，將單個T形管組分調(diào)節(jié)器的主管2的混合工質(zhì)的進口 I與熱力系統(tǒng)中非共沸工質(zhì)氣液兩相混合物的輸送管道相連，并通過氣液混合工質(zhì)的干度控制組分分離的效率;T形管的兩個出口(主管的第一出口7和支管8的第二出口 6)分別與兩條出口管道相連，并在該兩條出口管道上分別裝有調(diào)節(jié)流量的閥門。該單個T形管構(gòu)成的調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)組分配比在氣液組分比例間的連續(xù)調(diào)節(jié)，從主管進口流入的非共沸工質(zhì)，重組分易從主管出口流出，輕組分易從支管出口排出。可以通過兩個出口管道上的閥門調(diào)節(jié)混合工質(zhì)出口的分配比例，在適當?shù)姆峙浔壤?，使工質(zhì)發(fā)生組分分離。
[0025]如圖2所示，是在圖1所示的單個T形管的基礎(chǔ)上采用多個依次相連的T形管構(gòu)成的復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例1的結(jié)構(gòu)，該調(diào)節(jié)器包括由2個或2個以上依次相連的T形管構(gòu)成的T形管陣列，所述T形管陣列中、位置在前的T形管的第一出口7和與之相連的T形管的混合工質(zhì)的進口 I相連，位于最前的T形管的混合工質(zhì)的進口 I為調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口，位于最后的T形管的第一出口為調(diào)節(jié)器的液相出口；所有T形管的第二出口均與一匯集管5連通;所述匯集管5的一端與位于所述T形管陣列中最前端部的T形管的第二出口連接，所述匯集管5的另一端為調(diào)節(jié)器的氣相出口6(即匯集管的出口在主管出口的一側(cè))，所有T形管的第二出口經(jīng)所述匯集管5后匯集到所述調(diào)節(jié)器的氣相出口 6;所述非共沸工質(zhì)自所述調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口后，每進入一個T形管的主管后均分為兩路，一路是非共沸工質(zhì)的液相從調(diào)節(jié)器的液相出口流出，另一路是非共沸工質(zhì)的氣相自所述第二出口排放并通過匯集管5匯集后從所述調(diào)節(jié)器的氣相出口 6排出。將如圖2所示的復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口 I與熱力系統(tǒng)中非共沸工質(zhì)氣液兩相混合物的輸送管道相連，通過氣液混合工質(zhì)的干度控制組分分離的效率;調(diào)節(jié)器的液相出口和氣相出口分別與兩條出口管道相連，并在兩條出口管道上分別裝有調(diào)節(jié)流量的閥門，通過兩個出口管道上的閥門調(diào)節(jié)混合工質(zhì)出口的分配比例，實現(xiàn)混合工質(zhì)的組分分離。另外，最好在相鄰的兩個T形管的主管2之間可以設(shè)一節(jié)流閥3，每個T形管的主管出口工質(zhì)都將經(jīng)一節(jié)流閥3節(jié)流降壓，從而改變氣液組分比例，并在下一個T形管中進一步組分分離，每個順流式T形管的支管出口工質(zhì)經(jīng)匯集管排出。在一定的控制條件下，可以使非共沸工質(zhì)在本發(fā)明裝置內(nèi)獲得高效的分離。與圖1所示的單個T形管相比，該復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器通過不斷改變氣液組分比例及不斷進行組分分離，使其組分調(diào)節(jié)的范圍擴大，從而使某一組分的濃度得到濃縮。
[0026]如圖3所示的復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例2是在圖2所示的復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例1的基礎(chǔ)上的衍生結(jié)構(gòu)，實施例2與實施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，其不同僅在于，匯集管出口在最前端T形管的主管進口的一側(cè)，實施例2與實施例1組分調(diào)節(jié)器的分離原理相同。
[0027]如圖4所示的復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例3是在圖2所示的復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器實施例1的基礎(chǔ)上的衍生結(jié)構(gòu)，實施例3與實施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，其不同僅在于，其匯集管端口封閉，而在匯集管上加裝一個匯集管支管出口，其位置可以安裝在匯集管上的任何位置，實施例3與實施例1組分調(diào)節(jié)器的分離原理相同。
[0028]本發(fā)明中，所述主管2與支管8(復(fù)合T形管結(jié)構(gòu)時，則為中間連接管4)之間夾角的取值范圍為(0° ,180°) ο
[0029]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明的組分分離作進一步詳細的說明。
[0030]以R125/R134a兩種工質(zhì)組成非共沸混合體系為例，針對圖1所示的單個順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，采用順流式T形管氣液分離預(yù)測模型流線型法建立混合工質(zhì)組分分離模型。當其中的管道直徑都為20mm，進口工質(zhì)流量為SOOKgnf2s-1，進口流型為環(huán)狀流及工質(zhì)組分R125質(zhì)量分數(shù)為0.5，此時混合工質(zhì)R125/R134a的支管出口工質(zhì)R125質(zhì)量分數(shù)在不同進口干度下隨氣體米出分率的變化如圖5所不。圖5中，橫坐標表不支管中氣體的米出分率，縱坐標表示支管出口的R125質(zhì)量分數(shù)，水平實線表示工質(zhì)的進口組分比例0.5，不同的點線分別對應(yīng)進口干度0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。由圖可見，在相同干度的工況下，隨著支管氣體采出分率的增加，R125的支管出口質(zhì)量分數(shù)逐漸從低于進口組分比例值增加到高于進口組分比例值。同時，不同干度下，對應(yīng)著不同的組分調(diào)節(jié)范圍。由于在混合工質(zhì)R125/R134a中，R125屬于輕組分，其氣相組分質(zhì)量分數(shù)較大，因此，在較大氣體采出率時，對于任意進口干度，R125的出口質(zhì)量分數(shù)總是大于其進口質(zhì)量分數(shù)0.5。
[0031]對于如圖2至圖4所示的復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器，在一定壓力、溫度下，非共沸工質(zhì)氣液相組分比例將產(chǎn)生顯著性差異，如圖6所不。圖6中，橫坐標表不混合工質(zhì)Rl25/R134a中工質(zhì)R125質(zhì)量分數(shù)，縱坐標表示混合工質(zhì)處于相平衡時溫度，虛線表示相應(yīng)組分下的露點溫度，實線表示泡點溫度，點化線與兩者的交點分別對應(yīng)相同壓力溫度下的氣液相組分比例XG，XL。從圖中可以看出，不同壓力溫度所對應(yīng)的組分比例也不一樣。因此復(fù)合T形管組分調(diào)節(jié)器通過節(jié)流過程改變每個T形管主管出口的混合工質(zhì)壓力溫度，從而不斷改變混合工質(zhì)氣液組分比例，并經(jīng)過多重組分分離，實現(xiàn)組分的大范圍調(diào)節(jié)。
[0032]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，是一由主管(2)和與所述主管(2)相交連通的支管(8)構(gòu)成的T形管，其特征在于，所述主管(2)的一端是混合工質(zhì)的進口(I)，所述主管(2)的另一端是第一出口(7)，所述支管(8)的端口是第二出口(6);所述非共沸工質(zhì)自所述主管(2)的混合工質(zhì)的進口進入主管(2)后分為兩路，一路是非共沸工質(zhì)的液相從所述第一出口(7)流出，另一路是非共沸工質(zhì)的氣相從所述第二出口(6)排出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括由2個或2個以上依次相連的T形管構(gòu)成的T形管陣列，所述T形管陣列中、位置在前的T形管的第一出口(7)和與之相連的T形管的混合工質(zhì)的進口(I)相連，位于最前的T形管的混合工質(zhì)的進口(I)為調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口，位于最后的T形管的第一出口為調(diào)節(jié)器的液相出口；所有T形管的第二出口均與一匯集管(5)連通;所述匯集管(5)的一端與位于所述T形管陣列中一端部的T形管的第二出口連接，所述匯集管(5)的另一端為調(diào)節(jié)器的氣相出口(6)，所有T形管的第二出口經(jīng)所述匯集管(5)后匯集到所述調(diào)節(jié)器的氣相出口(6);所述非共沸工質(zhì)自所述調(diào)節(jié)器的混合工質(zhì)的進口后，每進入一個T形管的主管后均分為兩路，一路是非共沸工質(zhì)的液相從調(diào)節(jié)器的液相出口流出，另一路是非共沸工質(zhì)的氣相自所述T形管第二出口排放并通過匯集管(5)匯集后從所述調(diào)節(jié)器的氣相出口(6)排出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，其特征在于，相鄰的兩個T形管的主管(2)之間設(shè)有一節(jié)流閥(3)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述主管(2)與支管(8)之間夾角的取值范圍為(0°，180°)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述用于非共沸工質(zhì)組分調(diào)節(jié)的順流式T形管組分調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述匯集管(5)上連通有一出口支管。
【文檔編號】B01D17/00GK105833565SQ201610331708
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】蘇文, 趙力, 趙晴, 盧培, 許偉聰, 王志, 張瑩, 倪佳鑫
【申請人】天津大學(xué)