专利名称：多级气体减压加热设备及方法
技术领域：
本发明属于气体减压设备领域，尤其涉及一种多级气体减压加热设备及方法。
背景技术：
请参阅图1，图1所示为现有的气体减压设备的示意图，高压气体从进气嘴91进入环形气室92，通过涡流器喷嘴93沿切向高速喷入涡流器旋转腔94，在涡流器旋转腔94内形成高速旋转的气流，由于进入涡流器转腔94的高速旋转的气体的内圈旋转角速度比外圈旋转角速度快，所以内圈的气体对外圈的气体做功，结果是内圈的气体温度下降，外圈的气体温度升高，热流从热流出口 95流出，冷流从冷流出口 96流出，同时热流和冷流的压力下降。该气体减压设备主要应用于气体的降压过程，并产生冷热两股气流。但是，现有的这种气体减压设备具有如下缺点:由于涡流器喷嘴93的大小不可调，所以无法避免上下游气体的流量和压力等参数的大幅波动，而当上下游气体的流量和压力等参数大幅波动时，制冷和制热效率都会降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级气体减压加热设备及方法，解决了现有的气体减压设备无法避免上下游气体的流量和压力等参数的大幅波动而导致制冷和制热效率低的问题。本发明是这样实现的:一种多级气体减压加热设备，包括第一冷热分离减压器、第二冷热分离减压器、第一冷能外输装铬及第二冷能外输装铬，每一个冷热分离减压器包括高压气体入口、热气出口及冷气出口，每一个冷能外输装铬包括气体输入口及气体输出口，所述第一冷热分离减压器的热气出口及冷气出口连接于所述第一冷能外输装铬之气体输入口，所述第一冷能外输装铬之气体输出口连接于所述第二冷热分离减压器的高压气体入口，所述第二冷热分离减压器的热气出口连接于下游管道，所述第二冷热分离减压器冷气出口连接于所述第二冷能外输装铬的气体输入口，所述第二冷能外输装铬之气体输出口连接于所述下游管道。优选地，所述第一及第二冷热分离减压器还包括子入口，所述第一冷热分离减压器还包括子出口，所述第二冷热分离减压器之热气出口包括第一支流出口，第二支流出口及第三支流出口，所述第一支流出口及所述第二支流出口分别连接于所述第一及第二冷热分离减压器的子入口，所述第三支流出口连接于所述下游管道，所述第一冷热分离减压器的子出口连接于所述第二冷能外输装铬的气体输入口。具体地，每一个冷热分离减压器包括涡壳和设于所述涡壳内的涡流器，所述涡壳和涡流器的两端均开口，所述高压气体入口设于所述涡壳的侧壁，所述涡流器的侧壁开设有与所述高压气体入口相通的涡流器喷嘴，所述涡壳一端的开口与一热流管连接，所述热流管与一个热气收集器连接，所述热气出口设于所述热气收集器上，所述涡壳另一端的开口与一个冷气收集器连接，所述冷气出口设于所述冷气收集器上。
进一步地，所述涡流器内设有一可沿所述涡流器的轴向来回滑动的移动杆，所述移动杆与所述涡流器密封连接，所述移动杆上分别开设有彼此相通的移动杆冷气入口和移动杆冷气出口，所述移动杆冷气入口与所述涡流器相通，所述移动杆冷气出口与所述冷气收集器相通，所述多级气体减压加热设备还包括驱动机构，所述移动杆伸出所述冷气收集器并与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动所述移动杆沿所述移动杆的轴向方向来回运动。优选地，所述热气收集器内设有一个可沿所述热气收集器的轴向方向来回运动的热流调节帽。优选地，所述涡壳和涡流器同轴设铬。优选地，所述移动杆与所述涡流器同轴设铬。优选地，所述移动杆通过一个密封圈与所述涡流器密封连接。一种多级气体减压加热方法，采用多级气体减压加热设备对高压气体进行减压，所述多级气体减压加热设备包括第一冷热分离减压器、第二冷热分离减压器、第一冷能外输装铬及第二冷能外输装铬，所述多级气体减压加热方法包括:所述高压气体流入所述第一个冷热分离减压器进行减压后形成第一冷流及第一热流；所述第一冷流及所述第一热流混合后形成混合气体流入所述第一冷能外输装铬进行散冷；所述混合气流通过所述第一冷能外输装铬进行散冷后形成第一级气流；所述第一级气流进入所述第二冷热分离减压器进行减压后形成第二冷流及第二热流；及所述第二冷流流入所述第二冷能外输装铬进行散冷后与所述第二热流混合形成第二级气流流入下游管道。优选地，所述第二热流分成第一支热流、第二支热流及第三支热流，所述第一支热流流入所述第一冷热分离减压器对所述第一个冷热分离减压器的涡流器喷嘴加热形成支冷流，所述支冷流与所述第二冷流混合形成第三冷流流入所述第二冷能外输装铬进行散冷，所述第三冷流散冷后与所述第三支热流混合后形成第二级气流流入所述下游管道，所述第二支热流流入所述第二冷热分离减压器对所述第二冷热分离减压器的涡流器喷嘴加热。具体地，所述第一冷能外输装铬及第二冷能外输装铬之冷能散失方式为介质换冷。优选地，所述第一冷能外输装铬及第二冷能外输装铬之冷能散失方式为利用地热散冷。优选地，所述第一冷能外输装铬及第二冷能外输装铬之冷能散失方式为采用大气散冷。本发明提供的多级气体减压加热设备及方法通过设铬多个冷热分离减压器对高压气体或超高压气体进行多级减压，可以适应上下游气体的流量和压力等参数的大幅波动，提高了制冷与制热的效率。同时，通过多级减压后得到的热流温度比通过一级减压后得到的热流温度高，因此，可以得到更多的热能输入至下游管道，避免因产生过多的冷能而引起阀门管道冻堵情况的发生，满足了对流入下游管道的气体之温度要求。
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术提供的气体减压设备的示意图。图2是本发明实施例提供的多级气体减压加热设备的示意图。图3是本发明实施例提供的第一冷热分离减压器的示意图。图4是本发明实施例提供的第二冷热分离减压器的示意图。图5是本发明实施例提供的多级气体减压加热方法及过程示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。如图2所示，本发明实施例提供的一种多级气体减压加热设备100，用于对高压气体或超高压气体进行两级减压。所述多级气体减压加热设备100包括第一冷热分离减压器LR1、第二冷热分离减压器LR2、第一冷能外输装铬El及第二冷能外输装铬E2。每一个冷热分离减压器LRl、LR2包括高压气体入口 A、冷气出口 B及热气出口 C。每一个冷能外输装铬El、E2包括气体输入口 D及气体输出口 Dl。第一冷热分离减压器LRl的冷气出口 B及热气出口 C连接于第一冷能外输装铬El之气体输入口 D，第一冷能外输装铬El之气体输出口Dl连接于第二冷热分离减压器LR2的高压气体入口 A。第二冷热分离减压器LR2的冷气出口 B连接于第二冷能外输装铬E2的气体输入口 D，第二冷热分离减压器LR2的热气出口 C连接于下游管道。第二冷能外输装铬E2之气体输出口 Dl连接于下游管道。本发明实施例中，所有接口之间的连接均为管道F连接。进一步地，每一个冷热分离减压器LR1、LR2还包括子入口 Al。第一冷热分离减压器LRl还包括子出口 BI，子出口 BI连接于第二冷能外输装铬E2的气体输入口 D。第二冷热分离减压器LR2的热气出口 C包括第一支流出口 Cl，第二支流出口 C2及第三支流出口C3，其中，第一支流出口 Cl及第二支流出口 C2分别连接于第一及第二冷热分离减压器LRl、LR2的子入口 Al，第三支流出口 C3连接于下游管道。如图3所示，具体地，本发明实施例中提供的第一冷热分离减压器LRl包括涡壳I和设于涡壳I内的涡流器2，涡壳I和涡流器2同轴设铬，涡壳I和涡流器2的两端均开口，涡壳I的侧壁开设有高压气体入口 A及子入口 Al，涡流器2的侧壁开设有与高压气体入口A及子入口 Al相通的涡流器喷嘴21。涡壳I 一端的开口与一热流管3连接，热流管3与一热气收集器4连接，热气收集器4上开设有热气出口 C，涡壳I另一端的开口与一冷气收集器5连接，冷气收集器5上开设有冷气出口 B及子出口 BI。涡流器2内设有一可沿涡流器2的轴向来回滑动的移动杆6,移动杆6与润流器2同轴设络,且移动杆6通过一密封圈7与涡流器2密封连接，移动杆6上分别开设有彼此相通的移动杆冷气入口 61和移动杆冷气出口 62，移动杆冷气入口 61与涡流器2相通，移动杆冷气出口 62与冷气收集器5相通，移动杆6伸出冷气收集器5并与一驱动机构8连接，驱动机构8用于驱动移动杆6沿其轴向来回运动。本实施例中，驱动机构8可以为电动方式驱动。在本发明的其它实施例中，驱动机构也可以为气动方式。如图4所示，本发明提供的第二冷热分离减压器LRl的结构与第一冷热分离减压器LR2的结构大致相同，不同点在于，第二冷热分离减压器LR2的热气出口 C包括第第一支流出口 Cl，第二支流出口 C2及第三支流出口 C3，第二冷热分离减压器LR2没有包括第一冷热分离减压器LRl的子出口 BI。本发明实施例中提供的第一及第二冷热分离减压器LR1、LR2的工作原理为:高压气体从高压气体入口 A进入涡壳I内，然后通过涡流器喷嘴21沿切向高速喷入涡流器2内，在涡流器2内形成高速旋转的气流，由于进入涡流器2的高速旋转的气体的内圈旋转角速度比外圈旋转角速度快，所以内圈的气体对外圈的气体做功，结果是内圈气体温度下降，夕卜圈气体温度升高，热流沿热流管3进入热气收集腔4并从热气出口 C流出，冷流经移动杆冷气入口 61从移动杆冷气出口 62进入冷气收集器5内并从冷气出口 B流出。由于驱动机构8可以驱动移动杆6沿移动杆6的轴向来回运动，因此，移动杆6沿其轴向来回运动可以调节涡流器喷嘴21的大小，当移动杆6向右移动时(即向远离于热流管3的方向移动)，涡流器喷嘴21变大，允许进入涡流器2的气流量增加；反之，当移动杆6向左移动时(即朝向热流管3移动)，涡流器喷嘴21变小，允许进入涡流器2的气流量减小。本发明实施例中提供的第一及第二冷热分离减压器LRl、LR2通过驱动机构8来控制移动杆6的移动距离和方向，从而调节涡流器喷嘴21的大小，进而控制进入涡流器2的气体的流量和压力，因此可适应上下游气体的流量和压力等参数的大幅波动，从而提高了制冷和制热效率。如图3及图4所示，进一步地，所述热气收集器4内设有一个可沿热气收集器4的轴向来回运动的热流调节帽8，热流调节帽8的轴向移动可以调节热气出口 41的大小，从而可以控制从热气出口 41流出的热气量，进而控制冷热流的比例。请同时参照图2及图5，本发明实施例提供的多级气体减压加热设备100对高压气体或超高压气体进行多级减压过程如下:外界高压气体g0自第一冷热分离减压器LRl的高压气体入口 A流入第一冷热分离减压器LRl内进行第一级减压后形成第一冷流gll及第一热流gl2。第一冷流gll及第一热流gl2分别从第一冷热分离减压器LRl的冷气出口 B及热气出口 C流出并混合形成混合气流gio流入第一冷能外输装络El进行散冷。混合气流gio通过第一冷能外输装络El进行散冷后形成第一级气流gl。第一级气流gl自第二冷热分离减压器LR2的高压气体入口 A进入第二冷热分离减压器LR2进行第二级减压后形成第二冷流g21及第二热流g22。第二冷流g21自第二冷热分离减压器LR2的冷气出口 B直接流入第二冷能外输装铬E2进行散冷后流入下游管道。本实施例中，第二热流g22在第二冷热分离减压器LR2的热气出口 C处分成第一支热流g221、第二支热流g222及第三支热流g224分别自第一支热气出口 Cl、第二支热气出口 C2及第三支热气出口 C3流出。第一支热流g221通过第一冷热分离减压器LRl的子入口 Al流入第一冷热分离减压器LRl对第一冷热分离减压器LRl的涡流器喷嘴21加热后形成支冷流g223。支冷流g223自第一冷热分离减压器LRl的子出口 BI流出与第二冷流g21混合后形成第三冷流g23。第三冷流g23流入第二冷能外输装铬E2进行散冷后与第三支热流g224混合形成第二级气流g20流入下游管道。第二支热流g222通过第二冷热分离减压器LR2的子入口 Al流入第二冷热分离减压器LR2对第二冷热分离减压器LR2的涡流器喷嘴21加热。本实施例中，第一及第二冷能外输装铬El、E2的冷能散失方式为介质换冷，在本发明的其它实施方式中，第一及第二冷能外输装铬El、E2的冷能散冷方式也可以采用大气散冷或利用地热散冷等方式。本实施例中提供的多级气体减压加热设备100通过设铬两个冷热分离减压器LRU LR2对高压气体或超高压气体进行两级减压。在本发明的其它实施方式中，也可以设铬两个以上的冷热分离减压器对高压气体或超高压气体进行多级减压，以满足对流入下游管道的气体之压力要求。本发明提供的多级气体减压加热设备100通过设铬多个冷热分离减压器对高压气体或超高压气体进行多级减压，可以适应上下游气体的流量和压力等参数的大幅波动，提高了制冷与制热的效率。同时，通过多级减压后得到的热流温度比通过一级减压后得到的热流温度高，因此，可以得到更多的热能输入至下游管道，避免因产生过多的冷能而引起阀门管道冻堵情况的发生，满足了对流入下游管道的气体之温度要求。请同时参照图2及图5，本发明的多级气体减压加热方法，采用本发明的多级气体减压加热设备100对高压气体或超高压气体进行多级减压。所述多级气体减压设备包括第一冷热分离减压器LR1、第二冷热分离减压器LR1、第一冷能外输装铬El及第二冷能外输装铬E2。所述多级气体减压加热方法包括如下步骤:外界高压气体g0流入第一个冷热分离减压器LRl进行减压后形成第一冷流gll及第一热流gl2。第一冷流gl I及第一热流gl2混合后形成混合气流glO流入第一冷能外输装铬El进行散冷。混合气流glO通过第一冷能外输装铬El进行散冷后形成第一级气流gl。第一级气流gl进入第二冷热分离减压器LR2进行减压后形成第二冷流g21及第二热流g22。第二冷流g21流入第二冷能外输装铬E2进行散冷后与所述第二热流g22混合形成第二级气流g20流入下游管道。进一步地，第二热流g22分成第一支热流g221、第二支热流g222及第三支热流g224。第一支热流g221流入第一个冷热分离减压器LRl对第一个冷热分离减压器LRl的涡流器喷嘴21加热后形成支冷流g223，支冷流g223与第二冷流g21混合形成第三冷流g23流入第二冷能外输装铬E2进行散冷，散冷后与第三支热流g224混合后形成第二级气流g20流入下游管道。第二支热流g222流入第二冷热分离减压器LR2对第二个冷热分离减压器LR2的涡流器喷嘴21加热。本实施例提供的多级气体减压加热方法是通过设铬两个冷热分离减压器对高压气体及超高压气体进行两级减压，在本发明的其它实施例中，也可以设铬两个以上的冷热分离减压器对高压气体或超高压气体进行多级减压，以满足流入下游管道的气体之压力要求。本发明提供的多级气体减压加热方法，通过对高压气体及超高压气体进行多级减压，可以适应上下游气体的流量和压力等参数的大幅波动，提高了制冷与制热的效率。同时，减压后的气体温度高于一级减压后的气体温度，可以得到更多的热能，从而减少有害冷能的产生，有效地避免了阀门管道冻堵情况的发生，满足了流入下游管道的气体的温度要求。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多级气体减压加热设备，其特征在于，包括第一冷热分离减压器、第二冷热分离减压器、第一冷能外输装置及第二冷能外输装置，每一个冷热分离减压器包括高压气体入口、热气出口及冷气出口，每一个冷能外输装置包括气体输入口及气体输出口，所述第一冷热分离减压器的热气出口及冷气出口连接于所述第一冷能外输装置之气体输入口，所述第一冷能外输装置之气体输出口连接于所述第二冷热分离减压器的高压气体入口，所述第二冷热分离减压器的热气出口连接于下游管道，所述第二冷热分离减压器冷气出口连接于所述第二冷能外输装置的气体输入口，所述第二冷能外输装置之气体输出口连接于所述下游管道。
2.根据权利要求1所述的多级气体减压加热设备，其特征在于，所述第一及第二冷热分离减压器均包括子入口，所述第一冷热分离减压器还包括子出口，所述第二冷热分离减压器之热气出口包括第一支流出口，第二支流出口及第三支流出口，所述第一支流出口及所述第二支流出口分别连接于所述第一及第二冷热分离减压器的子入口，所述第三支流出口连接于所述下游管道，所述第一冷热分离减压器的子出口连接于所述第二冷能外输装置的气体输入口。
3.根据权利要求1所述的多级气体减压加热设备，其特征在于，每一个冷热分离减压器包括涡壳和设于所述涡壳内的涡流器，所述涡壳和涡流器的两端均开口，所述高压气体入口设于所述涡壳的侧壁，所述涡流器的侧壁开设有与所述高压气体入口相通的涡流器喷嘴，所述涡壳一端的开口与一个热流管连接，所述热流管与一个热气收集器连接，所述热气出口设于所述热气收集器上，所述涡壳另一端的开口与一个冷气收集器连接，所述冷气出口设于所述冷气收集器上。
4.根据权利要求3所述的多级气体减压加热设备，其特征在于，所述涡流器内设有一个可沿所述涡流器的轴向来回滑动的移动杆，所述移动杆与所述涡流器密封连接，所述移动杆上分别开设有彼此相通的移动杆冷气入口和移动杆冷气出口，所述移动杆冷气入口与所述涡流器相通，所述移动杆冷气出口与所述冷气收集器相通，所述多级气体减压加热设备还包括驱动机构，所述移动杆伸出所述冷气收集器并与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于驱动所述移动 杆沿所述移动杆的轴向方向来回运动。
5.根据权利要求3所述的多级气体减压加热设备，其特征在于，所述热气收集器内设有一个可沿所述热气收集器的轴向方向来回运动的热流调节帽。
6.根据权利要求3所述的多级气体减压加热设备，其特征在于，所述涡壳和涡流器同轴设置。
7.根据权利要求4所述的多级气体减压加热设备，其特征在于，所述移动杆与所述涡流器同轴设置。
8.一种多级气体减压加热方法，采用多级气体减压加热设备对高压气体进行减压，所述多级气体减压加热设备包括第一冷热分离减压器、第二冷热分离减压器、第一冷能外输装置及第二冷能外输装置，其特征在于，所述多级气体减压加热方法包括: 所述高压气体流入所述第一个冷热分离减压器进行减压后形成第一冷流及第一热流； 所述第一冷流及所述第一热流混合后形成混合气体流入所述第一冷能外输装置进行散冷；所述混合气流通过所述第一冷能外输装置进行散冷后形成第一级气流； 所述第一级气流进入所述第二冷热分离减压器进行减压后形成第二冷流及第二热流；及 所述第二冷流流入所述第二冷能外输装置进行散冷后与所述第二热流混合形成第二级气流流入下游管道。
9.根据权利要求8所述的多级气体减压加热方法，其特征在于，所述第二热流分成第一支热流、第二支热流及第三支热流，所述第一支热流流入所述第一冷热分离减压器对所述第一个冷热分离减压器的涡流器喷嘴加热形成支冷流，所述支冷流与所述第二冷流混合形成第三冷流流入所述第二冷能外输装置进行散冷，所述第三冷流散冷后与所述第三支热流混合后形成所述第二级气流流入所述下游管道，所述第二支热流流入所述第二冷热分离减压器对所述第二冷热分离减压器的涡流器喷嘴加热。
10.根据权利要求8所述的多级气体减压加热方法，其特征在于，所述第一冷能外输装置及第二冷能外输装置之冷能散冷方式采用介质换冷、地热散冷及大气散冷三种散冷方式中的一种散冷方式。
全文摘要
一种多级气体减压加热设备，包括第一冷热分离减压器、第二冷热分离减压器、第一冷能外输装置及第二冷能外输装置。每一个冷热分离减压器包括高压气体入口、热气出口及冷气出口。每一个冷能外输装置包括气体输入口及气体输出口。第一冷热分离减压器的热气出口及冷气出口连接于第一冷能外输装置之气体输入口，第一冷能外输装置之气体输出口连接于第二冷热分离减压器的高压气体入口，第二冷热分离减压器冷气出口连接于第二冷能外输装置的气体输入口，第二冷热分离减压器的热气出口及第二冷能外输装置之气体输出口分别连接于下游管道。本发明还提供一种多级气体减压加热方法。本发明的多级气体减压加热设备及方法能够提高制冷与制热的效率。
文档编号F17D3/01GK103174938SQ20131009020
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者邢小月, 杜岳, 程旭青 申请人:深圳市力科气动科技有限公司