一种用于冷凝器的高效气液分离装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种气液分离装置，特别涉及一种用于冷凝器的高效气液分离装置。


背景技术：

2.温室效应气体co2浓度的持续增加已对全球气候环境、生态农业和人类日常生活等领域造成了诸多影响，为了积极应对这些挑战，国家提出了碳达峰与碳中和的目标，而在实际节能碳减排过程中加强对 co
2 气体浓度的在线高效监测尤为重要。目前气体浓度检测方法多种多样，其中，非色散红外（non-dispersive infrared，ndir）技术因为选择性好、灵敏度高、检测范围广、抗干扰能力强，在空气质量监测、农业生产、灾害预报、矿井勘探、医疗卫生等领域得到了广泛应用。但是非色散红外分析技术容易受气体湿度的影响，导致检测通道的滤光片所接收的红外光的光强信号发生改变，从而影响了气体浓度测量结果。
3.传统的对气体除湿干燥方法，多是采用硅胶、无水氯化钙、分子筛等吸附剂，但吸附剂吸附深度有限，无法达到除湿标准，且频繁更换吸附剂操作比较麻烦，更为严重的是某些吸附剂会吸附样品中的一些组分。冷凝器干燥方法是本领域一种经典的干燥技术，利用制冷组件冷却气液分离装置中的气体，当潮湿的气体被冷却至其露点时，水蒸气从气体中凝结至气液分离装置的内表面，最终形成液体排出，减少空气流中的水蒸汽含量。
4.如图1所示为常用的气液分离装置与原理图，排液口是直通外界环境，在排出液体的同时会有很多气体从排液口逃出，造成待测气体样品减少，气路气密性无法保障，如果待测气体有毒，还会污染外界环境空气；另一方面，待冷却气体与单靠装置内低温冷却至露点，无法确保气体中的水蒸气完全冷凝至液体，排出的气体干燥程度无法保障。
5.专利cn 202427267u公开了一种气液分离装置，如图2所示，在进气口下方设置导流板，利用离心力和气体在分离室中的停留时间，实现气液分离；利用浮球存液功能形成液封实现底部回液不带气体。但由于排液口的存液槽为圆柱体设计，底部水平，不完全符合伯努利原理，气体流速低时仍会有气体逸出；且由于仅在进气口下方设置导流板，导致水蒸气的冷凝效果仍然无法理想。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种用于冷凝器的高效气液分离装置，该装置的排液口为漏斗形状加浮球设计，能够有效排出冷凝液的同时阻止气体从排液口逸出，使样品气体全部进入下一待测环节；同时在该装置的内部，增加交叉式导流板设计，增大气体和低温金属的接触面积，加速水蒸气有效冷凝，从而确保排出气体的脱水率达到95%以上。
7.本实用新型提供了一种用于冷凝器的高效气液分离装置，包括气液分离室，所述气液分离室内竖直设置有用于将所述气液分离室分为气室i和气室ii的隔离板，所述隔离板与所述气液分离室的上部密封连接、下部留有间隔；所述气室i和所述气室ii的顶部分别设置有进气口和排气口，所述气室ii底部设置有排液通道，所述排液通道底部连接有漏斗
式排液口，所述排液通道和所述漏斗式排液口之间设有可浮于液面且直径大于所述漏斗式排液口的浮球。
8.优选的，所述气室i和所述气室ii内均设置有多层导流板i和多层导流板ii，所述多层导流板i的各层导流板和所述多层导流板ii的各层导流板的位置依次上下交错，且所述多层导流板i的各层导流板和所述多层导流板ii的各层导流板在垂直于出气方向的平面上的投影存在互相重叠部分。
9.优选的，所述多层导流板i的各层导流板的一端固设在所述气室i的内侧壁上或者所述隔离板的左侧，所述多层导流板i的各层导流板的另一端均向下倾斜设置；
10.所述多层导流板ii的各层导流板的一端固设在所述气室ii的内侧壁上或者所述隔离板的右侧，所述多层导流板ii的各层导流板的另一端均向下倾斜设置。
11.优选的，所述多层导流板i的各层导流板平行布置，所述多层导流板ii的各层导流板平行布置。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本技术通过将排液口设置成漏斗形状，并在排液口处设置浮球，在有效排出冷凝液的同时能够阻止气体从排液口逸出，使样品气体全部进入下一待测环节；
13.本技术在隔离板分离形成的气室i和气室ii内设置有多层导流板i和多层导流板ii，有利于增大水蒸气的冷却接触面积，增加气体在气液分离室3的停留时间，使气体中的水蒸气充分冷却至露点；
14.本技术中，导流板均采用斜下方向设置，有利于冷凝液从所述漏斗式排液口排出；
15.本实用新型结构合理而紧凑，小巧而有效，通过该装置的气体可以有效降低其水含量，同时减少气体分流量，使更多的气体进入后续检测装置。
附图说明
16.图1为现有技术中气液分离室的结构示意图。
17.图2为专利cn 202427267u中气液分离室的结构示意图。
18.图3是本实用新型实施例1的结构示意图。
19.图4是无冷凝液汇聚到漏斗式排液口时浮球受力原理图。
20.图5是有冷凝液汇聚到漏斗式排液口时浮球受力原理图。
21.图6是本实用新型实施例2的结构示意图。
22.附图标记说明：
23.1. 进气口；2.出气口；3. 气液分离室；4. 隔离板；5. 导流板；6. 排液通道；7. 漏斗式排液口；8. 浮球；9.气室i；10.气室ii。
具体实施方式
24.下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是
为了便于描述本实用新型的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.实施例1
27.如图3所示，本实用新型提供一种用于冷凝器的高效气液分离装置，包括气液分离室3，所述气液分离室3内竖直设置有用于将所述气液分离室3分为气室i9和气室ii 10的隔离板4，所述隔离板4与所述气液分离室3的上部密封连接、下部留有间隔；所述气室i9和所述气室ii 10的顶部分别设置有进气口1和排气口2，所述气室ii10底部设置有排液通道6，所述排液通道6底部连接有漏斗式排液口7，所述排液通道6和所述漏斗式排液口7之间设有可浮于液面且直径大于所述漏斗式排液口7的浮球8。
28.在具体实施时，所述浮球8可以是球形，也可以是椭球形；所述浮球8的材质可以是塑料材质，也可以是泡沫、木质等材质；所述浮球8的内部可以是空心的，也可以是实心的。
29.进一步的，所述气液分离室3、所述隔离板4可以是金属不锈钢材质，也可以是其他金属材质（铜、铝等）。
30.在具体实施时，气体从进气口1进入所述气室i，并向下运动，当到达所述气室i底部后通过所述隔离板4和所述气液分离室底部的间隔进入所述气室ii，并向上运动，最终从所述出气口2流出。这个过程中，气体中的水蒸气由于接触到低温的气液分离室3内壁、所述隔离板4冷却至露点时，会形成冷凝液沿着所述导流板5流至所述排液通道6。
31.如图4所示，当没有冷凝液汇聚到所述漏斗式排液口7时，由于所述浮球8上方的管径截面积大，因此气体流速小；而浮球下方的管径截面积小，因此气体流速大。
32.根据伯努利原理可知， ;
33.式中p为流体中某点的压强，v为流体该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，c是一个常量。
34.即，动能+重力势能+压力势能=常数，可以得到如下推论：等高流动时，流速大，压力就小。
35.所以，当没有冷凝液汇流到浮球处时，由于所述浮球8上部气体流速小于所述浮球8底部，因此其上部受到的气体压力大于底部气体压力，上部压力使浮球紧贴漏斗壁，从而阻止气体从所述漏斗式排液口7流出。
36.然而，从所述进气口1到所述出气口2的传输过程中，随着温度的降低，气体中的水蒸气由于遇冷会冷却至露点，会形成冷凝液。如图5所示，当冷凝液汇集到所述浮球8上方时，所述浮球8同时收到向上的浮力影响、向下的重力、以及气室内外压力差
△
p；
37.其中，浮力 ，重力 ，压力差 ，ρ为液体密度，g为重力加速度，v
排
为浮球排开液体的体积，m为浮球重量，n为气体分子量密度，k为玻尔兹曼常数，t
内
、t
外
分别为气液分离室内外温度。
38.因为t
内
＜t
外
，
△
p＜0，因此外部压力大于气室内压力；随着冷凝液逐渐淹没所述浮球8，高度的增加会导致v
排
增大，导致其所受浮力不断增大。当所述浮球8所受的向上的浮力f
浮
＞g+
△
p时，所述浮球8上浮，离开漏斗内壁，使冷凝液顺利流出所述漏斗式排液口7。
39.实施例2
40.本实施例与实施例1的区别在于：如图6所示，所述气室i9和所述气室ii 10内均设
置有多层导流板i和多层导流板ii，所述多层导流板i的各层导流板5和所述多层导流板ii的各层导流板5的位置依次上下交错，且所述多层导流板i的各层导流板5和所述多层导流板ii的各层导流板5在垂直于出气方向的平面上的投影存在互相重叠部分。
41.可以理解，所述多层导流板i和所述多层导流板ii的设置有利于增大水蒸气的冷却接触面积，增加气体在所述气液分离室3的停留时间，使气体中的水蒸气充分冷却至露点，确保排出气体的脱水率达到95%以上。
42.可以理解，为了方便冷凝液从所述漏斗式排液口7排出，所述导流板5均采用斜下方向设置。具体的，所述多层导流板i的各层导流板5的一端固设在所述气室i9的内侧壁上或者所述隔离板4的左侧，所述多层导流板i的各层导流板5的另一端均向下倾斜设置；
43.所述多层导流板ii的各层导流板5的一端固设在所述气室ii10的内侧壁上或者所述隔离板4的右侧，所述多层导流板ii的各层导流板5的另一端均向下倾斜设置。
44.进一步的，所述多层导流板i的各层导流板5平行布置，所述多层导流板ii的各层导流板5平行布置。在具体实施时，所述多层导流板i的各层导流板和所述多层导流板ii的各层导流板向下倾斜的角度均为10
°‑
60
°
。
45.进一步的，所述导流板5可以是金属不锈钢材质，也可以是其他金属材质（铜、铝等）。
46.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。