CN101757836A - 鳞片式螺旋流气体浓缩分离器 - Google Patents

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周自强
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Abstract

本发明公开了一种鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，包括内圆柱体(1)、外圆筒体(2)和螺旋面板(3)，螺旋面板(3)和内圆柱体(1)、外圆筒体(2)构成了螺旋流道(4)；螺旋面板(3)由螺旋道短板(5)构成，在螺旋道短板(5)相接处，螺旋道短板(5)之间设置有空隙；一方面利用流体在螺旋流动过程中产生的惯性力，使密度不同的气体或固体达到分离的目的；另一方面利用螺旋流道(4)和螺旋道短板(5)缝隙所形成的吸气和吹气现象，使气流始终处于层流状态。本发明结构简单，对使用场所的要求不高，能将密度不同的混合气体进行分离、浓缩，特别对密度差别较大的二元混合气体的浓缩与离心分离，使用过程中气体处理量大，能耗很低。

Description

鳞片式螺旋流气体浓缩分离器
技术领域
本发明涉及一种气体分离器，特别涉及一种鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，属于气体分离装置技术领域。
背景技术
混合气体的分离一般采用物理或者化学的方法进行。一般物理的方法对温度的要求较高，需要将温度降至零下200℃，这就对设备和场地的要求较高；化学的方法分离混合气体，需要使用化学制剂，增加了气体分离的成本，其对场地也有一定的要求。
综合上述可知，对于化学或物理方法来说，在一定的场合这两种发法都不适宜。例如在煤矿的生产企业，地下矿井中不可能设置大型的设备来进行降温等操作。但是矿井中常常含有甲烷和空气的混合气体，一方面，甲烷的浓度过高，对于矿井及其危险；另一方面，若将混合有甲烷的空气任意地排出，就浪费了有限的资源。
这就需要一种结构简单，操作方便的设备对二元混合混合气体(特别是密度差别较大的二元混合气体)进行分离、浓缩，以便分离后加以利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，可以方便地使二元混合气体分离、浓缩的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器。
为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：一种鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，包括内圆柱体、外圆筒体和螺旋面板，所述螺旋面板沿内圆柱体呈螺旋上升状安装在内圆柱体的外表面和外圆筒体的内表面之间，螺旋面板和内圆柱体的外表面、外圆筒体的内表面构成了螺旋流道；所述螺旋面板由首尾相互重叠的螺旋道短板构成，在螺旋道短板相接处，螺旋道短板之间设置有空隙。
根据流体螺旋流流场特点，在始终保持螺旋流为稳定层流状态的情况下。采用了窄缝矩形螺旋流道，螺旋流道由首尾重叠的短板构成，首尾重叠部分存在间隙，气体在螺旋流道中流道时，在靠近螺旋道短板的部分区域产生流动边界层，为保证气流在螺旋流道中始终处于稳定层流状态，要求气流边界层不产生分离效应，由首尾重叠的螺旋道短板组成的螺旋流道，每隔一定距离就会产生吸气、吹气效应，使边界层的特征长度始终小于临界长度。即保证在螺旋道短板上不存在转捩点，从而有效地避免了气体与螺旋流道之间的边界层的分离和旋涡的产生。
一方面利用流体在螺旋流动过程中产生的惯性力，使密度不同的气体或固体达到分离的目的；另一方面利用狭窄矩形截面螺旋流道和短板缝隙所形成的吸气和吹气现象，使螺旋流动的气流始终处于层流状态。
所述的螺旋面板可以有1-10条，优选的螺旋面板有6-8条。
在内圆柱体的外表面分布有上升角度大于0°小于90°的螺旋基线，螺旋道短板沿螺旋基线安装。
本发明结构简单，对于使用场所的要求不高，能将密度不同的混合气体进行分离、浓缩，特别对于密度差别较大的二元混合气体的浓缩与离心分离；本发明在使用过程中气体处理量大，能耗很低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器的内部结构示意图。
图2为本发明的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器的螺旋道短板分布的结构示意图。
图3为本发明的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器的俯视图。
图4为本发明的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器的螺旋道短板的安装示意图。
图5为本发明的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器的螺旋面板的展开图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，包括内圆柱体1、外圆筒体2和螺旋面板3，所述螺旋面板3沿内圆柱体1呈螺旋上升状设置在内圆柱体1的外表面和外圆筒体2的内表面之间，螺旋面板3和内圆柱体1的外表面和外圆筒体2的内表面构成了螺旋流道4。
图3为本发明的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器的俯视图，所述螺旋面板3由首尾相互重叠的螺旋道短板6构成。如图2所示，在螺旋道短板5相接处，螺旋道短板5之间设置有空隙。
鳞片式螺旋流气体浓缩分离器由内圆柱体1的外表面和外圆筒体2的内表面作为结构界面，如图4所示，在内圆柱体1的外表面上分布有若干条螺旋基线6，称为安装基线。
如图5所示，内圆柱体1的外表面上安装基线6的螺旋升角为a时，螺旋道短板5与螺旋基线6一定的倾斜角b安装，螺旋道短板5在内圆柱体1上的安装螺旋线的升角为(a-b)或(a+b)。螺旋道短板5内侧线长d，在螺旋基线6上的间距为c。螺旋基线6上升角a大于0°小于90。螺旋道短板5沿每条螺旋基线6以一定的包角γ和与螺旋基线6一定的倾斜角b安装。
则螺旋道短板5的内侧展开长度为d＝γ×r，沿螺旋基线6安装间距为c。前后两块螺旋道短板5相互重叠，并形成一定的缝隙，这些螺旋道短板5和内圆柱体1的外表面和外圆筒体2的内表面一起构成了螺旋流道4，混合气体在螺旋流道4内以近似的自由涡或强制涡沿螺旋流道流动。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，包括内圆柱体(1)、外圆筒体(2)和螺旋面板(3)，所述螺旋面板(3)沿内圆柱体(1)呈螺旋上升状安装在内圆柱体(1)的外表面和外圆筒体(2)的内表面之间，螺旋面板(3)和内圆柱体(1)的外表面、外圆筒体(2)的内表面构成了螺旋流道(4)；所述螺旋面板(3)由首尾相互重叠的螺旋道短板(5)构成，在螺旋道短板(5)相接处，螺旋道短板(5)之间设置有空隙。
2.根据权利要求1所述的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，其特征在于：所述螺旋面板(3)有1-10条。
3.根据权利要求2所述的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，其特征在于：所述螺旋面板(3)有6-8条。
4.根据权利要求1所述的鳞片式螺旋流气体浓缩分离器，其特征在于：在内圆柱体(1)的外表面分布有上升角度大于0°小于90°的螺旋基线(6)，螺旋道短板(5)沿螺旋基线(6)安装。
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