CN107562086B - 气体恒温控制装置及混合气体节流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体恒温控制装置，应用于气体压缩机换热系统，包括安装于压缩机中的节气阀门，还包括用于输送气体的换热管和用于向换热管喷射水雾的喷头，所述换热管与所述节气阀门连通，其中：所述换热管具有与所述喷头喷射的水雾空间几何形状相对应的温度调节部，所述温度调节部为所述换热管经过螺旋盘绕形成的空心锥体状结构；所述喷头设置在所述温度调节部锥体的锥尖端，所述喷头向所述温度调节部喷射水雾，用于对所述换热管中的气体进行变工况温度调节。本发明了还公开了一种安装有所述气体恒温控制装置的混合气体节流系统，能够对混合气体的温度进行准确调节，便于对混合气体进行再利用。

Description

气体恒温控制装置及混合气体节流系统

技术领域

本发明涉及流体温度控制领域，尤其涉及对混合气体工质进行温度控制的装置。

背景技术

节流阀门是大型气体压缩机回流换热过程中主要设备，其内部流动过程被认为是经典节流过程，其中没有能量的加入与移除。所以总焓是前后一致的，由于热力学的不可逆性，熵是增加的。然而在富氢混合气体压缩机节流工况中出现与经典节流温度变化相差较大的情况，阀体表面会结冰；更为严重的甚至出现天然气体冰堵的现象，尤其对于噪音控制阀门，该现象尤甚。

在节流温度变化的测量领域一方面是低压差高精度的技术方案，在低压差时由于不存在耐压性问题，可选用绝热材料如石英玻璃和高精度热电偶如插入式热电偶进行；另一方面是高压差低精度的技术方案，在高压差时必须使用金属材质以满足耐压性要求，因此在测量精度上便存在一些困难。

混合工质在经过稳压调节设备后往往由于压力降低使其温度会发生较大变化，这对准确描述后续气体处理过程的生产设计、实验标定、检测等带来很大误差。以往通过水冷的方式对气体进行恒温处理以提高测量的精确度和可控性，但是该方法在高气体压力时无法得到较好的效果。

发明内容

为了克服现有技术对高气压混合工质进行恒温处理的技术缺陷，本发明提出冷却更加充分的气体恒温控制装置，本发明的另一目的是提供一种混合气体节流系统。

本发明所述的一种气体恒温控制装置，应用于气体压缩机换热系统，包括安装于压缩机中的节气阀门，还包括用于输送气体的换热管14和用于向换热管14喷射水雾的喷头12，所述换热管14与所述节气阀门连通，其中：

所述换热管14具有与所述喷头12喷射的水雾空间几何形状(空心锥形)相对应的温度调节部，所述温度调节部为所述换热管14经过螺旋盘绕形成的空心锥体状结构；

所述喷头12设置在所述温度调节部锥体的锥尖端，所述喷头12向所述温度调节部喷射水雾，用于对所述换热管14中的气体进行变工况温度调节。

进一步地，还包括水循环装置，所述水循环装置包括收集水箱10，水泵11，其中：

所述收集水箱10用于收集喷头12喷射出的水，所述水泵11通过管道将所述收集水箱10收集的水输送至所述喷头12，并为所述喷头12提供喷射水压。

进一步地，还包括用于控制所述喷头12喷射水量的控制阀13，所述控制阀13的进水端与所述水泵11的出水端连通，所述控制阀13的出水端与所述喷头12的进水端连通。

进一步地，所述气体恒温控制装置还包括控制器，温度传感器，电磁阀，其中：

所述温度传感器安装在所述换热管14内，用于实时获取换热管14内气体的温度；

所述温度传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与电磁阀的输入端连接；

所述电磁阀的进水端与所述水泵11的出水端连通，所述电磁阀的出水端与所述喷头12的进水端连通。

进一步地，当所述温度传感器检测到换热管14内的气体温度大于第一预设值时，控制器控制所述电磁阀工作，通过所述喷头12喷射冷却水对所述换热管14进行冷却。

另一方面，本发明还公开了一种混合气体节流系统，包括上述所述的气体恒温控制装置，还包括气体混合装置和流量控制装置，其中：

所述气体混合装置的出气端与所述气体恒温控制装置的进气端连通；

所述气体恒温控制装置的出气端与所述流量控制装置连通。

通过所述气体混合装置混合后的气体，经过所述气体恒温控制装置进行温度调控后，在所述流量控制装置的节流控制下输出。

进一步地，所述气体混合装置包括第一气体支路装置，第二气体支路装置，和分别与所述第一气体支路装置和第二气体支路装置连通的水力耐压软管8，所述水力耐压软管8的出气端与所述换热管14的进气端连通。

进一步地，所述第一气体支路装置包括氮气瓶1，所述氮气瓶1通过第一输气管与所述水力耐压软管8连通，在第一输气管上设置有第一压力调节器3，用于调控所述氮气瓶1向所述水力耐压软管8输出的气压。

进一步地，所述第二气体支路装置包括氢气瓶2，所述氢气瓶2通过第二输气管与所述水力耐压软管8连通，在第二输气管上设置有第二压力调节器4，用于调控所述氢气瓶2向所述水力耐压软管8输出的气压。

进一步地，所述流量控制装置包括高压多级节流阀，所述高压多级节流阀安装在与所述换热管14的出气端连通的管路上，用于控制混合气体的输出流量。

本发明所述的气体恒温控制装置，换热管14具有与喷头12喷出水雾的几何形状相对应的温度调节部，使喷头12喷射的水雾能够最大效率的接触换热管14，进而能够更有效的对换热管14中的气体进行温度调控。在气体温度发生变化时，通过控制阀13调控喷雾频率以达到水的流量匹配，喷雾压头保持不变，因此喷头12喷射的水雾形成的锥形几何空腔和换热表面的流型得以维持，可以有效地适用于变工况温控。

本发明所述的混合气体节流系统，安装有上述的气体恒温控制装置，能够有效控制混合气体稳压后的温度变化，大大提升了测量的可控性，对测量结果的处理再应用有很大帮助，尤其是在高节流压差的设计方案中具有显著地效果。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明所述气体恒温控制装置一种实施例示意图；

图2为本发明所述混合气体节流系统一种实施例示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的所述气体恒温控制装置及混合气体节流系统的具体实施方式进行说明。

一、气体恒温控制装置实施例

如图1所示，本实施例所述的一种气体恒温控制装置，包括用于输送气体的换热管14，用于向换热管14喷射水雾的喷头12，和水循环装置，优选地，换热管14为铜管。

所述水循环装置包括收集水箱10，水泵11，控制阀13，所述收集水箱10用于收集喷头12喷射出的水，优选地，所述水泵11为离心泵，所述水泵11通过管道将所述收集水箱10收集的水输送至所述喷头12，并为所述喷头12提供喷射水压。所述控制阀13的进水端与所述水泵11的出水端连通，所述控制阀13的出水端与所述喷头12的进水端连通，所述控制阀13用于控制喷头12的水喷频率。

所述换热管14具有与所述喷头12喷射的水雾几何形状相对应的温度调节部，所述温度调节部为所述换热管14经过螺旋盘绕形成的锥体状结构；即所述温度调节部从气体进入端到气体流出端螺旋盘绕的半径逐渐减小，在换热过程流向上满足逆流换热，具有很好的恒温效果。

所述喷头12设置在所述温度调节部锥体的锥尖端，所述喷头12向所述温度调节部喷射水雾。所述控制阀13对喷头12的控制方式为定压差雾化条件下的频率调控，设定喷水雾的持续时间和间歇时间相等，根据换热管14内气体温度的不同，控制喷雾周期在200—400ms区间，可以实现不同气体温度时，喷头12喷射的水雾对换热管14中温度调节部的压力保持不变，喷头12喷射水雾形成的锥形几何空腔和温度调节部换热表面的流型在不同流量下的稳定，从而实现对所述换热管(14)中的气体进行变工况温度调节。

作为另一实施方式，气体恒温控制装置还包括控制器，温度传感器和电磁阀，其中：温度传感器安装在所述换热管14内，用于实时获取换热管14内气体的温度；

所述温度传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与控制阀13的输入端连接。

所述电磁阀的进水端与所述水泵11的出水端连通，所述电磁阀的出水端与所述喷头12的进水端连通。当所述温度传感器检测到换热管14内的气体温度大于第一预设值时，优选地，所述第一预设值为40°，控制器控制所述电磁阀的喷水时间和间歇时间并向喷头12喷射水流，优选地，喷水时间和间歇时间均为300ms，所述喷头12将电磁阀输出的水流雾化，并呈锥形喷射在所述换热管14的管壁上，对气体介质进行冷却，从而实现精确温度控制的目的。

上述两实施例中，喷射出的水雾附着在收集水箱10的侧壁9上，或直接落在收集水箱10中，水泵11再将水输送至控制阀13，实现温度调控用水的循环利用。

二、混合气体节流系统

如图2所示，本实施例所述一种混合气体节流系统，包括上述实施例所述的气体恒温控制装置，还包括气体混合装置和流量控制装置，具体的：

所述气体混合装置包括第一气体支路装置，第二气体支路装置；所述第一气体支路装置包括氮气瓶1，所述氮气瓶1通过第一输气管与所述水力耐压软管8连通，在第一输气管上设置有第一压力调节器3，用于调控所述氮气瓶1向所述水力耐压软管8输出的气压。

所述第二气体支路装置包括氢气瓶2，所述氢气瓶2通过第二输气管与所述水力耐压软管8连通，在第二输气管上设置有第二压力调节器4，用于调控所述氢气瓶2向所述水力耐压软管8输出的气压。

水力耐压软管8的出气端与换热管14的进气端连通，利用气体混合配气的压力分配法，氮气瓶1与氢气瓶2的气体，通过调节压力调节器3和4，分别调节氮气与氢气两支路的压力，从而达到不同的流量配比，气体混合后流经铜管14进入气体恒温控制装置行喷雾冷却(或升温)恒温处理；采用水力耐压软管8取代传统的输气管，大大降低了混合后高压气体的管路沿程散热。

换热管14的出气端与所述流量控制装置的进气端连通，流量控制装置包括高压多级节流阀7，所述高压多级节流阀7安装在与所述换热管14的出气端连通的管路上，高压多级节流阀7较常用的单级节流阀更好的满足了节流的多孔介质特性；氮氢混合气体在达到温度均匀后进入高压多级节流阀7。节流后气体排弃。

本实施例所述混合气体节流系统由于安装上述实施例所述的气体恒温控制装置，能够对混合后的气体温度进行精准控制，对混合气体的处理再应用有很大帮助。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气体恒温控制装置，应用于气体压缩机换热系统，包括安装于压缩机中的节气阀门，其特征在于，还包括用于输送气体的换热管(14)和用于向换热管(14)喷射水雾的喷头(12)，所述换热管(14)与所述节气阀门连通，其中：

所述换热管(14)具有与所述喷头(12)喷射的水雾空间几何形状相对应的温度调节部，所述温度调节部为所述换热管(14)经过螺旋盘绕形成的空心锥体状结构；所述温度调节部从气体进入端到气体流出端螺旋盘绕的半径逐渐减小，在换热过程流向上满足逆流换热；

所述喷头(12)设置在所述温度调节部锥体的锥尖端，所述喷头(12)向所述温度调节部喷射水雾，用于对所述换热管(14)中的气体进行变工况温度调节；还包括水循环装置，所述水循环装置包括收集水箱(10)，水泵(11)，其中：

所述收集水箱(10)用于收集喷头(12)喷射出的水，所述水泵(11)通过管道将所述收集水箱(10)收集的水输送至所述喷头(12)，并为所述喷头(12)提供喷射水压；还包括用于控制所述喷头(12)喷水频率的控制阀(13)；

所述控制阀(13)的进水端与所述水泵(11)的出水端连通，所述控制阀(13)的出水端与所述喷头(12)的进水端连通；还包括控制器，温度传感器和电磁阀，其中：

所述温度传感器安装在所述换热管(14)内，用于实时获取换热管(14)内气体的温度；

所述温度传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与电磁阀的输入端连接；

所述电磁阀的进水端与所述水泵(11)的出水端连通，所述电磁阀的出水端与所述喷头(12)的进水端连通。

2.根据权利要求1所述的气体恒温控制装置，其特征在于，当所述温度传感器检测到换热管(14)内的气体温度大于第一预设值时，控制器控制所述电磁阀工作，通过所述喷头(12)喷射冷却水对所述换热管(14)进行冷却。

3.一种混合气体节流系统，其特征在于，包括权利要求1-2任意一项所述的气体恒温控制装置，还包括气体混合装置和流量控制装置，其中：

所述气体混合装置的出气端与所述气体恒温控制装置的进气端连通；

所述气体恒温控制装置的出气端与所述流量控制装置连通。

4.根据权利要求3所述的混合气体节流系统，其特征在于，所述气体混合装置包括第一气体支路装置，第二气体支路装置，和分别与所述第一气体支路装置和第二气体支路装置连通的水力耐压软管(8)，所述水力耐压软管(8)的出气端与所述换热管(14)的进气端连通。

5.根据权利要求4所述的混合气体节流系统，其特征在于，所述第一气体支路装置包括氮气瓶(1)，所述氮气瓶(1)通过第一输气管与所述水力耐压软管(8)连通，在第一输气管上设置有第一压力调节器(3)，用于调控所述氮气瓶(1)向所述水力耐压软管(8)输出的气压。

6.根据权利要求5所述的混合气体节流系统，其特征在于，所述第二气体支路装置包括氢气瓶(2)，所述氢气瓶(2)通过第二输气管与所述水力耐压软管(8)连通，在第二输气管上设置有第二压力调节器(4)，用于调控所述氢气瓶(2)向所述水力耐压软管(8)输出的气压。

7.根据权利要求3-6任意一项所述的混合气体节流系统，其特征在于，所述流量控制装置包括高压多级节流阀，所述高压多级节流阀安装在与所述换热管(14)的出气端连通的管路上，用于控制混合气体的输出流量。

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