CN1235664C - 基于声波传质效应的气体分离装置 - Google Patents
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Abstract
基于声波传质效应的气体分离装置，包括一个一端封闭一端开口的筒体，在筒体的中部开设有进气口，在筒体的封闭端和开口端分别开设有高密度出气口和低密度出气口，在筒体的开口端设置有声波发声器，由筒体与声波发声器构成的谐振腔内填充有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件。本发明在筒体的一端设置有扬声器，且在谐振腔内填充有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件，通过谐振声波的传质效应实现了多组分气体的分离。
Description
技术领域
本发明属于气体分离技术领域，具体涉及到利用机械能通过混合气体的热力过程实现各种组分气体分离的基于声波传质效应的气体分离装置。
背景技术
气体分离装置是工业生产和科学研究中的重要设备，在能源、化工、医药及军事工业中具有广泛的用途。常用的分离方法主要有液化法和离心分离法，前者是根据各组分气体的饱和温度不同来进行分离的，其主要缺点是系统复杂，能耗高；而后者则是根据各组分气体的密度不同，通过装置的高速旋转产生离心力来实现分离的，其缺点是分离效率较低，且其出力较小，特别是当所分离的气体密度相差不大时(如分离同位素)，需要很多级串联才能达到分离的目的，耗费了大量的机械能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、分离效率高的利用声波传质效应实现混合气体分离的装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括一个一端封闭一端开口的筒体，其特点是，在筒体的中部开设有进气口，在筒体的封闭端和开口端分别开设有高密度出气口和低密度出气口，在筒体的开口端设置有声波发声器，由筒体与声波发声器构成的谐振腔内填充有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件。
本发明的另一特点是：由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件的网格为正方形网格；传质强化元件的金属丝的直径为0.1-0.5mm，各网格的间距为金属丝直径的5-10倍；声波发声器为扬声器。
由于本发明在筒体的一端设置有扬声器，且在谐振腔内填充有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件，通过谐振声波的传质效应实现了多组分气体的分离。
附图说明
图1是本发明谐振声波气体分离装置的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括一个一端封闭一端开口的筒体1，在筒体1的中部开设有进气口5，在筒体1的封闭端和开口端分别开设有高密度出气口6和低密度出气口7，筒体1的开口端设置有扬声器4，由筒体1与扬声器4构成的谐振腔2内填充有由金属丝编成的三维正方形网格形状的传质强化元件3，此金属丝的直径为0.1-0.5mm，各网格的间距为金属丝直径的5-10倍。在扬声器4的作用下，谐振腔2内将产生1/4波长的谐振声波。研究表明，如果谐振腔2内混合气体各组分的密度不同，则在声波的作用下，谐振腔2内将产生附加的传质效应，导致密度大的组分由声波的压力波节向压力的波腹移动。由于谐振腔2的开口位置为压力波节，封闭端为压力的波腹，因而密度大的组分将向封闭端运动，而密度小的组分将向开口端运动，从而完成了混合气体的分离。关于声波的传质效应可从以下两个角度进行解释。一方面，在声波运动过程中，气体微团将受到很大的交变惯性力，从而产生分离效应。另一方面，密度大的气体分子质量大，而密度小的气体分子质量小，而声波运动实质上是气体分子的宏观振动，遵循能量最小化原理：压力的波腹处为速度的波节，振动速度为零，密度大的组分将向此处集中；而压力的波节处为速度的波腹，振动速度最大，密度小的组分将向此处集中。传质强化元件3的作用是在谐振的声波场中产生扰动以强化传质过程，增强声波的传质效应。另外，谐振腔2内密布的固体网栅将产生热声制冷效应，耗费声能，这是气体分离过程所要避免的。采用导热性好的金属丝，可减小谐振腔2内由热声制冷效应产生的温度梯度，提高气体分离的效率。装置的工作过程为：在扬声器4的作用下，谐振腔内产生1/4波长的谐振声波，在装置内部产生分离效应，导致高密度的组分向封闭端移动，低密度的组分向扬声器4端移动。因此，由高密度出气口6引出的气体高密度组分含量较多，而由低密度出气口7引出的气体低密度组分含量较多。混合气体由进气口5补充，从而可连续进行气体分离。这种装置结构简单，没有运动部件，具有广泛的应用前景。
本发明利用了声波的传质效应实现混合气体的分离。与传统的气体分离装置相比，其系统和装置结构简单，分离效率高，具有重要的应用价值。
Claims (4)
1、一种基于声波传质效应的气体分离装置，包括一个一端封闭一端开口的筒体[1]，其特征在于：在筒体[1]的中部开设有进气口[5]，在筒体[1]的封闭端和开口端分别开设有高密度出气口[6]和低密度出气口[7]，在筒体[1]的开口端设置有声波发声器[4]，由筒体[1]与声波发声器[4]构成的谐振腔[2]内填充有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件[3]。
2、根据权利要求1所述的基于声波传质效应的气体分离装置，其特征在于：所说的由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件[3]的网格为正方形网格。
3、根据权利要求1所述的基于声波传质效应的气体分离装置，其特征在于：所说的传质强化元件[3]的金属丝的直径为0.1-0.5mm，各网格的间距为金属丝直径的5-10倍。
4、根据权利要求1所述的基于声波传质效应的气体分离装置，其特征在于：所说的声波发声器[4]为扬声器。
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