CN1318124C - 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，包括与电机的输出轴相连接的转轴以及固定在转轴上的圆柱形壳体，在封闭的壳体内沿圆周方向均匀分布有声波片，相邻的两个声波片组成了谐振腔，在谐振腔内靠近壳体内筒壁的区域均匀分布有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件，在壳体的一个端面的中心位置开设有进气口，在壳体的另一端面的中心位置和外圆侧面分别开设有低密度出气口和高密度出气口。本发明在壳体内沿圆周方向均匀分布有构成谐振腔的声波片，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：包括与电机的输出轴相连接的转轴以及固定在转轴上的圆柱形壳体，其特点是，在封闭的壳体内沿圆周方向均匀分布有声波片，相邻的两个声波片组成了谐振腔，在谐振腔内靠近壳体内筒壁的区域均匀分布有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件，在壳体的一个端面的中心位置开设有进气口，在壳体的另一端面的中心位置和外圆侧面分别开设有低密度出气口和高密度出气口。
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；声波片为金属片，相邻的两声波片之间的夹角为5°-30°；强化传质元件的长度为声波片长度的0.2-0.5倍。
由于本发明在壳体内沿圆周方向均匀分布有构成谐振腔的声波片，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是本发明的结构示意图；
图2是本发明图1的A-A剖视图。
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1，2，本发明包括固定在转轴7上的圆柱形壳体1，轴承9是支承转轴7的轴承，在封闭的壳体1内沿圆周方向均匀分布有由金属制成的声波片8，相邻的两声波片8之间的夹角为5°-30°，且相邻的两个声波片8组成了谐振腔2，在谐振腔2内靠近壳体1内壁的区域均匀分布有长度为声波片长度的0.2-0.5倍的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，在壳体1的一个端面的中心位置开设有进气口4，在壳体1的另一端面的中心位置和外圆侧面分别开设有低密度出气口6和高密度出气口5，整个装置固定为一个整体，由电机10驱动，绕转轴7高速旋转。为产生谐振声波，装置的旋转速度随周期性变化，且其周期与装置内的谐振声波的周期相同。当装置旋转速度减小时，气体受到的离心力也减小、向轴心运动；当装置加速时，气体受到的离心力增加，向外壁面运动。当气体沿半径方向在谐振腔2内运动时，便会产生Coriolis力，作用于声波片8上，将谐振腔2内的声波运动与装置的旋转运动耦合起来，通过装置的旋转运动为声波运动提供能量。本装置内的气体分离过程较复杂，除了在声波传质分离外，还存在离心分离，以及声波和离心力的共同作用下的分离效应。这三种分离效应的方向一致，都导致密度大的组分由轴心向筒壁运动，因而可在外筒壁处获得含高密度组分较多的混合物，在轴心处获得含低密度组分较多的混合物，从而实现了混合物的组分分离。这种装置可以是传统气体离心装置的重大改进，由于三种分离效应相互叠加，其分离效果和分离能力得到大幅度的提高，具有重要的应用前景。
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 (5)
1、一种基于声波传质效应的气体分离装置，包括与电机[10]的输出轴相连接的转轴[7]以及固定在转轴[7]上的圆柱形壳体[1]，其特征在于：在封闭的壳体[1]内沿圆周方向均匀分布有声波片[8]，相邻的两个声波片[8]组成了谐振腔[2]，在谐振腔[2]内靠近壳体[1]内筒壁的区域均匀分布有由金属丝编成的三维网格形状的传质强化元件[3]，在壳体[1]的一个端面的中心位置开设有进气口[4]，在壳体[1]的另一端面的中心位置和外圆侧面分别开设有低密度出气口[6]和高密度出气口[5]。
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：所说的声波片[8]为金属片，相邻的两声波片[8]之间的夹角为5°-30°。
5、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：所说的强化传质元件[3]的长度为声波片长度的0.2-0.5倍。
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