專利名稱：混合氣體分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣體分離裝置，尤其涉及一種將氣體的壓力露點(diǎn)降到其高凝固點(diǎn)組分的凝固點(diǎn)溫度以下的深度冷凍高效分離裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)氣體，如化工氣體、石油氣體、天然氣等以及空氣，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生活中得到廣泛應(yīng)用。但在應(yīng)用這些氣體之前，往往需要降其中的高沸點(diǎn)雜質(zhì)祛除。在另一些場合，例如煉化石油氣，則需要將高沸點(diǎn)的組分回收。祛除高沸點(diǎn)氣體雜質(zhì)，以往通常是采用吸附劑吸附的方法。但這種方法能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高。近年來，也有采用冷凍的辦法，但是迄今為止文獻(xiàn)上看到的冷凍辦法都是直接將氣體引入蒸發(fā)器。這樣做的后果是蒸發(fā)器負(fù)荷大，出系統(tǒng)的低溫空氣冷量得不到很好回收，使系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種混合氣體分離裝置。
它是壓縮機(jī)高壓出口經(jīng)冷凝器與四通換向閥高壓入口相接，四通換向閥低壓出口與壓縮機(jī)的低壓進(jìn)口相接，四通換向閥的一接口經(jīng)一回?zé)崞?、一蒸發(fā)器、雙向膨脹元件、另一蒸發(fā)器、另一回?zé)崞髋c四通換向閥的另一接口相接，雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個(gè)接口間各連接一個(gè)截止閥；兩個(gè)蒸發(fā)器和兩個(gè)回?zé)崞髦g分別連接一個(gè)能緩慢傳遞熱量的冷橋。三通換向閥一端經(jīng)回?zé)崞?、蒸發(fā)器、回?zé)崞髋c氣體出口相接，三通換向閥另一端經(jīng)另一回?zé)崞?、另一蒸發(fā)器、另一回?zé)崞髋c氣體出口相接，三通換向閥設(shè)有氣體入口。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是可以將冷凍溫度降低到氣體中高凝固點(diǎn)組分的凝固溫度以下，甚至更低，而不會導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化或影響被處理的氣體質(zhì)量，而且由于采用高壓氣體先經(jīng)過回?zé)峤禍亍⒍皇侵苯舆M(jìn)入蒸發(fā)器的方法，使得蒸發(fā)器的負(fù)荷得到降低，從而降低了系統(tǒng)的總負(fù)荷，使裝置初投資降低，能量利用率高，運(yùn)行費(fèi)用降低。


附圖是混合氣體分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出的裝置由壓縮機(jī)1，冷凝器2，四通換向閥3，截止閥4a和4b，回?zé)崞?a和5b，蒸發(fā)器6a和6b，雙向膨脹元件7，氣體三通閥8，排液閥9a和9b以及兩個(gè)冷橋10a和10b所組成。
壓縮機(jī)1高壓出口經(jīng)冷凝器2與四通換向閥3高壓入口相接，四通換向閥3低壓出口與壓縮機(jī)1的低壓進(jìn)口相接，四通換向閥3的一接口經(jīng)一回?zé)崞?a、一蒸發(fā)器6a、雙向膨脹元件7、另一蒸發(fā)器6b、另一回?zé)崞?b與四通換向閥3的另一接口相接，雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個(gè)接口間各連接一個(gè)截止閥4a和4b，從而構(gòu)成制冷回路。
氣體回路較為簡單。進(jìn)氣管路上裝有氣體三通切換閥8，三通切換閥8的出口分別連接到兩個(gè)回?zé)崞?a和5b上，回?zé)崞鞯某隹诜謩e與兩個(gè)蒸發(fā)器6a和6b的進(jìn)口連接，蒸發(fā)器的出口再回接到回?zé)崞?a和5b的入口，從回?zé)崞鞒鰜淼臍怏w連接氣體出口管路。
冷橋10a連接兩個(gè)回?zé)崞鳎錁?0b連接兩個(gè)蒸發(fā)器。
其工作過程如下制冷劑氣體經(jīng)壓縮機(jī)1壓縮后到冷凝器2冷卻并冷凝成液體，然后進(jìn)入四通換向閥3。如果此時(shí)左路蒸發(fā)器6b處于低溫制冷狀態(tài)，而且右路蒸發(fā)器6a不處于融霜狀態(tài)，截止閥4a打開。從四通換向閥3出來的制冷劑經(jīng)截止閥4a進(jìn)入雙向膨脹元件7，經(jīng)雙向膨脹元件7減壓膨脹后的低壓低溫制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器6b吸熱。此時(shí)，截止閥4b關(guān)閉。從蒸發(fā)器6b里出來的制冷劑經(jīng)回?zé)崞?b吸熱后到達(dá)四通換向閥3，經(jīng)過閥中通道后回到壓縮機(jī)1。這時(shí)，氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)三通換向閥8后到回?zé)崞?b冷卻，然后經(jīng)蒸發(fā)器6b進(jìn)一步冷卻，其中高沸點(diǎn)組分被冷凝成液體或/和析出固態(tài)晶體，這些液體或/和固體被留在回?zé)崞?b和蒸發(fā)器6b里面，達(dá)到了分離的目的。其余低沸點(diǎn)低溫氣體從蒸發(fā)器6b出來后到達(dá)回?zé)崞?b，在其中吸熱復(fù)溫，回收冷量后從氣體出口管路出去。
在工作一定時(shí)間后，由于回?zé)崞?b和蒸發(fā)器6b內(nèi)堆積的液體和/或固體會越來越多，嚴(yán)重時(shí)就要影響系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和出去氣體的質(zhì)量，因此要及時(shí)將其祛除。祛除過程稱之為融霜過程。該過程詳細(xì)描述如下首先，將三通切換閥8切換，使氣體停止進(jìn)入回?zé)崞?b，轉(zhuǎn)而進(jìn)入回?zé)崞?a。
然后，切換四通換向閥3，將其從左路通過高壓流體轉(zhuǎn)換成從右路通過高壓流體。
最后，關(guān)閉截止閥4b，讓高壓高溫制冷劑流入回?zé)崞?b和蒸發(fā)器6b，在其中放出熱量，使被凝固在里面的高凝固點(diǎn)組分融解，并通過排液閥9b排出系統(tǒng)，直至融霜過程結(jié)束。
在融霜過程結(jié)束后，截止閥4b打開，截止閥4a關(guān)閉，進(jìn)入正常的制冷狀態(tài)。與上述不同的是，這時(shí)的制冷過程發(fā)生在蒸發(fā)器6a而不是蒸發(fā)器6b中。
同樣地，在工作一定時(shí)間后，回?zé)崞?a和蒸發(fā)器6a內(nèi)堆積的液體和/或固體會越來越多，嚴(yán)重時(shí)就要影響系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和出去氣體的質(zhì)量，因此要及時(shí)將其祛除。祛除過程稱之為融霜過程。該過程詳細(xì)描述如下首先，將三通切換閥8切換，使氣體停止進(jìn)入回?zé)崞?a，轉(zhuǎn)而進(jìn)入回?zé)崞?b。
然后，切換四通換向閥3，將其從右路通過高壓流體轉(zhuǎn)換成從左路通過高壓流體。
最后，關(guān)閉截止閥4a，讓高壓高溫制冷劑流入回?zé)崞?a和蒸發(fā)器6a，在其中放出熱量，使被凝固在里面的高凝固點(diǎn)組分融解，并通過排液閥9a排出系統(tǒng)，直至融霜過程結(jié)束。
在融霜過程結(jié)束后，截止閥4a打開，截止閥4b關(guān)閉，進(jìn)入正常的制冷狀態(tài)。與上述不同的是，這時(shí)的制冷過程發(fā)生在蒸發(fā)器6b而不是蒸發(fā)器6a中。
通過上述周而復(fù)始地反復(fù)工作，使被處理的氣體中高沸點(diǎn)和高凝固點(diǎn)組分得以分離，使氣體的壓力露點(diǎn)溫度降低到其高沸點(diǎn)組分的凝固點(diǎn)溫度以下。從上述可以看出，除了融霜過程外，兩個(gè)回?zé)崞?a和5b以及蒸發(fā)器6a和6b通過冷橋的作用始終處于低溫狀態(tài)。這一結(jié)果帶來的好處是十分明顯的，它使融霜后蒸發(fā)器里的殘余高沸點(diǎn)組分迅速凝結(jié)下來，也使得在氣體回路切換進(jìn)來氣體時(shí)，蒸發(fā)器本身不需要預(yù)冷時(shí)間，從而解決了由于切換過程引起的氣體質(zhì)量下降的難題。
上述所說的壓縮機(jī)為普通制冷壓縮機(jī)，它的作用是將低壓制冷劑氣體升壓。制冷劑為常規(guī)制冷劑，包括純制冷劑和混合物制冷劑，在工作溫度范圍內(nèi)，它們不會有固態(tài)物質(zhì)析出。
冷凝器為換熱器，它把制冷劑的熱量傳給另一流體，如空氣或水。制冷劑在其中被冷卻后部分或全部成為液體。
四通換向閥為常規(guī)制冷用四通換向閥，它的功能是進(jìn)行制冷劑回路的切換。它接受外界信號后動(dòng)作。
回?zé)崞鳛槿ǖ罁Q熱器，其中兩個(gè)通道通過被處理氣體，另一通道通過制冷劑。在制冷過程時(shí)，利用低溫制冷劑和低溫被處理氣體去冷卻高溫被處理氣體，從而實(shí)現(xiàn)冷量的有效回收，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的目的。在融霜過程時(shí)，高壓制冷劑在里面放熱，被凝固的組分在里面吸熱融化。此外，回?zé)崞鬟€被用做被處理氣體中冷凝或凝固下來的組分的臨時(shí)停留處。
蒸發(fā)器為常規(guī)換熱器，在制冷過程時(shí)，低壓制冷劑在里面蒸發(fā)吸熱，被處理氣體在里面冷卻放熱；在融霜過程時(shí)，高壓制冷劑在里面放熱，被凝固的組分在里面吸熱融化。此外，蒸發(fā)器還被用做被處理氣體中冷凝或凝固下來的組分的臨時(shí)停留處。
截止閥以及排液閥，可以為手動(dòng)或自動(dòng)閥門，它們根據(jù)需要將其打開或關(guān)閉。
冷橋?yàn)槟軅鬟f熱量的固體零件，它們的作用是在除霜結(jié)束后讓蒸發(fā)器和回?zé)崞骼鋮s下來。
雙向節(jié)流元件是一減壓裝置，它的作用是讓通過其中的制冷劑減壓膨脹。它可以是毛細(xì)管、自動(dòng)或手動(dòng)閥門，可以雙向流動(dòng)。氣體三通換向閥是一切換閥門，可以是自動(dòng)，也可以是手動(dòng)。其作用是按照需要將氣體分別切換送入不同的回?zé)崞鳌?br> 權(quán)利要求1.一種混合氣體分離裝置，其特征在于壓縮機(jī)[1]高壓出口經(jīng)冷凝器[2]與四通換向閥[3]高壓入口相接，四通換向閥[3]低壓出口與壓縮機(jī)[1]的低壓進(jìn)口相接，四通換向閥[3]的一接口經(jīng)一回?zé)崞鱗5a]、一蒸發(fā)器[6a]、雙向膨脹元件[7]、另一蒸發(fā)器[6b]、另一回?zé)崞鱗5b]與四通換向閥[3]的另一接口相接，雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個(gè)接口間各連接一個(gè)截止閥[4a]和[4b]；兩個(gè)蒸發(fā)器和兩個(gè)回?zé)崞髦g分別連接一個(gè)能緩慢傳遞熱量的冷橋[10a]和[10b]。三通換向閥[8]一端經(jīng)回?zé)崞鱗5a]、蒸發(fā)器[6a]、回?zé)崞鱗5a]與氣體出口相接，三通換向閥[8]另一端經(jīng)另一回?zé)崞鱗5b]、另一蒸發(fā)器[6b]、另一回?zé)崞鱗5b]與氣體出口相接，三通換向閥設(shè)有氣體入口。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種混合氣體分離裝置。它是壓縮機(jī)高壓出口經(jīng)冷凝器與四通換向閥高壓入口相接，四通換向閥低壓出口與壓縮機(jī)的低壓進(jìn)口相接，四通換向閥的一接口經(jīng)一回?zé)崞?、一蒸發(fā)器、雙向膨脹元件、另一蒸發(fā)器、另一回?zé)崞髋c四通換向閥的另一接口相接，雙向膨脹元件的兩端分別與四通換向閥的兩個(gè)接口間各連接一個(gè)截止閥；三通換向閥一端經(jīng)回?zé)崞?、蒸發(fā)器、回?zé)崞髋c氣體出口相接，三通換向閥另一端經(jīng)另一回?zé)崞鳌⒘硪徽舭l(fā)器、另一回?zé)崞髋c氣體出口相接，三通換向閥設(shè)有氣體入口。兩個(gè)蒸發(fā)器和兩個(gè)回?zé)崞髦g分別連接一個(gè)能緩慢傳遞熱量的冷橋。該裝置性能可靠、效率高、適用范圍廣，可用于需要高純氣體或高沸點(diǎn)氣體液化回收的場合。
文檔編號B01D53/00GK2529172SQ0221597
公開日2003年1月1日 申請日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者陳光明 申請人:浙江大學(xué)