液態和氣態介質之間物質交換的方法

2023-10-29 06:07:47

專利名稱：液態和氣態介質之間物質交換的方法
技術領域：
本發明涉及一種液態和氣態介質之間物質交換的方法，此時通過將液態介質噴射到一個由強制輸送形成的氣態介質流體內，本發明還涉及一種實施該法的裝置。
例如對於空氣洗滌或煙氣淨化來說是已知的，此時可以通過噴嘴將一種液體噴入到一個其橫截面較大的流體通道內，以達到有儘量多的液體成分蒸發到氣流內。在流體通道的終端設有隔板，以分離沒有蒸發的液滴，並送回到一個貯槽內。
由英國專利說明書GB-A 364，239公開了一種清洗氣體的裝置，該裝置同時還可以用於溼潤或乾燥氣體。該裝置具有一個噴射室，在該室內將要清洗的液體噴入到一個氣流中。該噴射室附接有一個洗滌器，在該洗滌器內配置有一些板，而板上則設有許多小孔。此時迫使氣體通過穿孔，形成一股強烈的渦流中，從而使氣體得到充分的清洗。
在歐洲專利EP-A 20352902中述及一種在流體流和邊界層，例如在一個膜片上之間物質交換和熱交換的裝置。該裝置具有一個流體的流動通道和一個脈動輸送流體的泵。為了達到較好的交換，在流動通道中設有使流體產生渦流的擋板。
本發明的任務在於，找到一種上述類型的方法，用該法來使物質交換達到較為強烈，因而使實施該法的裝置在大功率時可以設置成很緊湊，此外還使參與未蒸發的循環水大為減少。解決該任務的技術方案是，氣態介質通過沿流動方向依次收縮和擴展的流道，從而使該介質與所噴射介質相接觸經受速度和壓力變化，並藉助於至少一個高壓噴嘴將液態介質噴入到氣態介質的流體中，而該流體則已經通過至少一個收縮流道。實施該法的一種裝置是，使該裝置具有一個產生氣流的裝置、至少一個引導氣態介質的流體通道，還有至少一個通入流體通道內的高壓噴嘴，其特徵在於，至少在流體通道的一部分內設有一些垂直於流體通道軸線安裝的擋板，這些擋板沿流動方向相互間隔安裝，這些擋板局部狹窄受限使流動橫截面大為縮小，並在其間構成空腔，此時其中至少一個高壓噴嘴的出口是配置在流體通道的該部分內，而流體通道設有擋板的部分沿流動方向則是在高壓噴嘴的出口前開始的。
本發明裝置有利的結構形式有使這些擋板由流體通道的遮光板狀橫隔板構成，以使其形成通流;也可以將這些擋板相互以間隔固定在流體通道橫截面的中間區，並和流體通道的壁保持間隔，以使其形成環流;在流體通道具有擋板的部分配置有至少一個橫截面呈弧形彎曲的流動導體，該流動導體將氣態介質導入到流體通道沒有擋板的橫截面部分;擋板由垂直於流體通道軸線設置的平坦的或略呈彎曲的薄壁板構成;若干個具有蜂窩狀整個橫截面的流體通道是相互平行設置的，其中相鄰的流體通道具有共同的壁板。
通過本發明使物質交換獲得意外顯著的改進，這樣設置尺寸較小的裝置就夠用，足以使氣態介質和液態介質達到飽和。此外在流體通道內儘管由於擋板產生的流動阻力是明顯地小於預計的。也許這些常用的空氣渦流發生在擋板之間的空腔內，而擋板則導引軸線方向的主流，這樣儘管有能量消耗在渦流形成上而流動阻力還是較小的。增強物質交換可以用專門的流體動力學來說明，流體動力學是用周期性的壓力交變和速度變化來表示(諧振)的，例如，諧振由配置擋板或由這些擋板構成的空腔(諧振空腔)強迫形成的。
下面藉助於附圖所示的實施例對本發明作詳細說明，其中

圖1表示本發明一種裝置的縱剖面示意圖，圖2表示按圖1裝置在擋板區內縱剖面的局部圖，圖3表示按圖1和2裝置的一個擋板局部圖，圖4至6表示本發明裝置流體通道橫截面形狀的造型實例，圖7表示設有環流擋板的流體通道示意圖。
圖8表示設有通流和環流擋板的流體通道示意圖，還有圖9表示相互平行呈蜂窩狀配置的流體通道局部透視圖。
在裝置的流體通道1內、進流孔2的後面配置有一個軸流式鼓風機3。與該鼓風機相鄰接的是一個導向段4，這樣就使氣態介質以均流到達該裝置將兩種介質積聚在其內的區5。在該區內該裝置可以按照圖1和2的實施例分成多個相互平行的通道段6，7(圖2)，其內各配置有一個高壓噴嘴8，9，而噴嘴則將液態介質以極小的液滴分布到氣流中。輸送液態介質是通過一個配置在流體通道1內的管道柵10進行的，從管道柵出來、平行於流體通道1的軸線各有一個噴嘴管11，12在中心通入到各通道段6，7，各個高壓噴嘴8，9則設在管端。一種適用的高壓噴嘴JATO分子噴霧器例如可由JATO噴嘴製造股份公司，CH-6015羅伊斯布爾(Reussbühl)提供。未被氣流吸收的液態介質，例如這種情況特別是在裝置起動階段可能發生，由位於最下方的流體通道區通過管路41排出。
為在氣流中產生脈動的速度變化，可在區5內或在上述通道段6，7內裝入很多擋板14，15，使上述氣流中液態介質是呈噴霧狀被引入到流體通道內，而這些擋板則是通過其沿流動方向呈排狀配置在其間構成起諧振空腔作用的空腔，並導致流動過程有周期性的劇烈收縮。由此產生的特殊流體運動狀態使物質交換有顯著的改進，同時流動阻力並沒有過多增加。
流體通道或流體通道段的橫截面形狀可以設置成各不相同的，例如圖4至6和9所示的實例。同時擋板16，17，18，19最好是沿橫截面的切向固定地伸入到流體通道內，或是擋板設有尺寸恆定的徑向寬度，從而使擋板按照流體通道的橫截面輪廓來設置。圖5和6的橫截面形狀在下部橫截面區內起較快的流動作用，從而使下沉的液滴更好地流向那裡由氣流重新衝走。此外由溼潤通道壁的液體形成較好的排水。然而由本發明主要的擋板可以在最大程度上防止通道壁上的液體從氣流中分離出。為了排除積聚在流體通道下部內的液體，將該下部設成略有傾斜，而環狀擋板下端則有一個小孔13。
為了有助於減少流動阻力，按照圖7和8的實施例在具有擋板20至27的區5′，5″其始端配置有呈弧狀彎曲的流動導體30，31，32，這些導體將氣流呈噴嘴狀導入到流體通道敞開的橫截面區，擋板20至27並未伸入到該區內。
在所示的實例中擋板是由適配流體通道橫截面形狀的、最好是環形或圓盤狀的板件構成，這些板件為了頂著流動方向增強渦流沿其邊緣是可以彎曲的或是呈圓錐形彎曲，如擋板21，22，25(圖7和8)所示那樣。另一種流體障礙物的造型方案示於圖3中設有折邊28和波紋29。
為使擋板充分發揮作用，擋板深入伸到流體通道的流動橫截面中，例如伸到其半徑的三分之一部位，而其軸向相互間隔則處於其徑向尺寸的數量級上。
圖9示有裝置的一個實施例，該實施例中呈波狀的彎曲板相互是以很小間隔配置的，因此這些板構成多個具有中間排流縫隙39的流體通道34至38，而縫隙則引入其下的流體通道中。
權利要求
1.液態和氣態介質之間物質交換的方法，此時通過將液態介質噴射到一個由強制輸送形成的氣態介質流體中，其特徵在於，氣態介質通過沿流動方向依次收縮和擴展的流道，從而使該介質與所噴射介質相接觸經受速度和壓力變化，並藉助於至少一個高壓噴嘴將液態介質噴入到氣態介質的流體中，而該流體則已經通過至少一個收縮流道。
2.按權利要求1的方法，其特徵在於，液態介質用高壓噴嘴(8，9)以5至600巴範圍內的壓力，最好是以大於約60巴的壓力噴射。
3.用於實施按權利要求1所述方法的裝置，該裝置具有一個產生氣流的裝置、至少一個引導氣態介質的流體通道，還有至少一個通入流體通道內的高壓噴嘴，其特徵在於，至少在流體通道(1)的一部分(5)內設有一些垂直於流體通道(1)軸線安裝的擋板(14-27)，這些擋板沿流動方向相互間隔安裝，這些擋板局部狹窄受限使流動橫截面大為縮小，並在其間構成空腔，此時其中至少一個高壓噴嘴(8，9)的出口是配置在流體通道的該部分(5)內，而流體通道設有擋板(14-27)的部分(5，5′，5″)沿流動方向則是在高壓噴嘴(8，9)的出口前開始的。
4.按權利要求3的裝置，其特徵在於，這些擋板是由流體通道(1)的遮光板狀橫隔板(16-20)構成的，從而使這些擋板形成通流。
5.按權利要求3的裝置，其特徵在於，這些擋板(21-27)相互以間隔固定在流體通道(1，5″)橫截面的中間區，並和流體通道的壁保持間隔，從而使這些擋板形成環流。
6.按權利要求3的裝置，其特徵在於，配置在流體通道(1，5′)內的擋板不僅形成通流而且還形成環流。
7.按權利要求3至6其中一項的裝置，其特徵在於，在流體通道(1)具有擋板(14-27)的部分(5，5′，5″)配置有至少一個橫截面呈弧形彎曲的流動導體(30-32)，該流動導體將氣態介質導入到流體通道沒有擋板(14-27)的橫截面部分。
8.按權利要求3至7其中一項的裝置，其特徵在於，擋板由垂直於流體通道軸線(1，5，5′，5″)設置的平坦的或略呈彎曲的薄壁板構成。
9.按權利要求3至8其中一項的裝置，其特徵在於，若干個具有蜂窩狀整個橫截面的流體通道是相互平行設置的，其中相鄰的流體通道具有共同的壁板。
全文摘要
在導引一種氣態介質的裝置流體通道內，裝有遮光板狀或圓盤狀擋板(20--22)，這些擋板在其間構成起諧振空腔作用的空腔，因此形成流體運動狀態和脈動，該裝置為改進物質交換藉助於高壓噴嘴(8)噴射液態介質來達到。
文檔編號B01F5/04GK1063423SQ9210029
公開日1992年8月12日 申請日期1992年1月17日 優先權日1991年1月17日
發明者H·加瑟 申請人:加利帕格公司