專利名稱：基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到利用機械能通過混合氣體的熱力過程實現(xiàn)各種組分氣體分離的基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置。
背景技術(shù)：
氣體分離裝置是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要設(shè)備，在能源、化工、醫(yī)藥及軍事工業(yè)中具有廣泛的用途。常用的分離方法主要有液化法和離心分離法，前者是根據(jù)各組分氣體的飽和溫度不同來進行分離的，其主要缺點是系統(tǒng)復(fù)雜，能耗高；而后者則是根據(jù)各組分氣體的密度不同，通過裝置的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力來實現(xiàn)分離的，其缺點是分離效率較低，且其出力較小，特別是當(dāng)所分離的氣體密度相差不大時(如分離同位素)，需要很多級串聯(lián)才能達(dá)到分離的目的，耗費了大量的機械能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、分離效率高的利用聲波傳質(zhì)效應(yīng)實現(xiàn)混合氣體分離的裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括與電機的輸出軸相連接的轉(zhuǎn)軸以及固定在轉(zhuǎn)軸上的圓柱形殼體，其特點是，在封閉的殼體內(nèi)沿圓周方向均勻分布有聲波片，相鄰的兩個聲波片組成了諧振腔，在諧振腔內(nèi)靠近殼體內(nèi)筒壁的區(qū)域均勻分布有由金屬絲編成的三維網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件，在殼體的一個端面的中心位置開設(shè)有進氣口，在殼體的另一端面的中心位置和外圓側(cè)面分別開設(shè)有低密度出氣口和高密度出氣口。
本發(fā)明的另一特點是由金屬絲編成的三維網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件的網(wǎng)格為正方形網(wǎng)格；傳質(zhì)強化元件的金屬絲的直徑為0.1-0.5mm，各網(wǎng)格的間距為金屬絲直徑的5-10倍；聲波片為金屬片，相鄰的兩聲波片之間的夾角為5°-30°；強化傳質(zhì)元件的長度為聲波片長度的0.2-0.5倍。
由于本發(fā)明在殼體內(nèi)沿圓周方向均勻分布有構(gòu)成諧振腔的聲波片，且在諧振腔內(nèi)填充有由金屬絲編成的三維網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件，通過諧振聲波的傳質(zhì)效應(yīng)實現(xiàn)了多組分氣體的分離。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明圖2的A-A剖視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
參見圖2，3，本發(fā)明包括固定在轉(zhuǎn)軸7上的圓柱形殼體1，軸承9是支承轉(zhuǎn)軸7的軸承，在封閉的殼體1內(nèi)沿圓周方向均勻分布有由金屬制成的聲波片8，相鄰的兩聲波片8之間的夾角為5°-30°，且相鄰的兩個聲波片8組成了諧振腔2，在諧振腔2內(nèi)靠近殼體1內(nèi)壁的區(qū)域均勻分布有長度為聲波片長度的0.2-0.5倍的由金屬絲編成的三維正方形網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件3，此金屬絲的直徑為0.1-0.5mm，各網(wǎng)格的間距為金屬絲直徑的5-10倍，在殼體1的一個端面的中心位置開設(shè)有進氣口4，在殼體1的另一端面的中心位置和外圓側(cè)面分別開設(shè)有低密度出氣口6和高密度出氣口5，整個裝置固定為一個整體，由電機10驅(qū)動，繞轉(zhuǎn)軸7高速旋轉(zhuǎn)。為產(chǎn)生諧振聲波，裝置的旋轉(zhuǎn)速度隨周期性變化，且其周期與裝置內(nèi)的諧振聲波的周期相同。當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)速度減小時，氣體受到的離心力也減小、向軸心運動；當(dāng)裝置加速時，氣體受到的離心力增加，向外壁面運動。當(dāng)氣體沿半徑方向在諧振腔2內(nèi)運動時，便會產(chǎn)生Coriolis力，作用于聲波片8上，將諧振腔2內(nèi)的聲波運動與裝置的旋轉(zhuǎn)運動耦合起來，通過裝置的旋轉(zhuǎn)運動為聲波運動提供能量。本裝置內(nèi)的氣體分離過程較復(fù)雜，除了在聲波傳質(zhì)分離外，還存在離心分離，以及聲波和離心力的共同作用下的分離效應(yīng)。這三種分離效應(yīng)的方向一致，都導(dǎo)致密度大的組分由軸心向筒壁運動，因而可在外筒壁處獲得含高密度組分較多的混合物，在軸心處獲得含低密度組分較多的混合物，從而實現(xiàn)了混合物的組分分離。這種裝置可以是傳統(tǒng)氣體離心裝置的重大改進，由于三種分離效應(yīng)相互疊加，其分離效果和分離能力得到大幅度的提高，具有重要的應(yīng)用前景。
本發(fā)明利用了聲波的傳質(zhì)效應(yīng)實現(xiàn)混合氣體的分離。與傳統(tǒng)的氣體分離裝置相比，其系統(tǒng)和裝置結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高，具有重要的應(yīng)用價值。
權(quán)利要求
1.一種基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置，包括與電機[10]的輸出軸相連接的轉(zhuǎn)軸[7]以及固定在轉(zhuǎn)軸[7]上的圓柱形殼體[1]，其特征在于在封閉的殼體[1]內(nèi)沿圓周方向均勻分布有聲波片[8]，相鄰的兩個聲波片[8]組成了諧振腔[2]，在諧振腔[2]內(nèi)靠近殼體[1]內(nèi)筒壁的區(qū)域均勻分布有由金屬絲編成的三維網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件[3]，在殼體[1]的一個端面的中心位置開設(shè)有進氣口[4]，在殼體[1]的另一端面的中心位置和外圓側(cè)面分別開設(shè)有低密度出氣口[6]和高密度出氣口[5]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置，其特征在于所說的由金屬絲編成的三維網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件[3]的網(wǎng)格為正方形網(wǎng)格。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置，其特征在于所說的傳質(zhì)強化元件[3]的金屬絲的直徑為0.1-0.5mm，各網(wǎng)格的間距為金屬絲直徑的5-10倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置，其特征在于所說的聲波片[8]為金屬片，相鄰的兩聲波片[8]之間的夾角為5°-30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置，其特征在于所說的強化傳質(zhì)元件[3]的長度為聲波片長度的0.2-0.5倍。
全文摘要
基于聲波傳質(zhì)效應(yīng)的氣體分離裝置，包括與電機的輸出軸相連接的轉(zhuǎn)軸以及固定在轉(zhuǎn)軸上的圓柱形殼體，在封閉的殼體內(nèi)沿圓周方向均勻分布有聲波片，相鄰的兩個聲波片組成了諧振腔，在諧振腔內(nèi)靠近殼體內(nèi)筒壁的區(qū)域均勻分布有由金屬絲編成的三維網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件，在殼體的一個端面的中心位置開設(shè)有進氣口，在殼體的另一端面的中心位置和外圓側(cè)面分別開設(shè)有低密度出氣口和高密度出氣口。本發(fā)明在殼體內(nèi)沿圓周方向均勻分布有構(gòu)成諧振腔的聲波片，且在諧振腔內(nèi)填充有由金屬絲編成的三維網(wǎng)格形狀的傳質(zhì)強化元件，通過諧振聲波的傳質(zhì)效應(yīng)實現(xiàn)了多組分氣體的分離。
文檔編號B01D53/24GK1733353SQ20051008167
公開日2006年2月15日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者劉繼平, 嚴(yán)俊杰, 邢秦安, 陳國慧, 林萬超 申請人:西安交通大學(xué)