本发明涉及一种气液分离装置和方法，具体地，涉及一种将气体转化为液体从而将气体与液体相分离的装置和方法。
背景技术：
利用超音速技术的冷凝器已被广泛应用于工业中，其具体将以气相状态呈现的混合流体一特定组分转换为液相状态，进而将该特定组分以液相状态与原先的以气相状态呈现的混合流体相分离。这样的冷凝器通常具有呈圆形横截面的外管和位于该外管内且与该外管同轴的内管，即呈“管中管”的结构，外管与内管之间存有间隙。借由离心作用，经转换的液相流体将均匀地分布在外管之内壁，并沿着外管之内壁而流出冷凝器，同时，未经转换的气相流体之大部分将沿着内管排出冷凝器，而小部分的气相流体将经由外管与内管之间的间隙排出冷凝器，可以理解的是，未经转换的气相流体将不可避免地混同着经转换的液相流体经由同一路径排出，从而影响了气液分离的效率。另外，“管中管”的结构要求了较高的装配精度和较为复杂的加工工艺，这些都为生产与制造增加了成本。
由此，期望提供新的和改进的气液分离装置和相应的方法，用以高效率地实现气相与液相流体间的分离，同时也可实现分离装置的简易的安装与维护，从而有效降低生产与制造成本。
技术实现要素：
根据本发明的一方面，提供了一种气液分离装置，其包括：旋流生成区域，用于接收气态流体并提供气态旋流；流体转化区域，用于接收所述气态旋流并提供液态流体；以及流体分离区域，包括：用于接收所述液态流体的第一流体通道；和用于接收未转化为所述液态流体的气态流体的第二流体通道；其中，所述流体分离区域的横截面具有第一宽度和第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度，于所述第一宽度处，所述第一流体通道与所述第二流体通道相连通。
根据本发明的另一方面，提供了一种气液分离方法，其包括：经由旋流生成区域接收气态流体并提供气态旋流；经由流体转化区域接收所述气态旋流并提供液态流体；经由流体分离区域的第一流体通道接收所述液态流体；以及经由所述流体分离区域的第二流体通道接收未转化为所述液态流体的气态流体；其中，所述流体分离区域的横截面具有第一宽度和第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度，于所述第一宽度处，所述第一流体通道与所述第二流体通道相连通。
附图说明
参考附图阅读下面的详细描述，可以帮助理解本发明的特征、方面及优点，其中：
图1是根据本发明具体实施方式的气液分离装置的结构示意图；
图2是图1沿a-a方向的剖面结构示意图；以及
图3是根据本发明具体实施方式的气液分离方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
本发明涉及的是一种气液分离装置，其包括改进的气液分离结构，使得气液分离的效率得到有效提升，同时，经改进的气液分离结构也可简化装配工艺，使得生产与制造成本得到有效降低。
图1是根据本发明一具体实施方式的气液分离装置的结构示意图。如图1所示，气液分离装置1整体呈中空的管状，可供气态流体、液态流体或气液混合态的流体在其中流动。沿气液分离装置1的中心轴10，包括依次相连通的旋流生成区域11、流体转化区域12和流体分离区域13。
旋流生成区域11可以接收气态流体2并提供气态旋流3。旋流生成区域11之一开口包括气态流体入口21，以接收气态流体2。可以理解的是，气态流体2可以包括单一气体组分，也可以包括两种或两种以上具有不同冷凝点的气体组分。在一些实施方式中，气态流体2源自燃烧过程、气化过程或者其组合。气态流体2在旋流生成区域11中被加速至音速，从而使其一部分地或者是大部分地被转换为气态旋流3。所生成的气态旋流3在音速的作用下获得离心力矩。可以理解的是，“音速”表示1马赫的速度。
在一些实施方式中，旋流生成区域11的管径由气态流体入口21处而持续地减小。由此，在旋流生成区域11，音速下流动中的气态旋流3的动能将发生变化，其静态温度将随之降低。
在一些实施方式中，旋流生成区域11的横截面可以是具有不同长度与宽度的平面，如椭圆形、多边形等；也可以是具有相同长度与宽度的平面，如圆形、正多边形等。在本发明的图示中，旋流生成区域11的横截面以椭圆形被示出。
流体转化区域12可以接收气态旋流3并提供液态流体4。由旋流生成区域11生成的气态旋流3被引导至流体转化区域12并在流体转化区域12中保持音速。
在一些实施方式中，流体转化区域12的管径为气液分离装置1沿其中心轴10区域的最小管径。由于从旋流生成区域11向流体转化区域12的管径的变化，在流体转化区域12，持续在音速下流动的气态旋流3的静态温度将进一步被降低，当降低至其某一气态组分的冷凝点时，部分的气相开始变为液相，从而产生液态流体4。
在一些实施方式中，流体转化区域12的横截面可以是具有不同长度与宽度的平面，如椭圆形、多边形等；也可以是具有相同长度与宽度的平面，如圆形、正多边形等。在本发明的图示中，流体转化区域12的横截面以椭圆形被示出。
流体分离区域13可以接收液态流体4和未转化为液态流体4的气态流体2，并将之相分离。
在一些实施方式中，在流体分离区域13中的气态流体2被施加以超音速，从而使得气态流体2自身的动能发生变化，进而使得其静态温度下降，当下降至某一气态组分的冷凝点时，气相便开始转换为液相。可以理解的是，“超音速”表示大于1马赫的速度。
在流体分离区域13，超音速下的气液混合流体获得了离心力矩，可以理解的是，在离心力矩的作用下，具有较大密度的液相流体与具有较小密度的气相流体相分离，即液态流体4与气态旋流3、未转化为液态流体4的气态流体2相分离。进一步地，离心作用下的液态流体4将沿着流体分离区域13之内壁流动。
在一些实施方式中，流体分离区域13的横截面可以是具有不同长度与宽度的平面，如椭圆形、多边形等。请同时结合图2，流体分离区域13之沿着中心轴10区域的横截面呈椭圆形，其具有第一宽度w1和第二宽度w2，第一宽度w1大于第二宽度w2。由此，离心作用下的液态流体4将在第一宽度w1处聚集，从而达到了较佳的气液分离效果。
在一些实施方式中，流体分离区域13的管径可以沿着中心轴10由流体分离区域13与流体转化区域12的相连处起而持续地增大。在流体分离区域13的最大管径之第一宽度w1处，同时装设第一流体通道131与第二流体通道132，分别用于接收液态流体4与未转化为液态流体的气态流体2。进一步地，第一流体通道131形成于第二流体通道132外侧壁，并且，第一流体通道131与第二流体通道132具有呈相交的中心轴。具体地，第一流体通道131呈支管结构，其在流体分离区域13的最大管径之第一宽度w1处，分别延伸于第一宽度w1的首末两端；第二流体通道132与流体转化区域12具有同一中心轴10，且在该同一中心轴10上呈延续的管状结构。此外，在第一流体通道131的一开口形成有液态流体出口41以供液态流体4排出，在第二流体通道132的一开口形成有气态流体出口22以供气态流体2排出。
在一些实施方式中，流体分离区域13的管径可以沿着中心轴10基本保持一致(图未示)。在流体分离区域13之横截面的第一宽度w1处装设以支管结构呈现的第一流体通道131，来接收液态流体4。沿流体分离区域13之中心轴10处装设呈延续的管状结构的第二流体通道132，来接收未转化为所述液态流体4的气态流体2。
在一些实施方式中，第一流体通道131、第二流体通道132的横截面的形状可以是圆形、椭圆形、多边形等。
根据本发明的具体实施方式，还提供了一种气液分离方法。请同时参考图3，实现气液分离的方法100包括如下步骤：
步骤101：经由旋流生成区域11接收气态流体2并提供气态旋流3；步骤102：经由流体转化区域12接收气态旋流3并提供液态流体4；步骤103：经由流体分离区域13的第一流体通道131接收液态流体4；以及步骤104：经由流体分离区域13的第二流体通道132接收未转化为液态流体的气态流体2；其中，流体分离区域13的横截面具有第一宽度w1和第二宽度w2，第一宽度w1大于第二宽度w2，于第一宽度w1处，第一流体通道131与第二流体通道132相连通。
进一步地，流体转化区域12和流体分离区域13具有同一中心轴10，流体分离区域13沿着该中心轴10的区域之横截面呈椭圆形，于该椭圆形之第一宽度w1处，第一流体通道131与第二流体通道132相连通，并且，第一流体通道131延伸于与第二流体通道132的外侧壁而形成支管结构。
由此，通过本发明提供的气液分离的装置与方法改进了气液分离的结构，使得液态流体更容易在特定的位置处聚集，也使得未冷凝的气态流体气态流体不易泄漏，进而使得液态流体与未冷凝的气态流体相分离的效率得到有效提升，同时，经改进的气液分离结构也可简化装配工艺，使得生产与制造成本得到有效降低。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。