本實(shí)用新型涉及冷凍干燥設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種快速分離空氣中的水蒸氣，使水蒸氣凝結(jié)分離的新型真空冷卻裝置。

背景技術(shù)：

在真空冷卻的具體工藝流程是：物料放入真空室后密封，開始階段真空泵從真空室里抽走空氣，真空室壓力不斷降低，在壓力達(dá)到產(chǎn)品的飽和壓力之前，產(chǎn)品中的水分不能大量蒸發(fā)，真空泵的運(yùn)行還不能對(duì)產(chǎn)品制冷。隨著壓力降低，真空室里達(dá)到一定真空度后，產(chǎn)品中的水分開始大量汽化，與此同時(shí)從產(chǎn)品中吸收熱量，使得產(chǎn)品迅速降溫。產(chǎn)生的水蒸氣被真空泵抽出，但真空泵不能將含有大量水蒸氣的濕空氣直接吸出。因此必須通過捕水器將絕大部的水蒸氣冷凝排除，剩余的少量水蒸氣由真空泵抽走，否則會(huì)降低真空泵的性能，影響整個(gè)真空冷卻設(shè)備的性能。由此可以看出捕水器在真空冷卻設(shè)備中的重要性。真空冷卻設(shè)備中需有兩套動(dòng)力設(shè)備：一是用來捕水制冷系統(tǒng)，二是用來抽真空的真空泵系統(tǒng)。同時(shí)制冷系統(tǒng)需要很多的能源來維持運(yùn)轉(zhuǎn)。所以捕水器捕水性能的好壞直接關(guān)系到真空冷卻設(shè)備能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

如圖1所示，現(xiàn)有的真空冷卻設(shè)備包括設(shè)置在真空室1和真空泵4之間的由冷凝器2和冷凍機(jī)3組成的捕水器，現(xiàn)有的捕水器安裝位置主要有兩種，一種是安裝在真空室內(nèi)，另一種是安裝在真空室外。無論是在室內(nèi)還是室外因?yàn)檎字评湓O(shè)備的體積和裝置的復(fù)雜度及成本使真空冷卻設(shè)備很難大面積推廣。

因此，提供一種能夠使水蒸氣迅速液化分離、體積小、運(yùn)營成本低、結(jié)構(gòu)簡單、的捕水器已經(jīng)是一個(gè)值得研究的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、低能耗，且能夠?qū)⑺魵庋杆僖夯蛛x的低運(yùn)營成本的新型真空冷卻裝置。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

新型真空冷卻裝置，包括真空室1和真空泵4，其特征在于：所述的真空室1與真空泵4之間設(shè)置有超音速分離器；

所述的超音速分離器包括與真空是1連接的第一直管段a，與第一直管段a連接的拉瓦爾管段b，與拉瓦爾管段b連接的第二直管段c，與第二直管段c連接的擴(kuò)壓段d；所述的擴(kuò)壓段d連接真空泵4；

所述的拉瓦爾管段b包括減縮段e和漸擴(kuò)段f；所述的減縮段e的左端連接第一直管段a，右端與漸擴(kuò)段f的左端連接，漸擴(kuò)段f的右端連接第二直管段c的左端；

所述的拉瓦爾管段b與第二直管連接處設(shè)置有旋流器5；

所述的旋流器5設(shè)置在漸擴(kuò)段f的右端與第二直管段c連接處；

所述的擴(kuò)壓段d的下方設(shè)置有液態(tài)水出口6。

積極有益效果：本實(shí)用新型將如圖1所示的原本真空冷卻裝置中由冷凝器和冷凍機(jī)組成的捕水器取代，將超音速分離管巧妙地應(yīng)用于真空冷卻裝置，該管結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)制造，造價(jià)低廉，降低了運(yùn)營成本；占地面積小，動(dòng)力來源于真空泵，將能源有效的再利用，降低了設(shè)備的整體能耗；在流體流經(jīng)拉瓦爾管段時(shí)流體溫度會(huì)大范圍降低，如果將該捕水器置于真空室內(nèi)，有助于真空室預(yù)冷，進(jìn)一步降低能耗。操作簡單，對(duì)工人能力要求不高，不易因操作產(chǎn)生故障，易于推廣。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中為：真空室1、冷凝器2、冷凍機(jī)3、真空泵4、旋流器5、液態(tài)水出口6、第一直管段a、拉瓦爾管段b、第二直管段c、擴(kuò)壓段d、減縮段e、漸擴(kuò)段f。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，新型真空冷卻裝置，包括真空室1和真空泵4，所述的真空室1與真空泵4之間設(shè)置有超音速分離器；

所述的超音速分離器包括與真空是1連接的第一直管段a，與第一直管段a連接的拉瓦爾管段b，與拉瓦爾管段b連接的第二直管段c，與第二直管段c連接的擴(kuò)壓段d；所述的擴(kuò)壓段d連接真空泵4；

所述的拉瓦爾管段b包括減縮段e和漸擴(kuò)段f；所述的減縮段e的左端連接第一直管段a，右端與漸擴(kuò)段f的左端連接，漸擴(kuò)段f的右端連接第二直管段c的左端；

所述的拉瓦爾管段b與第二直管連接處設(shè)置有旋流器5；

所述的旋流器5設(shè)置在漸擴(kuò)段f的右端與第二直管段c連接處；

所述的擴(kuò)壓段d的下方設(shè)置有液態(tài)水出口6。

理論分析：超音速分離器應(yīng)用了熱力學(xué)第一定律的原理，通過增加進(jìn)口氣流流速，將氣流壓力轉(zhuǎn)化為動(dòng)能獲得降溫；超音速分離的基本原理是利用拉瓦爾噴管，使流體在自身壓力作用下加速到超音速，這時(shí)流體的溫度和壓力會(huì)急劇下降，是流體中的水冷凝成小液滴，然后在強(qiáng)烈氣流旋轉(zhuǎn)的作用下將小液滴分離出來，并對(duì)干氣進(jìn)行再壓縮。

超音速分離管一般分為四個(gè)部分：穩(wěn)定段、拉瓦爾管段、整流直管段、擴(kuò)壓管段，該裝置各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)流體的制冷和水蒸氣的分離都有一定的影響；尤其是拉瓦爾管段中漸縮段和漸擴(kuò)管的設(shè)計(jì)對(duì)與制冷分離效果有著重要影響。

1、穩(wěn)定段

穩(wěn)定段，即第一直管段，其的作用是使流體的流場均勻，減少進(jìn)入漸縮段的氣流能量損失。其直徑與拉瓦爾噴管段喉部直徑有關(guān)，長度一般為拉瓦爾噴管段喉部直徑的10倍左右。

2、拉瓦爾噴管段

拉瓦爾噴管是一種具有精確幾何形狀的收縮、擴(kuò)張管道，通過漸縮段的收縮和漸擴(kuò)段的擴(kuò)張，可以將流體的流速提高到超音速水平，并導(dǎo)致溫度急劇下降，漸縮段與漸擴(kuò)段連接處為拉瓦爾噴管段喉部，其中，漸縮段是要把氣流加速到音速，使流體完成膨脹壓縮過程，同時(shí)保持氣流良好的穩(wěn)定性，不發(fā)生擾動(dòng)； 漸擴(kuò)段使流體的壓力升高、溫度降低，是一個(gè)制冷過程，流體在該段進(jìn)一步加速，使相態(tài)發(fā)生改變。

3、第二直管段

在整流直管段前端固定一個(gè)旋流器，使經(jīng)過的流體產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力，進(jìn)行分離。擴(kuò)壓管段使剩余沒有被液化的氣體膨脹，

4、擴(kuò)壓段

擴(kuò)壓管段使剩余沒有被液化的氣體膨脹，氣體壓力、溫度升高，氣體流速恢復(fù)到亞音速水平。經(jīng)真空泵排出。液化水蒸氣從排口排出。

使用時(shí)，將濕空氣進(jìn)口與真空室相連，將出口與真空泵相接。啟動(dòng)真空泵，真空泵會(huì)迅速抽取真空室內(nèi)的氣體，隨著環(huán)境壓力的降低，水的沸點(diǎn)也在降低，其蒸發(fā)單位質(zhì)量的水所消耗的熱量卻在增加。而真空冷卻就是依靠人為地來實(shí)現(xiàn)低氣壓的真空狀態(tài)，使真空冷卻槽的食品物料內(nèi)的水分在低氣壓的狀態(tài)下迅速蒸發(fā)，水分子大量遷移是由于吸收了自身熱量，就使食品物料的內(nèi)能大大的降低，也就是說，水分子迅速遷移的同時(shí)，也迅速帶走了食品物料內(nèi)部的熱量，從而實(shí)現(xiàn)了食品物料迅速冷卻的目的。隨后帶有大量水蒸氣的流體流經(jīng)超音速分離管，在穩(wěn)定段時(shí)將流體變得均勻，穩(wěn)定。接著均勻穩(wěn)定的流體進(jìn)入拉瓦爾段的漸縮段，流體獲得加速到超音速，并完成定熵膨脹壓縮過程，隨后進(jìn)入漸擴(kuò)段，流體壓力升高，溫度降低是一個(gè)制冷過程，流體在該段進(jìn)一步加速，使相態(tài)發(fā)生改變。然后經(jīng)過旋流器，使經(jīng)過的流體產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力，進(jìn)行分離。最后經(jīng)過擴(kuò)壓管段使剩余沒有被液化的氣體膨脹，氣體壓力、溫度升高，氣體流速恢復(fù)到亞音速水平。經(jīng)真空泵排出。液化水蒸氣從排口排出。整個(gè)過程結(jié)構(gòu)簡單，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。

上述實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型具體實(shí)施的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不違背本實(shí)用新型宗旨的前提下，未改變其性能或用途對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行的任何等同替代或明顯變型，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的范圍內(nèi)。