冷凝阱通常用于从使用蒸汽的装置和设备中除去冷凝水，在这种应用 中它们通常被称作汽阱。已开发了多种不同的汽阱设计以适应各种环境。 大多数汽阱涉及自驱动机构，用于检测汽阱中的冷凝物的存在，必要时打 开以允许冷凝物排出。这些汽阱具有活动部分，因此易于发生机械故障。 一种替代形式的汽阱是固定孔阱。因为它们没有活动部分，因此一般来说 是可靠的，最简单的形式包括孔，用于通过它排放冷凝物。在流过孔时由 于压降产生的闪蒸蒸汽(flash steam)用于减少通过孔漏出的蒸汽量。
固定孔阱遭遇的一个问题是孔可能被阻塞。另外的问题是很难准确地 选择与冷凝物负载匹配的孔尺寸，从而冷凝物被排放，同时防止流通蒸汽 通过孔泄露。在现实中，固定孔阱倾向于具有过大的尺寸，以保证冷凝物 被有效地除去，同时当少量或没有冷凝物存在时，所产生的蒸汽损失被接 受。

根据本发明的第一方面，提供一种冷凝阱，包括：涡流室；入口，用 于以促进流体在所述室中绕该室的纵向轴线旋转流动的方式将流体引入 所述室中；以及漏出孔，其被设置在所述室的轴向端部处。
优选的是，侧壁的至少一部分具有大致圆形的横截面，并且可以是圆 柱形的。在一个实施例中，圆柱形部分邻接截头圆锥部分的较宽直径端。 漏出孔可设置在截头圆锥部分的较窄端，例如设置在所述室的纵向轴线 上。
所述室可具有圆形的横向端壁，所述漏出孔设置在该端壁的中心。
在根据本发明的汽阱的一个实施例中，涡流室可以设置在被主体支撑 的控制元件中，所述主体设置有分别与所述室的入口和漏出孔连通的入口 和出口通道。所述主体可以设置有用于将入口和出口通道连接到蒸汽利用 装置的管道系统的装置。
所述控制元件和主体可以在各个接触表面上互相邻接，所述接触表面 优选是平的和圆形的。优选接着在接触表面上设置端口，以在主体中的入 口和出口通道与控制元件中的各个入口和漏出孔之间提供连通。
例如，如果所述接触表面如上所述是圆形的，则在多个不同的旋转位 置中的任意一个位置中，所述控制元件可与主体在接触表面处接合。与 漏出孔连通的端口可用作不同旋转位置之间的旋转中心。为了保证入口通 道和入口在所有可能的位置连通，与入口连通的端口可采用以与漏出孔连 通的端口为中心的圆形槽的形式。
入口可以是多个入口之一，例如三个入口，它们围绕所述室均匀地分 布，并且它们指向所述室的切向方向，以引起涡流。
所述控制元件可通过盖被固定到主体上，所述盖将所述控制元件夹紧 在主体的接触表面上。所述室可在控制元件的与接触表面相反的表面上打 开，在这种情况下，所述盖优选闭合所述室。
可设置第二入口，所述第二入口朝向所述室的中心纵轴引导流体。
所述第二入口可以沿涡流室设置在与第一入口相同的纵向部分处。可 以设置开关装置以选择第一或第二入口将流体引入所述室中。所述开口装 置可响应于温度传感装置，例如双金属片，其检测汽阱上游的流体的温度。
所述漏出孔可具有适当的直径，取决于需要的冷凝物排放速率。在大 多数情况下，设想漏出孔直径将落在1mm至40mm的范围内，尽管在许 多实施例中，漏出孔直径小于30mm，并可能小于10mm。例如，漏出孔 直径可能是5mm。
根据本发明的第二方面，提供一种减小通过汽阱漏出孔的蒸汽流的方 法，包括以下步骤：
将包括蒸汽和冷凝物的混合物的流体沿着在一个室中产生涡流的方 向引入所述室中，和
在涡流内的低压区的正下游设置漏出孔。
附图说明
为了更好地理解本发明，并更清楚地示出它是如何被实施的，以下将 通过例子描述附图，其中：
图1是根据本发明第一实施例的固定孔汽阱的横截面图；
图2是从图1的II-II线看的图1的固定孔汽阱的平面图；
图3是根据本发明第二实施例的固定孔汽阱的横截面图；
图4是从图3的IV-IV线看的图3的固定孔汽阱的平面图；
图5是汽阱的另一个实施例的截面图；
图6是图中的汽阱的平面图；和
图7是图5和6中的汽阱的部件的平面图。

参照图1，汽阱1包括上凸缘2、下凸缘6和固定在上下凸缘2和6 之间的主体4。
主体4限定了涡流室8，其具有上部10和下部12。涡流室的上部10 是圆柱形的，并且在其上边缘处被上凸缘2闭合。下部是截锥体，从上部 10的圆柱壁延续并且逐渐变尖为在其平基底14处具有较小的直径。漏出 孔16设置在基底14中心并位于阱的中心轴线30上，引导到从孔16垂直 向下延伸的导管18。漏出孔16在该例子中是大约5mm的直径。漏出孔的 下开口经由下凸缘6中的圆形开口5连通到周围环境或冷凝物返回管(未 示出)。
导管18具有大于漏出孔直径的长度，例如大于漏出孔直径的两倍。 在示出的实施例中，导管18的长度是12mm。
大致圆柱形的入口通道20设置在主体4中，在室8的上部10的下部 区域处打开到室8的壁中。参照图2，圆柱形入口通道20的最外侧边缘 22从室8的圆柱形壁沿切向延续。入口通道20的最内侧边缘24从室8 的中心轴线30向着外边缘22偏移。在入口20的远离室8的端部，设置 连接器26以将入口20连接到蒸汽源和冷凝物。
在使用中，蒸汽和冷凝物被通过入口20沿切向引入室8中。利用如 图2所示定向的入口20，蒸汽和冷凝物绕着室壁8沿逆时针方向流动，产 生涡流。涡流的中心轴线位于或接近室8的中心轴线30。
涡流自然地在其中心产生低压。由于漏出孔14位于中心线轴30上， 从而涡流提供在孔16正上游的低压区。这减小了通过漏出孔的排放速率， 因此可使用较大的漏出孔，减小了孔被阻塞的可能性。另外，涡流的自调 节机构相对于从孔泄露的蒸汽的排放提供增加的冷凝物排放，因为所述阱 显示以下的特点：
在装置启动过程中，冷的冷凝物在整个系统中被建立，阱中的冷凝物 负载在此时处于最高水平。由于水是冷的，因此少量或没有闪蒸蒸汽产生， 由于水通常不接近于蒸汽饱和温度，因此不论在涡流的低压中心还是在外 部环境的压力下都不会在遭遇到的压力下闪蒸成蒸汽。因此，冷水将通过 漏出孔16自由地流动。
然而，随着汽阱温度的增加，水最终到达在涡流中心占优的压力下的 饱和温度。这时，蒸汽或闪蒸蒸汽将开始形成，该闪蒸蒸汽将通过漏出孔 16被排出。这具有减小通过漏出孔16的排放的效果，因为闪蒸蒸汽的浓 度比水的浓度低得多。
在涡流中心处产生的低压也减小了从漏出孔16上游到下游的压降。 因此，这将减小孔16的排放速率，作为如上所述的产生闪蒸蒸汽的附加 效果。
阱中的流动实际上非常复杂。根据本发明，涡流室在漏出孔的上游产 生低压区。在本领域中众所周知，在涡流中，压力能被转换成动能。从能 量守恒(柏努利)等式，随着速度的增加压力下降。因此，低压在任何给 定点处产生低密度，在这种情况下涡流的中心产生低密度。通过产生这种 条件，当蒸汽到达漏出孔时，根据对于单相流体的流动等式质量排放速率 减小：
$Q=C_d\times ({\mathrm{\pi d}}^2/4)\times \sqrt{(\rho \times \Delta p_c)}$
其中，Q＝流速
Cd＝排放系数
d＝孔径
ρ＝流体密度
Δpc＝临界压降
由于水在20摄氏度的密度为998kg/m3，蒸汽在5barg下的密度是 3.2kg/m3，因此，蒸汽和水的质量排放速率的比是：
$\sqrt{\frac{{\rho }_w}{{\rho }_s}}=\sqrt{\frac{998}{3.2}}=17.7$
这样，当闪蒸蒸汽产生在漏出孔16的正上游时，蒸汽的质量排放速 率低于水的质量排放速率的系数为大于17。
在测试中，已经显示出：对于11bar的蒸汽线压力(即在入口20处的 压力)，在涡流中心处压力下降到7bar。在7bar下，饱和温度是165度， 因此，如果进入阱的冷凝物的温度低于165摄氏度，则没有闪蒸蒸汽产生， 冷凝物被快速地排出。在该温度以上，产生的闪蒸蒸汽的体积稳定地增加， 逐渐减小漏出孔16的排放速率。已经发现，随着冷凝物温度从环境温度 增加到接近饱和温度，排放质量速度的值下降到其初始(冷水)值的50％。
因此，根据本发明的固定孔阱利用伯努利效果提供自然地自调节排放 性能。冷水被快速地排放而排放随着流体接近饱和温度和产生闪蒸蒸汽而 快速地减小。一旦排放速率超过冷凝物负载，一些蒸汽不可避免地损失掉， 但是高的涡流流动阻力使之最小化，从而在没有产生冷凝物的极限情况 下，损失仅是漏出孔的冷水排放能力的5％。在更典型的应用中，其中热 的冷凝物负载是排放漏出孔的能力的60％，损失在冷水能力的大约2％。
参照图3，示出本发明的第二实施例。图3和4中的附图标记涉及图 1和2中的类似特征。
如图3和4中所示的汽阱设置有第二入口32，其沿室8的径向延伸， 从而第二入口32将蒸汽和冷凝物朝向室8的中心轴线30沿中心引导到室 8中。
在使用中，开关机构(未示出)被设置在阱1的上游，或者整体形成 或者作为单独部件，用于在第一入口20和第二入口32之间切换流动。这 由传感装置控制，所述传感装置检测阱1上游的管道中的流体的类型。它 可以是一个电子系统，或者响应于温度的自驱动系统，例如采用双金属元 件。
如果流动被引入第一入口20，蒸汽和冷凝物通过入口20沿切向被引 入室8。蒸汽和冷凝物绕室壁8沿反时针方向流动，参见图4，产生涡流。 涡流的中心位于室8的中心轴线30上。如上所述，由漏出孔16上游的涡 流产生的低压体积限制通过漏出孔16的排放。
如果流动被导向第二入口32，由于第二入口32指向室8的中心轴线， 因此没有涡流产生。所述阱用作传统的固定孔阱。漏出孔16上游的压力 高于有涡流的情况，孔被较小地限制。这样，流动阱的特点可以根据负载 来转换。例如，如果入口上游的流体处于低温下，那么它可能全部或几乎 全部是冷凝物，在这种情况下，第二入口20可被使用，以避免在室8中 产生涡流，因此防止由闪蒸蒸汽的产生而引起的对漏出孔16的有关限制。 这将尽可能快地排出冷凝物。
如果入口上游的流体主要是蒸汽，则选择第一入口20。这在室中产生 涡流，因此限制漏出孔16，从而减小损失到环境中的蒸汽的量。
这样，通过漏出孔的排放的限制可响应流入阱的流体的温度被控制， 获得提高的冷凝物与流通蒸汽排放的比。
图5-7示出了包括涡流室8的汽阱的一个实际实施例。室8通过盖42 被固定到主体40上，所述盖42通过螺栓44(图6)被固定到主体40上。 主体40包括入口通道46和出口通道48，它们具有对齐的螺孔50和52， 用于连接到另外的管道系统。通道46和48延伸到在主体40上形成的平 的、圆形接触表面58上的各个端口54和56。
室8形成在控制元件60中，控制元件60具有大致圆柱形形状，具有 相对的轴向端面62和64。端面62构成接触表面并邻接主体40的接触表 面58。室8在端面64处打开，入口20在面64中形成槽。如图7所示， 具有三个入口20，它们绕室8均匀地分布，并沿室8的横向方向取向。
室8在其整个长度上大致为圆柱形，尽管它具有中空的截头圆锥形的 端壁，其中漏出孔16被安置。在可选的实施例中，截头圆锥形端壁可被 横向的、径向延伸的端壁代替。
每个入口20由各个通道66连接到圆槽形的端口68。该槽68以端口 70和远离漏出孔16的导管18的端部为中心。端口70和槽68的布置是这 样的，即控制元件60可沿围绕端口70的任意取向放置在接触表面58上， 同时通过端口54和56保持入口20和漏出孔60与各个入口通道46和出 口通道48之间的连通。密封件72、74和76被提供以防止在面62和64 处的泄漏。
盖42将控制元件60夹紧在主体40的接触表面58上。盖42闭合室8 和入口20。在操作中，蒸汽和冷凝物如箭头78所示进入阱中，并通过入 口通道46经端口54、槽68和通道66进入入口20。如上参照图1-4所述， 通过入口20的流动在室8中产生涡流，其调节通过漏出孔16的流动。通 过通道18的冷凝物和蒸汽经端口70和56进入出口通道48，用于排放或 返回到锅炉。
如图5所示的结构使得能够简单地从一个控制元件60切换到另一个 而不干扰主体40和周围管道系统之间的连接。这样的切换例如在不同特 点(例如不同直径的漏出孔60)的控制元件60或将磨损的或损坏的控制 元件60更换为另一个时是需要的。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种冷凝阱，包括：涡流室；入口和单一出口，所述入口被设置 用于沿相对于所述室的纵向轴线方向的切线方向将流体引入所述室中，以 促进流体在所述室中绕所述纵向轴线的旋转流动，从而在所述流体内部产 生低压区，所述出口包括位于所述室的轴向端部处的漏出孔，以便在冷凝 阱的操作中开口于所述低压区。
2.根据权利要求1所述的冷凝阱，其特征在于，涡流室的至少一部 分是圆柱形的。
3.根据权利要求1或2所述的冷凝阱，其特征在于，涡流室的至少 一部分是截头圆锥形的。
4.根据权利要求2和3所述的冷凝阱，其特征在于，所述圆柱形部 分邻接截头圆锥形部分的较宽直径端。
5.根据权利要求4所述的冷凝阱，其特征在于，所述入口开口于所 述圆柱形部分中。
6.根据权利要求3-5所述的冷凝阱，其特征在于，所述漏出孔设置在 截头圆锥形部分的较窄端。
7.根据前述任意一项权利要求所述的冷凝阱，其特征在于，所述漏 出孔位于所述涡流室的纵向轴线上。
8.根据前述任意一项权利要求所述的冷凝阱，其特征在于，所述排 出口设置在涡流室的横向端壁中。
9.根据前述任意一项权利要求所述的冷凝阱，其特征在于，所述涡 流室设置在被主体支撑的控制元件中，所述主体设置有入口和出口通道， 所述入口通道与所述室的入口连通，所述出口通道与漏出孔连通。
10.根据权利要求9所述的冷凝阱，其特征在于，所述控制元件和主 体在各个接触表面上互相邻接，所述入口和出口通道在主体的接触表面上 的各个端口处打开，所述入口和出口与控制元件的接触表面上的各个端口 连通。
11.根据权利要求10所述的冷凝阱，其特征在于，控制元件在围绕 与漏出孔连通的端口的多个不同旋转位置中的一个位置中与所述主体接 合。
12.根据权利要求11所述的冷凝阱，其特征在于，与入口连通的端 口包括在接触表面中的圆形槽，以与漏出孔连通的端口为中心。
13.根据权利要求9-12中任意一项权利要求所述的冷凝阱，其特征在 于，所述入口是沿所述室的切向定向并围绕所述室均匀分布的多个入口中 的一个。
14.根据权利要求9-13中任意一项权利要求所述的冷凝阱，其特征在 于，所述控制元件通过盖固定于主体上。
15.根据权利要求14所述的冷凝阱，其特征在于，所述室在控制元 件的与接触表面相反的表面上打开，所述盖闭合所述室。
16.根据前述任意一项权利要求所述的冷凝阱，其特征在于，还包括 第二入口，所述第二入口朝向所述室的中心纵轴线引导流体。
17.根据权利要求16所述的冷凝阱，其特征在于，所述第二入口沿 涡流室设置在与第一入口相同的纵向部位。
18.根据权利要求16或17所述的冷凝阱，其特征在于，还包括开关 装置，用于选择第一或第二入口中的任一个以将流体引入所述室中。
19.根据权利要求18所述的冷凝阱，其特征在于，所述开关装置响 应于温度传感装置，所述温度传感装置检测汽阱上游的流体的温度。
20.根据前述任意一项权利要求所述的冷凝阱，其特征在于，所述漏 出孔的直径不大于40mm。
21.根据权利要求20所述的冷凝阱，其特征在于，漏出孔的直径不 大于30mm。
22.一种冷凝阱，大致如参照附图1和2或3和4或5-7所述。
23.一种蒸汽装置，设置有如前述任一项权利要求所述的冷凝阱。
24.一种控制蒸汽和冷凝物的流速的方法，所述方法利用前述任意一 项权利要求所述的冷凝阱，在所述方法中，蒸汽和冷凝物的流动被以在涡 流室中产生涡流的方向引入涡流室，所述涡流具有位于漏出孔附近的低压 区。
25.如权利要求24所述并且大致如这里所述的控制蒸汽和冷凝物的 流速的方法。