具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

天然气是一种绿色环保、经济实惠、安全可靠的优质能源。天然气开采后需要对天然气进行预处理。天然气预处理主要将天然气中的烃类及水合物进行分离。相关技术中，天然气预处理通过膜分离技术、三甘醇脱水技术、分子筛等将将天然气中的烃类及水合物分离出来。然而，相关技术中的天然气预处理的预处理方式存在生产成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供的涡流管通过气体入口使得天然气进入冷热分离组件，天然气通过喷嘴会迅速降温，然后在热端管中分离成螺旋运动的高温气体和低温气体。本发明提供的涡流管结构简单，维护工作量小，从而降低了生产成本，尤其本发明提供的第一阻涡器可以减少旋流造成的能量损耗，实现能量回收利用，从而提高了涡流管的制冷效率。

下面结合具体实施例对发明提供的涡流管进行详细说明。

图1为本发明提供的一种涡流管的结构示意图；图2为图1剖面结构示意图；图3为图1中喷嘴的部分结构示意图；图4为图1中第一阻涡器的结构示意图；图5为图1中第二阻涡器的结构示意图。

如图1和图2所示，本发明提供了一种涡流管，包括壳体10以及设置在壳体10内的冷热分离组件20。壳体10包括第一壳体11、第二壳体12和第三壳体13，第一壳体的第一端111设置有冷出口14，第一壳体11的外侧设置有气体入口15，第三壳体的第一端131设置有热出口16，第一壳体的第二端112与第二壳体的第一端121可拆卸连接，第二壳体的第二端122与第三壳体的第二端132可拆卸连接；冷热分离组件20包括喷嘴21、热端管22、热端阀23、第一阻涡器24、冷端管25，喷嘴21位于第一壳体11内，喷嘴21固定在热端管22和冷端管25之间，第一阻涡器24与热端管的第一端221连接，热端阀23位于第一阻涡器24背离热端管22的一端，热端阀23与第三壳体13连接。

其中，第一壳体的第二端112与第二壳体的第一端121之间可以通过螺栓和法兰固定连接。在其它实现方式中，第一壳体的第二端112与第二壳体的第一端121之间也可以通过焊接连接，在此本发明不作限制。

第二壳体的第二端122与第三壳体的第二端132之间可以通过丝杠连接。在其它实现方式中，第二壳体的第二端122与第三壳体的第二端132之间也可以通过焊接套管连接，在此本发明不作限制。

第一壳体11、第二壳体12和第三壳体13上设置有定位孔，可以方便冷热分离组件20定位安装。

如图3所示，喷嘴21内设置有气体进入喷嘴21的流道，流道为渐缩型。气体在喷嘴21内膨胀和加速，气体温度会迅速降低，然后进入热端管22中进行冷热分离，形成两股不同温度且螺旋方向相反的气体，外层为高温气体，内层为低温气体。

需要说明的是，进入喷嘴21内的气体为带有一定压力的气体，例如高压气体、高压空气等。喷嘴21可以通过铸造制成，也可以通过将喷嘴21分成两部分加工，然后将两部分焊接制成。

热端管22由热端管的第一端221向热端管的第二端222的横截面积逐渐减小。两股不同温度且螺旋方向相反的气体在热端管22内运动时，由于热端管的第二端222向热端管的第一端221的横截面积逐渐增大，使得两股气体更好的分离。当然，在其它实现方式中，热端管22也可以为横截面积相同的管道。

如图4所示，第一阻涡器24位于热端管的第一端221。热端管22中的两股气体由热端管的第二端222向热端管的第一端221螺旋向前运动，外层为高温气体，内层为低温气体。外层的高温气体在经过第一阻涡器24时，外层的高温气体的螺旋运动变成平行直线运动，内层低温气体从第一阻涡器24中间穿过与热端阀23接触，外层的高温气体通过第一阻涡器24可以减少螺旋运动造成的能量损耗，实现能量回收利用，进而提高涡流管制冷效率。

在一种可选的实施方式中，第一阻涡器24可以由多个第一叶片242和多个连接板组成，相邻第一叶片242之间通过连接板连接。第一叶片242的曲面是一条与一圆柱面相交并且与该圆柱面在交点处的法线保持一定交角的任意曲线，沿着圆柱面上一条光滑曲线连续运动所形成的曲面。第一阻涡器24先固定在管道中，然后通过管道与热端管22固定连接。相邻第一叶片242与管道围成高温通道，高温气体穿过高温通道后，高温气体的螺旋运动变成平行直线运动；低温气体在与热端阀23接触后，沿第一圆形腔体2411返流。

需要说明的是，两股螺旋运动的气体由于在热端管22中螺旋运动，因而在热端管22中会产生粘性流动损失及余速损失，也就是说两股螺旋运动的气体在热端管22中由于粘性流动会造成能量能量损耗，并且也会造成由于速度损失造成的能量损耗，从而会造成涡流管的制冷效率降低。因此在热端管的第一端221安装第一阻涡器24，使得外层的高温气体通过第一阻涡器24时，外层的高温气体的螺旋运动变成平行直线运动，从而有效地减少螺旋造成的能量损耗，实现能量回收利用，进而提高了涡流管制冷效率。还需要指出的是，通过在热端管的第一端221固定第一阻涡器24还能够有效地缩短涡流管长径比即热端管长度与直径的比值，从而可以减小涡流管的占用空间，进而提高了空间利用率。

热端阀23设置在第一阻涡器24背离热端管22的一端，与第三壳体13连接。当两股不同温度的气体穿过第一阻涡器24后，高温气体从热端阀23外侧排出，低温气体接触热端阀23后沿热端管22返流，进入冷端管25，从冷出口14排出。

冷端管25包括第一部251和第二部252，第一部251和第二部252之间固定连接。第一部251的一端与喷嘴21连接，第一部251的另一端与第二部252连接。第一部251内低温气体通过的通道的横截面积不变；第二部252内低温气体通过的通道在低温气体排出的方向上的横截面积逐渐增大，且大于第一部251内低温气体通过的通道的横截面积。当低温气体沿热端管22返流进入冷端管25时，由于第一部251内低温气体通过的通道的横截面积小于第二部252内低温气体通过的通道的横截面积，从而能够加快低温气体从冷端管25排出。

在一种可选的实施方式中，当一定压力的气体为高压天然气时，高压天然气从气体入口15进入喷嘴21的流道中，高压天然气在喷嘴21内膨胀和加速，气体温度会迅速降低，然后进入热端管22中进行冷热分离，形成两股不同温度且螺旋方向相反的气体，外层为高温气体，内层为低温气体。高温气体在在经过第一阻涡器24时，高温气体的螺旋运动变成平行直线运动；低温气体从第一阻涡器24中间穿过与热端阀23接触，然后沿热端管22返流，进入冷端管25排出。高压天然气通过涡流管喷嘴会迅速降温，分离成螺旋运动的高温气体和低温气体，其中低温气体的凝固点小于高温气体的凝固点，从而可以应用于天然气预处理过程中。本发明提供的涡流管由于结构简单，维护工作量小，从而降低了生产成本，而且通过第一阻涡器24还可以减少螺旋造成的能量损耗，实现能量回收利用，进而提高了涡流管的制冷效率。

本发明提供的一种涡流管，包括壳体10以及设置在壳体10内的冷热分离组件20，壳体10包括第一壳体11、第二壳体12和第三壳体13，第一壳体的第一端111设置有冷出口14，第一壳体11的外侧设置有气体入口15，第三壳体的第一端131设置有热出口16，第一壳体的第二端112与第二壳体的第一端121可拆卸连接，第二壳体的第二端122与第三壳体的第二端132可拆卸连接；冷热分离组件20包括喷嘴21、热端管22、热端阀23、第一阻涡器24、冷端管25，喷嘴21位于第一壳体11内，喷嘴21固定在热端管22和冷端管25之间，第一阻涡器24与热端管的第一端221连接，热端阀23位于第一阻涡器24背离热端管22的一端，热端阀23与第三壳体13连接，通过气体入口15使得天然气进入冷热分离组件20，天然气通过喷嘴21会迅速降温，然后在热端管22中分离成螺旋运动的高温气体和低温气体。本发明提供的涡流管结构简单，维护工作量小，从而降低了生产成本，尤其在热端管的第一端221固定第一阻涡器24，可以减少螺旋造成的能量损耗，实现能量回收利用，从而提高了涡流管的制冷效率。

可选地，第一阻涡器24包括第一轴体241和多个第一叶片242，多个第一叶片242与第一轴体241固定连接，第一叶片242在第一轴体241的轴向上沿着三维曲线延伸。

其中，多个第一叶片242与第一轴体241之间通过焊接连接。相邻第一叶片242、第一轴体241、管道内壁之间围成高温气体通过的高温通道，高温气体通过高温通道可以使高温气体的螺旋运动变成平行直线运动，从而减少螺旋造成的能量损耗，实现能量回收利用，从而提高了涡流管的制冷效率。

第一轴体241上设置有用于低温气体穿过的腔体，其中腔体为圆形。

需要说明的是，第一叶片242在第一轴体241的轴向上沿着三维曲线延伸形成的叶片曲面是一条与一圆柱面相交并且与该圆柱面在交点处的法线保持一定交角的任意曲线，沿着圆柱面上一条光滑曲线连续运动所形成的曲面。

可选地，多个第一叶片242在第一轴体241外侧的径向上间隔设置。

其中，第一轴体241外侧的径向是指与第一轴体241的轴向相垂直的方向。

在一种可选的实施方式中，在第一轴体241外侧的径向上间隔设置多个第一叶片242，使得高温气体螺旋运动变成平行直线运动更加充分，从而减少螺旋造成的能量损耗，实现能量回收利用，从而提高了涡流管的制冷效率。

可选地，第一轴体241上设置有第一圆形腔体2411，第一圆形腔体2411用于低温气体穿过第一圆形腔体2411到达热端阀23，然后返回到冷端管25由冷出口14排出。

在一种可选的实施方式中，当两股不同温度的气体穿过第一阻涡器24时，高温气体通过高温通道可以使高温气体的螺旋运动变成平行直线运动，然后从热端阀23外侧排出，低温气体通过第一圆形腔体2411接触到热端阀23后沿热端管22返流，进入冷端管25，从冷出口14排出。通过在第一轴体241上设置第一圆形腔体2411可以避免低温气体提前返流，从而使得高温气体与低温气体的分离更充分。

可选地，还包括第二阻涡器26，第二阻涡器26与冷出口14连接，第二阻涡器26用于将冷端管25内的低温气体穿过第二阻涡器26由螺旋运动变成平行直线运动。

其中，第二阻涡器26可以由多个第二叶片262和多个连接板组成，相邻第二叶片262之间通过连接板连接。第二叶片262的曲面是一条与一圆柱面相交并且与该圆柱面在交点处的法线保持一定交角的任意曲线，沿着圆柱面上一条光滑曲线连续运动所形成的曲面。在其它实现方式中，第二阻涡器26也可以为多个第二叶片262固定在一个轴体上。

在一种可选的实施方式中，低温气体接触热端阀23后沿热端管22返流，进入冷端管25，低温气体在冷端管25内螺旋运动，当低温气体穿过第二阻涡器26时，低温气体的螺旋运动变成平行直线运动，从而可以减少低温气体螺旋运动造成的能量损耗，实现能量回收利用，进而提高涡流管的制冷效率。

进一步的，当一定压力的气体为高压天然气时，高压天然气从气体入口15进入喷嘴21的流道中，高压天然气在喷嘴21内膨胀和加速，气体温度会迅速降低，然后进入热端管22中进行冷热分离，形成两股不同温度且螺旋方向相反的气体，外层为高温气体，内层为低温气体。高温气体在在经过第一阻涡器24时，高温气体的螺旋运动变成平行直线运动；低温气体从第一阻涡器24中间穿过与热端阀23接触，然后沿热端管22返流，进入冷端管25，低温气体在冷端管25内螺旋运动，当低温气体经过第二阻涡器26时，低温气体的螺旋运动变成平行直线运动，可以减少低温气体螺旋运动造成的能量损耗，实现能量回收利用，从而进一步提高涡流管的制冷效率。

可选地，第二阻涡器26包括第二轴体261和多个第二叶片262，多个第二叶片262与第二轴体261固定连接，第二叶片262在第二轴体的轴向上沿着三维曲线延伸。

其中，如图5所示，多个第二叶片262与第二轴体261之间通过焊接固定连接。相邻第二叶片262之间与冷端管25之间围成低温气体通过的低温通道，低温气体通过低温通道可以使低温气体螺旋运动变成平行直线运动，从而减少螺旋造成的能量损耗，实现能量回收利用，从而提高了涡流管的制冷效率。

第二轴体261的形状为圆形。

需要说明的是，第二阻涡器26上的多个第二叶片262与第一阻涡器24上的多个第一叶片242其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

可选地，多个第二叶片262在第二轴体261外侧的径向上间隔设置。

其中，第二轴体261外侧的径向是指与第二轴体261的轴向相垂直的方向。

在一种可选的实施方式中，在第二轴体261外侧的径向上间隔设置多个第二叶片262，使得低温气体螺旋运动变成平行直线运动更加充分，从而减少螺旋造成的能量损耗，实现能量回收利用，从而提高了涡流管的制冷效率。

可选地，第二阻涡器26通过法兰263固定在冷出口，法兰263与第二阻涡器26之间还设置有密封件，密封件用于防止低温气体泄露。

其中，密封件可以为O型圈。在其它实现方式中，密封件也可以为O型圈和密封胶的组合。

在一种可选的实施方式中，为了防止低温气体在冷端管25、第二阻涡器26、法兰263之间泄露，在冷端管25、第二阻涡器26、法兰263之间安装密封件。

可选地，热端阀23螺接在第三壳体13上，热端阀23可调节与第一阻涡器24背离热端管22的一端之间的距离。

其中，为了便于调节高温气体从热端阀23外侧排出的流量，将热端阀23与第三壳体13之间通过螺纹连接，从而可以调节热端阀23与第一阻涡器24背离热端管22的一端之间的距离，进而可以控制高温气体从热端阀23外侧排出的流量。

在一种可选的实施方式中，热端阀23与低温气体接触的一端为圆锥形，热端阀23的另一端为圆柱形，热端阀23的另一端上设置由螺纹，第三壳体13上设置由螺纹孔，将热端阀23的另一端安装在螺纹孔中，从而可以调节热端阀23与第一阻涡器24背离热端管22的一端之间的距离，进而可以控制高温气体从热端阀23外侧排出的流量。

需要说明的是，热端阀23与第三壳体13之间通过螺纹连接时，为了提高涡流管的密封性，可以在第三壳体13上安装密封套管，热端阀23的另一端位于密封套管内，用于防止热端阀23与第三壳体13螺纹连接处有高温气体泄漏，从而提高了涡流管的密封性。

可选地，第一壳体11与冷端管25围成缓冲腔17，缓冲腔17用于缓冲气体进入喷嘴21。

其中，进入喷嘴21内的气体为带有一定压力的气体，为了减轻气体对喷嘴21的冲击，在第一壳体11与冷端管25围成缓冲腔17，气体先进入缓冲腔17，然后气体再从缓冲腔17进入喷嘴21，从而可以缓冲气体对喷嘴21的冲击，进而减轻了气体对喷嘴21的冲击。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。