[發明專利]具有切向冷熱切換功能的渦流管以及帶有該渦流管的換熱系統

有效

• 申請號: 201210456827.4
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102944080A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 陳光明;王征;鄭磊巍;韓曉紅;李鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B9/04
• 分類號: F25B9/04;F25B29/00;F25B39/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于制冷技術領域，具體是涉及一種具有切向冷熱切換功能的渦流管以及帶有該渦流管的換熱系統。

背景技術

法國工程師蘭克在進行旋風分離器實驗時，發現分離器中流體中心溫度低于外圍流體溫度，但是由于其混淆了靜溫和總溫的概念，使渦流管一直沒有得到廣泛關注。隨后德國工程師赫爾胥對渦流管進行了詳細的性能及結構分析，使得渦流管得到廣泛應用。傳統的渦流管包括渦流室、噴嘴、熱端管、熱端調節閥、冷孔板等主要部件，高壓流體從渦流管入口進入，隨后在渦流室中高速旋轉，由于渦流管中的渦旋效應，使得流體在渦流管中旋轉的同時，能量發生轉變，外圍流體能量較高，內層流體能量較低，外圍流體在渦流室熱端管中旋轉的同時，動能逐漸減少，轉換為熱能，最終外圍流體從熱端管的熱端調節閥中流出，獲得高溫流體。內層流體從渦流管冷孔板流出，成為低溫流體。渦流管冷端流出的冷氣體，可以直接用于制冷需求，例如，將渦流管安裝在磨床中，利用渦流管冷端流出的冷氣體直接給被磨工件降溫；或者將渦流管應用于實驗室，因為渦流管可以迅速制冷，達到零下50℃的低溫，因此渦流管冷端出口直接面對換熱管安裝，用于冷卻換熱管中的流體。渦流管熱端流出的熱氣體，可以用于制熱需求，例如，因為渦流管熱端流出的流體可以達到120℃或更高溫度，因此將渦流管熱端流出的熱流體送入換熱器加熱水，受熱后的水可以用于洗澡等生活用途，除此之外，也可將渦流管安裝在潛水服之中，將潛水員所背負的氧氣瓶中的氣體送入渦流管，氣體完成減壓條件的同時，還可利用渦流管的能量分離效應，在渦流管熱端成為熱氣體，然后進入潛水服，冷流體通過與周圍環境水換熱后，送入潛水服，這樣既能起到氧氣減壓，也能起到加熱潛水服的效果。但是，對于傳統渦流管，一旦將渦流管位置固定，其冷端流出冷氣體，熱端流出熱氣體，如果需要在冷流體的位置處獲得熱氣體，那么需要將渦流管拆除后進行反裝，對于單一小型渦流管來講，此工序并不復雜，但是，如果需要在某個地方進行反裝的渦流管過多，或者是，在一些特殊場合，例如太空，水下等，進行渦流管的反裝將會耗費大量人力物力，實現該過程顯得不現實。

發明內容

本發明提供了一種具有切向冷熱切換功能的渦流管，該渦流管通過密封件的運動可以切換渦流管內冷熱流體的方向，實現冷熱流體出口的轉換。

一種具有切向冷熱切換功能的渦流管，包括渦流室，渦流室兩側分別帶有第一出氣口和第二出氣口，所述渦流室中帶有相互連通的第一工作腔和第二工作腔；兩個工作腔腔壁上分別設有第一進氣口和第二進氣口，兩個工作腔中分別設有與各自進氣口相對應的第一渦旋分離器和第二渦旋分離器，每個渦旋分離器都具有流體通道以及與流體通道垂直設置的渦流噴射通道，所述流體通道具有第一出氣口和第二氣出口，兩個渦旋分離器的第一出氣口相向設置，兩個渦旋分離器的第二出氣口相背設置；所述渦流室外部設有沿渦流室切向滑動用于選擇性開放第一進氣口或第二進氣口的密封件；所述渦流室內設有與所述密封件聯動以調節渦流室內冷熱流體流向的調節機構。

所述調節機構為分別設置在第一工作腔和第二工作腔內的兩個子調節機構，每個子調節機構包括：設置在對應渦旋分離器的第二出氣口處的截流板，該截流板具有第一熱流出口和第一冷流出口的，截流板的外周與所在工作腔的內壁密封配合；鉸接在截流板上的擺動盤，該擺動盤具有第二冷流出口，以及偏心的繞第二冷流出口分布的第二熱流出口；擺動盤擺動時，僅將第一冷流出口和第二冷流出口對正，或僅將第一熱流出口和第二熱流出口對正；用于帶動所述擺動盤擺動的傳動件，該傳動件與所述密封件聯動。第一冷流出口和第二冷流出口一般為圓柱形，第一冷流出口設置在截流板的中心。第一熱流出口和第二熱流出口一般為環狀，環狀結構內間隔設有連接筋。第一冷流出口與第一熱流出口同心設置。

由于所述擺動盤處于工作腔內，而密封件設置在工作腔外部，所以為便于擺動盤與密封件之間的固定，作為優選，所述擺動盤的外圓周設有第一卡槽；所述傳動件為連接塊，連接塊的一端與所述密封件配合傳動，另一端為延伸至對應的工作腔內的延伸部，該延伸部與所在工作腔內的擺動盤的第一卡槽相配合。通過密封件可實現擺動盤的往復擺動，在調整第一進氣口和第二進氣口開放狀態的同時，適應性調整冷熱流體進出口的位置。

為便于密封件的加工和安裝，作為優選，密封件的兩端分別與對應連接塊相互固定，該密封件上具有選擇性與第一進氣口或第二進氣口對正的通氣孔。為便于與固定塊的固定，作為進一步優選，所述密封件的兩端設有與連接塊配合第二卡槽。密封件的兩端與對應連接塊之間可選用多種固定方式，例如可選擇卡合固定、焊接固定或者一體設置。