1 渦管制冷工作原理

　　

　　渦管工作原理圖

　　如上圖所示，具有一定壓力的壓縮空氣進(jìn)入渦流管噴嘴后膨脹并加速，當(dāng)加速后的氣流從切線方向射入一個圓柱型的渦流發(fā)生器，形成自由渦流。自由渦流的旋轉(zhuǎn)角速度愈靠近中心愈大，由于角速度不同，在自由渦流的層與層之間就產(chǎn)生了摩擦，中心部分的氣流就速度最大，摩擦結(jié)果是將能量傳遞給外層角速度較低的氣流，中心層部分的氣流失去動能，動能低，速度降低，溫度降低，通過渦流管中心的孔板從一端引出，得到制冷需要的冷氣流。而外層部分的氣流獲得動量，動能增加，同時又與渦流管壁摩擦，將部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，從渦流管的另一端通過控制閥被引出，形成熱氣流。

　　簡單點說就是旋轉(zhuǎn)的氣流沿渦流管壁進(jìn)入內(nèi)部，熱管內(nèi)氣流經(jīng)渦流交換后產(chǎn)生能量的分離,氣流被分割成兩股氣流，一股是熱氣流，另一股是冷氣流。在熱管的終端，一部分壓縮空氣通過調(diào)節(jié)閥以熱空氣的方式瀉出,剩余的壓縮空氣以較低速度進(jìn)入熱管旋轉(zhuǎn)氣流的中心返回，這股冷氣流通過發(fā)生器中心形成超低溫冷氣匯集到冷氣端排出。

　　1.1 渦管介紹

　　

　　渦管制冷是由噴嘴、渦流室、分離孔板、管子和控制閥組成。渦流室居中，將管子 分為冷、熱兩端。噴嘴沿著渦流室切向布置，即引導(dǎo)高壓氣流氣流切線方向進(jìn)入渦流室，

　　孔板在渦流室與冷管子之間，熱端管子出口處安裝了控制閥。輸入一定壓力的壓縮空氣，通過渦流管內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換，一端產(chǎn)生冷空氣(在7Bar,25℃干燥空氣時，最低冷氣溫度可達(dá)-45℃)，一端產(chǎn)生熱空氣(最高溫度可達(dá)110℃)。熱氣端裝有一個小型的可調(diào)節(jié)閥門，有手動調(diào)節(jié)旋鈕，這樣就可以手動調(diào)節(jié)冷氣流的溫度和氣流量,通過調(diào)節(jié)熱氣端的閥來得到滿意的冷氣參數(shù)。

　　1.2渦管分類

　　渦管是通過一個內(nèi)部可以更換的發(fā)生器來控制所需要的溫度和流量。發(fā)生器主要有兩大類：一種是控制冷氣溫度的發(fā)生器，一種是控制冷氣流量的發(fā)生器。

　　1.3渦管制冷特點

　　1.產(chǎn)生的冷氣最低可達(dá)零下45℃，并且沒有運動的部件;

　　2.結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)簡單;

　　3.流量速率從1到100SCFM(28到4248SLPM);

　　4.制冷量最大可以達(dá)到60000Btu/hr(1512Kcal/hr);

　　5.采用高強(qiáng)度的不銹鋼材質(zhì)制造，抗腐蝕，抗氧化，抗高溫;

　　6.不用電、不用任何化學(xué)物質(zhì)、沒電火花產(chǎn)生;

　　7.體積小、重量輕、防沖撞;

　　8.啟動快，并可通過閥門快速調(diào)節(jié)。

　　1.4渦管常用氣體

　　常用氣體可以是空氣、二氧化碳、氮氣等。高壓氣體為常溫時，冷氣流的溫度可以達(dá)到-10℃～-45℃，熱氣流的溫度可達(dá)到100℃～130℃。

　　2 渦管制冷在防爆正壓柜中的應(yīng)用

　　在防爆場合有些設(shè)備需要使用大功率變頻器或使用發(fā)熱量較大的電器元件，由于防爆柜無法解決發(fā)熱量大的問題，這時可以采用渦管制冷，既能解決電器元件發(fā)熱大的問題，又能解決防爆的問題。

　　

　　如上圖所示，正壓柜由正壓腔和控制腔兩部分組成，上半部分為正壓腔，正壓腔為密封結(jié)構(gòu)，用于安裝非防爆的各類儀表及電器元件;控制腔內(nèi)包括防爆控制箱、壓力控制系統(tǒng)，渦管安裝在控制腔內(nèi)，見上圖所示。

　　由于正壓腔內(nèi)的變頻器工作時發(fā)出大量的熱量，從而導(dǎo)致正壓腔內(nèi)溫度過高，一般電器元件的工作環(huán)境溫度在0℃～40℃之間，因此渦管制冷主要是給正壓腔內(nèi)輸送冷氣，達(dá)到冷卻降溫的作用，最終給正壓腔內(nèi)的電器元件提供合適的工作環(huán)境。

　　

　　上圖所示為渦管冷氣出口端，如果正壓柜比較大，通常會在該出口端連接一段軟管，把冷氣流引到變頻器的風(fēng)道入口。

　　

　　上圖為正壓腔內(nèi)的溫控表，主要用于檢測正壓腔內(nèi)溫度及控制渦管制冷的啟停。溫控標(biāo)的紅色數(shù)字是正壓柜內(nèi)的當(dāng)前溫度，綠色數(shù)字為設(shè)定溫度(默認(rèn)為36℃)，上圖為調(diào)試時正壓腔內(nèi)溫度從37℃降至27℃。正常情況下正壓腔內(nèi)的溫度上限是40℃，當(dāng)測量的溫度大于或等于40℃時，渦管立即制冷工作;當(dāng)測量的溫度低于36℃時，渦管立刻停止工作。

　　防爆正壓柜通過防爆控制箱內(nèi)的智能控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)將潔凈安全的壓縮空氣引入正壓柜，使正壓腔內(nèi)形成微正壓，阻止外界危險氣體、粉塵的進(jìn)入，達(dá)到防爆的目的。防爆正壓柜具有智能集中控制、參數(shù)顯示和設(shè)置、自動換氣、延時自動供電、失壓補(bǔ)氣、故障報警及自動切斷電源等功能。

　　3 結(jié)論

　　渦管制冷能夠滿足防爆場合的降溫要求。目前南陽一通防爆電氣有限公司的一批組合式空調(diào)箱的防爆正壓柜正是利用上述原理來處理，能夠為變頻器等電器元件冷卻降溫，目前所有防爆正壓柜都調(diào)試完成，均正在使用。上述照片來自該現(xiàn)場。