CN102944080A - 具有切向冷热切换功能的涡流管以及带有该涡流管的换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有切向冷热切换功能的涡流管，包括涡流室，涡流室两侧分别带有第一出气口和第二出气口，涡流室中带有相互连通的第一工作腔和第二工作腔；两个工作腔腔壁上分别设有第一进气口和第二进气口，两个工作腔中分别设有与各自进气口相对应的涡旋分离器；涡流室外部设有沿涡流室切向滑动用于选择性开放第一进气口或第二进气口的密封件；涡流室内设有与所述密封件联动以调节涡流室内冷热流体流向的调节机构。本发明采用在涡流管内设置调节涡流室内冷热流体流向的调节机构，通过密封件的运动可以切换涡流管内冷热流体的方向，实现冷热流体出口的转换；本发明的带有涡流管的换热系统，可以应用到冷热切换较为频繁的场合。

Description

具有切向冷热切换功能的涡流管以及带有该涡流管的换热系统

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体是涉及一种具有切向冷热切换功能的涡流管以及带有该涡流管的换热系统。

背景技术

法国工程师兰克在进行旋风分离器实验时，发现分离器中流体中心温度低于外围流体温度，但是由于其混淆了静温和总温的概念，使涡流管一直没有得到广泛关注。随后德国工程师赫尔胥对涡流管进行了详细的性能及结构分析，使得涡流管得到广泛应用。传统的涡流管包括涡流室、喷嘴、热端管、热端调节阀、冷孔板等主要部件，高压流体从涡流管入口进入，随后在涡流室中高速旋转，由于涡流管中的涡旋效应，使得流体在涡流管中旋转的同时，能量发生转变，外围流体能量较高，内层流体能量较低，外围流体在涡流室热端管中旋转的同时，动能逐渐减少，转换为热能，最终外围流体从热端管的热端调节阀中流出，获得高温流体。内层流体从涡流管冷孔板流出，成为低温流体。涡流管冷端流出的冷气体，可以直接用于制冷需求，例如，将涡流管安装在磨床中，利用涡流管冷端流出的冷气体直接给被磨工件降温；或者将涡流管应用于实验室，因为涡流管可以迅速制冷，达到零下50℃的低温，因此涡流管冷端出口直接面对换热管安装，用于冷却换热管中的流体。涡流管热端流出的热气体，可以用于制热需求，例如，因为涡流管热端流出的流体可以达到120℃或更高温度，因此将涡流管热端流出的热流体送入换热器加热水，受热后的水可以用于洗澡等生活用途，除此之外，也可将涡流管安装在潜水服之中，将潜水员所背负的氧气瓶中的气体送入涡流管，气体完成减压条件的同时，还可利用涡流管的能量分离效应，在涡流管热端成为热气体，然后进入潜水服，冷流体通过与周围环境水换热后，送入潜水服，这样既能起到氧气减压，也能起到加热潜水服的效果。但是，对于传统涡流管，一旦将涡流管位置固定，其冷端流出冷气体，热端流出热气体，如果需要在冷流体的位置处获得热气体，那么需要将涡流管拆除后进行反装，对于单一小型涡流管来讲，此工序并不复杂，但是，如果需要在某个地方进行反装的涡流管过多，或者是，在一些特殊场合，例如太空，水下等，进行涡流管的反装将会耗费大量人力物力，实现该过程显得不现实。

发明内容

本发明提供了一种具有切向冷热切换功能的涡流管，该涡流管通过密封件的运动可以切换涡流管内冷热流体的方向，实现冷热流体出口的转换。

一种具有切向冷热切换功能的涡流管，包括涡流室，涡流室两侧分别带有第一出气口和第二出气口，所述涡流室中带有相互连通的第一工作腔和第二工作腔；两个工作腔腔壁上分别设有第一进气口和第二进气口，两个工作腔中分别设有与各自进气口相对应的第一涡旋分离器和第二涡旋分离器，每个涡旋分离器都具有流体通道以及与流体通道垂直设置的涡流喷射通道，所述流体通道具有第一出气口和第二气出口，两个涡旋分离器的第一出气口相向设置，两个涡旋分离器的第二出气口相背设置；所述涡流室外部设有沿涡流室切向滑动用于选择性开放第一进气口或第二进气口的密封件；所述涡流室内设有与所述密封件联动以调节涡流室内冷热流体流向的调节机构。

所述调节机构为分别设置在第一工作腔和第二工作腔内的两个子调节机构，每个子调节机构包括：设置在对应涡旋分离器的第二出气口处的截流板，该截流板具有第一热流出口和第一冷流出口的，截流板的外周与所在工作腔的内壁密封配合；铰接在截流板上的摆动盘，该摆动盘具有第二冷流出口，以及偏心的绕第二冷流出口分布的第二热流出口；摆动盘摆动时，仅将第一冷流出口和第二冷流出口对正，或仅将第一热流出口和第二热流出口对正；用于带动所述摆动盘摆动的传动件，该传动件与所述密封件联动。第一冷流出口和第二冷流出口一般为圆柱形，第一冷流出口设置在截流板的中心。第一热流出口和第二热流出口一般为环状，环状结构内间隔设有连接筋。第一冷流出口与第一热流出口同心设置。

由于所述摆动盘处于工作腔内，而密封件设置在工作腔外部，所以为便于摆动盘与密封件之间的固定，作为优选，所述摆动盘的外圆周设有第一卡槽；所述传动件为连接块，连接块的一端与所述密封件配合传动，另一端为延伸至对应的工作腔内的延伸部，该延伸部与所在工作腔内的摆动盘的第一卡槽相配合。通过密封件可实现摆动盘的往复摆动，在调整第一进气口和第二进气口开放状态的同时，适应性调整冷热流体进出口的位置。

为便于密封件的加工和安装，作为优选，密封件的两端分别与对应连接块相互固定，该密封件上具有选择性与第一进气口或第二进气口对正的通气孔。为便于与固定块的固定，作为进一步优选，所述密封件的两端设有与连接块配合第二卡槽。密封件的两端与对应连接块之间可选用多种固定方式，例如可选择卡合固定、焊接固定或者一体设置。

为便于与外界管路连接，作为优选，所述涡流室外壁密封固定有带有进气口的顶盖，所述密封件设于顶盖内，且密封件上设有一端延伸出所述顶盖的推板。通过推拉推板可方便实现对密封件的调整。推板可设置在密封件的一侧，也可在密封件两侧同时设置；推板设置的数量可根据实际需要确定，一般为2-4个，且两两分组设置在密封件两侧。

截流板可通过多种方式固定在相应的工作腔内，例如可通过焊接方式、螺纹固定方式或者卡合方式等等。为便于安装和维修，作为优选，所述截流板一侧设有第一定位凸起，该截流板所在工作腔内设有安装肋板，安装肋板上设有与所述第一定位凸起配合的第一定位卡槽。实际安装时，直接将第一定位凸起卡入第一定位卡槽即可。第一定位凸起设置的数量可根据实际需要确定，为保证安装强度，一般设置2-6个。可在所述截流板另一侧设置铰接轴，同时在所述摆动盘上设置与所述铰接轴配合的铰接槽。

为保证涡旋分离器与所在工作腔的安装的稳定性，防止工作过程中涡旋分离器发生径向偏移，作为优选，所述安装肋板为环形板，该环形板内缘部位设有安装台阶，该工作腔内的涡旋分离器外壁设有与所述安装台阶配合的凸台。安装时，将涡旋分离器的凸台卡接在工作腔内的安装台阶上即可。

本发明还提供了一种带有上述涡流管的换热系统，利用该系统进行换热时，可根据需要适时输出冷量或热量，实用性强。

包括涡流管以及与该涡流管管路连接的换热器，所述涡流管为上述任一技术方案所述的具有切向冷热切换功能的涡流管。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明采用在涡流管内设置调节涡流室内冷热流体流向的调节机构，直接通过推动外部推板，带动密封件的运动，从而可以切换涡流管内冷热流体的方向，实现冷热流体出口的转换；本发明的带有涡流管的换热系统，可以应用到先需要制冷，随后需要制热，或者先需要制热然后需要制冷这样冷热切换的地方。

附图说明

图1为本发明的具有切向冷热切换功能的涡流管的结构示意图。

图2为图1所示具有切向冷热切换功能的涡流管的爆炸图。

图3为图1所示具有切向冷热切换功能的涡流管的剖视图。

图4为图1所示具有切向冷热切换功能的涡流管中的涡流室的结构示意图。

图5为图4所示的涡流室的左视图。

图6为图4所示的涡流室的A-A剖视图。

图7为图1所示具有切向冷热切换功能的涡流管中的摆动盘的放大结构示意图。

图8为图1所示具有切向冷热切换功能的涡流管中的截流板的放大结构示意图。

图9为图8所示截流板的左视图。

图10为图1所示具有切向冷热切换功能的涡流管中的涡旋分离器的剖视结构示意图。

图11为图1所示具有切向冷热切换功能的涡流管中的密封件的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-图3以及图10所示，一种具有切向冷热切换功能的涡流管，包括涡流室1，涡流室1两侧分别带有第一出气口2和第二出气口3，涡流室1中带有相互连通的第一工作腔4和第二工作腔5；第一工作腔4和第二工作腔5腔壁上分别设有第一进气口6和第二进气口7，第一工作腔4和第二工作腔5中分别设有与各自进气口相对应的第一涡旋分离器8和第二涡旋分离器9，第一涡旋分离器8和第二涡旋分离器9都具有流体通道11以及与流体通道垂直设置的涡流喷射通道12，流体通道具有第一出气口11a和第二出气口11b，第一涡旋分离器8和第二涡旋分离器9的第一出气口11a相向设置，两个涡旋分离器的第二出气口11b相背设置；涡流室1外部设有沿涡流室1切向滑动用于选择性开放第一进气口6或第二进气口7的密封件10；涡流室1内设有与密封件10联动以调节涡流室1内冷热流体流向的调节机构。

如图1-图6所示，涡流室1内设有第一工作腔4、第二工作腔5以及将第一工作腔4、第二工作腔5连通的连接管24，第一工作腔4、第二工作腔5之间还设有加强板20，加强板20顶面为平面结构，便于顶盖17的固定。第一工作腔4和第二工作腔5内壁均设有环形安装肋板15，安装肋板15内缘部位设有安装台阶15b，安装肋板15上沿周向均匀设有四个第一定位卡槽15a；安装肋板15将第一工作腔4和第二工作腔5分为内工作腔和外工作腔两部分。第一工作腔4顶面的加强板20上设有与内工作腔连通的第一进气口6，第一进气口6为三个，沿第一工作腔4周向成排设置，相邻两个进气口之间的间距相等。第一工作腔4顶面的加强板20上还设有供连接块16穿过的第一插接孔19，该第一插接孔19与第一工作腔4的外工作腔连通。第二工作腔5与第一工作腔4的结构相同。需要指出的是：第二工作腔5上设置的第二进气口7也为三个，三个第二进气口7与三个第一进气口6相互错开设置。第一工作腔4的端部固定有带有第一出气口2的第一出气件22；第二工作腔5端部固定有带有第二出气口3的第二出气件23。

如图1-图3和图11所示，涡流室1上加强板20外侧密封固定有顶盖17，密封件10设于顶盖17与加强板20之间，且密封件10上设有一端延伸出顶盖17的推板18。顶盖17上设有进气口17a。密封件10的两端分别设有一个第二卡槽10a，分别用于与连接块16和连接块28配合固定。该密封件10上具有选择性与第一进气口6或第二进气口7对正的第一通气孔25和第二通气孔21，第一通气孔25和第二通气孔21分别为两个。推板18为四个，分两组设置在密封件10两侧，且每组两个推板18相对正设置。

如图1-图2、图5-图10所示，调节机构为分别设置在第一工作腔4和第二工作腔5内的两个子调节机构，两个子调节机构的结构相同。下面以第一工作腔4中的子调节机构为例，对自调节机构的结构作进一步详细说明：

子调节机构包括：截流板13、摆动盘14和连接块16。其中，截流板13为圆形，设置在第一涡旋分离器8的第二出气口11b处，该截流板13具有同轴设置的第一热流出口13a和第一冷流出口13b的，截流板13的外周与第一工作腔4的内壁密封配合；摆动盘14铰接在截流板13上，该摆动盘14具有第二冷流出口14b，以及偏心的绕第二冷流出口14b分布的第二热流出口14a；摆动盘14摆动时，仅将第一冷流出口13b和第二冷流出口14b对正，或仅将第一热流出口13a和第二热流出口14a对正。连接块16作为传动件，用于带动摆动盘14摆动，连接块16与密封件10联动。截流板13一侧设有四个第一定位凸起13c，第一定位凸起13c与第一工作腔4内安装肋板15的第一定位卡槽15a相互配合。截流板13另一侧设有铰接轴13d，摆动盘14上设有与该铰接轴13d配合的铰接槽14d。摆动盘14为圆形面板，摆动盘14外圆周设有第一卡槽14c；第一卡槽14c用于与连接块16相互固定，该连接块的另一端与密封件10的第二卡槽10a相互固定。第二工作腔5中的子调节机构与第一工作腔6中的子调节机构结构相同，包括截流板26、摆动盘27和连接块28，连接方式同上。

第一涡旋分离器8和第二涡旋分离器9均包括筒形本体8a，筒形本体8a内设有流体通道11，筒形本体8a靠近第一出气口11a的一端设有若干涡流喷射通道12。筒形本体8a另一端外缘设有凸台8b，用于与安装肋板15的安装台阶15b相互卡合。

本实施方式的具有切向冷热切换功能的涡流管的实际使用过程为：

当需要出气件22需要流出温度较低流体，用于将某房间降温，第二出气件23需要流出温度较高流体时，整个装置的工作流程为，高压气体通过顶盖17的进气口17a进入。推动推板18，当第一通气孔25与第一进气口6重合，形成连通状态；第二通气孔21与第二进气口7交错，形成闭合状态。截流板13的第一冷流出口13b和摆动盘14的第二冷流出口14b重合，形成连通状态；截流板13的第一热流出口13a和摆动盘14的第二热流出口14a交错，形成闭合状态。截流板26的热流出口和摆动盘27的热流出口重合，形成连通状态；截流板26的冷流出口和摆动盘27的冷流出口交错，形成闭合状态。高压气体通过第一涡旋分离器5减压增速，在涡流室1中高速旋转。在第二涡旋分离器9处获得温度较高的流体，此部分流体依次通过第二涡旋分离器9、截流板26的热流出口、摆动盘27的热流出口、第二出气件23后流出。在第一涡旋分离器5处获得温度较低的流体，依次通过第一涡旋分离器5、截流板13的第一冷流出口13b、摆动盘14的第二冷流出口14a、第一出气件22后流出。温度较低的流体用于房间降温。

此时，由于工况发生改变，原需要被降温的房间，现在需要被加热升温，从而满足温度要求，此时需要第二出气件23流出温度较低流体，第一出气件22需要流出温度较高流体，那么推动推板18，当第二通气孔21与第二进气口7重合，形成连通状态；第一通气孔25与第一进气口6交错，形成闭合状态。截流板26的冷流出口和摆动盘27的冷流出口重合，形成连通状态；截流板26的热流出口和摆动盘27的热流出口交错，形成闭合状态。截流板13的第一热流出口13a和摆动盘14的第二热流出口14a重合，形成连通状态；截流板13的第一冷流出口13b和摆动盘14的第二冷流出口14b交错，形成闭合状态。高压气体通过第二涡旋分离器9减压增速，在涡流室1中高速旋转。在第一涡旋分离器5处获得温度较高的流体，此部分流体依次通过第一涡旋分离器5、截流板13的第一热流出口13a、摆动盘14的第二热流出口14a、第一出气件22后流出。在第二涡旋分离器9处获得温度较低的流体，依次通过第二涡旋分离器9、截流板26的冷流出口、摆动盘27的冷流出口、第二出气件23后流出。从第一出气件22流出的热流体可以用于加热房间，从而使得其受热后温度升高，满足温度要求。

实施例2

一种带有涡流管的换热系统，包括涡流管以及与该涡流管管路连接的换热器，涡流管为实施例1中的具有切向冷热切换功能的涡流管。其中涡流管与换热器连接方式均为现有技术。

Claims (10)

1.一种具有切向冷热切换功能的涡流管，包括涡流室(1)，涡流室(1)两侧分别带有第一出气口(2)和第二出气口(3)，其特征在于，所述涡流室(1)中带有相互连通的第一工作腔(4)和第二工作腔(5)；两个工作腔腔壁上分别设有第一进气口(6)和第二进气口(7)，两个工作腔中分别设有与各自进气口相对应的第一涡旋分离器(8)和第二涡旋分离器(9)，每个涡旋分离器都具有流体通道(11)以及与流体通道垂直设置的涡流喷射通道(12)，所述流体通道具有第一出气口(11a)和第二出气口(11b)，两个涡旋分离器的第一出气口(11a)相向设置，两个涡旋分离器的第二出气口(11b)相背设置；

所述涡流室(1)外部设有沿涡流室(1)切向滑动用于选择性开放第一进气口(6)或第二进气口(7)的密封件(10)；

所述涡流室(1)内设有与所述密封件(10)联动以调节涡流室(1)内冷热流体流向的调节机构。

2.根据权利要求1所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述调节机构为分别设置在第一工作腔(4)和第二工作腔(5)内的两个子调节机构，每个子调节机构包括：

设置在对应涡旋分离器(8，9)的第二出气口(11b)处的截流板(13)，该截流板具有第一热流出口(13a)和第一冷流出口(13b)的，截流板(13)的外周与所在工作腔的内壁密封配合；

铰接在截流板(13)上的摆动盘(14)，该摆动盘具有第二冷流出口(14b)，以及偏心的绕第二冷流出口分布的第二热流出口(14a)；摆动盘(14)摆动时，仅将第一冷流出口(13b)和第二冷流出口(14b)对正，或仅将第一热流出口(13a)和第二热流出口(14a)对正。

用于带动所述摆动盘(14)摆动的传动件，该传动件与所述密封件联动。

3.根据权利要求2所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述摆动盘(14)的外圆周设有第一卡槽(14c)；所述传动件为连接块(16)，连接块(16)的一端与所述密封件(10)配合传动，另一端为延伸至对应的工作腔内的延伸部，该延伸部与所在工作腔内的摆动盘(14)的第一卡槽(14c)相配合。

4.根据权利要求3所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述密封件(10)的两端分别与对应连接块(16)相互固定，该密封件(10)上具有选择性与第一进气口(6)或第二进气口(7)对正的通气孔(25，21)。

5.根据权利要求4所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述密封件(10)的两端设有分别与两个连接块(16)配合第二卡槽(10a)。

6.根据权利要求4所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述涡流室(1)外壁密封固定有带有进气口(17a)的顶盖(17)，所述密封件(10)设于顶盖(17)内，且密封件上设有一端延伸出所述顶盖(17)的推板(18)。

7.根据权利要求4所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述截流板(13)一侧设有第一定位凸起(13c)，该截流板(13)所在工作腔内设有安装肋板(15)，安装肋板(15)上设有与所述第一定位凸起(13c)配合的第一定位卡槽(15a)。

8.根据权利要求7所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述截流板(13)另一侧设有铰接轴(13d)，所述摆动盘(14)上设有与所述铰接轴(13d)配合的铰接槽(14d)。

9.根据权利要求7所述的具有切向冷热切换功能的涡流管，其特征在于，所述安装肋板(15)为环形板，该环形板内缘部位设有安装台阶(15b)，该工作腔内的涡旋分离器(8，9)外壁设有与所述安装台阶(15b)配合的凸台(8b)。

10.一种带有涡流管的换热系统，包括涡流管以及与该涡流管管路连接的换热器，其特征在于，所述涡流管为权利要求1-9任一权利要求所述的具有切向冷热切换功能的涡流管。

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