CN103499157B - 制冷、制热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制冷、制热装置，包括：涡流管，所述涡流管具有供压缩空气进入的压缩空气入口，以及冷端输出口和热端输出口，用于将压缩气体分离成冷气流和热气流两部分、并分别将所述冷气流经冷端输出口和热端输出口排出；空气放大器，与所述冷端输出口或热端输出口连通，用于将所述压缩空气减压放大并排放至外界。本发明提供的制冷、制热装置，实现强效的制冷或制热，且无需在现场采用电器设备，满足了易燃、易爆场景的防爆要求，且实施方便，成本低廉。

Description

制冷、制热装置

技术领域

本发明涉及流体机械制造技术，尤其涉及一种制冷、制热装置。

背景技术

在煤矿井下、石油化工等易燃易爆现场，对于电器设备的使用有较高的防爆要求，因此，这些现场中不能采用一般的空调系统进行制冷或制热。

在现有技术中的煤矿井下，通常采用水冷系统在主要工作巷道中实现集中循环制冷，但是，在部分车间、硐室及其它局部通风不畅的巷道区段，这种集中制冷很难覆盖到，而仅通过工人穿着制冷服等降温方法成本较高、且妨碍工作。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种用于矿井等易燃、易爆场景的制冷、制热装置，实现有效制冷制热的同时，保证安全性。

本发明提供一种制冷、制热装置，包括：

涡流管，所述涡流管具有供压缩空气进入的压缩空气入口，以及冷端输出口和热端输出口，用于将压缩气体分离成冷气流和热气流两部分、并分别将所述冷气流经冷端输出口和热端输出口排出；

空气放大器，与所述冷端输出口或热端输出口连通，用于将所述压缩空气减压放大并排放至外界。

本发明提供的制冷、制热装置，可以利用压缩空气制备出低温或高温空气并排至外界空气中，实现强效的制冷或制热，且无需在现场采用电器设备，满足了易燃、易爆场景的防爆要求，且实施方便，成本低廉。

附图说明

图1为本发明制冷、制热装置实施例的结构示意图；

图2为本发明制冷、制热装置实施例中涡流管及其相关管路连接示意图；

图3为图2中涡流管的结构示意图；

图4为图1中空气放大器的断面结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明制冷、制热装置实施例的结构示意图；图3为图2中涡流管的结构示意图；请参照图1和图2，本实施例提供一种制冷、制热装置，包括：

涡流管1，涡流管1具有供压缩空气进入的压缩空气入口11，以及冷端输出口12和热端输出口13，用于将压缩气体分离成冷气流和热气流两部分、并分别将冷气流经冷端输出口12和热端输出口13排出；

空气放大器2，与冷端输出口12或热端输出口13连通，用于将上述压缩空气减压放大并排放至外界。

具体地，空气放大器2可以为内部设置有空腔的箱体式结构，其上可以设置多个排气口，以供压缩空气在空气放大器2的内部空腔内体积放大、压力减小后、由排气口排出至外界。涡流管可以包括：压缩空气入口11、涡流室101、分离孔板、冷端输出口12、和热端输出口13；工作时，压缩空气经压缩空腔入口以很高的速度沿切线方向进入涡流管的涡流室，气流在涡流管内高速旋转时，经过涡流变换后分离成总温不相等的两部分，即高温气流和低温气流，而后，高温气流经热端输出口流出、低温气流则经冷端输出口流出。其中，低温气流的温度最低可以达到零下50～10℃，高温气流的温度最高可以达到零上100～130℃。

空气放大器2具有输入口，输入口上连接有导气漏斗21，导气漏斗21末端连接有输入管路22，导气漏斗21的另一端可以选择性地与涡流管1的冷端输出口12或热端输出口13连接并相通；例如，导气漏斗21可以分别通过管路与冷端输出口12或热端输出口13连接，但在使用时仅控制其中一个管路导通，即当需要制冷时，需使冷端输出口12经导气漏斗21与空气放大器2连通，而导气漏斗21与热端输出口13之间的管路被切断、并可使高温气流由热端出口13引出至其它管路中；当需要制热时，仅使热端输出口13经导气漏斗21与空气放大器2连通，导气漏斗21与热端输出口12之间的管路被切断，同时还可使低温气流由冷端输出口12流出至其它管路中。

涡流管1外围可设置有壳体10，壳体10可位于空气放大器2下方、并与空气放大器2相对固定；导气漏斗21可以穿过壳体10与空气放大器2连通；而该壳体10上还可以设置接口，该接口可以与涡流管1的压缩空气入口11连通并固定，以在使用时将该接口方便地连接至压缩空气提供装置。

本实施例提供的制冷、制热装置可以用于矿井或石油化工等场合，例如在煤矿井下用作制冷时，可使空气放大器2仅经导气漏斗21与冷端输出口12连通，然后可利用管路直接将涡流管的压缩空气入口11连接至煤矿供风系统管路，使得煤矿供风系统的压缩空气由压缩空气入口11进入涡流管1、并被分离为高温气流和低温气流两部分，低温气流经冷端输出口12、输入管路22、导气漏斗21进入空气放大器2后，体积增大、压力降低、并由其排出到外界中，而高温气流则可以经由热端输出口13排出至其它管路中。当用作制热时，仅需使空气放大器2经导气漏斗21与冷端输出口12连通、热端输出口13与空气放大器2直接不导通即可，其它功能实现过程与上述制冷类似，此处不再赘述。

本实施例提供的制冷、制热装置，可以利用压缩空气制备出低温或高温空气并排至外界空气中，实现强效的制冷或制热，且无需在现场采用电器设备，满足了易燃、易爆场景的防爆要求，且实施方便，成本低廉。

进一步地，为了方便制冷、制热两种工作模式的切换，可以利用控制阀实现管路之间的连接。下面以三位四通阀作为控制阀为例对本发明的技术方案进行详细说明。

图2为本发明制冷、制热装置实施例中涡流管及其相关管路连接示意图；如图2所示，该三位四通阀可包括第一工作位、第二工作位和第三工作位，每个工作位上分别相对设置有两组接口，当切换到工作状态时两组接口可分别与阀外部四个接口A-D分别接通，其中，第一工作位和第二工作位中两组接口之间的连接方向相反，即当第一工作位处于工作位置时，接口A与C相通、接口B与D相通，在第三工作位处于工作位置时，接口A与D相通，接口B与C相通，而位于第一和第三工作位之间的第二工作位中各接口之间均不连通。

三位四通阀的接口C可以与输入管路22连接，接口D可以连接至外部管路（例如可以经气液换热器连接至外部水管）；涡流管1的冷端输出口12和热端输出口13分别连接有冷气输出管31和热气输出管32，且冷气输出管31和热气输出管32的另一端分别与三位四通阀的接口A和接口B连接。

当需要制冷时，可以控制三位四通阀处于第一工作位，即接口A和接口C连通、接口B和接口D连通的状态，则由涡流管1的冷端输出口12流出的低温气流可经冷气输出管31、三位四通阀的接口A和C之间的通道、输入管路22及导气漏斗21流入至空气放大器2，与此同时，热端输出口13流出的高温气流则经热气输出管32、三位四通阀的接口B和D之间的通道流至外部管路；当需要进行制热时，可以控制三位四通阀处于第三工作位，即接口A和接口D连通、接口B和接口C连通的状态，则由涡流管1的热端输出口13流出的高温气流可经热气输出管32、三位四通阀的接口B和C之间的通道、输入管路22及导气漏斗21流入至空气放大器2，与此同时，冷端输出口12流出的低温气流则经热气输出管32、三位四通阀的接口A和D之间的通道流至外部管路。由此可见，通过在输入管路22与涡流管1之间连接控制阀，可将冷气输出管31或热气输出管32中择一与输入管路11连通。当然，控制阀不止三位四通阀这一种形式，还可以通过其它类型阀或阀的组合实现将冷气输出管31或热气输出管32择一与输入管路22连通。

更具体地，如图1和图4所示，空气放大器2可以为一环形管，环形管侧壁围成环形导气通道203，且环形管的侧壁上形成有缝隙202，缝隙202围成与环形管同轴设置的圆环状；上述输入口形成在该环形管的侧壁上。

进一步地，可以根据伯努利方程的原理设置该环形管状的空气放大器2。优选地，上述环形管的横截面由相对的顶部弧线205、底部弧线206，以及连接在顶部弧线205和底部弧线206之间的内侧弧线207和外侧弧线208组成，顶部弧线205、底部弧线206、内部弧线207和外部弧线208围成机翼状的横截面（飞机机翼的断面形状），缝隙202可形成在顶部弧线207或底部弧线208上，例如，缝隙202可形成在环形管的底部弧线208靠近外侧的位置，以使从缝隙202喷出的气流方向垂直于沿环形管所在平面。优选地，可以根据雷诺数确定缝隙202的宽度，以保证由缝隙202喷出的气流为层流，具体可以为0.1～0.2mm。

当经导气漏斗21流过来的高温气流或低温气流由开口进入环形导气通道203后，便在环形导气通道203后内流动，同时由缝隙202流出，且这个过程保持为层流；根据伯努利方程，压缩空气经缝隙202流出后，压力下降、同时速度会明显增大，而快速喷出的空气还会使缝隙周围的气压下降，进而引发导气通道203喷出气体的流量继续增大（压缩空气由缝隙202流出的流量可增加15倍以上），由此可见，本实施例的空气放大器的这种结构，可以明显提高空气放大器2输出的高温气流或低温气流与外界供气之间的交换量及速度，从而进一步提高制冷或制热效果。

在10壳体内还设置有第一支管41、第二支管42，第一支管41的一端与涡流管1的压缩空气入口11连接，第二支管42的一端连接至输入管路22，且第一支管41和第二支管42的另一端分别连接在同一三通接头40的两个接口上，三通接头40余下的另一个接口上连接有用于连接至压缩空气管路（例如煤矿中的供风系统的压缩空气管路）的第三连接管43；第一支管41和第二支管42上可以分别设置球阀，以控制管路的开闭；当制冷或制热工作时，第一支管41上的控制阀可开启。第三连接管43上则可以设置气动三联件44，其可以包括空气过滤器、减压阀和油雾器，以对压缩空气管路中的压缩空气进行过滤、减压或润滑等处理。

更进一步地，壳体10顶部、且在壳体10与空气放大器2之间还可固定设置有密封隔板121，导气漏斗21穿过密封隔板121与空气放大器2的输入口连接，且导气漏斗21可以固定在密封隔板121上，密封隔板121有利于进一步保证压缩空气均可经导气漏斗21进入空气放大器2，防止漏气造成浪费起源浪费。

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。

Claims (5)

1.一种制冷、制热装置，其特征在于，包括：

涡流管，所述涡流管具有供压缩空气进入的压缩空气入口，以及冷端输出口和热端输出口，用于将压缩气体分离成冷气流和热气流两部分、并将所述冷气流及所述热气流分别经所述冷端输出口和所述热端输出口排出；

空气放大器，与所述冷端输出口或热端输出口连通，用于将所述压缩空气减压放大并排放至外界；

所述空气放大器具有输入口，所述输入口上连接有导气漏斗，所述导气漏斗末端连接有输入管路；所述涡流管的所述冷端输出口和热端输出口分别连接有冷气输出管和热气输出管，在所述输入管路与所述涡流管之间还连接有用于将所述冷气输出管或热气输出管中择一与所述输入管路连通的控制阀；

所述空气放大器为一环形管，所述环形管侧壁围成环形导气通道，且所述环形管的侧壁上形成有缝隙，所述缝隙围成与所述环形管同轴设置的圆环状；所述输入口形成在所述环形管的侧壁上；

所述缝隙的宽度为0.1～0.2mm。

2.根据权利要求1所述的制冷、制热装置，其特征在于，

所述涡流管外围设置有壳体，所述壳体位于所述空气放大器下方、并与所述空气放大器相对固定。

3.根据权利要求2所述的制冷、制热装置，其特征在于，

所述壳体顶部、且在所述壳体与所述空气放大器之间还固定设置有密封隔板，所述导气漏斗穿过所述密封隔板与所述空气放大器的输入口连接。

4.根据权利要求3所述的制冷、制热装置，其特征在于，

在所述壳体内还设置有第一支管、第二支管，所述第一支管的一端与所述涡流管的压缩空气入口连接，所述第二支管的一端连接至所述输入管路，且所述第一支管和第二支管的另一端分别连接在同一三通接头的两个接口上，所述三通接头余下的另一个接口上连接有用于连接至压缩空气管路的第三连接管。

5.根据权利要求3-4任一所述的制冷、制热装置，其特征在于，

所述环形管的横截面由相对的顶部弧线、底部弧线，以及连接在所述顶部弧线和底部弧线之间的内侧弧线和外侧弧线组成，所述顶部弧线、底部弧线、内部弧线和外部弧线围成机翼状的横截面，所述缝隙形成在所述顶部或底部弧线上。