CN108662801A - 涡流水冷制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明的涡流水冷制冷系统包括涡流制冷机，涡流制冷机包括冷气管和热气管，涡流水冷制冷系统还包括制冷机冷却装置、冷凝器、气体混合室和用于控制制冷系统启停的温控装置，制冷机冷却装置设置在涡流制冷机的外部，且设有入水口和出水口，入水口和出水口分别设置在热气管的两端，其中，出水口位于热气管的出气端，热气管的出气端与冷凝器连接，冷凝器和冷气管与气体混合室连接，气体混合室包括降噪音装置。经过该制冷系统处理的气体具有适宜的温度、湿度，且能作为新鲜空气提供给恒温恒湿系统。

Description

涡流水冷制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种涡流水冷制冷系统。

背景技术

涡流制冷机是一种借助涡流管的作用使高速气流产生旋涡，分离出冷、热两股气流，利用冷气流而获得制冷的设备。

如图1所示，传统的涡流管主要由喷嘴1′、涡流室2′、分离孔板3′、冷气管41′、热气管42′和控制阀5′组成。喷嘴1′沿涡流室2′切向布置，引导高压气流沿切线方向进入涡流室2′。孔板3′在涡流室2′与冷气管41′之间，控制阀5′安装在热气管42′的出口处。

上述传统的涡流制冷机直接用于矿井下制冷时存在一些问题。首先，冷气和热气在涡流管内发生高低温中和，降低了制冷效果，浪费压缩空气，并且压缩空气也无法作为适宜的新鲜空气给井下的恒温恒湿系统提供所需的呼吸用气源；其次，高压气体经过涡流制冷后，理想效率在7公斤压力下，冷气端温度可以达到-40～-58℃，热气端温度可以达到158℃，这种高效率状态下的高压气体直接用作新鲜空气会发生冻伤或者烫伤的危险，如果为了避免这种危险而降低压力或者调高制冷温度，则会影响涡流管的制冷效率，造成巨大浪费；最后，压缩气体被释放时会产生刺耳噪音，影响人体的身心健康。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明旨在提出一种涡流水冷制冷系统，经过该制冷系统处理后的压缩空气，温度可控、湿度可调，且无噪音，可以作为新鲜空气提供给井下的工作人员。

为实现上述目的，本发明的涡流水冷制冷系统包括涡流制冷机，涡流制冷机包括冷气管和热气管，涡流水冷制冷系统还包括制冷机冷却装置、冷凝器、气体混合室和用于控制制冷系统启停的温控装置，制冷机冷却装置设置在涡流制冷机的外部，且设有入水口和出水口，入水口和出水口分别设置在热气管的两端，其中，出水口位于热气管的出气端，热气管的出气端与冷凝器连接，冷凝器和冷气管与气体混合室连接，气体混合室包括降噪音装置。

进一步地，制冷机冷却装置为管状，套装在热气管的外部。

进一步地，冷凝器包括内管和外管，内管与热气管的出气端连接，外管设有入水口和出水口。

进一步地，涡流水冷制冷系统还包括冷却水汇集渠，制冷机冷却装置的出水口和冷凝器的外管出水口与冷却水汇集渠连接。

进一步地，气体混合室内设置管道和隔板，管道和隔板将气体混合室的内部隔成扩张室，形成降噪装置。

进一步地，管道上开有若干通气孔。

进一步地，冷气管的出口温度为0.4～0.6℃，热气管的出口温度为65～75℃。

本发明的涡流水冷制冷机在传统涡流制冷机的基础上增加制冷机冷却装置、冷凝器，对涡流制冷机分离出的热气流进行冷却和除湿，避免了现有技术中涡流管的冷气流和热气流发生热传递而导致降温效果不佳。本发明还采用了气体混合室，使得冷气流和降温除湿后的热气流混合并降噪，这样的设计一方面有效地利用了压缩空气，避免了冷气流和热气流直接排出，容易导致冻伤或者烫伤，另一方面混合后的气体能作为新鲜空气提供给井下恒温恒湿系统的工作人员。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是传统的涡流制冷机的示意图。

图2是本发明首选实施方式的涡流水冷制冷系统的工作原理框图。

图3是图2中涡流管制冷机1、制冷机冷却装置2的示意图。

图4是图2中气体混合室的示意图

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图2所示，本发明首选实施方式的涡流水冷制冷系统包括涡流管制冷机1、制冷机冷却装置2、冷凝器3、气体混合室4、冷却水汇集渠5。

如图2和图3所示，涡流管制冷机1为现有技术，此处不再描述其具体结构。制冷机冷却装置2设置在涡流管制冷机1的外部，具体地，制冷机冷却装置2为管状，其至少套在涡流管制冷机1的热气管11外。制冷机冷却装置2设有入水口21和出水口22，分别位于热气管11的两端，其中，出水口22位于热气管11的出气口处。冷却水从入水口21进入制冷机冷却装置2，沿着热气管11流动，从出水口22流出，从而对热气管11及其内部的热气进行冷却。

由于涡流管制冷机1的冷气管12和热气管11为金属材料，具有导热性，因此温度较高的热气管11会把热量传导给冷气管12，使得冷气管12温度升高，冷气管12的热量再传递给在其内部流动的冷气流，从而导致了冷气流温度升高，降低了涡流管制冷机1的制冷效果。上述制冷机冷却装置2通过对热气管11及其内部热气流进行冷却，有效地防止了在涡流管制冷机1内部发生热传递而导致的制冷效果降低。

为了达到最佳的冷却效果，在保证冷气端的出风量和出口温度达到目标条件的情况下，将热气端的出口温度调整至最高，这样有利于增加热气管及热气流与冷却水之间的温差，增强了快速降温的效果，在保证制冷目标的前提下尽可能地让冷却水将热气管的热量带走。在本首选实施例中，冷气端的出口温度调整为0.4～0.6℃，优选为0.5℃，热气端的出口温度为65～75℃，优选为70℃。

涡流制冷机1的热气端与冷凝器3连接，涡流制冷机1所分离出的热气经过制冷机冷却装置2的初步冷却后进入冷凝器3。冷凝器3为套管式，其包括内管和外管，内管走气体，也就是来自制冷机冷却装置2的热气流，外管走流水，冷水从入水口31进入外管，对内管进行流水降温，再从出水口32流出，从而进一步降低热气流的温度。调整冷凝管3的长度和流水速度，使得热气流温度与流水温度基本一致。另外，高温的热气流经过低温冷凝处理后，热气流中的湿度冷凝成水，从而降低了空气湿度。通过实验对比，当冷端空气的湿度为84％时，冷凝后的气体湿度为28％，大大地降低了局部空间的湿度。

制冷机冷却装置2的出水口22、冷凝器3的出水口32与冷却水汇集渠5连接，使得制冷机冷却装置2和冷凝器3中的冷却水对热气流降温后均流入冷却水汇集渠5中。

经过制冷机冷却装置2和冷凝器3降温后的气体随后流入气体混合室4，涡流制冷机1所分离出的冷气流也流入气体混合室4，两股气流在气体混合室4中混合，然后进入需要降温和新鲜空气的空间。

如图4所示，气体混合室4采用管道41、隔板42将内部空间设置成扩张室，管道41上开有若干个通气孔43，从而形成一个降噪装置。冷气流和降温后的热气流进入气体混合室4后混合在一起，再进入管道41，然后从管道上的通气孔43出来进入扩张室，再通过通气孔43进入另一管道41，最后从管道41出来进入井下空间。该降噪装置利用横断面的扩张和收缩引起的反射和干涉现象进行消声。在其他实施方式中，气体混合室4还可以采用其他降噪方式，例如：填充吸音材料、利用共振室等。

制冷系统还包括温控装置，当制冷系统排出的气体温度达到第一设定温度时，温控装置控制制冷系统停止工作，当气体温度升高到第二设定温度时，温控装置启动制冷系统。

本发明的涡流水冷制冷系统在传统涡流管技术的基础上增加水流冷却装置，对高温部分的压缩气体降温，再与低温气体混合使用，而不是如现有技术将高温气体直接排出，造成外部空间升温、压缩空气浪费，以及冻伤或烫伤的危险状况，提高了井上清洁压缩空气的利用率。该制冷系统由于增加了温控装置，因而能在保证最大效率的前提下实现制冷系统的启停，减少了压缩空气的使用量。

经过本发明的制冷系统处理后的压缩空气，不仅温度、湿度均得到有效降低，而且能作为干冷新鲜空气直接提供给井下恒温恒湿系统的工人，有效防止了各种皮肤病、新陈代谢疾病、尘肺等职业病的发生。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (7)

1.一种涡流水冷制冷系统，包括涡流制冷机，所述涡流制冷机包括冷气管和热气管，其特征在于，所述涡流水冷制冷系统还包括制冷机冷却装置、冷凝器、气体混合室和用于控制所述制冷系统启停的温控装置，所述制冷机冷却装置设置在所述涡流制冷机的外部，且设有入水口和出水口，所述入水口和出水口分别设置在所述热气管的两端，其中，所述出水口位于所述热气管的出气端，所述热气管的出气端与所述冷凝器连接，所述冷凝器和所述冷气管与所述气体混合室连接，所述气体混合室包括降噪音装置。

2.如权利要求1所述的涡流水冷制冷系统，其特征在于，所述制冷机冷却装置为管状，套装在所述热气管的外部。

3.如权利要求2所述的涡流水冷制冷系统，其特征在于，所述冷凝器包括内管和外管，所述内管与所述热气管的出气端连接，所述外管设有入水口和出水口。

4.如权利要求3所述的涡流水冷制冷系统，其特征在于，所述涡流水冷制冷系统还包括冷却水汇集渠，所述制冷机冷却装置的出水口和所述冷凝器的外管出水口与所述冷却水汇集渠连接。

5.如权利要求1～4中任一项所述的涡流水冷制冷系统，其特征在于，所述气体混合室内设置管道和隔板，所述管道和隔板将所述气体混合室的内部隔成扩张室，形成所述降噪装置。

6.如权利要求5所述的涡流水冷制冷系统，其特征在于，所述管道上开有若干通气孔。

7.如权利要求1所述的涡流水冷制冷系统，其特征在于，所述冷气管的出口温度为0.4～0.6℃，所述热气管的出口温度为65～75℃。