CN112413917A - 一种双层结构涡流管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体冷却装置，具体涉及一种双层结构涡流管，包括外层涡流管和内层涡流管，所述内层涡流管包括内层涡流管管道，所述内层涡流管管道一端设置有内层涡流管分离孔板，另一端连接有内层调节阀，所述内层涡流管分离孔板向外连接有内层涡流管冷端出口，所述内层涡流管管道、内层涡流管冷端出口、内层调节阀同轴设置；所述外层涡流管包括外层涡流管管道，所述外层涡流管管道一端设置有外层涡流管端面，其另一端设置有外层调节阀，所述内层涡流管与外层涡流管管道同轴，内层涡流管轴向贯通所述外层涡流管端面以及外层调节阀。本发明通过内层涡流管管壁对内层涡流管内的内、外旋流起到了冷却作用。

Description

一种双层结构涡流管

技术领域

本发明涉及流体冷却装置，具体涉及一种双层结构涡流管。

背景技术

涡流管是一种能量分离装置，它可以将高压气体分离成冷热两股气流。目前已在科学研究和工业等诸多领域得到应用。涡流管结构简单，主要由喷嘴、涡流室、分离孔板、调节装置以及冷、热两端管组成。工作时，高压气体经进气流道进入环形储气腔中，在压差的作用下，经一个或多个喷嘴沿切向高速进入涡流室内，产生强旋流运动。在涡流管中将产生能量分离现象，分离成温度不相等的两部分气流，处于中心部位的气流温度低，而处于外层部位的气流温度高，这种中间冷、外层热的能量分离现象就是“兰克效应”或“涡流效应”。但是目前涡流管工作时，由于其工作环境所限，导致涡流管存在制冷效应不够明显，制冷效率较低的缺点。

为了提高涡流管的制冷效果，现有专利文献号为CN103673369B的发明专利公开了一种涡流管，其直接向涡流管外侧通气以进行冷却，但是通气温度高，仍然存在冷却效果不足的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种双层结构涡流管，可以在不改变涡流管工作环境的情况下，通过改进涡流管结构，提高涡流管的制冷效果。

本发明的具体方案如下：

一种双层结构涡流管，包括外层涡流管和内层涡流管，所述内层涡流管包括内层涡流管管道，内层涡流管进气喷嘴切向地环绕设置在内层涡流管管道管壁外侧并与其连通，所述内层涡流管管道一端设置有内层涡流管分离孔板，另一端连接有内层调节阀，所述内层涡流管分离孔板向外连接有内层涡流管冷端出口，所述内层涡流管管道、内层涡流管冷端出口、内层调节阀同轴设置；所述外层涡流管包括外层涡流管管道，外层涡流管进气喷嘴切向地环绕设置在外层涡流管管道外侧并与其连通，所述外层涡流管管道一端设置有外层涡流管端面，其另一端设置有外层调节阀，所述内层涡流管与外层涡流管管道同轴，内层涡流管轴向贯通所述外层涡流管端面以及外层调节阀。

其中，所述外层调节阀为向外层涡流管管道方向突出的锥台，所述锥台中心设置有通孔，所述通孔直径大于内层涡流管管道的外径，所述内层涡流管管道穿过所述通孔，内层涡流管管道与通孔之间的缝隙构成外层涡流管冷端出口，所述锥台与外层管道之间的缝隙构成外层涡流管热端出口。

其中，所述外层涡流管进气喷嘴与内层涡流管进气喷嘴设置在同一侧。

其中，所述外层涡流管进气喷嘴、内层涡流管进气喷嘴的数量分别为4-8个。

其中，当外层涡流管管道的管径为d₁，内层涡流管管道的管径为d₂时，2≤d₁/d₂≤5。

有益效果：

本发明的双层结构涡流管，由于外层涡流管内的低温气体紧贴内层涡流管管壁流出，通过内层涡流管管壁对内层涡流管内的内、外旋流起到了冷却作用，从而提高了内层涡流管的制冷效应，同时也降低了内层涡流管热端出口气体的温度。通过对内、外层涡流管的管径进行限制，提高本发明的冷却效果。

附图说明

图1为本发明的示意图

图2为本发明的剖视图

图3为外层涡流管原理图

图4为内层涡流管原理图

图5为本发明双层涡流管的侧视图

其中，1为外层涡流管管道，2为外层涡流管进气喷嘴，3为内层涡流管分离孔板，4为外层调节阀，5为内层涡流管管道，6为内层涡流管进气喷嘴，7为内层涡流管冷端出口，8为内层调节阀，9为外层涡流管端面，41为外层涡流管冷端出口，42为外层涡流管热端出口。

具体实施方式

本申请的双层结构涡流管如图2所示，包括外层涡流管和内层涡流管，所述内层涡流管包括内层涡流管管道5，内层涡流管进气喷嘴6切向地环绕在内层涡流管管道5管壁外侧并与其连通，所述内层涡流管管道5一端连接有内层涡流管冷端出口7、内层涡流管冷端孔板3，另一端连接有内层调节阀8，所述内层涡流管管道5、内层涡流管冷端出口7、内层调节阀8同轴设置；

所述外层涡流管包括外层涡流管管道1，外层涡流管进气喷嘴2切向地环绕在外层涡流管管道1外侧并与其连通，所述外层涡流管管道1一端设置有外层涡流管端面9，其另一端设置有外层调节阀4，所述内层涡流管与外层涡流管管道1同轴，所述内层涡流管轴向贯通外层涡流管端面9以及外层调节阀4，所述内层涡流管冷端出口7和内层调节阀8设置在外层涡流管的外部。

通过设置本发明的双层结构涡流管，如图2所示，高压气体分别通过内层涡流管进气喷嘴6、外层涡流管进气喷嘴2进入内层涡流管及外层涡流管并分别产生涡流。此时，内层涡流管的进气分为靠内和靠外两股旋流，其中靠内旋流为低温气体从内层涡流管冷端出口7流出，靠外旋流为高温气体通过内层调节阀8流出。如果不设置外层涡流管，由于内层涡流管的整体温度较高，导致其冷端出口气流温度并不理想。而本发明通过在内层涡流管的外侧设置与其同轴的外层涡流管，由于外层涡流管的进气同样分为靠内和靠外两股旋流，故其靠内旋流的低温气体紧贴着内层涡流管的管壁流动并从外层调节阀4流出，使内层涡流管管道5被冷却，进而促进了内层涡流管内的靠内、靠外旋流的冷却降温，从而提高了内层涡流管的制冷效应，同时也降低了内层涡流管热端出口气体的温度。

进一步优选的是，本发明所述的外层涡流管为顺流结构，所述外层调节阀4为向外层管道1方向突出的锥台，所述锥台中心设置有通孔，所述通孔直径大于内层管道5的外径，所述内层涡流管管道5穿过所述通孔，内层涡流管管道5与通孔之间的缝隙构成外层涡流管冷端出口41，所述锥台与外层涡流管管道1之间的缝隙构成外层涡流管热端出口42。通过设置此种形式的外层涡流管，整体结构简单，方便实施。

进一步优选的是，所述外层涡流管进气喷嘴2与内层涡流管进气喷嘴6设置在本发明的同一侧，如此设置可以方便进气管道的连接。

具体来说，所述外层涡流管进气喷嘴2、内层涡流管进气喷嘴6的数目为4-8个。

进一步优选的是，如图5所示，当外层涡流管管道1的管径为d₁，内层涡流管管道5的管径为d₂时，2≤d₁/d₂≤5。通过对内外层涡流管的管径进行限制，可以在不过分提高空间占用的情况下，提高外层涡流管对内层涡流管的冷却效果。对本发明的双层结构涡流管和现有技术进行测试，在进气压力0.6MPa，进气温度510K，热端背压0.36MPa的情况下，现有技术的制冷效应约20.8K，而本发明的双层结构涡流管，d₁/d₂＝2，制冷效应改善了1.8K左右，当d₁/d₂为5时，制冷效应改善了3.4K左右，进一步扩大d₁/d₂的值，制冷效应没有进一步提高。

Claims (5)

1.一种双层结构涡流管，其特征在于，包括外层涡流管和内层涡流管，所述内层涡流管包括内层涡流管管道(5)，内层涡流管进气喷嘴(6)切向地环绕设置在内层涡流管管道(5)管壁外侧并与其连通，所述内层涡流管管道(5)一端设置有内层涡流管分离孔板(3)，另一端连接有内层调节阀(8)，所述内层涡流管分离孔板(3)向外连接有内层涡流管冷端出口(7)，所述内层涡流管管道(5)、内层涡流管冷端出口(7)、内层调节阀(8)同轴设置；所述外层涡流管包括外层涡流管管道(1)，外层涡流管进气喷嘴(2)切向地环绕设置在外层涡流管管道(1)外侧并与其连通，所述外层涡流管管道(1)一端设置有外层涡流管端面(9)，其另一端设置有外层调节阀(4)，所述内层涡流管与外层涡流管管道(1)同轴，内层涡流管轴向贯通所述外层涡流管端面(9)以及外层调节阀(4)。

2.根据权利要求1所述的双层结构涡流管，其特征在于，所述外层调节阀(4)为向外层涡流管管道(1)方向突出的锥台，所述锥台中心设置有通孔，所述通孔直径大于内层涡流管管道(5)的外径，所述内层涡流管管道(5)穿过所述通孔，内层涡流管管道(5)与通孔之间的缝隙构成外层涡流管冷端出口(41)，所述锥台与外层管道(1)之间的缝隙构成外层涡流管热端出口(42)。

3.根据权利要求1所述的双层结构涡流管，其特征在于，所述外层涡流管进气喷嘴(2)与内层涡流管进气喷嘴(6)设置在同一侧。

4.根据权利要求1所述的双层结构涡流管，其特征在于，所述外层涡流管进气喷嘴(2)、内层涡流管进气喷嘴(6)的数量分别为4-8个。

5.根据权利要求1所述的双层结构涡流管，其特征在于，当外层涡流管管道(1)的管径为d₁，内层涡流管管道(5)的管径为d₂时，2≤d₁/d₂≤5。

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