CN113028672A - 一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，包括依次连接的冷端管、冷孔板、涡流室、热孔板、热端管和热端封盖，涡流室内设有圆形进气管，进气管均匀设有多个进气喷嘴，涡流室相应设有多个工艺孔，每个进气喷嘴均设有流量调节件，流量调节件的操作端伸出相应工艺孔设置；热端管内设有伞型调节件，伞型调节件包括伞头、伞支撑杆和伞拉动杆，伞支撑杆的一端固设于伞头的内表面，另一端与伞拉动杆连接，伞拉动杆的操作端伸出热端封盖设置。本发明通过涡流管外部连杆等机械部件的调节，可以实现涡流管在封闭状态下的内部热端调节阀位置调节，进入涡流管喷嘴流体流量的调节，喷嘴数量的调节，实现在不拆卸涡流管时的内部结构调整。

Description

一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管。

背景技术

涡流管是一个可以将流体进入温度分离的热力学设备。涡流管结构简单，通常由喷嘴、涡流室、热端调节阀、冷孔板等部件组成。高压气体通过涡流管的喷嘴进入涡流室，喷嘴通常为减缩喷管。流体在喷管内减压增速，在涡流室中高速旋转，通过温度与能量分离特性，在旋转流体的外层形成高温热流体，在旋转流体的内层形成低温冷流体。内层的低温冷流体在碰撞到热端调节阀后返流，通过涡流管的冷孔板后经过冷端出口流出，形成冷流体，外层的热流体则通过在涡流管的热端流出，形成高温流体。以空气为例，当20℃空气以5个大气压的状态进入涡流管，可以在其冷端生成1个大气压的-25℃冷流体，或在其热端生成1个大气压的80℃热流体。正是这种温度分离特性，涡流管已用于制冷、制热等领域。研究表明，流体在经过涡流管进行制冷过程时，其介于等焓温降和等熵温降之间，因此，将涡流管用于现有的制冷系统，具有提高系统性能的潜在能力。现如今，提高系统性能可以有效的减少能源消耗，也能降低设备的投资成本，提高经济效益，有助于国家实现节能减排的重要目标。特别是在未来的几十年，减少碳排放，保护环境是一项长期坚持的重要发展方向。

对于大多数以制冷系统为代表的热力学系统均为封闭式系统，而目前的涡流管大多应用于开式系统之中。在开式系统中，可以通过拆卸更换涡流管来调整涡流管内部的结构部件，从而调整涡流管在不同情况下的使用性能。由于热端管的长度会影响流体在涡流管中的运动距离和传热时间，喷嘴的数量会影响流体进入涡流室中流体的流量和旋转时的初速度而影响旋转强度。所以通常会拆卸和更换热端管和喷嘴来调整涡流管的工作性能。但在闭式系统中，系统经过安装保压测试后，一般不会拆卸系统。频繁的拆卸系统一方面会浪费其中的制冷工质，另一方面会增加系统泄露的潜在风险。因此，对于封闭式系统使用涡流管后，不能通过拆卸涡流管来调节其中的结构。那么，系统工况改变时，受涡流管结构固定的影响，其就较难始终处于高效运行状态。

现有专利CN109373628B提出了一种热端管长度可调节的径向排气涡流管，该专利提出在热端管内设置调节阀体，以实现热端管长度与冷流率两个工况的同步改变。但是，该调节阀体仍存在以下问题：锥形阀体固定，通过改变锥形阀芯和阀体的位置进行调节热端管的长度，导管在热端管上间隔布置，每次调节热端管的长度时，需要将热端阀限流孔后的垂直空与导管对齐后，才可将热流体引出。由于导管在管壁间隔布置，这就导致热端管长度的调节是间隔性变化，较难实现连续性变化，从而限制了热端管长度的变化范围。此外，由于锥形阀体固定和限流孔的存在，导致流体热端管的外层流体(主要用于制热的热流体)会被限流孔外围的环形板所限制，减少外层流体的流出量，限制了使用范围。

发明内容

为解决上述现有技术存在的缺点，本发明提供了一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，通过涡流管外部连杆等机械部件的调节，可以实现涡流管在封闭状态下的内部热端调节阀位置调节，还可以实现进入涡流管喷嘴流体流量的调节和喷嘴数量的调节，实现在不拆卸涡流管时的内部结构调整。

为实现上述技术目的，本发明采用的一些实施方案包括：

一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，包括依次连接的冷端管、冷孔板、涡流室、热孔板、热端管和热端封盖，涡流室内设有圆形进气管，进气管均匀设有多个进气喷嘴，涡流室相应设有多个工艺孔，每个进气喷嘴均设有流量调节件，流量调节件的操作端伸出相应工艺孔设置；热端管内设有伞型调节件，伞型调节件包括伞头、伞支撑杆和伞拉动杆，伞支撑杆的一端固设于伞头的内表面，另一端与伞拉动杆连接，伞拉动杆的操作端伸出热端封盖设置。

作为本发明的优选方案之一，伞型调节件还包括伞头移动杆，伞头移动杆套设于伞拉动杆外，伞头移动杆的一端与伞头连接，另一端伸出热端封盖设置。

作为本发明的优选方案之一，所述流量调节件包括旋转指针、转动杆和封盖，封盖设于进气喷嘴的进口，旋转指针设于每个工艺孔的外围处，旋转指针连接转动杆的一端，转动杆的另一端穿过工艺孔与相应进气喷嘴的封盖固定连接。

作为本发明的优选方案之一，所述进气喷嘴为矩形通道、三角形通道、圆形通道或螺旋通道的任一种，优选可以为渐缩矩形通道、渐缩圆形通道、等截面矩形流道或等截面圆形流道等。

作为本发明的优选方案之一，所述进气喷嘴为圆形通道，流量调节件包括锥形头和连杆，锥形头设于进气喷嘴内，连杆的一端连接锥形头，另一端伸出涡流室的工艺孔设置。

作为本发明的优选方案之一，流量调节件、伞拉动杆和伞头移动杆的操作端均连接电动控制装置，电动控制装置用于根据涡流管的工况需求控制流量调节件和/或伞拉动杆、伞头移动杆的相应动作。

作为本发明的优选方案之一，热端管的底部设有液体流出孔，液体流出孔连接液体管道。

作为本发明的优选方案之一，所述热端管的末端底部设有热流体流出口。

作为本发明的优选方案之一，流量调节件与工艺孔的衔接处密封设置，伞拉动杆、伞头移动杆与热端封盖的衔接处均密封设置。

作为本发明的优选方案之一，所述涡流管应用于封闭式制冷/制热系统中。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1.本发明所述涡流管在涡流室的进气喷嘴内设置流量调节件，并将流量调节件的操作端伸出涡流管的工艺孔设置，如此可手动或电动操作转动杆或锥形头连杆，以控制进气喷嘴的开闭状态和流量，调节涡流管的进气流量。

2.本发明所述涡流管在热端管内设置伞型调节件，通过在热端封盖的外侧调节伞拉动杆的位置，调节在热端管内伞头的打开程度，调整流体经过伞头的周围流出热流体的量(即控制经过冷孔板从冷端管中流出的冷流体的流量)，从而调整涡流管的制热或制冷能力。通过调整伞头移动杆的位置，可以调整伞头在热端管中的位置，从而控制流体在涡流管热端管中的运动距离，调节涡流管的制冷性能。

附图说明

出于解释的目的，在以下附图中阐述了本发明技术的若干实施方案。以下附图被并入本文本并且构成具体实施方案的一部分。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本发明主题技术的概念模糊。

图1为实施例1所述涡流管的立体结构爆炸图；

图2为实施例1所述涡流管剖面示意图；

图3为实施例1所述进气喷嘴结构示意图；

图4为实施例1所述伞状调节件结构示意图；

图5为实施例2所述涡流管剖面示意图；

图6为实施例3所述进气喷嘴结构示意图。

附图说明：1-冷端管，2-冷孔板，3-涡流室，4-旋转指针，5-封盖，6-转动杆，7/17-进气喷嘴，8-热孔板，9-热端管，10-伞头，11-伞支撑杆，12-伞拉动杆，13-热端封盖，14-伞头移动杆，15-液体管道，16-连杆，18-锥形头。

具体实施方式

下面示出的具体实施方案旨在作为本发明主题技术的各种配置的描述，并且，不旨在表示本发明主题技术可被实践的唯一配置。具体实施方案包括具体的细节旨在提供对本发明主题技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将清楚和显而易见的是，本发明主题技术不限于本文示出的具体细节，并且，可在没有这些具体细节的情况下被实践。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，包括依次连接的冷端管1，冷孔板2，涡流室3，热孔板8，热端管9和热端封盖13。涡流室3内设有圆形进气管，进气管上均匀布设多个进气喷嘴7，涡流室3相应设有多个工艺孔，每个进气喷嘴7均设有流量调节件，流量调节件的操作端伸出相应工艺孔设置；热端管9内设有伞型调节件，伞型调节件包括伞头10、伞支撑杆11和伞拉动杆12，伞支撑杆11的一端固设于伞头10的内表面，另一端与伞拉动杆12连接，伞拉动杆12的操作端伸出热端封盖设置。

伞型调节件还包括伞头移动杆14，伞头移动杆14套设于伞拉动杆12外，伞头移动杆14的一端与伞头10连接，另一端伸出热端封盖13设置。流量调节件与涡流室3的工艺孔衔接处密封设置，伞拉动杆12、伞头移动杆14与热端封盖13的衔接处均密封设置。

本实施例中，涡流室3沿径向有第一工艺孔、第二工艺孔、第三工艺孔至第八工艺孔。所述流量调节件包括旋转指针4、转动杆6和封盖5，封盖5设于进气喷嘴7的进口，旋转指针4设于每个工艺孔的外围处，旋转指针4连接转动杆6的一端，转动杆6的另一端穿过工艺孔与相应喷嘴7的封盖固定连接。所述进气喷嘴7可为矩形通道、三角形通道、圆形通道或螺旋通道中的任一种，本实施例采用渐缩矩形通道。

本实施例所述涡流管的使用过程如下：

需要涡流管进行制冷工况，使用R134a制冷剂，且此时根据测试表明涡流管的进气喷嘴7的工作数量为八个。此时，R134a制冷剂流体通过涡流管的涡流室3的进口进入涡流室3(进气喷嘴7外部)，调整旋转指针4，通过转动杆6控制封盖5的开闭，使得进气喷嘴7中有六个进口可以流入流体(打开状态)，两个进口不可以流入流体。通过进气喷嘴7进入涡流室3的R134a流体高速旋转，经过热孔板8后进入热端管9，进行温度分离。通过在热端封盖13外调节伞拉动杆12的位置，调节在热端管9的伞头10的打开程度，调整流体经过伞头10的周围流出热流体的量(即控制经过冷孔板2从冷端管1中流出的冷流体的流量)，从而调整涡流管的制冷能力。由于R134a流体在热端管9中进行旋转温度分离，旋转中心的流体碰撞伞头10而返流形成冷流体，通过调整伞头移动杆14伸出热端封盖13的操作端，可以调整伞头10在热端管9中的位置，从而控制流体在涡流管热端管9中的运动距离，调节涡流管的制冷性能。

本实施例采用手动调节旋转指针4，伞拉动杆12和伞移动杆14，优选地，可将流量调节件、伞拉动杆和伞头移动杆的操作端均连接电动控制装置，电动控制装置用于根据涡流管的工况需求控制流量调节件和/或伞拉动杆、伞头移动杆的相应动作，以调节涡流管的制冷性能。

实施例2

如图5所示，本实施例所述涡流管与实施例1相比，区别仅在于，热端管9的底部设有十个液体流出孔，分别与液体通道15的第一至第十进口相连。

本实施例所述涡流管的使用过程如下：

需要涡流管进行制冷工况，使用R290制冷剂，涡流管的进气喷嘴7的工作数量为八个，需控制进入进气喷嘴7的流量，R290在涡流管中会由于温降发生潜在的液化。此时，R290制冷剂流体通过涡流管的涡流室3的进口进入涡流室3(进气喷嘴7外部)，调整旋转指针4，通过第一转动杆6控制封盖5的开闭，使得进气喷嘴7中有六个进口可以流入流体(打开状态)，两个进口不可以流入流体。同时，通过调整旋转指针4，通过第一转动杆6控制封盖5的打开程度，控制进入涡流室3流体的流量变化。R290通过进气喷嘴7进入涡流室3后高速旋转，经过热孔板8后进入热端管9，进行温度分离。通过在热端封盖13外调节伞拉动杆12的位置，调节在热端管9的伞头10的打开程度，调整流体经过伞头10的周围流出热流体的量(即控制经过冷孔板2从冷端管1中流出的冷流体的流量)，从而调整涡流管的制冷能力。R290流体在热端管9中进行旋转温度分离时，由于温度分离效应，部分在旋转中心的冷流体会伴随着温度降而发生液体，形成的液体在离心力的作用下甩到热端管9的管壁，通过热端管9管壁的流出孔流入到流体管道15中，通过流体管道15的出口流出。在热端管9中，旋转中心未发生液化的冷流体碰撞伞头10而返流形成冷流体，通过调整伞头移动杆14在热端封盖13外的位置，可以调整伞头10在热端管9中的位置，从而控制流体在涡流管热端管9中的运动距离。调节涡流管的制冷性能。

实施例3

如图6所示，本实施例所述涡流管与实施例1相比，区别仅在于，涡流室3内的圆形进气管的进气喷嘴17为渐缩圆形通道，流量调节件包括锥形头18和连杆16，锥形头18设于进气喷嘴17内，连杆16的一端连接锥形头18，另一端伸出涡流室3的工艺孔设置。

本实施例所述涡流管可以通过拉动连杆16来控制进气喷嘴17的打开程度和闭合状态，从而调整进入进气喷嘴的流体的流量。

以上对本发明主题技术方案以及相应的细节进行了介绍，可以理解的是，以上介绍仅是本发明主题技术方案的一些实施方案，其具体实施时也可以省去部分细节。

本领域技术人员在实施本发明主题技术方案时，可以根据本发明的主题技术方案以及附图获得其它细节配置或附图，显而易见地，这些细节在不脱离本发明主题技术方案的前提下，这些细节仍属于本发明主题技术方案涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，包括依次连接的冷端管、冷孔板、涡流室、热孔板、热端管和热端封盖，其特征在于，涡流室内设有圆形进气管，进气管均匀设有多个进气喷嘴，涡流室相应设有多个工艺孔，每个进气喷嘴均设有流量调节件，流量调节件的操作端伸出相应工艺孔设置；热端管内设有伞型调节件，伞型调节件包括伞头、伞支撑杆和伞拉动杆，伞支撑杆的一端固设于伞头的内表面，另一端与伞拉动杆连接，伞拉动杆的操作端伸出热端封盖设置。

2.根据权利要求1所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，伞型调节件还包括伞头移动杆，伞头移动杆套设于伞拉动杆外，伞头移动杆的一端与伞头连接，另一端伸出热端封盖设置。

3.根据权利要求2所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，所述流量调节件包括旋转指针、转动杆和封盖，封盖设于进气喷嘴的进口，旋转指针设于每个工艺孔的外围处，旋转指针连接转动杆的一端，转动杆的另一端穿过工艺孔与相应进气喷嘴的封盖固定连接。

4.根据权利要求3所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，所述进气喷嘴为矩形通道、三角形通道、圆形通道或螺旋流道中的任一种。

5.根据权利要求2所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，所述进气喷嘴为圆形通道，流量调节件包括锥形头和连杆，锥形头设于进气喷嘴内，连杆的一端连接锥形头，另一端伸出涡流室的工艺孔设置。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，流量调节件、伞拉动杆和伞头移动杆的操作端均连接电动控制装置，电动控制装置用于根据涡流管的工况需求控制流量调节件和/或伞拉动杆、伞头移动杆的相应动作。

7.根据权利要求1所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，热端管的底部设有液体流出孔，液体流出孔连接液体管道。

8.根据权利要求1所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，所述热端管的末端底部设有热流体流出口。

9.根据权利要求2所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，流量调节件与工艺孔的衔接处密封设置，伞拉动杆、伞头移动杆与热端封盖的衔接处均密封设置。

10.根据权利要求1所述的热端管长度和喷嘴流量可调的涡流管，其特征在于，所述涡流管应用于封闭式制冷/制热系统中。

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