DE19715754C1 - Vortex tube with feeder pipe, vortex generator and hot-current tube - Google Patents

Vortex tube with feeder pipe, vortex generator and hot-current tube

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    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V40/00—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies

Abstract

Disclosed is a tubular vortical device, comprising a vortex generator (1) supplied with a working medium by means of a supply pipe (12). A central cold flow is drawn from one side of a vortex formation chamber (3) through a diaphragm orifice (10), while on the other side a peripheral hot flow enters a hot flow pipe (16) comprising slit-like slots (17). The vortex generator (1) is comprised of a stack (2) of plates disposed between two outer-shell plates (4, 5), said stack being comprised of an alternately staggered arrangement of flow-orientating plates (22) and dividing plates (21). Said dividing plates split the flow, which is accelerated and drawn into vortical movement, into thin streams or layers; this is accompanied by the microstructuring of the flow pattern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wirbel­ rohr, wie es zur Aufteilung eines unter Druck zugeführ­ ten Fluidstroms in einen kalten und einen heißen Teil­ strom Verwendung findet. Wirbelrohre dieser Art finden auf verschiedenen Gebieten Anwendung, insbesondere in der Wärme- und Kältetechnik, in Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsanlagen, z. B. in Flugzeugen, und in der Laboratoriumstechnik.The present invention relates to a vertebra pipe as it is fed to split a pressurized fluid flow into a cold and a hot part current is used. Find vortex tubes of this type application in various fields, particularly in of heating and cooling technology, in heating, ventilation and Air conditioning systems, e.g. B. in airplanes, and in the Laboratory technology.

Bekannte, mit Gasen, insbesondere Luft als Arbeitsmedium betriebene Wirbelrohre haben einen Wirbelerzeuger in Form eines Zyklons, der das durch eine Düse unter Druck zugeführte Gas in eine Wirbelströmung zwingt, in welcher eine Aufteilung derart stattfindet, daß sich im äußeren Teil des Wirbels der heiße Teil und im Kern der kalte Teilstrom sammelt. Beide Anteile werden durch eine Ring­ blende, die neben dem Düseneintritt angeordnet ist, ge­ trennt, wobei der Kaltstrom durch die Blende längs der Wirbelachse nach einer Seite und der Heißstrom längs der Wirbelachse nach der anderen Seite in ein Heißluftrohr abströmt. In diesem ist eine verschiebliche Drosselein­ richtung angeordnet, welche die Aufteilung der Durch­ satzmengen der Teilströme und damit auch deren Tempera­ turen zu ändern gestattet.Known, with gases, especially air as a working medium operated vortex tubes have a vortex generator in Form of a cyclone that is pressurized by a nozzle feed gas forces into a vortex flow, in which a division takes place in such a way that the outside Part of the vortex is the hot part and the core is the cold part Partial stream collects. Both parts are separated by a ring aperture, which is arranged next to the nozzle inlet, ge separates, the cold current through the orifice along the Vortex axis to one side and the hot stream along the Swirl axis to the other side in a hot air pipe flows out. In this is a movable choke direction arranged, which is the division of the through sets of partial flows and thus their tempera doors allowed to change.

Ein Nachteil dieser Wirbelrohre ist, daß sie nur mit Druckgas betrieben werden und somit bezüglich ihrer An­ wendungsgebiete beschränkt sind.A disadvantage of these vortex tubes is that they only work with Pressurized gas are operated and therefore with regard to their type application areas are limited.

Eines der vorliegend ins Auge gefaßten Anwendungsgebiete ist die Heizung von Gebäuden, Aufenthaltsräumen und Fahrzeugen, wobei das Fluid auch ein flüssiges Medium, insbesondere Wasser sein kann und der Kaltstromaustritt auch verschlossen sein kann.One of the areas of application envisaged here is the heating of buildings, common rooms and  Vehicles, the fluid also being a liquid medium, in particular can be water and the cold current outlet can also be locked.

Ein zur Wärmeerzeugung, nämlich zur Aufheizung von Was­ ser dienendes Wirbelrohr ist aus der RU 2 045 715 C1 bekannt. Bei dieser bekannten Ausbildung ist der Wirbel­ erzeuger ein einfacher Zyklon, dem das Wasser über einen Injektorstutzen zugeführt wird und tangential in das Spiralgehäuse des Zyklons eintritt. Ein Teil des Stroms verläßt das Zyklongehäuse als Heißstrom längs der Wir­ belachse nach einer Seite in ein mit einer Bremsvorrich­ tung versehenes zylindrisches Heißstromrohr und der an­ dere Teil verläßt das Gehäuse zur anderen Seite in ein Überströmrohr. Die im Heißstromrohr in einem Abstand vom Zyklon angeordnete Bremsvorrichtung besteht aus einer Mehrzahl von radial angeordneten Rippen, die sich zwi­ schen der Rohrinnenfläche und einer zentralen Einsatz­ buchse erstrecken. Stromabwärts von der Bremsvorrichtung endet das Heißstromrohr mit einem Boden, in dem eine Austrittsöffnung ausgeführt ist, deren Durchmesser klei­ ner als der des Heißstromrohrs ist. Die Austrittsöffnung mündet in eine zu Wärmetauschern führende Abfuhrleitung. In diese mündet auch das Überströmrohr, in dem auch noch nahe der Anschlußstelle an den Zyklon eine zusätzliche Bremsvorrichtung angeordnet ist.One for heat generation, namely for heating what this serving vortex tube is from RU 2 045 715 C1 known. In this known training is the vortex a simple cyclone, to which the water flows Injector nozzle is fed and tangentially into that Spiral casing of the cyclone enters. Part of the stream leaves the cyclone housing as a hot stream along the we salmonate to one side with a brake device tion provided cylindrical hot flow tube and the the other part leaves the housing on the other side Overflow pipe. The in the hot flow pipe at a distance from Cyclone arranged braking device consists of a A plurality of radially arranged ribs, which are between the inner surface of the pipe and a central use extend socket. Downstream from the braking device the hot flow pipe ends with a bottom in which one Exit opening is executed, the diameter of which is small ner than that of the hot flow pipe. The exit opening opens into a discharge line leading to heat exchangers. The overflow pipe also opens into this, in which also an additional one near the connection point to the cyclone Braking device is arranged.

Dieses bekannte Wirbelrohr ist nur zur Aufheizung von Wasser geeignet und kann nicht mit anderen Arbeitsme­ dien, insbesondere Gasen betrieben werden, und auch nicht zur Kälteerzeugung dienen. Eine Regelung der Be­ triebszustände ist nicht möglich, da die Bremseinrich­ tung im Heißstromrohr fest eingebaut ist und nicht ein­ stellbar ist. Es können instabile Betriebszustände auf­ treten, die von erheblicher Lärmentwicklung und Vibra­ tionen begleitet werden, welche die zulässigen Grenzen überschreiten. Dadurch sind die Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt und die Wirksamkeit reduziert.This known vortex tube is only for heating Suitable for water and cannot be used with other dien, especially gases are operated, and also do not serve to generate cold. A regulation of the Be drive states is not possible because the brake device device is permanently installed in the hot flow pipe and not a is adjustable. Unstable operating conditions can arise occur from significant noise and vibra are accompanied, which the permissible limits exceed. This makes the application possibilities restricted and effectiveness reduced.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Wirbelrohres, mit dem bei universaler Anwendbar­ keit ein hoher Wirkungsgrad der Wärme- und/oder Kälte­ erzeugung in flüssigen und gasförmigen Arbeitsmedien erzielt wird und das gut regelbar ist, so daß die Be­ triebszustände den Bedürfnissen optimal angepaßt werden können. Auch soll der Betrieb keine übermäßigen Lärm­ entwicklungen verursachen.The object of the present invention is to create a vortex tube with which it can be used universally high efficiency of heating and / or cooling generation in liquid and gaseous working media is achieved and that is well regulated, so that the loading drive conditions are optimally adapted to needs can. Nor should the operation cause excessive noise cause developments.

Ausgehend von einem Wirbelrohr der vorstehend betrachte­ ten bekannten Art gelingt die Lösung dieser Aufgabe durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Die Wirbelerzeugung in Form von dünnen Schichtströmen ändert den Charakter der Strömung in Richtung einer er­ heblichen Erhöhung der Wirksamkeit der Wärmeerzeugung und der Vermeidung des Auftretens von Pulsationen.Starting from a vortex tube consider the above ten known type succeeds in solving this problem by the features specified in the claims. The vortex generation in the form of thin layer currents changes the character of the flow towards one he significant increase in the effectiveness of heat generation and avoiding the occurrence of pulsations.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:The invention will hereinafter be described by the description of an embodiment based on the attached Drawings explained further. It shows:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt des Wirbelrohrs in der Ebene, in der die Eintrittskanalachse und die Wirbelachse liegen; Fig. 1 is a vertical section of the vortex tube in the plane in which the inlet channel axis and the vortex axis are;

Fig. 2 den Querschnitt nach Linie 1-1 in Fig. 1; Fig. 2 shows the cross section along line 1-1 in Fig. 1;

Fig. 3 die Draufsicht auf eine Strömungsleitplatte; Fig. 3 is a plan view of a baffle plate;

Fig. 4 den Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 3; . Fig. 4 is a section along line 2-2 in Figure 3;

Fig. 5 die Draufsicht auf eine Trennplatte; Figure 5 is a top view of a partition plate.

Fig. 6 den Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 5. Fig. 6 is a section along line 3-3 in Fig. 5.

Das Wirbelrohr hat einen Wirbelerzeuger 1, der aufgebaut ist als Plattenpaket 2 mit zwischen zwei Deckplatten 4 und 5 abwechselnd angeordneten Strömungsleitplatten 22 und Trennplatten 21. In einer der Deckplatten, vorlie­ gend in der oberen Deckplatte 5, ist eine Eintrittsöff­ nung 8 konzentrisch zur Eintrittskanalachse 9 vorhanden, durch welche das Arbeitsfluid aus einem Zufuhrstutzen 12 unter Druck zugeführt wird. Weiterhin ist in einer der Deckplatten, vorliegend ebenfalls in der oberen Deck­ platte 5, eine Blendenöffnung 10 konzentrisch zur Wir­ belachse 7 ausgeführt, an welche ein Kaltstrom-Aus­ trittsstutzen 14 angeschlossen ist, und in der anderen Deckplatte 4 ist gegenüberliegend auf der Wirbelachse 7 eine Heißstrom-Austrittsöffnung 6 ausgeführt, an welche ein Heißstromrohr 16 angeschlossen ist. Die Eintritts­ kanalachse 9 und die Wirbelachse 7 liegen parallel zu­ einander.The vortex tube has a vortex generator 1 , which is constructed as a plate pack 2 with flow guide plates 22 and separating plates 21 arranged alternately between two cover plates 4 and 5 . In one of the cover plates, vorlie in the upper cover plate 5 , an inlet opening 8 is concentric with the inlet channel axis 9 through which the working fluid is supplied from a supply nozzle 12 under pressure. Furthermore, in one of the cover plates, in the present case also in the upper cover plate 5 , an aperture 10 is carried out concentrically with the shaft 7 , to which a cold flow outlet connection 14 is connected, and in the other cover plate 4 there is an opposite one on the swirl axis 7 Hot flow outlet opening 6 , to which a hot flow tube 16 is connected. The inlet channel axis 9 and the swirl axis 7 are parallel to each other.

Jede Trennplatte 21 hat eine konzentrisch zur Eintritts­ kanalachse 9 liegende Eintrittskanalöffnung 23 und eine konzentrisch zur Wirbelachse 7 liegende Wirbelkanalöff­ nung 24. Jede Strömungsleitplatte 22 hat einen Kontur­ ausschnitt, dessen Berandung 25 einen Strömungsweg be­ grenzt, auf dem unterschieden werden können ein Ein­ trittsbereich 27, ein Konfusorabschnitt 26 und ein Spi­ ralabschnitt 28.Each partition plate 21 has an inlet channel opening 23 which is concentric with the inlet channel axis 9 and an opening 24 which is concentric with the vortex axis 7 . Each flow guide plate 22 has a contour section, the boundary 25 limits a flow path be on which can be differentiated an entry area 27 , a confusing section 26 and a spiral section 28th

Der Eintrittsbereich 27 ist etwa halbkreisförmig ausge­ rundet mit einem Krümmungsradius und Krümmungsmittel­ punkt entsprechend den Eintrittskanalöffnungen 23, so daß in diesem Bereich die Wand des Eintrittskanals 11 bis zur Deckplatte 4 durchgehend verläuft. Gegenüber diesem Bereich öffnen sich so viele schmale Strömungskanäle wie es Strömungsleitplatten 22 gibt und diese Kanäle sind begrenzt von jeweils zwei benachbarten Trennplatten 21 bzw. einer solchen und einer Deckplatte 5 oder 4 sowie den Rändern des Konfusorabschnitts 26. Diese Strömungs­ kanäle münden in die Wirbelkammer 3, wobei die Strö­ mungswegberandung 25 des Spiralabschnitts 28 unter all­ mählicher Abnahme ihres Krümmungsradius tangential in den Umfang dieser Wirbelkammer mündet. The entry area 27 is rounded out approximately semicircularly with a radius of curvature and point of curvature corresponding to the entry channel openings 23 , so that in this area the wall of the entry channel 11 extends continuously to the cover plate 4 . Compared to this area, as many narrow flow channels as there are flow guide plates 22 open and these channels are delimited by two adjacent separating plates 21 or one and a cover plate 5 or 4 and the edges of the confuser section 26 . These flow channels open into the vortex chamber 3 , the flow path boundary 25 of the spiral section 28 tangentially opening into the circumference of this vortex chamber with a gradual decrease in its radius of curvature.

Die Wirbelkammer geht durch die mit ihm fluchtende Heiß­ strom-Austrittsöffnung 6 über in den Wirbelkanalraum 15 des hier an die Deckplatte 4 angeschlossenen Heißstrom­ rohrs 16, welches als Schlitzrohr mit einer Mehrzahl von gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Längsschlitzen 17 ausgeführt ist. Die Gesamtfläche aller Längsschlitze 17 ist vorzugsweise gleich der Fläche des lichten Quer­ schnitts des Heißstrom-Schlitzrohrs 16. Das Heiß­ strom-Schlitzrohr 16 ist unter Belassung eines Ringspaltraums 18 umgeben von einem koaxialen Mantelrohr 19, das an seinem Ende von einem Deckel 33 abgeschlossen ist. An zwischen den Längsschlitzen 17 gelegenen Umfangsstellen erstrecken sich in dem Ringspaltraum 18 zwischen dem Schlitzrohr 16 und dem Mantelrohr 19 dünne Rippen 20, deren Längserstreckung der der Längsschlitze 17 ent­ spricht und die auf geeignete Weise befestigt sind, bei­ spielsweise am Schlitzrohr 16 zwischen dessen Schlitzen festgeschweißt sind. Diese Rippen vergrößern die Wärme­ abgabefläche des Heißstrom-Schlitzrohrs 16 und fixieren es auch.The swirl chamber passes through the flush with it hot flow outlet opening 6 in the swirl channel space 15 of the hot flow tube 16 connected here to the cover plate 4 , which is designed as a slotted tube with a plurality of evenly distributed longitudinal slots 17 . The total area of all longitudinal slots 17 is preferably equal to the area of the clear cross section of the hot flow slot tube 16th The hot flow slot tube 16 is surrounded by a coaxial casing tube 19 , leaving an annular gap space 18 , which is closed at its end by a cover 33 . At circumferential locations between the longitudinal slots 17 , thin ribs 20 extend in the annular gap 18 between the slot tube 16 and the jacket tube 19 , the longitudinal extent of which speaks the longitudinal slots 17 and which are fastened in a suitable manner, for example welded to the slot tube 16 between the slots thereof are. These ribs increase the heat dissipation area of the hot flow slotted tube 16 and also fix it.

Am unteren Ende des Mantelrohrs 19 ist an dieses ein Heißstrom-Austrittsstutzen 37 angeschlossen, dessen Ach­ se im rechten Winkel zur Wirbelachse 7 steht und auf deren Höhe die unteren Enden der Längsschlitze 17 sowie die Halterippen 20 liegen.At the lower end of the casing tube 19 , a hot flow outlet connection 37 is connected to it, the axis of which is at right angles to the swirl axis 7 and at the height of which the lower ends of the longitudinal slots 17 and the retaining ribs 20 are located.

Am oberen Ende des Mantelrohrs 19 unterhalb der Deck­ platte 4 ist ein Zusatzstutzen 38 für einen Heißstrom­ austritt vorgesehen, welcher an das Heißstrom-Schlitz­ rohr 16 angeschlossen ist und den Ringspalt 18 und das Mantelrohr 19 durchquert. Die Durchquerung des Mantel­ rohrs ist abgedichtet. Der Innendurchmesser des Zusatz­ stutzens 38 ist kleiner als der Innendurchmesser des Heißstrom-Austrittsstutzens 37. Etwa auf dem Niveau der unteren Mantellinie dieses Heißstrom-Zusatzstutzens 38 liegen die oberen Enden der Längsschlitze 17 und der Halterippen 20. At the upper end of the casing tube 19 below the cover plate 4 , an additional connection 38 for a hot flow emerges, which is connected to the hot flow slot tube 16 and crosses the annular gap 18 and the casing tube 19 . The crossing of the jacket tube is sealed. The inner diameter of the additional nozzle 38 is smaller than the inner diameter of the hot flow outlet nozzle 37 . The upper ends of the longitudinal slots 17 and the holding ribs 20 lie approximately at the level of the lower surface line of this hot flow additional connector 38 .

Im unteren Ende des Heißstrom-Schlitzrohrs 16 ist eine Absperr- und Regelvorrichtung 29 eingebaut, zu der ein verschieblicher Einstellkolben 30 gehört, welcher das untere Ende des Wirbelkanalraums 15 darstellt und die Einstellung von dessen wirksamer Länge gestattet. Der Einstellkolben 30 ist an einer Hohlstange 31 befestigt, die durch eine Zentralbohrung 32 des Deckels 33 durch diesen nach außen ragt. Die Durchführung der Hohlstange 31 durch den Deckel 33 ist von einer Dichtung 36 abge­ dichtet. Der Einstellkolben nimmt den lichten Quer­ schnitt des Heißstrom-Schlitzrohrs 16 ein.In the lower end of the hot-flow slot tube 16 , a shut-off and control device 29 is installed, to which a displaceable adjusting piston 30 belongs, which represents the lower end of the vertebral canal space 15 and permits the adjustment of its effective length. The adjusting piston 30 is fastened to a hollow rod 31 which projects through a central bore 32 of the cover 33 through the latter. The implementation of the hollow rod 31 through the cover 33 is sealed by a seal 36 abge. The adjusting piston takes the clear cross section of the hot-flow slot tube 16 .

Das zweite, in gleicher Weise verschiebliche Element der Absperr- und Regelvorrichtung 29 ist eine Bremsscheibe 34 kleineren Durchmessers, die an einer Stange 35 be­ festigt ist, welche durch die Hohlstange 31 verläuft und mit der die Bremsscheibe unabhängig vom Einstellkol­ ben 30 in den Wirbelkanalraum 15 eingeschoben werden kann. Im Einstellkolben 30 ist eine Ausnehmung für die Bremsscheibe 34 ausgespart, so daß diese in ihrer voll­ ständig zurückgezogenen Stellung im Einstellkolben ver­ senkt ist und ihre Stirnfläche mit der des Einstell­ kolbens fluchtet.The second, in the same way displaceable element of the shut-off and control device 29 is a brake disc 34 of smaller diameter, which is fastened to a rod 35 which extends through the hollow rod 31 and with which the brake disc ben independently of the setting piston 30 in the vertebral canal space 15 can be inserted. In the adjusting piston 30 , a recess for the brake disc 34 is recessed so that it is lowered in its fully constantly retracted position in the adjusting piston and its end face is aligned with that of the adjusting piston.

Der an die Blendenöffnung 10 in der Deckplatte 5 an­ schließende Kanal des Kaltstrom-Austrittsstutzens 14 ist als Diffusorkanal 13 ausgebildet.The at the aperture 10 in the cover plate 5 to closing channel of the cold flow outlet 14 is formed as a diffuser channel 13 .

Die Strömungsleitplatten 22 und die Trennplatten 21 sind aus gleichen oder verschiedenen Werkstoffen mit niedri­ gem Wärmeleitkoeffizienten hergestellt. Das Verhältnis Ihrer Dicken beträgt:
b1/b2 = 0,01 ÷ 1,0
mit b1 - Dicke einer Trennplatte 21
und b2 - Dicke einer Strömungsleitplatte 22.The flow guide plates 22 and the separating plates 21 are made of the same or different materials with a low coefficient of thermal conductivity. The ratio of your thicknesses is:
b 1 / b 2 = 0.01 ÷ 1.0
with b 1 - thickness of a partition plate 21
and b 2 - thickness of a flow guide plate 22 .

Das Heißstrom-Schlitzrohr 16 und die dünnen Halterippen 20 bestehen aus gleichen oder verschiedenen Werkstoffen hoher Wärmeleitfähigkeit.The hot flow slot tube 16 and the thin holding ribs 20 consist of the same or different materials with high thermal conductivity.

Die Eintrittskanalöffnungen 23 der Trennplatten 21 und die Eintrittsöffnung 8 der oberen Deckplatte 5 haben den gleichen Durchmesser. Ebenso entspricht der Durchmesser der Wirbelkanalöffnungen 24 der Trennplatten 21 dem Durchmesser der Heißstrom-Austrittsöffnung 6 der unteren Deckplatte 4, wobei dieser Durchmesser gleich oder klei­ ner sein kann als der Durchmesser der Eintrittskanalöff­ nungen 23.The inlet channel openings 23 of the partition plates 21 and the inlet opening 8 of the upper cover plate 5 have the same diameter. Likewise, the diameter of the swirl channel openings 24 of the separating plates 21 corresponds to the diameter of the hot-flow outlet opening 6 of the lower cover plate 4 , which diameter can be the same or smaller than the diameter of the inlet channel openings 23 .

Im Betrieb des beschriebenen Wirbelrohrs wird das Ar­ beitsfluid unter Druck in den Zufuhrstutzen 12 zugeführt und verteilt sich im Zufuhrkanal 11 auf die Eintritts­ bereiche 27 der Strömungswege 25 der Strömungsleitplat­ ten 22. Bei der Durchströmung dieser Wege, beginnend mit dem Konfusorabschnitt 26, bilden sich auf Grund der ge­ ringen Dicke der Schichtströmungen Grenzflächen-Mikro­ strukturen einer turbulenten Strömung.In the operation of the vortex tube described, the Ar beitsfluid is supplied under pressure into the feed pipe 12 and is distributed in the feed channel 11 to the inlet areas 27 of the flow paths 25 of the 22 th baffle . When flowing through these paths, starting with the confusing section 26 , due to the low thickness of the layer flows, interfacial microstructures of a turbulent flow are formed.

Wie aus der Turbulenztheorie bekannt, kommt es beim Auf­ treten von Grenzflächen-Mikrostrukturen zu einem hoch­ effektiven Prozeß der Dissipation mechanischer Energie in Wärme mit hohem Umwandlungskoeffizienten.As is known from turbulence theory, it comes up step from interfacial microstructures to high effective process of dissipation of mechanical energy in heat with a high conversion coefficient.

Die Ausführung der Platten des Plattenpakets 2 aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit erhöht dabei die Wirksamkeit dieses Prozesses der Umwandlung mechanischer Energie in Wärme und verringert den Wärmeverlust nach außen im Bereich der Wirbelkammer 3. Die von den Trenn­ platten gebildete verhältnismäßig sehr große Reibungs­ gesamtfläche erhöht ebenfalls die Effektivität des stattfindenden Prozesses.The design of the plates of the plate pack 2 from a material with low thermal conductivity increases the effectiveness of this process of converting mechanical energy into heat and reduces the heat loss to the outside in the region of the swirl chamber 3 . The relatively large total friction area formed by the partition plates also increases the effectiveness of the process taking place.

Das im Mikrostruktur-Strömungszustand befindliche Ar­ beitsfluid wird auf den Konfusorabschnitten 26 des Strö­ mungswegs beschleunigt und tritt mit erhöhter Geschwin­ digkeit in die Spiralabschnitte 28 ein, wo es unter Bil­ dung von Mikrowirbeln in eine rotierende Bewegung ge­ zwungen wird, in deren Zentrum die Temperatur absinkt, während sie in den peripheren Bereichen ansteigt.The working fluid in the microstructure flow state is accelerated on the confusor sections 26 of the flow path and occurs with increased speed in the spiral sections 28 , where it is forced to form a micro-vortex into a rotating movement, in the center of which the temperature drops as it rises in the peripheral areas.

Der abgekühlte Kernbereich der Strömung wird durch die Blendenöffnung 10 in den Kaltstrom-Austrittsstutzen 14 abgeführt, in dem die niedrigsten Temperaturwerte er­ reicht werden, und gelangt durch den Diffusorkanal 13 zu einem (nicht gezeigten) Kälteverbraucher.The cooled core area of the flow is discharged through the orifice 10 into the cold flow outlet connection 14 , in which the lowest temperature values are reached, and passes through the diffuser channel 13 to a cold consumer (not shown).

Der zur anderen Seite hin aus der Wirbelkammer 3 in das Schlitzrohr 16 gelangende periphere Arbeitsfluidteil behält seine Wirbelbewegung, deren Intensität längs des Schlitzrohrs 16 abnimmt. Die höchste Wirbelstärke und damit auch die höchsten Temperaturen der peripheren Strömungsbereiche sind unmittelbar am Eintritt in das Heißstrom-Schlitzrohr 16 unterhalb der Deckplatte 4 vor­ handen. Somit kann dem Heißstrom-Zusatzstutzen 28 ein besonders hoch erhitzter Teilstrom entnommen werden.The peripheral working fluid part coming from the swirl chamber 3 into the slotted tube 16 on the other hand maintains its vortex movement, the intensity of which decreases along the slotted tube 16 . The highest vortex strength and thus also the highest temperatures of the peripheral flow areas are immediately before entering the hot-flow slot tube 16 below the cover plate 4 before. A particularly highly heated partial flow can thus be removed from the hot flow additional connection 28 .

Die Absperr- und Regelvorrichtung 29 im gegenüberliegen­ den Ende des Heißstrom-Schlitzrohrs 16 dient zur Anpas­ sung und Optimierung der Betriebsverhältnisse an den konkreten Anwendungsfall. Das Arbeitsfluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein und dabei verschiedene physikalisch-mechanische Eigenschaften und Zustände auf­ weisen, insbesondere Dichte, Viskosität, Zufuhrdruck, Gegendruck, Geschwindigkeit. Eine Aufwärtsbewegung des Einstellkolbens 30 verringert das Volumen des Wirbel­ kanalraums 15 und verkürzt die wirksame Länge der Längs­ schlitze 17, so daß die Verteilung des Gesamtstroms auf Kaltstrom und Heißstrom sich unter entsprechende Ände­ rung von deren Parametern ändert. Eine Aufwärtsbewegung der Bremsscheibe 34 bewirkt eine Abbremsung des kalten Kernbereichs der Wirbelströmung.The shut-off and control device 29 in the opposite end of the hot-flow slot tube 16 is used to adapt and optimize the operating conditions to the specific application. The working fluid can be a liquid or a gas and can have various physico-mechanical properties and states, in particular density, viscosity, supply pressure, back pressure, speed. An upward movement of the adjusting piston 30 reduces the volume of the vortex channel space 15 and shortens the effective length of the longitudinal slots 17 , so that the distribution of the total current to cold and hot current changes under appropriate change tion of their parameters. An upward movement of the brake disk 34 brings about a braking of the cold core area of the vortex flow.

Die heißen peripheren Teile der Strömung gelangen durch die Schlitze 17 in den Ringspalt 18 und strömen zwischen den die Wärmeübertragungsfläche des Schlitzrohrs 16 ver­ größernden Rippen 20 längs derselben zum Austrittsstut­ zen 37 und weiter zu einem (nicht gezeigten) Wärmever­ braucher.The hot peripheral parts of the flow pass through the slots 17 into the annular gap 18 and flow between the ribs 20 enlarging the heat transfer surface of the slot tube 16 along the same to the outlet nozzle 37 and further to a (not shown) heat consumer.

Durch die beschriebene Mikrostrukturierung der Strömung bei der Wirbelbildung erhöht sich die Wirksamkeit des Wirbelrohrs und die Trennung in Heiß- und Kaltstrom ver­ läuft stabil. Es treten keine Ablösungen auf und die Geräuschentwicklung des Betriebs bleibt gering. Durch die mehreren Regelmöglichkeiten kann der Betrieb optimal an die Einsatzbedingungen angepaßt werden.Through the described microstructuring of the flow in the vortex formation, the effectiveness of the Vortex tube and the separation in hot and cold flow ver runs stable. There are no replacements and that Operation noise remains low. By The multiple control options can optimally operate be adapted to the conditions of use.

Claims (19)

1. Wirbelrohr mit einem Zufuhrstutzen (12), einem Wir­ belerzeuger (1) und einem einen Wirbelkanal (15) bilden­ den Heißstromrohr (16), das wenigstens einen Heiß­ strom-Austrittsstutzen aufweist und mit einer im Heißstromrohr (16) angeordneten Ab­ sperr- und Regeleinrichtung (29), dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelerzeuger (1) ein von zwei Deckplatten (4, 5) begrenztes Plattenpaket (2) darstellt, in dem Strömungsleitplatten (22) und Trenn­ platten (21) abwechselnd aufeinanderfolgen,
wobei die Strömungsleitplatten (22) einen Konturaus­ schnitt aufweisen, in dem ein Eintrittsbereich (27), ein Konfusorabschnitt (26) und ein Spiralabschnitt (28) auf­ einanderfolgen
und die Trennplatten (21) eine Eintrittskanalöffnung (23) und eine Wirbelkanalöffnung (24) derart aufweisen, daß die Eintrittsbereiche (27) und die Eintrittskanalöff­ nungen (23) übereinanderliegen und der von ihnen gebil­ dete Raum einen eine Eintrittsöffnung (8) in einer der Deckplatten (5) fortsetzenden Eintrittskanal (11) um eine Eintrittskanalachse (9) bilden
und der von dem Spiralabschnitt (28) und den Wirbelka­ nalöffnungen (24) gebildete Raum eine Wirbelkammer (3) um eine Wirbelachse (7) bildet, die über eine Heiß­ strom-Austrittsöffnung (6) in einer der Deckplatten (4) mit dem Heißstromrohr (16) in Verbindung steht, dessen Achse mit der Wirbelachse (7) zusammenfällt.1. vortex tube with a feed pipe ( 12 ), a we belgenerator ( 1 ) and a swirl channel ( 15 ) form the hot-flow pipe ( 16 ), which has at least one hot-flow outlet connection and with a arranged in the hot-flow pipe ( 16 ) from blocking and control means (29), characterized in that the vortex generators (1) represents one of two cover plates (4, 5) bounded plate package (2), records in the Strömungsleitplatten (22) and separator (21) follow one another alternately,
wherein the flow guide plates ( 22 ) have a Konturaus cut, in which an entry region ( 27 ), a confuser section ( 26 ) and a spiral section ( 28 ) follow one another
and the separating plates ( 21 ) have an inlet channel opening ( 23 ) and a swirl channel opening ( 24 ) such that the inlet regions ( 27 ) and the inlet channel openings ( 23 ) lie one above the other and the space formed by them is an inlet opening ( 8 ) in one of the Form cover plates ( 5 ) continuing inlet channel ( 11 ) around an inlet channel axis ( 9 )
and the space formed by the spiral section ( 28 ) and the vortex channel openings ( 24 ) forms a vortex chamber ( 3 ) about a vortex axis ( 7 ), which has a hot flow outlet opening ( 6 ) in one of the cover plates ( 4 ) with the hot flow tube ( 16 ) is connected, the axis of which coincides with the swirl axis ( 7 ). 2. Wirbelrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der der Heißstrom-Austrittsöffnung (6) gegenüber­ liegenden Deckplatte (5) konzentrisch zur Wirbelachse (7) eine Blendenöffnung (10) vorhanden ist, an die ein Austrittsstutzen (14) für einen Kaltstrom angeschlossen ist.2. Vortex tube according to claim 1, characterized in that in the hot stream outlet opening ( 6 ) opposite cover plate ( 5 ) concentrically to the vortex axis ( 7 ) there is an aperture ( 10 ) to which an outlet connection ( 14 ) for a cold flow connected. 3. Wirbelrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strömungswegberandung (25) am Ende des Spiralabschnitts (28) der Strömungsleitplatten (22) tan­ gential in den Wirbelkanalraum (15) mündet.3. vortex tube according to claim 1 or 2, characterized in that the flow path boundary ( 25 ) at the end of the spiral section ( 28 ) of the flow guide plates ( 22 ) opens tan potential in the vortex channel space ( 15 ). 4. Wirbelrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißstromrohr (16) gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Längsschlitze (17) aufweist und mit Abstand umgeben ist von einem Man­ telrohr (19), wobei in dem durch den Abstand gebildeten Ringspalt (18) dünne Rippen (20) in Radialrichtung an­ geordnet sind und der Heißstromaustrittsstutzen (37) an das Mantelrohr (19) angeschlossen ist.4. vortex tube according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hot flow tube ( 16 ) evenly distributed on the circumference longitudinal slots ( 17 ) and is surrounded by a distance from a man telrohr ( 19 ), in which formed by the distance Annular gap ( 18 ) thin ribs ( 20 ) are arranged in the radial direction and the hot flow outlet connection ( 37 ) is connected to the casing tube ( 19 ). 5. Wirbelrohr nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperr- und Regelvorrichtung (29) einen Einstellkolben (30) an einer Stange (31) aufweist, welcher in Axialrichtung im Schlitzrohr (16) zur Verkürzung der wirksamen Länge der Längsschlitze (17) verschieblich ist.5. Vortex tube according to one of the preceding claims, characterized in that the shut-off and control device ( 29 ) has an adjusting piston ( 30 ) on a rod ( 31 ) which in the axial direction in the slotted tube ( 16 ) to shorten the effective length of the longitudinal slots ( 17 ) is movable. 6. Wirbelrohr nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine koaxial zum Einstellkolben (30) in Axialrichtung ver­ schiebliche Bremsscheibe (34) kleineren Durchmessers, die an einer Stange (35) sitzt, welche in der als Hohl­ stange (31) ausgeführten Betätigungsstange des Einstell­ kolbens (30) verläuft.6. vortex tube according to claim 5, characterized by a coaxial to the adjusting piston ( 30 ) in the axial direction ver sliding brake disc ( 34 ) of smaller diameter, which sits on a rod ( 35 ) which in the hollow rod ( 31 ) designed actuating rod of the adjusting piston ( 30 ) runs. 7. Wirbelrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (34) in einer Ausnehmung des Ein­ stellkolbens (30) versenkbar ist.7. vortex tube according to claim 6, characterized in that the brake disc ( 34 ) in a recess of an adjusting piston ( 30 ) is retractable. 8. Wirbelrohr nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißstrom-Austrittsstutzen (37) am Ende des Mantelrohrs (19) an dieses angeschlossen ist und ein zusätzlicher Heißstrom-Austrittsstutzen (38) an den Anfang des Schlitzrohrs (16) unmittelbar hinter des­ sen Anschluß an den Wirbelerzeuger (1) angeschlossen und durch das Mantelrohr (19) nach außen geführt ist.8. Vortex tube according to one of the preceding claims, characterized in that the hot flow outlet connection ( 37 ) at the end of the casing tube ( 19 ) is connected to this and an additional hot flow outlet connection ( 38 ) at the beginning of the slotted tube ( 16 ) immediately behind the sen connection to the vortex generator ( 1 ) and is led through the jacket tube ( 19 ) to the outside. 9. Wirbelrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze (17) des Schlitzrohrs (16) und dessen Halterippen (20) von gleicher Länge sind und in Strömungsrichtung hinter der Anschlußstelle des Heißstrom-Zusatzstutzens (38) beginnen und in einer Ebe­ ne enden, in der die Achse des Heißstrom-Austrittsstut­ zens (37) liegt.9. vortex tube according to claim 8, characterized in that the longitudinal slots ( 17 ) of the slotted tube ( 16 ) and its holding ribs ( 20 ) are of the same length and begin in the direction of flow behind the connection point of the hot flow additional connector ( 38 ) and in a plane ends, in which the axis of the hot flow outlet nozzle ( 37 ) lies. 10. Wirbelrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltstrom-Aus­ trittsstutzen (14) ein Diffusorkanal (13) gebildet ist.10. Vortex tube according to one of claims 2 to 9, characterized in that in the cold flow outlet spigot ( 14 ), a diffuser channel ( 13 ) is formed. 11. Wirbelrohr nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ trittskanalachse (9) parallel neben der Wirbelachse (7) liegt.11. Vortex tube according to one of the preceding claims, characterized in that the axis of the entry channel ( 9 ) is parallel to the vortex axis ( 7 ). 12. Wirbelrohr nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterippen (20) am Schlitzrohr (16) angeschweißt sind.12. Vortex tube according to one of claims 4 to 11, characterized in that the retaining ribs ( 20 ) on the slotted tube ( 16 ) are welded. 13. Wirbelrohr nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Flä­ chen der Längsschlitze (17) des Schlitzrohrs (16) wenig­ stens ungefähr dessen lichter Querschnittsfläche ent­ spricht.13. Vortex tube according to one of claims 4 to 12, characterized in that the sum of the surfaces of the longitudinal slots ( 17 ) of the slot tube ( 16 ) speaks least least about its clear cross-sectional area ent. 14. Wirbelrohr nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzrohr (16) und die Rippen (20) aus einem Werkstoff hoher Wärmeleit­ fähigkeit bestehen.14. Vortex tube according to one of claims 4 to 13, characterized in that the slotted tube ( 16 ) and the ribs ( 20 ) consist of a material with high thermal conductivity. 15. Wirbelrohr nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (21, 22) des Wirbelerzeugers (1) aus einem Werkstoff niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehen.15. Vortex tube according to one of the preceding claims, characterized in that the plates ( 21 , 22 ) of the vortex generator ( 1 ) consist of a material with low thermal conductivity. 16. Wirbelrohr nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhält­ nis der Dicke (b1) der Trennplatten (21) zur Dicke (b2) der Strömungsleitplatten (22) 0,01 bis 1,0 beträgt.16. Vortex tube according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the thickness (b 1 ) of the separating plates ( 21 ) to the thickness (b 2 ) of the flow guide plates ( 22 ) is 0.01 to 1.0. 17. Wirbelrohr nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (11) des Zufuhrstutzens (12), die Eintrittsöffnung (8) der Deckplatte (5) und die Eintrittskanalöffnungen (23) gleichen Radius aufweisen, dem auch der Krümmungsradius des ausgerundeten Eintrittsbereichs (27) der Strömungs­ leitplatten (22) entspricht, und daß die Heißstrom-Austrittsöffnung (6) der Deckplat­ te (4) den gleichen Radius aufweist wie die Wirbelkanal­ öffnungen (24) der Trennplatten (21), wobei der Radius der Eintrittsöffnung (8) gleich diesem Radius oder grö­ ßer als dieser ist.17. Vortex tube according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 11 ) of the feed connector ( 12 ), the inlet opening ( 8 ) of the cover plate ( 5 ) and the inlet channel openings ( 23 ) have the same radius, which also includes the radius of curvature of the rounded inlet area ( 27 ) of the flow guide plates ( 22 ), and that the hot flow outlet opening ( 6 ) of the cover plate te ( 4 ) has the same radius as the swirl channel openings ( 24 ) of the separating plates ( 21 ), the radius of the inlet opening ( 8 ) is equal to or greater than this radius. 18. Wirbelrohr nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krüm­ mungsradius des Spiralabschnitts (28) der Strömungsweg­ berandung (25) an dessen Ende sich dem Radius der Heiß­ strom-Austrittsöffnung (6) annähert.18. Vortex tube according to one of the preceding claims, characterized in that the radius of curvature of the spiral portion ( 28 ) of the flow path boundary ( 25 ) at the end of which approaches the radius of the hot flow outlet opening ( 6 ). 19. Wirbelrohr nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißstrom-Zu­ satzstutzen (38) einen kleineren lichten Querschnitt aufweist als der Heißstrom-Austrittsstutzen (37).19. Vortex tube according to one of claims 8 to 18, characterized in that the hot-flow nozzle ( 38 ) has a smaller clear cross-section than the hot-flow outlet nozzle ( 37 ).
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