1涡管制冷工作原理

涡管工作原理图

如上图所示，具有一定压力的压缩空气进入涡流管喷嘴后膨胀并加速，当加速后的气流从切线方向射入一个圆柱型的涡流发生器，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度愈靠近中心愈大，由于角速度不同，在自由涡流的层与层之间就产生了摩擦，中心部分的气流就速度最大，摩擦结果是将能量传递给外层角速度较低的气流，中心层部分的气流失去动能，动能低，速度降低，温度降低，通过涡流管中心的孔板从一端引出，得到制冷需要的冷气流。而外层部分的气流获得动量，动能增加，同时又与涡流管壁摩擦，将部分动能转化为热能，从涡流管的另一端通过控制阀被引出，形成热气流。

简单点说就是旋转的气流沿涡流管壁进入内部，热管内气流经涡流交换后产生能量的分离,气流被分割成两股气流，一股是热气流，另一股是冷气流。在热管的终端，一部分压缩空气通过调节阀以热空气的方式泻出,剩余的压缩空气以较低速度进入热管旋转气流的中心返回，这股冷气流通过发生器中心形成超低温冷气汇集到冷气端排出。

1.1涡管介绍

涡管制冷是由喷嘴、涡流室、分离孔板、管子和控制阀组成。涡流室居中，将管子分为冷、热两端。喷嘴沿着涡流室切向布置，即引导高压气流气流切线方向进入涡流室，

孔板在涡流室与冷管子之间，热端管子出口处安装了控制阀。输入一定压力的压缩空气，通过涡流管内部能量转换，一端产生冷空气(在7Bar,25℃干燥空气时，最低冷气温度可达-45℃)，一端产生热空气(最高温度可达110℃)。热气端装有一个小型的可调节阀门，有手动调节旋钮，这样就可以手动调节冷气流的温度和气流量,通过调节热气端的阀来得到满意的冷气参数。

1.2涡管分类

涡管是通过一个内部可以更换的发生器来控制所需要的温度和流量。发生器主要有两大类：一种是控制冷气温度的发生器，一种是控制冷气流量的发生器。

1.3涡管制冷特点

1.产生的冷气最低可达零下45℃，并且没有运动的部件;

2.结构简单，维护简单;

3.流量速率从1到100SCFM(28到4248SLPM);

4.制冷量最大可以达到60000Btu/hr(1512Kcal/hr);

5.采用高强度的不锈钢材质制造，抗腐蚀，抗氧化，抗高温;

6.不用电、不用任何化学物质、没电火花产生;

7.体积小、重量轻、防冲撞;

8.启动快，并可通过阀门快速调节。

1.4涡管常用气体

常用气体可以是空气、二氧化碳、氮气等。高压气体为常温时，冷气流的温度可以达到-10℃～-45℃，热气流的温度可达到100℃～130℃。

2涡管制冷在防爆正压柜中的应用

在防爆场合有些设备需要使用大功率变频器或使用发热量较大的电器元件，由于防爆柜无法解决发热量大的问题，这时可以采用涡管制冷，既能解决电器元件发热大的问题，又能解决防爆的问题。

如上图所示，正压柜由正压腔和控制腔两部分组成，上半部分为正压腔，正压腔为密封结构，用于安装非防爆的各类仪表及电器元件;控制腔内包括防爆控制箱、压力控制系统，涡管安装在控制腔内，见上图所示。

由于正压腔内的变频器工作时发出大量的热量，从而导致正压腔内温度过高，一般电器元件的工作环境温度在0℃～40℃之间，因此涡管制冷主要是给正压腔内输送冷气，达到冷却降温的作用，最终给正压腔内的电器元件提供合适的工作环境。

上图所示为涡管冷气出口端，如果正压柜比较大，通常会在该出口端连接一段软管，把冷气流引到变频器的风道入口。

上图为正压腔内的温控表，主要用于检测正压腔内温度及控制涡管制冷的启停。温控标的红色数字是正压柜内的当前温度，绿色数字为设定温度(默认为36℃)，上图为调试时正压腔内温度从37℃降至27℃。正常情况下正压腔内的温度上限是40℃，当测量的温度大于或等于40℃时，涡管立即制冷工作;当测量的温度低于36℃时，涡管立刻停止工作。

防爆正压柜通过防爆控制箱内的智能控制系统、压力控制系统将洁净安全的压缩空气引入正压柜，使正压腔内形成微正压，阻止外界危险气体、粉尘的进入，达到防爆的目的。防爆正压柜具有智能集中控制、参数显示和设置、自动换气、延时自动供电、失压补气、故障报警及自动切断电源等功能。

3结论

涡管制冷能够满足防爆场合的降温要求。目前南阳一通防爆电气有限公司的一批组合式空调箱的防爆正压柜正是利用上述原理来处理，能够为变频器等电器元件冷却降温，目前所有防爆正压柜都调试完成，均正在使用。上述照片来自该现场。