1 渦管制冷工作原理

　　

　　渦管工作原理圖

　　如上圖所示，具有一定壓力的壓縮空氣進入渦流管噴嘴后膨脹并加速，當加速后的氣流從切線方向射入一個圓柱型的渦流發生器，形成自由渦流。自由渦流的旋轉角速度愈靠近中心愈大，由于角速度不同，在自由渦流的層與層之間就產生了摩擦，中心部分的氣流就速度最大，摩擦結果是將能量傳遞給外層角速度較低的氣流，中心層部分的氣流失去動能，動能低，速度降低，溫度降低，通過渦流管中心的孔板從一端引出，得到制冷需要的冷氣流。而外層部分的氣流獲得動量，動能增加，同時又與渦流管壁摩擦，將部分動能轉化為熱能，從渦流管的另一端通過控制閥被引出，形成熱氣流。

　　簡單點說就是旋轉的氣流沿渦流管壁進入內部，熱管內氣流經渦流交換后產生能量的分離,氣流被分割成兩股氣流，一股是熱氣流，另一股是冷氣流。在熱管的終端，一部分壓縮空氣通過調節閥以熱空氣的方式瀉出,剩余的壓縮空氣以較低速度進入熱管旋轉氣流的中心返回，這股冷氣流通過發生器中心形成超低溫冷氣匯集到冷氣端排出。

　　1.1 渦管介紹

　　

　　渦管制冷是由噴嘴、渦流室、分離孔板、管子和控制閥組成。渦流室居中，將管子 分為冷、熱兩端。噴嘴沿著渦流室切向布置，即引導高壓氣流氣流切線方向進入渦流室，

　　孔板在渦流室與冷管子之間，熱端管子出口處安裝了控制閥。輸入一定壓力的壓縮空氣，通過渦流管內部能量轉換，一端產生冷空氣(在7Bar,25℃干燥空氣時，最低冷氣溫度可達-45℃)，一端產生熱空氣(最高溫度可達110℃)。熱氣端裝有一個小型的可調節閥門，有手動調節旋鈕，這樣就可以手動調節冷氣流的溫度和氣流量,通過調節熱氣端的閥來得到滿意的冷氣參數。

　　1.2渦管分類

　　渦管是通過一個內部可以更換的發生器來控制所需要的溫度和流量。發生器主要有兩大類：一種是控制冷氣溫度的發生器，一種是控制冷氣流量的發生器。

　　1.3渦管制冷特點

　　1.產生的冷氣最低可達零下45℃，并且沒有運動的部件;

　　2.結構簡單，維護簡單;

　　3.流量速率從1到100SCFM(28到4248SLPM);

　　4.制冷量最大可以達到60000Btu/hr(1512Kcal/hr);

　　5.采用高強度的不銹鋼材質制造，抗腐蝕，抗氧化，抗高溫;

　　6.不用電、不用任何化學物質、沒電火花產生;

　　7.體積小、重量輕、防沖撞;

　　8.啟動快，并可通過閥門快速調節。

　　1.4渦管常用氣體

　　常用氣體可以是空氣、二氧化碳、氮氣等。高壓氣體為常溫時，冷氣流的溫度可以達到-10℃～-45℃，熱氣流的溫度可達到100℃～130℃。

　　2 渦管制冷在防爆正壓柜中的應用

　　在防爆場合有些設備需要使用大功率變頻器或使用發熱量較大的電器元件，由于防爆柜無法解決發熱量大的問題，這時可以采用渦管制冷，既能解決電器元件發熱大的問題，又能解決防爆的問題。

　　

　　如上圖所示，正壓柜由正壓腔和控制腔兩部分組成，上半部分為正壓腔，正壓腔為密封結構，用于安裝非防爆的各類儀表及電器元件;控制腔內包括防爆控制箱、壓力控制系統，渦管安裝在控制腔內，見上圖所示。

　　由于正壓腔內的變頻器工作時發出大量的熱量，從而導致正壓腔內溫度過高，一般電器元件的工作環境溫度在0℃～40℃之間，因此渦管制冷主要是給正壓腔內輸送冷氣，達到冷卻降溫的作用，最終給正壓腔內的電器元件提供合適的工作環境。

　　

　　上圖所示為渦管冷氣出口端，如果正壓柜比較大，通常會在該出口端連接一段軟管，把冷氣流引到變頻器的風道入口。

　　

　　上圖為正壓腔內的溫控表，主要用于檢測正壓腔內溫度及控制渦管制冷的啟停。溫控標的紅色數字是正壓柜內的當前溫度，綠色數字為設定溫度(默認為36℃)，上圖為調試時正壓腔內溫度從37℃降至27℃。正常情況下正壓腔內的溫度上限是40℃，當測量的溫度大于或等于40℃時，渦管立即制冷工作;當測量的溫度低于36℃時，渦管立刻停止工作。

　　防爆正壓柜通過防爆控制箱內的智能控制系統、壓力控制系統將潔凈安全的壓縮空氣引入正壓柜，使正壓腔內形成微正壓，阻止外界危險氣體、粉塵的進入，達到防爆的目的。防爆正壓柜具有智能集中控制、參數顯示和設置、自動換氣、延時自動供電、失壓補氣、故障報警及自動切斷電源等功能。

　　3 結論

　　渦管制冷能夠滿足防爆場合的降溫要求。目前南陽一通防爆電氣有限公司的一批組合式空調箱的防爆正壓柜正是利用上述原理來處理，能夠為變頻器等電器元件冷卻降溫，目前所有防爆正壓柜都調試完成，均正在使用。上述照片來自該現場。