[发明专利]具有切向冷热切换功能的涡流管以及带有该涡流管的换热系统

说明书

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体是涉及一种具有切向冷热切换功能的涡流管以及带有该涡流管的换热系统。

背景技术

法国工程师兰克在进行旋风分离器实验时，发现分离器中流体中心温度低于外围流体温度，但是由于其混淆了静温和总温的概念，使涡流管一直没有得到广泛关注。随后德国工程师赫尔胥对涡流管进行了详细的性能及结构分析，使得涡流管得到广泛应用。传统的涡流管包括涡流室、喷嘴、热端管、热端调节阀、冷孔板等主要部件，高压流体从涡流管入口进入，随后在涡流室中高速旋转，由于涡流管中的涡旋效应，使得流体在涡流管中旋转的同时，能量发生转变，外围流体能量较高，内层流体能量较低，外围流体在涡流室热端管中旋转的同时，动能逐渐减少，转换为热能，最终外围流体从热端管的热端调节阀中流出，获得高温流体。内层流体从涡流管冷孔板流出，成为低温流体。涡流管冷端流出的冷气体，可以直接用于制冷需求，例如，将涡流管安装在磨床中，利用涡流管冷端流出的冷气体直接给被磨工件降温；或者将涡流管应用于实验室，因为涡流管可以迅速制冷，达到零下50℃的低温，因此涡流管冷端出口直接面对换热管安装，用于冷却换热管中的流体。涡流管热端流出的热气体，可以用于制热需求，例如，因为涡流管热端流出的流体可以达到120℃或更高温度，因此将涡流管热端流出的热流体送入换热器加热水，受热后的水可以用于洗澡等生活用途，除此之外，也可将涡流管安装在潜水服之中，将潜水员所背负的氧气瓶中的气体送入涡流管，气体完成减压条件的同时，还可利用涡流管的能量分离效应，在涡流管热端成为热气体，然后进入潜水服，冷流体通过与周围环境水换热后，送入潜水服，这样既能起到氧气减压，也能起到加热潜水服的效果。但是，对于传统涡流管，一旦将涡流管位置固定，其冷端流出冷气体，热端流出热气体，如果需要在冷流体的位置处获得热气体，那么需要将涡流管拆除后进行反装，对于单一小型涡流管来讲，此工序并不复杂，但是，如果需要在某个地方进行反装的涡流管过多，或者是，在一些特殊场合，例如太空，水下等，进行涡流管的反装将会耗费大量人力物力，实现该过程显得不现实。

发明内容

本发明提供了一种具有切向冷热切换功能的涡流管，该涡流管通过密封件的运动可以切换涡流管内冷热流体的方向，实现冷热流体出口的转换。

一种具有切向冷热切换功能的涡流管，包括涡流室，涡流室两侧分别带有第一出气口和第二出气口，所述涡流室中带有相互连通的第一工作腔和第二工作腔；两个工作腔腔壁上分别设有第一进气口和第二进气口，两个工作腔中分别设有与各自进气口相对应的第一涡旋分离器和第二涡旋分离器，每个涡旋分离器都具有流体通道以及与流体通道垂直设置的涡流喷射通道，所述流体通道具有第一出气口和第二气出口，两个涡旋分离器的第一出气口相向设置，两个涡旋分离器的第二出气口相背设置；所述涡流室外部设有沿涡流室切向滑动用于选择性开放第一进气口或第二进气口的密封件；所述涡流室内设有与所述密封件联动以调节涡流室内冷热流体流向的调节机构。

所述调节机构为分别设置在第一工作腔和第二工作腔内的两个子调节机构，每个子调节机构包括：设置在对应涡旋分离器的第二出气口处的截流板，该截流板具有第一热流出口和第一冷流出口的，截流板的外周与所在工作腔的内壁密封配合；铰接在截流板上的摆动盘，该摆动盘具有第二冷流出口，以及偏心的绕第二冷流出口分布的第二热流出口；摆动盘摆动时，仅将第一冷流出口和第二冷流出口对正，或仅将第一热流出口和第二热流出口对正；用于带动所述摆动盘摆动的传动件，该传动件与所述密封件联动。第一冷流出口和第二冷流出口一般为圆柱形，第一冷流出口设置在截流板的中心。第一热流出口和第二热流出口一般为环状，环状结构内间隔设有连接筋。第一冷流出口与第一热流出口同心设置。

由于所述摆动盘处于工作腔内，而密封件设置在工作腔外部，所以为便于摆动盘与密封件之间的固定，作为优选，所述摆动盘的外圆周设有第一卡槽；所述传动件为连接块，连接块的一端与所述密封件配合传动，另一端为延伸至对应的工作腔内的延伸部，该延伸部与所在工作腔内的摆动盘的第一卡槽相配合。通过密封件可实现摆动盘的往复摆动，在调整第一进气口和第二进气口开放状态的同时，适应性调整冷热流体进出口的位置。

为便于密封件的加工和安装，作为优选，密封件的两端分别与对应连接块相互固定，该密封件上具有选择性与第一进气口或第二进气口对正的通气孔。为便于与固定块的固定，作为进一步优选，所述密封件的两端设有与连接块配合第二卡槽。密封件的两端与对应连接块之间可选用多种固定方式，例如可选择卡合固定、焊接固定或者一体设置。