自動(dòng)恒溫型渦旋制冷除濕器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

申于忠， 田寶國(guó)

（1.江蘇揚(yáng)農(nóng)化工股份有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225000；2.揚(yáng)州旭升電氣設(shè)備有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 自動(dòng)恒溫型渦旋制冷除濕器結(jié)構(gòu)分析

自動(dòng)恒溫型渦旋制冷除濕器是由渦旋制冷管、熱交換器、保溫罩、膨脹式恒溫閥等組成。

渦冷管以壓縮空氣為動(dòng)力，當(dāng)一定壓力（0.4 MPa）的壓縮空氣射入渦流管噴嘴后膨脹加速，當(dāng)加速后的氣流進(jìn)入一個(gè)圓柱型渦流發(fā)生器，以上萬(wàn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度沿?zé)峁鼙谶M(jìn)入熱管經(jīng)渦流交換后產(chǎn)生能量分離，一股是冷氣流出，另一股是熱氣流，通過(guò)尾嘴調(diào)節(jié)閥以熱空氣排出，尾嘴調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)冷氣的出口溫度和冷流率。一般入口壓力越大，制冷量越大，冷氣流溫度與壓縮空氣入口溫度差越大，耗氣量也越大。

膨脹式恒溫閥是由感溫包、膨脹膜、頂針、閥芯、彈簧、調(diào)節(jié)螺桿等組成。膨脹式恒溫閥是通過(guò)感溫包的熱膨脹壓力與閥芯彈簧調(diào)節(jié)螺桿以胡克力（F=-k×△X）平衡時(shí)，當(dāng)保溫罩內(nèi)溫度升高時(shí)感溫包壓力加大，使得膨脹膜鼓起（膨脹頂針外移閥芯，使恒溫閥的通徑加大，制冷量增加。反之當(dāng)保溫罩內(nèi)溫度降低時(shí)，感溫包內(nèi)壓力減小，使得膨脹膜收縮，使恒溫閥通徑減小，制冷量減少，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫。

2 渦流管概述

渦流管（Vortex Tube）又稱渦流制冷管、渦旋管、渦旋制冷器等，一定壓力的壓縮空氣輸入渦流管渦旋發(fā)生器后膨脹加速后旋轉(zhuǎn)，氣流以1 000 000 r/min的旋轉(zhuǎn)速度沿?zé)峁鼙谶M(jìn)入熱管內(nèi)部，熱管內(nèi)氣流經(jīng)渦流交換后產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換，氣流被分割成冷熱兩股氣流，在熱管的終端，一部分壓縮空氣通過(guò)調(diào)節(jié)閥以熱空氣的方式瀉出，剩余的壓縮空氣以較低速度通過(guò)進(jìn)入熱管旋轉(zhuǎn)氣流的中心返回，這股冷氣流通過(guò)發(fā)生器中心形成超低溫冷氣匯集到冷氣端排出。冷氣端射出冷氣流在0.7 MPa（7 bar）、25℃干燥空氣的前提下最低冷氣溫度可達(dá)-45℃，溫度最大降幅可降至-70℃，另一端射出的熱氣流極限溫度可達(dá)+130℃。

3 渦流管的制冷性能指標(biāo)

渦流管冷氣端釋放的冷氣量占輸入壓縮空氣總量的體積百分比就叫做渦流管的冷氣比。冷氣比越高，表示冷氣流越大，冷氣比越低，表示冷氣流越小。指定相同冷氣溫度降幅下，冷氣比越高，冷氣量越多，渦流管制冷容量越大；反之，冷氣比越小，冷氣量越少，渦流管制冷容量越小。

1）一般渦流管熱氣端裝有一個(gè)小型的可調(diào)節(jié)閥門，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)冷氣流的溫度和氣流量變化。冷氣流的溫度調(diào)得越低時(shí)，冷氣流降溫幅度越大，冷氣流就變得越??；冷氣流量調(diào)得越大時(shí)，冷氣流降溫幅度就變得越小，冷氣流的溫度越高。

2）冷卻效果是冷氣流量和冷氣溫降的結(jié)合，所以判斷渦流管制冷性能優(yōu)劣要看兩個(gè)參數(shù)。

3）冷氣溫度（冷氣溫度降幅）：在相同冷氣流量比例時(shí)，冷氣流降溫幅度越大，表示渦流管制冷性能越佳；冷氣流降溫幅度越小，渦流管制冷性能越差。

4）冷氣流量（冷氣流量比例）：在相同冷氣溫度降幅時(shí)，冷氣量與總進(jìn)氣量比例越高，表示渦流管制冷性能越佳；冷氣量的比例越小，渦流管制冷性能越差。

5）冷氣溫度降幅越高+冷氣比越大=渦流管的制冷性能越佳；實(shí)際使用時(shí)要考慮冷氣流和冷氣溫度的平衡，渦流管熱氣端的尾端配冷氣溫度調(diào)節(jié)旋鈕，可以方便地調(diào)節(jié)冷氣流的溫度和流量，客戶可根據(jù)實(shí)際工作需要調(diào)節(jié)合適溫度的冷氣流，以使實(shí)際冷卻效果達(dá)到最優(yōu)。

在實(shí)際應(yīng)用中，許多低效渦流管冷端雖內(nèi)部某點(diǎn)能測(cè)量到最低溫值，但由于冷氣量太少，外接氣管后少量冷氣沒(méi)有冷卻效果，而當(dāng)調(diào)節(jié)加大冷氣流量時(shí)，冷氣溫度有大幅上升，失去應(yīng)有的制冷效果。特別要注意的是渦流管內(nèi)部測(cè)量到的最低溫值只是評(píng)判渦流管性能的一個(gè)參考指標(biāo)，不能當(dāng)作渦流管冷氣的實(shí)際應(yīng)用溫度，所以在咨詢廠家渦流管性能時(shí)一定要搞清楚其承諾最大低溫降幅的測(cè)量點(diǎn)、測(cè)量方式，以及一定溫降時(shí)的冷氣比及其需要的外部條件，否則很可能被誤導(dǎo)而產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解判斷。

4 渦流制冷管的選用

渦流管看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是其生成原理特別復(fù)雜，相互關(guān)聯(lián)的影響因素近二十個(gè)，如何制造出高制冷效率的渦流管并不是一件容易的事。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上都有許多廠家進(jìn)行渦流管的仿制生產(chǎn)，這些廠商由于無(wú)法掌握渦流管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造工藝，僅按樣品簡(jiǎn)單仿制的渦流管雖也有一些制冷效果，但其存在制冷效率低、冷氣溫降幅度小、冷氣流量比例少、型號(hào)選擇有限等缺點(diǎn)，造成使用時(shí)耗氣多，用氣成本高，冷卻效果不佳。在冷卻效果要求較高和氣壓低氣量不足的應(yīng)用場(chǎng)合很可能達(dá)不到實(shí)際需求冷卻效果而失效。即使在冷卻要求不高的場(chǎng)合可以應(yīng)用，實(shí)際上由于其制冷效率極低導(dǎo)致消耗氣量大，長(zhǎng)時(shí)間工作耗氣成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于渦流管購(gòu)買成本，整體成本反而變高，長(zhǎng)期看選用高制冷效率渦流管是更劃算、成本最低的選擇。

許多低效渦流管冷端內(nèi)部中心某點(diǎn)雖也可能測(cè)量到-40℃最大溫降，但要注意的是渦流管內(nèi)部中心測(cè)量到的最低溫值只是評(píng)判渦流管性能的一個(gè)參考指標(biāo)，不能當(dāng)作渦流管冷氣的實(shí)際應(yīng)用溫度，一般要在冷氣端接50～100 mm管后測(cè)量有較大冷氣流量比的低溫度才有實(shí)際冷卻效果。在實(shí)踐中，許多渦流管外接氣管后由于冷氣比太低和溫度降幅太少達(dá)不到應(yīng)有的制冷效果。所以在咨詢廠家渦流管時(shí)一定要搞清楚其性能參數(shù)的準(zhǔn)確定義，如溫度測(cè)量點(diǎn)（如渦流管內(nèi)部中心最低溫度、接100 mm管后冷氣流溫度）及測(cè)量方式、冷氣流的絕對(duì)溫度與相對(duì)溫度降幅、接管后一定溫降時(shí)的冷氣比例、需要的氣壓及環(huán)境溫度等外部條件。

5 渦流管選用注意的問(wèn)題

1）選用高制冷效率的渦流管不僅制冷效果更佳，而且成本更低。原理上看，渦流制冷的能效比不太高，低質(zhì)量的渦流管的能效比就更低，制冷效果十分有限；高制冷效率的渦流管，可達(dá)到更佳的冷卻效果。購(gòu)買渦流管是一次性投資，其實(shí)氣體長(zhǎng)期的耗費(fèi)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于渦流管的購(gòu)買成本。

2）滿足冷卻要求的前提下可選用耗氣量小的規(guī)格。滿足冷卻要求的前提下盡可能選擇進(jìn)氣量較小的渦流管，降低使用成本，選較大進(jìn)氣量渦流管，肯定能滿足冷卻要求，但氣量耗費(fèi)大，增大使用成本。

3）工廠空壓機(jī)的供氣流量和氣壓。工廠空壓機(jī)供氣流量有限時(shí)應(yīng)選用相對(duì)應(yīng)流量的渦流管，流量不足和氣壓很低時(shí)渦流管制冷效率會(huì)降低。

4）具體冷卻場(chǎng)合需要的冷氣溫度。需冷氣溫度低時(shí)要選溫度降幅大的低溫型渦流管，勿需冷氣溫度低時(shí)可選冷氣比大的冷量型渦流管。

5）冷氣溫度和環(huán)境溫度密切相關(guān)聯(lián)。同樣溫度下，冬天的冷氣溫度低，高溫夏天冷氣溫度會(huì)變高；選擇購(gòu)買時(shí)最好要考慮到夏天的高溫情況，溫度降幅不大的渦流管冬天可能有冷卻效果，但在夏天很可能就沒(méi)有冷卻效果了。

6）具體的使用環(huán)境、溫度、耐壓力要求。對(duì)于不銹鋼渦流管來(lái)說(shuō)，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，耐用性極高，所以幾乎不需要考慮使用壽命的問(wèn)題，主要考慮使用環(huán)境選擇合適材質(zhì)的渦流管就可以了。

7）辨明廠家所提供的性能參數(shù)的真實(shí)內(nèi)涵。許多渦流管廠家提供的制冷量參數(shù)很可能是直接拷貝抄襲而來(lái)，有時(shí)甚至故意夸大和混淆參數(shù)性能，不認(rèn)真評(píng)測(cè)很可能被誤導(dǎo)而產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解判斷。