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摘要：本文阐述了一种能在在易燃、易爆场所（煤矿、石化、化工等）使用的全新的制冷技术，该技术以涡流管理论为基础，将压缩空气分流出制冷气体，可用于煤矿巷道的局部制冷，且不产生电火花，无安全隐患，本质安全。
关键词：易燃、易爆场所;制冷;涡流管;压缩空气;煤矿;本质安全
1.技术背景
传统的制冷装置都是以制冷剂为介质，通电后压缩机作用于制冷介质，利用制冷介质的相变吸热而产生制冷效果，且结构复杂，重量大，安装麻烦，在易燃、易爆场所使用存在安全隐患。
在易燃、易爆场所（煤矿、石化、化工等）使用电器产品历来有非常严格的要求，即使使用高成本的防爆电器产品仍然存在安全隐患，经常会因各种问题引发事故;在煤矿的实际生产过程中，部分车间、硐室、局部通风不畅区段的制冷制热问题一直难以解决。采用目前常见的集中制冷、局部制冷、穿着制冷服等降温方法一般都成本较高、使用受条件限制等。
2.技术原理
利用流体力学的基本原理（伯努利方程、雷诺数）及涡流管的制冷制热工作原理对压缩空气的压力、流量、温度等参数进行控制，通过缝隙喷出后形成持续、自然、层流、稳定的冷（热）风，可用于改善局部通风、调节局部（井下硐室、工作间、通风不畅区段等）温度。通过该装置的控制使喷出的风可选择为自然凉风、制冷风和制热风。
3.结构（工作）原理
如图一所示，使用供风气管1将压风管路中的压风引入该装置，截止阀2控制压风的进入;打开截止阀2，压风通过供风气管1穿过控制模块外壳3流入控制模块，控制模块由空气处理单元4、密封层6、导气漏斗7组成;空气处理单元4（图二所示）主要由气动三联件41、三通42、球阀43、涡流管46、换向阀45、单向阀44组成， 该空气处理单元4的作用是对从压风管路中引入的压风的压力、成分、温度等参数进行控制，分离净化后的压风通过密封层6进入空气放大器8，密封层6将空气放大器8和控制模块外壳3密封隔开，使经过密封层的压风通过导气漏斗7能均匀的流入空气放大器而不至于向外部漏气;控制模块4与空气放大器8密封连接，导气漏斗7与空气放大器环形导气通道相对平滑接壤。
图一
1供风气管;2截止阀;3控制模块外壳;4空气处理单元;5气液换热器;6密封层;7导气漏斗;8空气放大器;81沿环缝隙;9环形导气通道;10消音器;11井下水管;12供气管;13排气管
图二
41气动三联件 42三通 43、47截止阀 44单向阀 45换向阀 46涡流管 12供气管 13排气管
如图三所示，空气放大器8是根据伯努利方程进行设计，空气放大器为轴对称环形结构，其剖面结构如图二所示，沿环形内缘开一环形小缝隙空气出口，该沿环缝隙81的大小根据雷诺数进行确定其开度取值范围，压风被导入环形放大器8后，在环形导气气道中流动，通过雷诺数确定的沿环缝隙81进行空气放大并保持为层流;根据伯努利方程，空气经过沿环缝隙81喷出后其压力下降，速度会明显增大;喷出的空气周围气压下降，导致外界空气从空气放大器8圆环内部及外部向喷出气体聚拢并加速，从而导致喷出气体流量明显增大，理论上可以增大15倍以上。
图三
涡流管工作原理：如图四所示，压缩空气进入涡流管以后以很高的速度沿切线方向进入涡流室462，形成自由涡流，经过动能的交换并分离成温度不相同的两部分，中心部分的气流动能降低经孔板463流出，即冷气流461;边缘部分的气流动能增大成为热气流465从另一端经控制阀464流出。根据试验当高压气体的温度为室温时冷气流的温度可达（-50～-10）℃，热气流的温度可达（100～130）℃。控制阀464是用来改变热端管子中气体的压力，因而可调节两部分气流的流量比，从而调节温度变化。
图四
461冷风流 462涡流室 463孔板 464控制阀 465热风流
4.结语
本装置以压缩空气为动力源，本质安全、结构简单、制造成本低、安装方面、适用于多种工况条件，通过空气放大器放大气流提高效能，解决井下局部通风不畅路段、硐室、工作间的制冷、制热及通风问题，改善煤矿职工工作环境，使职工能够更加专注于本职工作，尽可能消除职工的不安全心理及不规范行为，及时消除安全隐患，确保安全生产。
参考文献：
[1]张国刚.编著“微型制冷器”.国防工业出版社，1984.
[2]张一兵.涡流管的理论与实验研究[D].西安交通大学，1993.
[3]姜曙.常温下涡流管能量分离性能的实验研究[D].北京工业大学，2004.