2017-07-25
熱量(BTU/HR)和冷空氣溫度 BTU/hr. vs. Cold Air Temperature
回到1983年，EXAIR 的創始人開始生產渦流管。只使用壓縮空氣，這些小型設備通過Ranque-Hilsch效應產生極冷的空氣。隨著壓縮空氣進入渦流管，它開始旋轉，達到超過1,000,000 rpm。當氣流旋轉到達管的端部時，強制調整氣流百分比來改變方向並減小直徑。這種減小直徑需要能量也減少，氣流以熱的形式進行。剩下的是從管的一端的熱氣流和另一端的冷氣流。
創造渦流管效應的關鍵零件是啟動管內空氣旋轉的裝置。在 EXAIR，我們將這零件作為冷空氣產生器，我們可以根據該組件的尺寸特性顯著影響渦流管的性能。
透過改變冷空氣產生器的一個維度，我們可以增加或減少氣流經過渦流管的空氣的總體積;並且透過改變另一個維度，我們可以”強制”一定百分比的空氣退出渦流管的熱端。這些小的尺寸變化將導致高體積的非常冷的空氣或低體積的INSANELY冷空氣。那麼這怎麼可能呢？
要徹底回答這個問題，我們必須看看冷空氣比率的東西。冷空氣比率是進入渦流管的空氣的百分比，並通過冷空氣端排出。80％的壓縮空氣將引導進入渦流管的80％的冷空氣通過冷空氣端排氣。例如，使用具有80％冷空氣的10SCFM渦流管將產生8SCFM的氣流經渦流管的冷空氣端和2SCFM的氣流流經渦流管的熱空氣端。
調節渦流管的冷空氣就像轉動渦流管的熱端的黃銅閥一樣簡單。黃銅閥打開的越多，冷空氣比率越低。當黃銅閥門打開時，允許更多的空氣通過熱氣流端”逃逸”渦流管，導致從渦流管的冷氣端的較低流量（以及較低溫度的空氣）。這些冷空氣比率確定了進入的壓縮空氣的溫度下降，因此確定了來自渦流管的冷空氣的出口溫度。但是，這種調整是有限制的，基於上述冷空氣產生器的幾何形狀。
在 EXAIR，我們生產多種形式的渦流管的冷空氣發生器，產生不同的冷空氣比率帶寬。我們的“C”型冷空氣產生器更適合生產0-60％之間的冷空氣比率，而我們的“R”型冷空氣產生器更適合產生40-100％之間的冷空氣比率。這些冷空氣比率與氣流量無關，允許具有相同入口壓縮空氣體積的不同出口溫度範圍。（您將注意到40-60％範圍內的冷空氣比率重疊，通常我們的做法是使用“R”型冷空氣發生器低至50％的冷冷空氣比率。）
那麼哪一個更好？
答案取決於製程應用中所需的目標溫度。如果需要絕對最冷的溫度，例如當試圖在小零件上達到更多的低溫的溫度或進行測試時，“C”型冷空氣發生器可能是最佳選擇。但是，如果需要最大的冷卻能力，則“R”型冷空氣發生器將是被證明具有優勢。起初看起來似乎是反直覺的，但是來自“C”型冷空氣發生器的體積較小的極低溫度空氣將比來自“R”型冷空氣發生器的較高體積的低溫空氣產生更少的冷卻效果。
為了說明這個效果，我們來看一下計算渦流管的熱量(BTU / Hr)。這是通過以下步驟完成的：
1.確定渦流管的入口氣流。
2.確定指定冷空氣流量比率。
3.使用冷空氣比率圖表確定輸入的壓縮空氣的溫度下降。
4.從進入的空氣溫度中降溫。
5.確定您正在生產的空氣溫度與製程應用中所需溫度之間的ΔT。
將這些值放入如下所示的製冷公式中。
1.0746 x SCFM中的冷流（步驟2值）×ΔT（°F）（BT值/小時）。
現在，使用上面的過程，我們來比較一個“C”型渦流管和“R”型渦流管，熱量單位BTU / hr。對於本練習，我們將比較3425“C”型渦流管與3225“R”型渦流管，使用供應空氣壓力為100 PSIG，壓縮空氣溫度為70°F。
3425“C”型渦流管的熱量計算
1.確定渦流管的入口氣流。
25 SCFM
2.確定指定冷空氣流量比率。
在0-60％的冷空氣流量比率範圍內，我們將利用40％冷空氣流量比率的值進行比較。這將產生10SCFM的冷空氣流量。
3.使用冷空氣比率圖表確定輸入的壓縮空氣的溫度下降。
4.從進入的空氣溫度中降溫。
供應空氣壓力為100 PSIG和40％冷空氣流量比率，溫度下降為110°F。壓縮空氣溫度為70°F時，其出口溫度為-40°F。
5.確定您正在生產的空氣溫度與製程應用中所需溫度之間的ΔT。使用“C”型冷空氣產生器的製程應用通常會有較低的目標溫度，例如0°F。這將產生40°F的ΔT。
將這些值放入如下所示的製冷公式中。
1.0746 x SCFM中的冷空氣流量（17.5 SCFM）×ΔT（°F）（96°F）= 1,805 BTU / hr。
3225“R”型渦流管的計算
1.確定渦流管的入口氣流。
25 SCFM
2. 確定指定冷空氣流量比率。
在50-100％的冷空氣流量比率範圍內，我們將利用70％冷空氣流量比率的值進行比較。這將產生17.5 SCFM的冷空氣流量。
3. 使用冷空氣比率圖表確定輸入的壓縮空氣的溫度下降。
4.從進入的空氣溫度中降溫。
供應空氣壓力為100 PSIG和70％使用冷空氣比率，溫度下降為71°F。壓縮空氣溫度為70°F時，出口溫度為-1°F。
5.確定您正在生產的空氣溫度與製程應用中所需溫度之間的ΔT。對於使用“R”型冷空氣產生器的大多數應用，我們的目標溫度為95°F。這將產生一個96°F的ΔT。
將這些值放入如下所示的製冷公式中。
1.0746 x SCFM中的冷流（17.5 SCFM）×ΔT（°F）（96°F）= 1,805 BTU / hr。
在這種比較中，我們已經證明，雖然“C”型渦流管將產生較低的溫度氣流，但在製程應用中不會產生更大的冷卻效果。用“R”型冷空氣產生器實現最大的冷卻效能。因此，10個製程應用中有9個使用“R”型的3200系列EXAIR 渦流管。這些裝置產生大體積的極冷的輸出冷空氣氣流以有效去除熱量。“C”型渦流管裝置在除熱方面也是有效的，但通常適用於在實現極低溫度氣流的製程應用。
但是，無論冷空氣產生器的形式如何安裝在渦流管中，冷空氣輸出對於工業應用是有用的。是否需要現場冷卻電子元件，砂輪，銑削和鑽孔設備或激光切割頭，我們有一個渦流管可提供解決方案。如果您想要討論EXAIR 渦流管解決方案，請聯繫我們的應用工程師。我們很樂意提供幫助。
