專利名稱：渦旋式冷熱氣體分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一般性地涉及能量分離裝置，更具體地涉及利用蘭克-赫爾胥 (Ranque-Hilsch)效應(yīng)將氣體分離成冷熱氣流的渦旋式冷熱氣體分離裝置。
背景技術(shù)：
歷史上，蘭克-赫爾胥效應(yīng)的現(xiàn)象首先是在1930年由法國(guó)冶金工程師喬治·蘭克 (Georges Ranque)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，喬治·蘭克在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了旋風(fēng)分離裝置中的渦流冷卻效應(yīng)，即旋風(fēng)分離裝置中氣流的中心溫度和周邊各層的溫度不同，中心具有較低的溫度，而外緣具有較高的溫度。根據(jù)此現(xiàn)象，喬治·蘭克隨后設(shè)計(jì)出了人類歷史上首個(gè)能夠進(jìn)行能量分離的渦流管裝置，并于1931年在法國(guó)申請(qǐng)了專利。1933年，喬治·蘭克在法國(guó)物理學(xué)會(huì)作了關(guān)于渦流管裝置及其渦旋溫度分離效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的專題報(bào)告。該報(bào)告指出，溫度為20°C的壓縮氣體進(jìn)入渦流管后，通過(guò)渦旋溫度分離效應(yīng)，從渦流管中流出的冷氣流的溫度約為一 20°C 一 10°C，而熱氣流的溫度可達(dá)約100°C。當(dāng)時(shí)，由于喬治·蘭克對(duì)溫度分離現(xiàn)象的闡述混淆了流體總溫(滯止溫度)與靜溫的概念，因而遭到了與會(huì)科學(xué)家的質(zhì)疑，會(huì)議上對(duì)渦流管的冷熱氣體分離現(xiàn)象普遍否定，而這最終導(dǎo)致對(duì)渦旋溫度分離效應(yīng)以及相應(yīng)渦流管裝置的進(jìn)一步研究被中斷下來(lái)。1945年，德國(guó)物理學(xué)家魯?shù)婪颉ず諣栺?Rudolph Hilsch)發(fā)表了一篇令世人矚目的有關(guān)渦流管的科學(xué)報(bào)告，其中運(yùn)用了詳細(xì)的資料證實(shí)了渦旋溫度分離效應(yīng)，并就渦流管的裝置設(shè)計(jì)、應(yīng)用、溫度效應(yīng)的定義等提出了一系列的研究成果和有價(jià)值的建議。至此，渦旋溫度分離效應(yīng)才被人們正式接受和確認(rèn)。為紀(jì)念喬治·蘭克和魯?shù)婪颉ず諣栺阍谶@一領(lǐng)域作出的杰出貢獻(xiàn)，人們通常也將這種渦旋溫度分離效應(yīng)稱為蘭克-赫爾胥效應(yīng)。時(shí)至今日，世界上許多國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)和企業(yè)對(duì)蘭克_赫爾胥效應(yīng)及其實(shí)現(xiàn)裝置進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論探索。但是，無(wú)論在基礎(chǔ)理論還是在裝置結(jié)構(gòu)上均進(jìn)展甚微。如圖1所示，傳統(tǒng)的渦流管10主要由噴嘴11、渦流發(fā)生腔12、渦流行進(jìn)管(或稱溫度分離管)13、熱氣流出口 14、冷氣流出口 15以及渦流阻擋回流椎體16構(gòu)成。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的一種主流觀點(diǎn)，工作時(shí)，渦流管10通過(guò)外設(shè)的氣體壓縮機(jī)(圖1中未示出)將壓縮氣體經(jīng)噴嘴11噴入渦流發(fā)生腔12 ；噴入渦流發(fā)生腔12的氣體首先發(fā)生膨脹，然后以很高的速度沿切線方向進(jìn)入渦流行進(jìn)管13，以螺旋狀渦流形式行進(jìn)；行進(jìn)的渦流在到達(dá)熱氣流出口 14之前，受到渦流阻擋回流椎體16的阻擋，一部分氣體將以旋渦直徑相對(duì)較小的內(nèi)芯渦流形式朝相反方向回流，未回流的氣體將經(jīng)由熱氣流出口 14排出，而回流的氣體將經(jīng)由冷氣流出口 15排出。由于氣體在渦流管中出現(xiàn)蘭克-赫爾胥效應(yīng)，因而經(jīng)由熱氣流出口 14排出的外層渦流氣體的溫度要高于冷氣流出口 15排出的內(nèi)芯渦流氣體的溫度。故此，將經(jīng)由熱氣流出口 14排出的氣流稱為熱氣流，將經(jīng)由冷氣流出口 15排出的氣流稱為冷氣流。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可認(rèn)識(shí)到，這里所謂的熱氣流和冷氣流不應(yīng)被限制成要高于或低于某一絕對(duì)的溫度值，而是將兩個(gè)氣流出口中流出的氣體相互比較而言的。也就是說(shuō)，在本領(lǐng)域中，術(shù)語(yǔ)“熱氣流”和“冷氣流”的概念是清楚、確定的。雖然這種渦流管裝置在結(jié)構(gòu)和操作上都非常簡(jiǎn)單，但是在該裝置內(nèi)發(fā)生的蘭克-赫爾胥效應(yīng)的能量交換過(guò)程卻極其復(fù)雜。由于內(nèi)摩擦的結(jié)果，使得傳熱過(guò)程不可逆。 而且科學(xué)界一般認(rèn)為氣體在渦流管裝置內(nèi)進(jìn)行的應(yīng)該是某種復(fù)雜的三維可壓縮湍流流動(dòng)， 因而在蘭克-赫爾胥效應(yīng)的應(yīng)用上，至今不能給出能夠精確預(yù)測(cè)渦流管裝置性能的數(shù)學(xué)模型。在基礎(chǔ)理論上，科學(xué)界對(duì)蘭克-赫爾胥效應(yīng)的解釋也是眾說(shuō)紛紜，一直沒(méi)有一種令人非常滿意的理論解釋，甚至某些理論自身的觀點(diǎn)之間還相互矛盾?？梢哉f(shuō)，對(duì)蘭克-赫爾胥效應(yīng)的理論研究是目前科學(xué)界的一個(gè)重大難題。對(duì)于蘭克-赫爾胥效應(yīng)的冷熱氣體分離原理，業(yè)界目前流行的是一種動(dòng)能轉(zhuǎn)換理論，其說(shuō)法大致如下渦流管裝置中的氣流進(jìn)行著復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，外層渦流氣體向熱氣流出口運(yùn)動(dòng)，內(nèi)芯渦流氣體向冷氣流出口運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)渦流以相同的方向旋轉(zhuǎn)，尤為重要的是這兩個(gè)渦流以同樣的角速度旋轉(zhuǎn)，雖然在兩個(gè)渦流氣體之間從起始端至末端的交界處存在強(qiáng)烈的亂流， 但是從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)渦流可視為一個(gè)整體。內(nèi)芯渦流受制于外層渦流，故內(nèi)芯渦流為被動(dòng)渦，而外層渦流為驅(qū)動(dòng)渦。以浴缸中產(chǎn)生的水旋渦流為例來(lái)形象地說(shuō)明，在排水時(shí)，水向出口芯部運(yùn)動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)速度為了保持角運(yùn)動(dòng)量因而會(huì)增加。由于水旋渦流中的粒子切向線速度與渦流半徑成反比。因此，在水旋渦流中的粒子向出口芯部運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)渦半徑減至一半時(shí)，粒子沿旋渦的切向線速度增加一倍，而維持一定旋轉(zhuǎn)角速度的被動(dòng)渦的粒子沿旋渦的切向線速度則減少一半。驅(qū)動(dòng)渦的粒子與被動(dòng)渦的粒子相比，以快其四倍的線速度流入排污口。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)能量和線速度的平方成正比。在這個(gè)例子中，被動(dòng)渦在流入排污口處的粒子的運(yùn)動(dòng)能量只有驅(qū)動(dòng)渦在流入排污口處的粒子的運(yùn)動(dòng)能量的1/16。流行的傳統(tǒng)理論認(rèn)為，在進(jìn)行冷熱氣體分離的渦流管中，情況和上面的例子類似，被動(dòng)渦氣體和驅(qū)動(dòng)渦氣體的運(yùn)動(dòng)能量之差(合計(jì)為可以利用的運(yùn)動(dòng)能量的15/16)向何處去了呢？這種傳統(tǒng)理論認(rèn)為這正是探討蘭克-赫爾胥效應(yīng)中冷熱氣體分離原理的關(guān)鍵所在，即，運(yùn)動(dòng)能量之差將以熱量的方式從位于內(nèi)芯的被動(dòng)渦傳遞到了位于外層的驅(qū)動(dòng)渦中。這樣，被動(dòng)渦氣體就變成了冷氣流，而驅(qū)動(dòng)渦氣體則變成了熱氣流！它們的能量關(guān)系符合熱量守恒定律和能量守恒定律。顯然，上述理論并沒(méi)有從流體溫度的微觀本質(zhì)上直接回答問(wèn)題，而只是給出了一個(gè)在熱量守恒定律和能量守恒定律這種宏觀層面上的籠統(tǒng)解釋。由于對(duì)蘭克-赫爾胥效應(yīng)微觀本質(zhì)認(rèn)識(shí)上的不深入，也導(dǎo)致了長(zhǎng)期以來(lái)利用蘭克_赫爾胥效應(yīng)實(shí)現(xiàn)冷熱氣體分離的裝置都僅僅局限于如前所述的渦流管基本結(jié)構(gòu)。而且，人們并不清楚該結(jié)構(gòu)中何種幾何尺寸關(guān)系能夠獲得最大的冷熱氣流溫差，即不清楚何種幾何尺寸關(guān)系能夠獲得最佳的冷熱氣體分離效果。然而，即使對(duì)于傳統(tǒng)的渦流管基本結(jié)構(gòu)而言，設(shè)計(jì)變量也高達(dá)至少15個(gè)以上， 并且這些變量每個(gè)均有無(wú)窮多的選擇。由于每個(gè)變量以及各個(gè)變量之間的關(guān)系對(duì)于渦流管效果的影響基本上都是未知或不確定的，故渦流管裝置的基本結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直改進(jìn)不大。特別地，傳統(tǒng)的渦流管裝置都要求使用壓力很大的壓縮氣體，并且要求將壓縮氣體噴入渦流發(fā)生腔12使其發(fā)生高速膨脹，繼而使高速膨脹的氣體進(jìn)入直徑較小的渦流行進(jìn)管13中產(chǎn)生高速渦流，并最終利用蘭克-赫爾胥效應(yīng)實(shí)現(xiàn)冷熱氣體分離。在現(xiàn)有的不夠清晰的理論指導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員普遍認(rèn)為在渦流管裝置中，渦流行進(jìn)管13的內(nèi)直徑不宜過(guò)大，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員普遍認(rèn)為，為了獲得冷熱氣流的最大溫差，渦流行進(jìn)管13的長(zhǎng)度與內(nèi)直徑之比(該比值通常也被簡(jiǎn)稱為渦流管的長(zhǎng)徑比)應(yīng)該較大，并且還進(jìn)一步認(rèn)為該長(zhǎng)徑比優(yōu)選要大于10，甚至大于45。也就是說(shuō)，在本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)下，技術(shù)人員普遍認(rèn)為在能夠產(chǎn)生渦流和實(shí)現(xiàn)內(nèi)芯渦流回流的條件下，渦流行進(jìn)管13的長(zhǎng)度優(yōu)選應(yīng)該較長(zhǎng)，而渦流行進(jìn)管13的內(nèi)直徑優(yōu)選應(yīng)該較小。此外，現(xiàn)有技術(shù)的渦流管一般都需要使用氣體壓縮機(jī)或類似裝置來(lái)提供壓縮氣體。這種渦流管，其總成設(shè)備較大，輸出較小，應(yīng)用領(lǐng)域存在較大局限。典型地，市售渦流管的細(xì)小直徑一般為30 mm左右，長(zhǎng)度為300 mm左右，內(nèi)部容積很小。工作時(shí)，壓縮氣體以接近音速的速度(例如1/3馬赫 7/8之間的速度)噴入渦流管內(nèi)，廠商標(biāo)稱這樣的渦流管可以分離出低達(dá)-60°C的超低溫冷氣流。但是，這樣的渦流管裝置由于需要使用大量的壓縮氣體，因此工作時(shí)噪音刺耳，能耗極高。進(jìn)一步研究可以發(fā)現(xiàn)，由于這種渦流管內(nèi)部容積很小， 當(dāng)過(guò)量氣體進(jìn)入渦流管內(nèi)時(shí)，從噴嘴噴出的壓縮氣體會(huì)出現(xiàn)激劇的失壓膨脹降溫現(xiàn)象。這種失壓膨脹降溫現(xiàn)象在物理學(xué)上被稱為焦耳·湯姆遜(Joule Thomson)冷卻過(guò)程，其與蘭克-赫爾胥效應(yīng)并無(wú)必然的直接關(guān)系，但是事實(shí)上卻成為這類裝置獲得冷氣流的一個(gè)主要原因。本申請(qǐng)的發(fā)明人現(xiàn)已創(chuàng)造性地認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)有理論上的未知直接導(dǎo)致了現(xiàn)有用于冷熱氣體分離的渦流管普遍存在以下缺陷1.需要使用氣體壓縮機(jī)或類似裝置來(lái)提供壓力很大的壓縮氣體，壓縮氣體的急劇膨脹本身就會(huì)降溫，噪音大，效率低；2.需要設(shè)置較大的供壓縮氣體膨脹的渦流發(fā)生腔，其中只有部分氣體能夠沿切線方向進(jìn)入渦流行進(jìn)管形成渦流，效率較低；3.渦流管直徑太細(xì)，旋渦氣盤(pán)太小，冷熱氣體分離過(guò)程的時(shí)間太短，冷熱氣體分離功能不能充分發(fā)揮；4.渦流阻擋回流椎體會(huì)在渦流行進(jìn)管尾部產(chǎn)生大量無(wú)益紊流，降低裝置效率；5.現(xiàn)有的渦流管裝置結(jié)構(gòu)不適于制造大型的渦旋式冷熱氣體分離裝置，例如大風(fēng)量低風(fēng)速的大口徑(如直徑數(shù)百毫米以上)的渦旋式冷熱氣體分離裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本申請(qǐng)的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，只有進(jìn)一步探究蘭克-赫爾胥效應(yīng)中冷熱氣流為何能得以成功分離的機(jī)理，才可能突破目前現(xiàn)有技術(shù)的較盲目狀態(tài)甚至某些思想桎梏，構(gòu)想到具有全新結(jié)構(gòu)的利用蘭克-赫爾胥效應(yīng)實(shí)現(xiàn)冷熱氣體分離的裝置。1845年，英國(guó)物理學(xué)家焦耳(J. P. Joule)完成了著名的研究氣體內(nèi)能的焦耳自由膨脹實(shí)驗(yàn)，提出了“通過(guò)改變可壓縮流體的壓力就能夠使其溫度發(fā)生變化”的原理。本申請(qǐng)的發(fā)明人認(rèn)為，根據(jù)這一原理來(lái)認(rèn)識(shí)蘭克-赫爾胥效應(yīng)的本質(zhì)也許對(duì)技術(shù)人員更有幫助。當(dāng)理想渦流氣體圓盤(pán)(可簡(jiǎn)稱氣盤(pán))被約束在圓筒壁內(nèi)的空間中時(shí)，其直徑便不能因離心力而無(wú)限擴(kuò)張，故氣體粒子群將沿圓筒內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將在這一受限空間內(nèi)形成增大的氣體壓力。這樣就會(huì)使得渦流外層氣體的溫度隨壓力的升高而升高，渦流內(nèi)芯氣體的溫度隨壓力的降低而降低。[0020]由上述對(duì)旋渦冷熱氣體分離的認(rèn)識(shí)可知，只要將氣體的流動(dòng)變成高速旋轉(zhuǎn)的渦旋氣流，通過(guò)旋渦冷熱分離效應(yīng)就有望從其中心部分離出冷氣流，從其外圍部分離出熱氣流。此外，本申請(qǐng)的發(fā)明人對(duì)于一個(gè)在空間自由旋轉(zhuǎn)的氣盤(pán)還認(rèn)識(shí)到兩個(gè)問(wèn)題，第一， 離心力或者說(shuō)旋轉(zhuǎn)速度并不需要很大，只要經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間，氣盤(pán)粒子在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后受到離心力影響而增大的瞬時(shí)速度就可以對(duì)氣體壓力產(chǎn)生足夠的影響，從而對(duì)氣體溫度產(chǎn)生足夠的影響；第二，旋轉(zhuǎn)的圓周切向線速度并不需要很大，只要旋渦氣盤(pán)粒子旋轉(zhuǎn)的軌道直徑足夠小，也會(huì)發(fā)生能對(duì)氣體壓力產(chǎn)生足夠影響的離心力，從而對(duì)氣體溫度產(chǎn)生足夠的影響。綜合考慮各種理論以及本申請(qǐng)發(fā)明人的創(chuàng)造性認(rèn)識(shí)，本申請(qǐng)的發(fā)明人認(rèn)為1.有可能通過(guò)延長(zhǎng)渦流旋轉(zhuǎn)的時(shí)間來(lái)增強(qiáng)冷熱氣體分離的效果；2.有可能通過(guò)增大渦流旋轉(zhuǎn)的直徑來(lái)增強(qiáng)冷熱氣體分離的效果；3.有可能通過(guò)在同樣的旋轉(zhuǎn)圓周切向線速度下收縮渦流旋轉(zhuǎn)的直徑來(lái)增強(qiáng)冷熱氣體分離的效果。此外，本申請(qǐng)的發(fā)明人充分認(rèn)識(shí)到，在使用渦旋式冷熱氣體分離裝置時(shí)，日常生活中人們?cè)诤芏嗲闆r下希望能夠?qū)⑵渥鳛楦淖儹h(huán)境溫度的冷風(fēng)發(fā)生裝置使用，此時(shí)希望得到的是溫度并不太低的(例如讓人體感覺(jué)比較舒適的大約20°C 30°C的溫度)、風(fēng)量較大、流速較低的氣體，并且當(dāng)然還希望這種渦旋式冷熱氣體分離裝置的構(gòu)造簡(jiǎn)單，噪音小，無(wú)需使用壓縮氣體。這就對(duì)利用蘭克_赫爾胥效應(yīng)的渦旋式冷熱氣體分離裝置構(gòu)造提出了新的要求，特別是在大風(fēng)量低風(fēng)速的大口徑(如直徑達(dá)數(shù)百毫米以上)渦旋式冷熱氣體分離裝置的設(shè)計(jì)制造上。本實(shí)用新型的一個(gè)目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺陷，提供至少一種具有新型結(jié)構(gòu)的渦旋式冷熱氣體分離裝置。本實(shí)用新型的一個(gè)進(jìn)一步的目的旨在提供風(fēng)量較大、流速較低且輸出氣流的口徑能夠被制造得較大的渦旋式冷熱氣體分離裝置。本實(shí)用新型的又一個(gè)進(jìn)一步的目的旨在使本實(shí)用新型的上述渦旋式冷熱氣體分離裝置的構(gòu)造簡(jiǎn)單、噪音小和/或能效比高。第一方面，本實(shí)用新型提供了一種渦旋式冷熱氣體分離裝置，包括具有圓筒形內(nèi)壁表面的機(jī)體，所述圓筒形內(nèi)壁表面限定了圓筒形內(nèi)腔，所述圓筒形內(nèi)腔沿其軸線方向具有第一端以及與所述第一端相對(duì)的第二端；進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置，其在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處附接到所述機(jī)體，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置被設(shè)置成將外部氣體吸入所述圓筒形內(nèi)腔中并攪動(dòng)形成沿所述圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)且朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端行進(jìn)的第一渦流；熱氣流排出口，其被設(shè)置成位于或鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的邊緣處，從而使得行進(jìn)到所述熱氣流排出口的第一渦流的一部分氣體經(jīng)所述熱氣流排出口排出到所述圓筒形內(nèi)腔之外；渦流回流裝置，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處，以將第一渦流的未被排出所述熱氣流排出口的剩余氣體回流成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端行進(jìn)的第二渦流；冷氣流排出口，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的徑向中心處或者被設(shè)置成鄰近并圍繞所述徑向中心，從所述熱氣流排出口中排出的氣體的溫度高于從所述冷氣流排出口中排出的氣體的溫度。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括多個(gè)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片，每個(gè)所述進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片本身包括被制成一體的進(jìn)氣部分和攪動(dòng)部分，所述進(jìn)氣部分被設(shè)置成適于將外部氣體吸入所述圓筒形內(nèi)腔中，從而由所述攪動(dòng)部分將吸入所述圓筒形內(nèi)腔中氣體攪動(dòng)形成第
一渦流。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括環(huán)形件；位于所述環(huán)形件徑向內(nèi)側(cè)的中心轂套；以及連接所述環(huán)形件和所述中心轂套的多個(gè)肋板；其中所述環(huán)形件和所述中心轂套具有與所述圓筒形內(nèi)腔相同的中心軸線，所述中心轂套與所述環(huán)形件的環(huán)形內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成了鄰近并圍繞所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的徑向中心的所述冷氣流排出口，且所述多個(gè)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片均設(shè)置在所述環(huán)形件的外圓周壁上。優(yōu)選地，每個(gè)所述肋板被設(shè)置成排氣葉片的形式，以在所述冷氣流排出口處形成負(fù)壓，從而便于第二渦流中的氣體從所述冷氣流排出口中排出。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置還包括設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔之外的原動(dòng)機(jī)； 和風(fēng)扇主軸，所述風(fēng)扇主軸的一端連接于所述中心轂套，另一端連接于所述原動(dòng)機(jī)的輸出軸，從而使得所述原動(dòng)機(jī)通過(guò)所述風(fēng)扇主軸驅(qū)動(dòng)所述中心轂套轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)所述肋板、所述環(huán)形件以及所述進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述原動(dòng)機(jī)沿所述圓筒形內(nèi)腔的中心軸線設(shè)置在所述渦流回流裝置的外側(cè)，所述渦流回流裝置的中心處具有通孔，以供所述原動(dòng)機(jī)的輸出軸或所述風(fēng)扇主軸從中穿過(guò)。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括分離的進(jìn)氣扇和攪動(dòng)扇，其中所述進(jìn)氣扇包括多個(gè)進(jìn)氣葉片，所述進(jìn)氣葉片被設(shè)置成適于將外部氣體吸入所述圓筒形內(nèi)腔中，所述攪動(dòng)扇包括多個(gè)攪動(dòng)葉片，所述攪動(dòng)葉片被設(shè)置成適于攪動(dòng)吸入所述圓筒形內(nèi)腔中的氣體以形成第一渦流。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括分離的進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪和攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪，其中所述進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪連接到所述進(jìn)氣扇，以驅(qū)動(dòng)所述進(jìn)氣扇的進(jìn)氣葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，所述攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪連接到所述攪動(dòng)扇，以驅(qū)動(dòng)所述攪動(dòng)扇的攪動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，而且所述進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪和所述攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪分別通過(guò)各自的傳動(dòng)皮帶或鏈條連接到各自的設(shè)置在所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體之外的原動(dòng)機(jī)。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪和所述攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪分別通過(guò)各自的滾動(dòng)軸承設(shè)置在中心管座上；所述中心管座通過(guò)輻板支架固定于所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體；而且所述中心管座的環(huán)形內(nèi)壁表面限定出的中心通道構(gòu)成了位于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的徑向中心處的所述冷氣流排出口。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置被設(shè)置成使得其攪動(dòng)部分或攪動(dòng)葉片的外緣的線速度在1/8馬赫以上。優(yōu)選地，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置還包括進(jìn)出氣分隔罩，所述進(jìn)出氣分隔罩具有導(dǎo)流通道，所述導(dǎo)流通道的一端設(shè)置成鄰近或鄰接所述冷氣流排出口，以接收從所述冷氣流排出口中排出的冷氣流，將其導(dǎo)離所述渦旋式冷熱氣體分離裝置。第二方面，本實(shí)用新型提供了一種渦旋式冷熱氣體分離裝置，包括具有圓筒形內(nèi)壁表面的機(jī)體，所述圓筒形內(nèi)壁表面限定了圓筒形內(nèi)腔，所述圓筒形內(nèi)腔沿其軸線方向具有第一端以及與所述第一端相對(duì)的第二端；設(shè)置在所述機(jī)體外的風(fēng)機(jī)；進(jìn)氣口，其設(shè)置在所述機(jī)體上且鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第一端，所述風(fēng)機(jī)的導(dǎo)風(fēng)管連接到所述進(jìn)氣口，而且所述進(jìn)氣口被設(shè)置成將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流基本上沿所述圓筒形內(nèi)腔的圓周的切線方向噴入所述圓筒形內(nèi)腔中，形成沿所述圓筒形的內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)且朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端行進(jìn)的第一渦流；熱氣流排出口，其被設(shè)置成位于或鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的邊緣處，從而使得行進(jìn)到所述熱氣流排出口的第一渦流的一部分氣體經(jīng)所述熱氣流排出口排出到所述圓筒形內(nèi)腔外；渦流回流裝置，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處，以將第一渦流的未被排出所述熱氣流排出口的剩余氣體回流成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端行進(jìn)的第二渦流；具有冷氣流排出通道的冷氣流排出中心管座，其設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處并沿所述圓筒形內(nèi)腔的中心軸線軸向延伸到所述圓筒形內(nèi)腔中，所述冷氣流排出通道接收第二渦流使其與第一渦流隔離，并將第二渦流的氣體排出到所述渦旋式冷熱氣體分離裝置外，從所述熱氣流排出口中排出的氣體的溫度高于從所述冷氣流排出通道中排出的氣體的溫度。優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型第二方面的所述渦旋式冷熱氣體分離裝置還包括具有中央通孔的管座固定法蘭，所述冷氣流排出中心管座穿過(guò)所述管座固定法蘭的中央通孔并通過(guò)所述管座固定法蘭固定到所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體上。優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型第二方面的所述渦旋式冷熱氣體分離裝置還包括旋風(fēng)軸套，所述旋風(fēng)軸套設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔中所述冷氣流排出中心管座的周圍，而且具有朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的方向漸縮的截錐形部分，以對(duì)第一渦流的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行導(dǎo)引，減少第一渦流的紊流損失。優(yōu)選地，所述旋風(fēng)軸套的截錐形部分的最大直徑處延伸有一段圓筒形部分，所述圓筒形部分與所述截錐形部分的交界圓周在所述圓筒形內(nèi)腔的軸線方向上相對(duì)于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的距離大于或等于所述進(jìn)氣口的周界相對(duì)于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的最大距離，所述交界圓周的半徑被設(shè)置成使得所述進(jìn)氣口的最低點(diǎn)的延長(zhǎng)線與所述交界圓周基本上相切。優(yōu)選地，所述旋風(fēng)軸套的圓筒形部分的末端套接固定在所述管座固定法蘭的朝所述圓筒形內(nèi)腔中凸出的環(huán)形臺(tái)階上，所述環(huán)形臺(tái)階的中央環(huán)孔構(gòu)成了所述管座固定法蘭的中央通孔的一部分。優(yōu)選地，所述旋風(fēng)軸套與所述冷氣流排出中心管座之間設(shè)置有隔熱材料，以對(duì)所述冷氣流排出中心管座的中央通孔中的第二渦流與所述旋風(fēng)軸套徑向外側(cè)的第一渦流進(jìn)行熱隔離。優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型第二方面的所述渦旋式冷熱氣體分離裝置還包括軸向式整流裝置，其固定在所述冷氣流排出中心管座的延伸入所述圓筒形內(nèi)腔的末端部分上，以對(duì)經(jīng)過(guò)所述軸向式整流裝置的第一渦流進(jìn)行整流，從而減少第一渦流的紊流損失，并且使得整流后的第一渦流相比于整流前的第一渦流在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻。優(yōu)選地，所述軸向式整流裝置被構(gòu)造成盤(pán)旋碟狀構(gòu)件，所述盤(pán)旋碟狀構(gòu)件具有中央環(huán)狀件，所述中央環(huán)狀件的外圓周表面上固定有垂直于該外圓周表面徑向向外延伸出的沿圓周方向均勻分布的多個(gè)扇形導(dǎo)流片，其中所述多個(gè)扇形導(dǎo)流片被設(shè)置成使得相鄰的兩個(gè)所述扇形導(dǎo)流片之間形成允許氣流通過(guò)的楔形間隙。優(yōu)選地，每個(gè)所述扇形導(dǎo)流片尺寸和形狀皆相同；每個(gè)所述扇形導(dǎo)流片的扇形角皆為40° 80°之間；相鄰兩個(gè)所述扇形導(dǎo)流片在軸向投影上的重疊部分的面積為每個(gè)所述扇形導(dǎo)流片的面積的1/3 2/3之間；各個(gè)所述楔形間隙的尖部的楔形角以及最窄處的間距被設(shè)置成有利于減少第一渦流的紊流損失，并且使得整流后的第一渦流相比于整流前的第一渦流在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻。優(yōu)選地，每個(gè)所述扇形導(dǎo)流片為平板式導(dǎo)流片或具有曲線截面的導(dǎo)流片。優(yōu)選地，所述風(fēng)機(jī)是高速風(fēng)機(jī)，其穩(wěn)定輸出氣流的速度能夠達(dá)到1/8馬赫以上。第三方面，本實(shí)用新型提供了一種渦旋式冷熱氣體分離裝置，包括具有圓筒形內(nèi)壁表面的機(jī)體，所述圓筒形內(nèi)壁表面限定了圓筒形內(nèi)腔，所述圓筒形內(nèi)腔沿其軸線方向具有第一端以及與所述第一端相對(duì)的第二端；設(shè)置在所述機(jī)體外的風(fēng)機(jī)；具有進(jìn)氣口的端部進(jìn)氣整流罩，其在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處固定到所述機(jī)體，所述風(fēng)機(jī)的導(dǎo)風(fēng)管連接到所述進(jìn)氣口以將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流噴入到所述端部進(jìn)氣整流罩中，所述端部進(jìn)氣整流罩被設(shè)置成將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流形成初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流并將其整流成沿所述圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)且朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端行進(jìn)的第一渦流；熱氣流排出口，其被設(shè)置成位于或鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的邊緣處，從而使得行進(jìn)到所述熱氣流排出口的第一渦流的一部分氣體經(jīng)所述熱氣流排出口排出到所述圓筒形內(nèi)腔外；渦流回流裝置，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處，以將第一渦流的未被排出所述熱氣流排出口的剩余氣體回流成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端行進(jìn)的第二渦流；具有冷氣流排出通道的冷氣流排出中心管座，其設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處并沿所述圓筒形內(nèi)腔的中心軸線軸向向內(nèi)延伸到所述圓筒形內(nèi)腔中、軸向向外延伸到所述端部進(jìn)氣整流罩外，所述冷氣流排出通道接收第二渦流使其與第一渦流隔離，并將第二渦流的氣體排出到所述渦旋式冷熱氣體分離裝置外，從所述熱氣流排出口中排出的氣體的溫度高于從所述冷氣流排出通道中排出的氣體的溫度。優(yōu)選地，所述端部進(jìn)氣整流罩包括環(huán)形殼壁，其內(nèi)限定有相比于所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體的圓筒形內(nèi)腔直徑更大的空腔，所述空腔具有與所述圓筒形內(nèi)腔相同的中心軸線且與所述圓筒形內(nèi)腔直接連通，所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述環(huán)形殼壁上，而且所述進(jìn)氣口被設(shè)置成將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流基本上沿所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔的圓周的切線方向噴入所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔中，形成初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流；以及徑向整流裝置，其設(shè)置在所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔中且與所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔具有相同的中心軸線，所述徑向整流裝置被設(shè)置成接收初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流并將其整流成第一渦流。優(yōu)選地，所述端部進(jìn)氣整流罩還包括具有中央通孔的管座固定法蘭，所述冷氣流排出中心管座穿過(guò)所述管座固定法蘭的中央通孔并通過(guò)所述管座固定法蘭固定到所述端部進(jìn)氣整流罩的環(huán)形殼壁的外側(cè)端，而且所述徑向整流裝置固定在所述管座固定法蘭的內(nèi)側(cè)表面上。優(yōu)選地，所述端部進(jìn)氣整流罩還包括端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭，所述端部進(jìn)氣整流罩的環(huán)形殼壁的內(nèi)側(cè)端固定到所述端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭的外緣部，所述端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭的環(huán)形臺(tái)階在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處固定到所述機(jī)體的外圓周壁上。優(yōu)選地，所述徑向整流裝置具有基板，在所述基板的一個(gè)側(cè)表面上固定有垂直于所述側(cè)表面且沿圓周方向均勻分布的多個(gè)曲線形導(dǎo)流片，所述曲線形導(dǎo)流片被設(shè)置成將所述初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流整流成旋轉(zhuǎn)直徑縮小的第一渦流，并且使得第一渦流相比于所述初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流不但流速更快，而且紊流損失更小，在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻。優(yōu)選地，所述徑向整流裝置的相鄰兩個(gè)曲線形導(dǎo)流片之間形成允許氣流通過(guò)的漸縮的楔形間隙，所述楔形間隙的尖部最窄處被設(shè)置成能夠基本上沿所述圓筒形內(nèi)腔的圓周的切線方向噴出經(jīng)整流的氣體，形成第一渦流。優(yōu)選地，所述徑向整流裝置的每個(gè)曲線形導(dǎo)流片被設(shè)置成在垂直于所述基板的軸向方向上具有彼此相同的軸向?qū)挾?，所述軸向?qū)挾然旧系扔谒龆瞬窟M(jìn)氣整流罩的空腔的軸向長(zhǎng)度。優(yōu)選地，所述徑向整流裝置的所述多個(gè)曲線形導(dǎo)流片的軸向?qū)挾壬系牡确制矫媾c所述進(jìn)氣口的中心軸線處于同一平面上；和/或所述進(jìn)氣口的最低點(diǎn)的延長(zhǎng)線與所述多個(gè)曲線形導(dǎo)流片的外緣的外包絡(luò)圓周線基本上相切；和/或所述多個(gè)曲線形導(dǎo)流片的內(nèi)緣的內(nèi)包絡(luò)圓周線與所述圓筒形內(nèi)腔同中心，且直徑等于或小于所述圓筒形內(nèi)腔的直徑。優(yōu)選地，所述徑向整流裝置的每個(gè)曲線形導(dǎo)流片的沿導(dǎo)流方向的截面形狀由內(nèi)表面曲線、外表面曲線以及端部連接過(guò)渡線圍合而成，其中所述內(nèi)表面曲線由一段橢圓曲線區(qū)段、一段維托辛斯基曲線區(qū)段以及位于氣流出口處的一段直線區(qū)段平滑連接而成，所述外表面曲線由一段圓弧曲線區(qū)段和接近氣流出口處的一段直線區(qū)段平滑連接而成。優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型第三方面的所述渦旋式冷熱氣體分離裝置還包括具有中央通孔的管座固定法蘭，所述冷氣流排出中心管座穿過(guò)所述管座固定法蘭的中央通孔并通過(guò)所述管座固定法蘭固定到所述端部進(jìn)氣整流罩的環(huán)形殼壁的外側(cè)端；所述徑向整流裝置通過(guò)所述基板固定在所述管座固定法蘭的內(nèi)側(cè)表面上的環(huán)形凹陷部中，所述環(huán)形凹陷部的凹陷深度基本上等于所述基板的厚度。優(yōu)選地，所述風(fēng)機(jī)是高速風(fēng)機(jī)，其穩(wěn)定輸出氣流的速度能夠達(dá)到1/8馬赫以上。第四方面，本實(shí)用新型提供了一種渦旋式冷熱氣體分離裝置，其包括機(jī)體、熱氣流排出口、渦流回流裝置和冷氣流排出口，其中所述渦流回流裝置被設(shè)置成具有內(nèi)凹曲面形狀的氣流聚焦反射面，而且所述熱氣流排出口設(shè)置在所述渦流回流裝置中所述氣流聚焦反射面的徑向外側(cè)，從而使得經(jīng)過(guò)所述熱氣流排出口的第一渦流的未被排出的剩余氣體沿所述氣流聚焦反射面行進(jìn)時(shí)，氣旋半徑逐漸收縮，旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，加強(qiáng)了離心力，并被第一渦流的氣旋內(nèi)芯負(fù)壓吸引，從而形成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端回流的第二渦流。優(yōu)選地，所述氣流聚焦反射面為內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹橢圓球面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面。優(yōu)選地，在所述氣流聚焦反射面的外側(cè)設(shè)置有隔熱層，以避免所述氣流聚焦反射面處的氣流溫度受外界影響。優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型第四方面的所述渦旋式冷熱氣體分離裝置還包括將外部氣體輸入所述機(jī)體內(nèi)的圓筒形空腔內(nèi)形成第一渦流的進(jìn)氣裝置。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，所述渦流回流裝置被設(shè)置成具有內(nèi)凹曲面形狀的氣流聚焦反射面，而且所述熱氣流排出口設(shè)置在所述渦流回流裝置中所述氣流聚焦反射面的徑向外側(cè)，從而使得經(jīng)過(guò)所述熱氣流排出口的第一渦流的未被排出的剩余氣體沿所述氣流聚焦反射面行進(jìn)時(shí)，氣旋半徑逐漸收縮，旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，加強(qiáng)了離心力，并被第一渦流的氣旋內(nèi)芯負(fù)壓吸引，從而形成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端回流的第二渦流。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，所述氣流聚焦反射面為內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹橢圓球面形狀的氣流聚焦反射面， 或內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，在所述氣流聚焦反射面的外側(cè)設(shè)置有隔熱層，以避免所述氣流聚焦反射面處的氣流溫度受外界影響。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，所述渦流回流裝置在所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處被可拆卸地安裝于所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體；所述熱氣流排出口由所述渦流回流裝置的朝向所述圓筒形內(nèi)腔的側(cè)面上的一圈環(huán)形凹槽構(gòu)成；而且所述環(huán)形凹槽的徑向外壁上具有至少一個(gè)通向外部的開(kāi)口。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，所述環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)置有控制熱氣流排出量的內(nèi)閥門(mén)環(huán)，所述內(nèi)閥門(mén)環(huán)的外周具有朝所述圓筒形內(nèi)腔的方向漸縮的截錐形表面，所述內(nèi)閥門(mén)環(huán)的截錐形表面與所述機(jī)體的端面邊緣上伸入所述環(huán)形凹槽內(nèi)的相應(yīng)截錐形表面共同限定了所述熱氣流排出口的開(kāi)度，從而使得能夠通過(guò)調(diào)節(jié)所述內(nèi)閥門(mén)環(huán)在所述環(huán)形凹槽內(nèi)所處的軸向位置來(lái)調(diào)節(jié)熱氣流排氣量。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，所述渦流回流裝置在所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處固接于所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體，或者， 所述渦流回流裝置是所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體在所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處繼續(xù)延伸出的整體式部分。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，所述熱氣流排出口由所述渦流回流裝置上的至少一個(gè)開(kāi)口構(gòu)成。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，所述渦旋式冷熱氣體分離裝置還包括用于調(diào)節(jié)熱氣流排氣量的閥片裝置，所述閥片裝置包括手輪、桿體、固定于所述渦流回流裝置的外側(cè)的螺孔座、以及具有至少一個(gè)閥爪的閥爪構(gòu)件，其中所述桿體在靠近其一端的區(qū)段上形成為螺桿段，所述螺桿段的一部分可操作地旋入固定于所述螺孔座中，而所述桿體的另一端固定到所述手輪上；所述閥爪構(gòu)件的一端連接到所述手輪或所述桿體，使得所述閥爪構(gòu)件可隨所述手輪和所述桿體一起軸向運(yùn)動(dòng)，但不隨所述手輪和所述桿體轉(zhuǎn)動(dòng)；每個(gè)所述閥爪的末端設(shè)置有閥片，所述閥片與所述渦流回流裝置上的所述至少一個(gè)開(kāi)口的間距限定了所述熱氣流排出口的開(kāi)度，從而使得能夠通過(guò)所述閥片裝置來(lái)調(diào)節(jié)熱氣流排氣量。在根據(jù)本實(shí)用新型各個(gè)方面的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，優(yōu)選地，在所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體外設(shè)置有散熱或冷卻裝置，以冷卻機(jī)體壁，從而通過(guò)所述機(jī)體壁的熱傳導(dǎo)來(lái)冷卻沿所述機(jī)體的圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)的熱氣流；或者在所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體外設(shè)置有隔熱裝置，以減少機(jī)體壁向周圍環(huán)境的熱散失，從而減少沿所述機(jī)體的圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)的熱氣流向周圍環(huán)境的熱散失；或者在所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體外設(shè)置有隔熱冷卻復(fù)用裝置，其能夠被可操作設(shè)置成用來(lái)冷卻機(jī)體壁，從而通過(guò)所述機(jī)體壁的熱傳導(dǎo)來(lái)冷卻沿所述機(jī)體的圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)的熱氣流，或用來(lái)減少機(jī)體壁向周圍環(huán)境的熱散失，從而減少沿所述機(jī)體的圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)的熱氣流向周圍環(huán)境的熱散失。[0076]根據(jù)下文對(duì)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本實(shí)用新型的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

后文將會(huì)參照附圖并以示例性而非限制性的方式對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分，而且這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的利用蘭克_赫爾胥效應(yīng)進(jìn)行冷熱氣體分離的渦流管的示意圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性側(cè)視圖；圖3是沿圖2中的剖切線A — A獲取的根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖；圖4和圖5分別是從不同視角觀察的圖2渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性分解透視圖；圖6是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的一個(gè)變型的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖，其中示出了該渦旋式冷熱氣體分離裝置內(nèi)的氣體流動(dòng)過(guò)程，而且該渦旋式冷熱氣體分離裝置的氣流聚焦反射面為內(nèi)凹圓球面形狀；圖7是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的另一個(gè)變型的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖，其中該渦旋式冷熱氣體分離裝置的氣流聚焦反射面為內(nèi)凹橢圓球面形狀；圖8是根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖；圖9是沿圖8中的箭頭B所示方向觀察的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性端視圖，其中還示出了設(shè)置在渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體外的兩個(gè)獨(dú)立的原動(dòng)機(jī)；圖10是圖8渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性局部剖視圖，其中示出了該渦旋式冷熱氣體分離裝置的熱氣流排出口以及渦流回流裝置附近的氣體流動(dòng)路徑；圖11是沿圖8中的箭頭C所示方向觀察的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性端視圖；圖12是根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖；圖13是圖12渦旋式冷熱氣體分離裝置的渦流形成過(guò)程示意圖；圖14是圖12渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖，其中示出了該渦旋式冷熱氣體分離裝置內(nèi)的氣體流動(dòng)過(guò)程，而且為清楚起見(jiàn)，該圖中省略了旋風(fēng)軸套內(nèi)優(yōu)選隔熱材料的剖面線；圖15是根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的一個(gè)變型的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性局部剖視圖，其中該渦旋式冷熱氣體分離裝置增設(shè)了一個(gè)軸向式整流裝置，而且該圖中還示出了設(shè)置在渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體外的風(fēng)機(jī)；圖16是圖15渦旋式冷熱氣體分離裝置所用的軸向式整流裝置的示意性透視圖；圖17是圖15渦旋式冷熱氣體分離裝置所用的軸向式整流裝置的示意性側(cè)視圖；圖18是圖15渦旋式冷熱氣體分離裝置所用的軸向式整流裝置的示意性端視圖；圖19是圖15渦旋式冷熱氣體分離裝置所用的軸向式整流裝置的示意性1/2周長(zhǎng)平面展開(kāi)圖；[0096]圖20是根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖；圖21是圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置所用的徑向式整流裝置的示意性透視圖；圖22是圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置的渦流形成以及徑向整流過(guò)程示意圖；圖23是圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置所用的徑向式整流裝置的示意性平面圖；圖M是圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置可用的另一種徑向式整流裝置的示意性平面圖；圖25是圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性分解透視圖；圖沈是組裝完成的圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性透視圖；圖27是根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的一個(gè)變型的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖，其中的氣流聚焦反射面為內(nèi)凹圓球面形狀；圖觀是類似于圖27的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖，但其中的氣流聚焦反射面為內(nèi)凹橢圓球面形狀；圖四是類似于圖27的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性剖視圖，但其中的氣流聚焦反射面為內(nèi)凹拋物面形狀；圖30是圖27 - 29的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性部分分解透視圖(由于氣流聚焦反射面在圖30中不可見(jiàn)，故可僅用該圖來(lái)表示圖27 - 29中類似的渦旋式冷熱氣體分離裝置)。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖2 - 5，其中分別示出了根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置100的示意性側(cè)視圖、剖視圖以及從兩個(gè)不同視角觀察的示意性分解透視圖。圖6 和圖7是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的變型的渦旋式冷熱氣體分離裝置100’和100’’的示意性剖視圖，其中使用了不同形狀的氣流聚焦反射面。如圖2 — 7所示，從運(yùn)行機(jī)理上考慮，根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置100包括機(jī)體110、進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120、熱氣流排出口 130、渦流回流裝置 140以及冷氣流排出口 150。機(jī)體110具有圓筒形內(nèi)壁表面111，其限定了圓筒形內(nèi)腔112。圓筒形內(nèi)腔112沿其軸線方向具有第一端113以及與所述第一端相對(duì)的第二端114。進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120在所述圓筒形內(nèi)腔112的第一端113處附接到機(jī)體110， 并且被設(shè)置成將外部氣體吸入圓筒形內(nèi)腔112中，以攪動(dòng)形成沿圓筒形內(nèi)壁表面111旋轉(zhuǎn)且朝圓筒形內(nèi)腔112的第二端114行進(jìn)的第一渦流。熱氣流排出口 130被設(shè)置成鄰近所述圓筒形內(nèi)腔112的第二端114的邊緣115處， 從而使得行進(jìn)到熱氣流排出口 130的第一渦流的一部分氣體經(jīng)熱氣流排出口 130排出到圓筒形內(nèi)腔112之外。熱氣流排出口 130附近優(yōu)選設(shè)置成使得熱氣流被圓滑平順地排出，以便減少紊流損失。渦流回流裝置140被設(shè)置成位于圓筒形內(nèi)腔112的第二端114處，以將第一渦流的未被排出熱氣流排出口 130的剩余氣體反射成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝圓筒形內(nèi)腔 112的第一端113回流的第二渦流。[0113]冷氣流排出口 150被設(shè)置成鄰近并圍繞圓筒形內(nèi)腔112的第一端113的徑向中心。優(yōu)選地，渦旋式冷熱氣體分離裝置100還包括設(shè)置于熱氣流排出口 130處或附近的調(diào)節(jié)熱氣流排氣量的調(diào)節(jié)裝置。通過(guò)調(diào)節(jié)熱氣流的排氣量，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)排出的冷氣流的溫度。在本實(shí)用新型的第一實(shí)施例中，進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120優(yōu)選包括多個(gè)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121。每個(gè)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121本身包括被制成一體的進(jìn)氣部分122和攪動(dòng)部分 123，其中進(jìn)氣部分122被設(shè)置成適于將外部氣體吸入圓筒形內(nèi)腔112中，從而由攪動(dòng)部分 123將吸入圓筒形內(nèi)腔112中的氣體攪動(dòng)成第一渦流。進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121優(yōu)選使用高強(qiáng)度耐熱防銹輕合金材料制成，例如高強(qiáng)度鋁合金或鈦鋼。為進(jìn)一步達(dá)到強(qiáng)力旋渦氣流發(fā)生效果，進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121可以被制得較長(zhǎng)，而且渦旋式冷熱氣體分離裝置100的圓筒形內(nèi)壁表面111可以被制得略有很小錐度(例如小于1°或0.5°或更小)，這種進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片 121與略有錐度的圓筒形內(nèi)壁表面111相匹配，起到旋渦氣流增速增密的作用。設(shè)計(jì)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121的具體形狀時(shí)，氣體的吸入和排出的流量不必太大。更具體地，進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120還優(yōu)選包括環(huán)形件124、位于環(huán)形件124徑向內(nèi)側(cè)的中心轂套125、以及連接環(huán)形件124和中心轂套125的多個(gè)肋板126。環(huán)形件124和中心轂套125優(yōu)選與圓筒形內(nèi)腔112具有相同的中心軸線。中心轂套125與環(huán)形件124的環(huán)形內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成了渦旋式冷熱氣體分離裝置100的冷氣流排出口 150。而且，多個(gè)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121均設(shè)置在環(huán)形件124的外圓周壁上。更優(yōu)選地，每個(gè)肋板126被設(shè)置成排氣葉片的形式，以在冷氣流排出口 130處形成一定的負(fù)壓，從而便于第二渦流中的氣體從冷氣流排出口 130中排出。此處由排氣葉片形成的負(fù)壓不宜過(guò)大，能夠便于第二渦流中的氣體從冷氣流排出口 130中排出即可，不能對(duì)圓筒形內(nèi)腔112中的第一渦流造成影響。如本領(lǐng)域技術(shù)人員均可認(rèn)識(shí)到的，進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120還可包括原動(dòng)機(jī)128， 優(yōu)選是電動(dòng)機(jī)，更優(yōu)選地是輸出轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到10000 rpm以上的高速電動(dòng)機(jī)，而且其轉(zhuǎn)速優(yōu)選是可以調(diào)節(jié)的，以控制排出的冷風(fēng)流的溫度和流量。在本實(shí)用新型的第一實(shí)施例中，原動(dòng)機(jī)128設(shè)置在圓筒形內(nèi)腔112之外，其輸出軸通過(guò)進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120的風(fēng)扇主軸127 驅(qū)動(dòng)中心轂套125轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)肋板126、環(huán)形件124以及進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121轉(zhuǎn)動(dòng)。更具體地，原動(dòng)機(jī)128可沿圓筒形內(nèi)腔112的中心軸線設(shè)置在渦流回流裝置140的外側(cè)。在此情況下，渦流回流裝置140的中心處應(yīng)設(shè)置一通孔141，以供原動(dòng)機(jī)128的輸出軸或風(fēng)扇主軸127從中穿過(guò)從而連接到中心轂套125。在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，從原動(dòng)機(jī)128 到中心轂套125的傳動(dòng)以及進(jìn)一步到進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121的傳動(dòng)還可有其他形式，例如一種更復(fù)雜的情況是，原動(dòng)機(jī)128的輸出軸與風(fēng)扇主軸127間還可具有變速機(jī)構(gòu)(例如齒輪變速機(jī)構(gòu)或皮帶輪變速結(jié)構(gòu)等等)。原動(dòng)機(jī)128轉(zhuǎn)速以及中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的變速比(如果存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的話)的選擇將決定進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，而進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑?jīng)Q定了當(dāng)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片處于特定角速度時(shí)葉片線速度，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的并且容易根據(jù)具體應(yīng)用的要求具體選擇和設(shè)計(jì)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的變速比以及進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片 121的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，特別地，這些選擇和設(shè)計(jì)應(yīng)該使得進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置的攪動(dòng)部分或攪動(dòng)葉片的外緣的線速度在1/8馬赫以上(實(shí)際上，該速度基本上等于所形成的第一渦流的氣盤(pán)外緣的線速度，受限空間內(nèi)的渦流氣盤(pán)外緣的線速度通常也被簡(jiǎn)稱為渦流的線速度)，例如具體地可為1/7馬赫、1/6馬赫、1/5馬赫、1/4馬赫、1/3 馬赫、1/2馬赫、1/2、2/3馬赫、3/4馬赫、4/5馬赫、5/6馬赫、6/7馬赫、7/8馬赫、甚至1馬赫或大于1馬赫，以及上述給出的任何兩個(gè)數(shù)值點(diǎn)之間的任一具體數(shù)值或任意區(qū)間。再例如， 定性地而非精確地，可以認(rèn)為在本實(shí)用新型的裝置中，第一渦流的線速度接近1馬赫時(shí)，得到的冷氣流相對(duì)于進(jìn)氣氣流溫度可降低60°C，而冷熱氣體分離的效果與第一渦流的線速度的平方大致成正比，因此例如當(dāng)?shù)谝粶u流的線速度為1/3馬赫時(shí)，可以預(yù)期得到相對(duì)于進(jìn)氣氣流溫度降低了大約6°C — 7°C的冷氣流。在此需要強(qiáng)調(diào)的是，以上數(shù)值以及定性關(guān)系并不是本領(lǐng)域中已知的，而是本申請(qǐng)的發(fā)明人深刻認(rèn)識(shí)蘭克-赫爾胥效應(yīng)后發(fā)現(xiàn)以及創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出的。故此，在本實(shí)用新型的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中并不使用高壓的壓縮氣體作為氣體源，也不強(qiáng)調(diào)噴入氣體的壓力，而是強(qiáng)調(diào)渦流轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力，并繼而以渦流轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度和可降低的冷氣流溫度作為一個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出全新結(jié)構(gòu)的渦旋式冷熱氣體分離裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的渦旋式冷熱氣體分離裝置，圓筒形內(nèi)腔112的直徑可以高達(dá)例如100 mm、 200 mm,300 mm、400 mm、500 mm、l m、2 m甚至更大，而且有利于滿足大風(fēng)量、低風(fēng)速、大口徑的應(yīng)用需求。在本實(shí)用新型的第一實(shí)施例中，進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120還可包括進(jìn)出氣分隔罩 160。進(jìn)出氣分隔罩160具有導(dǎo)流通道161，其一端被設(shè)置成鄰近或鄰接冷氣流排出口 150， 以接收從冷氣流排出口 150中排出的冷氣流，將其導(dǎo)送到遠(yuǎn)離圓筒形內(nèi)腔112之外的一定距離處，即將冷氣流最終排出到渦旋式冷熱氣體分離裝置100之外進(jìn)行處置或利用，避免排出的冷氣流被重新吸入渦旋式冷熱氣體分離裝置100。因此，從冷氣流排出功能方面考慮，也可將進(jìn)出氣分隔罩160的導(dǎo)流通道161視為冷氣流排出口 150的一部分。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員也均可認(rèn)識(shí)到，這種進(jìn)出氣分隔罩的末端開(kāi)口可被設(shè)置成喇叭口形或其他任何合適的形狀或具有轉(zhuǎn)接接頭，以利于冷氣流的擴(kuò)散或收集利用；而且也可在該進(jìn)出氣分隔罩的導(dǎo)流通道筒壁外部設(shè)置一些肋條、肋板和/或環(huán)形圈等構(gòu)件，使進(jìn)出氣分隔罩160還同時(shí)用作進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120的進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片121的防護(hù)罩和/或進(jìn)氣導(dǎo)流罩和/或冷氣流排出導(dǎo)流罩等功能。這些附加構(gòu)件的設(shè)置是本領(lǐng)域技術(shù)人員都能容易地理解和實(shí)施的，對(duì)此本文不再贅述。特別地，在本實(shí)用新型的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，渦流回流裝置140優(yōu)選被設(shè)置成具有內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面142 (例如可參見(jiàn)圖8、圖12、圖20)，或內(nèi)凹橢圓球面形狀的氣流聚焦反射面142(例如可參見(jiàn)圖7)，或內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面142(例如可參見(jiàn)圖3、圖6)，而且熱氣流排出口 130設(shè)置在渦流回流裝置140中所述反射面142的徑向外側(cè)，從而使得經(jīng)過(guò)熱氣流排出口 130的第一渦流的未被排出的剩余氣體沿氣流聚焦反射面142行進(jìn)時(shí)，氣旋半徑逐漸收縮，旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，加強(qiáng)了離心力，并被第一渦流的氣旋內(nèi)芯負(fù)壓吸引，從而形成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝圓筒形內(nèi)腔112的第一端113 回流的第二渦流。根據(jù)本文的公開(kāi)內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型中的渦流回流裝置140也可采用具有其他能夠通過(guò)渦流的反射將渦流匯集到渦旋式冷熱氣體分離裝置100的圓筒形內(nèi)腔112的芯部(即圓筒形內(nèi)腔112的中心軸線周圍第一渦流的氣旋內(nèi)芯內(nèi)的部分)的內(nèi)凹曲面形狀的氣流聚焦反射面。第一渦流的氣旋內(nèi)芯的直徑例如一般不超過(guò)圓筒形內(nèi)腔112的內(nèi)直徑的3/4、或2/3、或1/2、或1/3、或1/4等等。[0121]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，這里例如參見(jiàn)圖3所示的第一實(shí)施例，其中，渦流回流裝置140在圓筒形內(nèi)腔112的第二端114處被可拆卸地安裝于渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體110。熱氣流排出口 130優(yōu)選由渦流回流裝置140的朝向圓筒形內(nèi)腔112的那個(gè)側(cè)面上的一圈環(huán)形凹槽143構(gòu)成。所述環(huán)形凹槽143的徑向外壁上具有至少一個(gè)通向外部的開(kāi)口 144。環(huán)形凹槽143內(nèi)設(shè)置有控制熱氣流排出量的內(nèi)閥門(mén)環(huán)132。內(nèi)閥門(mén)環(huán)132的外周具有朝圓筒形內(nèi)腔112的方向漸縮的截錐形表面，該截錐形表面與機(jī)體110 的端面邊緣115上伸入環(huán)形凹槽143內(nèi)的相應(yīng)截錐形表面共同限定了熱氣流排出口 130的開(kāi)度，從而使得能夠通過(guò)調(diào)節(jié)所述內(nèi)閥門(mén)環(huán)在所述環(huán)形凹槽內(nèi)所處的軸向位置來(lái)調(diào)節(jié)熱氣流排氣量。例如，如圖4所示，內(nèi)閥門(mén)環(huán)132的環(huán)體上優(yōu)選可以延伸出各個(gè)在圓周方向上均勻分布的桿柱，這些桿柱可延伸穿過(guò)反射回流裝置140的殼體罩上的通孔，從而便于以各種方式調(diào)節(jié)內(nèi)閥門(mén)環(huán)132的軸向位置。調(diào)節(jié)這種內(nèi)閥門(mén)環(huán)132軸向位置的具體技術(shù)本身是本領(lǐng)域人員熟知且容易實(shí)現(xiàn)的(例如螺紋方式，緊配合方式等等)，這里不再贅述。優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體 110外設(shè)置有用于散熱或冷卻的裝置170 (例如可以水冷卻夾層水箱)，以冷卻機(jī)體壁，從而通過(guò)機(jī)體壁的熱傳導(dǎo)來(lái)冷卻沿機(jī)體110的圓筒形內(nèi)壁表面111旋轉(zhuǎn)的熱氣流；或者替代性地，在渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體110外設(shè)置有用于隔熱的裝置170(例如可以是抽真空的真空夾層壁)，以減少機(jī)體壁向周圍環(huán)境的熱散失，從而減少沿機(jī)體110的圓筒形內(nèi)壁表面111旋轉(zhuǎn)的熱氣流向周圍環(huán)境的熱散失；或者替代性地，在渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體Iio外設(shè)置有具有隔熱冷卻復(fù)用功能的裝置170 (例如可以是既適于抽真空又適于注入冷卻水或其他冷卻介質(zhì)的夾層壁，用戶可根據(jù)需要來(lái)選擇其具體功能)，其能夠被可操作設(shè)置成用來(lái)冷卻機(jī)體壁，從而通過(guò)機(jī)體壁的熱傳導(dǎo)來(lái)冷卻沿機(jī)體110的圓筒形內(nèi)壁表面 111旋轉(zhuǎn)的熱氣流，或用來(lái)減少機(jī)體壁向周圍環(huán)境的熱散失從而減少沿機(jī)體110的圓筒形內(nèi)壁表面111旋轉(zhuǎn)的熱氣流向周圍環(huán)境的熱散失。圖8 — 11示出了根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置200的各種示意性視圖。如圖8 - 11所示，根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置200同樣包括機(jī)體110、進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120、熱氣流排出口 130、渦流回流裝置140以及冷氣流排出口 150。與圖2 — 7中所示的第一實(shí)施例的一個(gè)主要不同在于，在根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置200中，進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置120包括分離的進(jìn)氣扇210 和攪動(dòng)扇220。進(jìn)氣扇210包括多個(gè)進(jìn)氣葉片211，其被設(shè)置成適于將外部氣體吸入圓筒形內(nèi)腔112中。攪動(dòng)扇220包括多個(gè)攪動(dòng)葉片221。其被設(shè)置成適于將吸入圓筒形內(nèi)腔112 中的氣體攪動(dòng)成第一渦流。與第一實(shí)施例中討論的原理相同，在設(shè)計(jì)進(jìn)氣葉片211和攪動(dòng)葉片221的具體形狀時(shí)，進(jìn)氣葉片211的氣體吸入和排出的流量不必太大，但是要讓攪動(dòng)葉片221具有強(qiáng)力攪動(dòng)成渦效果，因此進(jìn)氣葉片211優(yōu)選設(shè)計(jì)的較短，而攪動(dòng)葉片221優(yōu)選設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)。進(jìn)氣葉片211和攪動(dòng)葉片221可以采用相同或者不同的材料制成，例如都采用同種高強(qiáng)度耐熱防銹輕合金材料制成(例如都采用高強(qiáng)度鋁合金或鈦鋼之一制成)，或者采用不同的高強(qiáng)度耐熱防銹輕合金材料制成(例如進(jìn)氣葉片211采用高強(qiáng)度鋁合金制成，攪動(dòng)葉片221采用鈦鋼制成)；或者，進(jìn)氣葉片211采用普通強(qiáng)度的材料制成，而攪動(dòng)葉片221采用高強(qiáng)度耐熱防銹輕合金材料制成。進(jìn)氣扇210和攪動(dòng)扇220優(yōu)選分別由分離的進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪212和攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪222驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)參見(jiàn)圖8和圖9，其中可以看出進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪212 和攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪222分別通過(guò)各自的傳動(dòng)皮帶或鏈條213和223連接到各自的設(shè)置在渦旋式冷熱氣體分離裝置200的機(jī)體110之外的原動(dòng)機(jī)214和224。這種設(shè)置使得進(jìn)氣扇210 和攪動(dòng)扇220能夠被獨(dú)立地控制，在應(yīng)用上具有更大的靈活性。在圖9中還示出了渦旋式冷熱氣體分離裝置200可具有的底座270，渦旋式冷熱氣體分離裝置200的用于散熱或冷卻的裝置170或機(jī)體110以及原動(dòng)機(jī)214和2M等均固定在該底座270上。更具體地，在本實(shí)用新型的第二實(shí)施例中，進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪212和攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪222 分別通過(guò)各自的滾動(dòng)軸承215和225設(shè)置在中心管座230上。中心管座230通過(guò)輻板支架 231固定于渦旋式冷熱氣體分離裝置200的機(jī)體110上。中心管座230的環(huán)形內(nèi)壁表面限定出的中心通道構(gòu)成了位于圓筒形內(nèi)腔112的第一端113的徑向中心處的冷氣流排出口 150。與圖2 — 7中所示的第一實(shí)施例的另一個(gè)主要不同在于，在根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置200中，渦流回流裝置140在圓筒形內(nèi)腔112的第二端 114處是固接于渦旋式冷熱氣體分離裝置200的機(jī)體110的；或者，渦流回流裝置140是渦旋式冷熱氣體分離裝置200的機(jī)體110在圓筒形內(nèi)腔112的第二端114處繼續(xù)延伸出的一個(gè)整體式部分。在這種方案中，熱氣流排出口 130優(yōu)選由渦流回流裝置140上的鄰近機(jī)體 110在圓筒形內(nèi)腔112的第二端114處的邊緣的至少一個(gè)開(kāi)口構(gòu)成。所述至少一個(gè)開(kāi)口優(yōu)選為在圓周方向上均勻分布的多個(gè)開(kāi)口，例如3個(gè)以上，或4個(gè)以上，或5個(gè)以上，或6個(gè)以上，或7個(gè)以上，或8個(gè)以上，或9個(gè)以上，或10個(gè)以上，在圖8的示例中為8個(gè)。為適應(yīng)熱氣流排出口 130的這種新的形式，在根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置200中相應(yīng)采用了另一種形式的調(diào)節(jié)熱氣流排氣量的調(diào)節(jié)裝置，其包括用于調(diào)節(jié)熱氣流排氣量的閥片裝置對(duì)0。所述閥片裝置240可包括手輪Ml、桿體M2、螺孔座M4、閥爪構(gòu)件M5。桿體242在靠近其一端的區(qū)段上制有螺紋，形成螺桿段M3。螺桿段243的一部分可操作地旋入固定于渦流回流裝置140外側(cè)的螺孔座244中。桿體242的另一端固定到手輪241上，優(yōu)選是固定到手輪Ml的凸出的連接部中。閥爪構(gòu)件M5的一端連接到手輪241或桿體M2，連接方式優(yōu)選應(yīng)使得閥爪構(gòu)件 245可隨手輪241和桿體242 —起軸向運(yùn)動(dòng)，但不隨手輪241和桿體242轉(zhuǎn)動(dòng)。具體地，例如，可在桿體242的靠近螺桿段243的部位處形成一個(gè)直徑增大的臺(tái)階段，桿體242在臺(tái)階段的相反于螺桿段的一側(cè)為光桿段，光桿段的末端被固定在手輪Ml的凸出的連接部中的固定孔中；而閥爪構(gòu)件245通過(guò)其端板上的中心通孔間隙配合地套在桿體242的臺(tái)階段與手輪241的凸出的連接部之間的光桿段上(顯然，端板中心通孔的直徑優(yōu)選大于光桿段的直徑，但小于臺(tái)階段的直徑和手輪Ml的凸出的連接部的直徑)，并且保證桿體M2的臺(tái)階段與手輪Ml的凸出的連接部之間的間距基本等于或略大于閥爪構(gòu)件M5的端板厚度，這樣就可使得閥爪構(gòu)件245可隨手輪241和桿體242 —起軸向運(yùn)動(dòng)，但基本上不隨手輪Ml 和桿體242轉(zhuǎn)動(dòng)(這里暫時(shí)忽略了摩擦力的影響)。閥爪構(gòu)件對(duì)5的另一端延伸出至少一個(gè)閥爪，其數(shù)量?jī)?yōu)選與構(gòu)成熱氣流排出口 130的開(kāi)口數(shù)量相同，每個(gè)閥爪M5的末端設(shè)置有相應(yīng)的閥片M6。[0132]由于閥片246與渦流回流裝置上的開(kāi)口的間距限定了熱氣流排出口 130的開(kāi)度， 因而可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)該閥片裝置的手輪241來(lái)調(diào)節(jié)螺桿段243旋入螺孔座M4中的深度，以調(diào)節(jié)閥片246所處的軸向位置，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)熱氣流排出口 130開(kāi)度的目的(即實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)熱氣流排氣量的目的)。此外，閥片裝置240還可包括一個(gè)帶有若干通孔的后蓋法蘭對(duì)7，其位于手輪241 和閥爪245之間。后蓋法蘭247直接或間接地固定到機(jī)體110，優(yōu)選是直接固定到用于散熱或冷卻的裝置170的延伸部上，繼而間接地固定到機(jī)體110。為了避免排出的熱氣流不恰當(dāng)?shù)丶訜釡u流回流裝置140，優(yōu)選還可以設(shè)置一個(gè)熱氣流排出隔離罩M8。筒狀的熱氣流排出隔離罩248設(shè)置在渦流回流裝置140的外側(cè)。特別地，在熱氣流排出隔離罩M8的尾端開(kāi)有和閥爪滑動(dòng)配合的缺口槽對(duì)9，以限制閥爪構(gòu)件245可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)(例如摩擦力可能導(dǎo)致閥爪構(gòu)件245有小的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì))，保持閥爪和熱氣流排出口 130的覆蓋位置有相對(duì)一致的角度(為便于理解，可同時(shí)參考圖25，其中明顯地示出了缺口槽M9)。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可認(rèn)識(shí)到用于調(diào)節(jié)熱氣流排氣量的裝置還可以有很多種其他形式，在此不再一一列舉。在根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置200中還可為進(jìn)氣扇 210設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的防護(hù)罩沈0，因而，如圖8所示，渦旋式冷熱氣體分離裝置200的進(jìn)出氣分隔罩160上未設(shè)置肋條、肋板和/或環(huán)形圈等構(gòu)件。這些結(jié)構(gòu)都是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知或容易理解和實(shí)現(xiàn)的，在此不再贅述。圖12-14示出了根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置300的各種示意性視圖。如圖12 - 14所示，根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置300 包括機(jī)體110、設(shè)置在所述機(jī)體外的風(fēng)機(jī)310 (圖12中未示出，可參見(jiàn)圖13或圖15)、設(shè)置在機(jī)體110上的進(jìn)氣口 320、熱氣流排出口 130、渦流回流裝置140以及具有冷氣流排出通道的冷氣流排出中心管座330。本實(shí)用新型中所用的風(fēng)機(jī)310優(yōu)選是高速風(fēng)機(jī)，其穩(wěn)定輸出氣流的速度能夠達(dá)到1/8馬赫以上，例如具體地可為1/7馬赫、1/6馬赫、1/5馬赫、1/4馬赫、1/3馬赫、1/2馬赫、1/2、2/3馬赫、3/4馬赫、4/5馬赫、5/6馬赫、6/7馬赫、7/8馬赫、甚至1馬赫或大于1馬赫，以及上述給出的任何兩個(gè)數(shù)值點(diǎn)之間的任一具體數(shù)值或任意區(qū)間。類似于第一和第二實(shí)施例，渦旋式冷熱氣體分離裝置300的機(jī)體110也具有圓筒形內(nèi)壁表面111，其限定了圓筒形內(nèi)腔112。圓筒形內(nèi)腔112沿其軸線方向具有第一端113 以及與所述第一端相對(duì)的第二端114。而且如圖12中可以清楚地看出的，本實(shí)用新型第三實(shí)施例中的熱氣流排出口 130和渦流回流裝置140與本實(shí)用新型第二實(shí)施例中的基本相同。另外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員均可認(rèn)識(shí)到的，本實(shí)用新型第三實(shí)施例中的熱氣流排出口 130 和渦流回流裝置140也可采用與本實(shí)用新型第一實(shí)施例中相同的形式。為清楚簡(jiǎn)明起見(jiàn)， 在此將不贅述這些相同或類似的部件或部分，它們都是根據(jù)前文的描述容易理解的。本實(shí)用新型第三實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置300與本實(shí)用新型第一和第二實(shí)施例100和200的主要區(qū)別在于進(jìn)氣方式和第一渦流的形成方式不同。具體地，在渦旋式冷熱氣體分離裝置300中，機(jī)體110上鄰近圓筒形內(nèi)腔112的第一端113處設(shè)置有進(jìn)氣口 320。風(fēng)機(jī)310的導(dǎo)風(fēng)管311連接到進(jìn)氣口 320。進(jìn)氣口 320被設(shè)置成將風(fēng)機(jī)310輸出的氣流基本上沿圓筒形內(nèi)腔112的圓周的切線方向噴入圓筒形內(nèi)腔 112中，以便形成沿圓筒形的內(nèi)壁表面111旋轉(zhuǎn)且朝圓筒形內(nèi)腔112的第二端114行進(jìn)的第一渦流。此外，渦旋式冷熱氣體分離裝置300包括冷氣流排出中心管座330，其具有冷氣流排出通道331。冷氣流排出中心管座330設(shè)置在圓筒形內(nèi)腔112的第一端113處，并且沿圓筒形內(nèi)腔112的中心軸線軸向延伸到圓筒形內(nèi)腔中。冷氣流排出通道331接收第二渦流使其與第一渦流隔離，并將第二渦流的氣體排出到渦旋式冷熱氣體分離裝置300外。優(yōu)選地，渦旋式冷熱氣體分離裝置300還包括具有中央通孔的管座固定法蘭332。 所述冷氣流排出中心管座330穿過(guò)管座固定法蘭332的中央通孔并通過(guò)管座固定法蘭332 固定到渦旋式冷熱氣體分離裝置300的機(jī)體110上。特別地，渦旋式冷熱氣體分離裝置300優(yōu)選還包括旋風(fēng)軸套340，其設(shè)置在圓筒形內(nèi)腔112中冷氣流排出中心管座330的周圍，而且具有朝圓筒形內(nèi)腔112的第二端114的方向漸縮的截錐形部分341，以對(duì)第一渦流的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行導(dǎo)引，減少第一渦流的紊流損失。旋風(fēng)軸套340的截錐形部分341的最大直徑處延伸有一段圓筒形部分342。所述圓筒形部分 342與所述截錐形部分341的交界圓周在圓筒形內(nèi)腔112的軸線方向上相對(duì)于圓筒形內(nèi)腔 112第一端113的距離優(yōu)選大于或等于進(jìn)氣口 320的周界相對(duì)于圓筒形內(nèi)腔112第一端113 的最大距離。在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，進(jìn)氣口 320可靠近管座固定法蘭332的內(nèi)側(cè)表面設(shè)置。而且所述交界圓周的半徑優(yōu)選可被設(shè)置成使得所述進(jìn)氣口的最低點(diǎn)的延長(zhǎng)線與所述交界圓周基本上相切。旋風(fēng)軸套340的圓筒形部分342的末端優(yōu)選套接固定在管座固定法蘭332的朝圓筒形內(nèi)腔112中凸出的環(huán)形臺(tái)階333上。環(huán)形臺(tái)階333的中央環(huán)孔構(gòu)成了管座固定法蘭332的中央通孔的一部分，冷氣流排出中心管座330從中穿過(guò)。更優(yōu)選地，可以在旋風(fēng)軸套340與冷氣流排出中心管座330之間的空間中設(shè)置隔熱材料(例如多孔隔熱材料或纖維類隔熱材料等)，以對(duì)冷氣流排出中心管座330的中央通孔中的第二渦流與旋風(fēng)軸套340徑向外側(cè)的第一渦流進(jìn)行熱隔離。圖15是根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的一個(gè)變型的渦旋式冷熱氣體分離裝置300’ 的示意性局部剖視圖，其中渦旋式冷熱氣體分離裝置300’增設(shè)了一個(gè)軸向式整流裝置 350，其固定在冷氣流排出中心管座330的延伸入圓筒形內(nèi)腔112的末端部分上，以對(duì)經(jīng)過(guò)軸向式整流裝置350的第一渦流進(jìn)行整流，從而減少第一渦流的紊流損失，并且使得整流后的第一渦流相比于整流前的第一渦流在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻。圖16 — 19示出了渦旋式冷熱氣體分離裝置300’所用的軸向式整流裝置350的各種較詳細(xì)的示意性視圖。如圖16 — 19所示，軸向式整流裝置350為盤(pán)旋碟狀構(gòu)件，其具有中央環(huán)狀件351， 其外圓周表面上固定有垂直于該外圓周表面徑向向外延伸出的沿圓周方向均勻分布的多個(gè)扇形導(dǎo)流片352。所述多個(gè)扇形導(dǎo)流片352被設(shè)置成使得相鄰的兩個(gè)扇形導(dǎo)流片之間形成允許氣流通過(guò)的大致楔形的間隙。第一渦流經(jīng)過(guò)這些楔形間隙噴出后即形成了經(jīng)過(guò)整流的第一渦流。優(yōu)選地，每個(gè)扇形導(dǎo)流片352的尺寸和形狀皆相同。每個(gè)扇形導(dǎo)流片352的扇形角優(yōu)選在40° 80°之間，例如皆為60°。相鄰兩個(gè)扇形導(dǎo)流片352在軸向投影上的重疊部分的面積優(yōu)選為每個(gè)扇形導(dǎo)流片面積的1/3 2/3，例如可為1/2。各個(gè)楔形間隙的尖部的楔形角以及最窄處的間距被設(shè)置成有利于減少第一渦流的紊流損失，并且使得整流后的第一渦流相比于整流前的第一渦流在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻，具體設(shè)計(jì)可參照?qǐng)D19中的平面展開(kāi)圖的形式根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中流體力學(xué)的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本申請(qǐng)的內(nèi)容以及相應(yīng)的流體力學(xué)知識(shí)容易進(jìn)行的，在此不予贅述。每個(gè)扇形導(dǎo)流片352可為簡(jiǎn)單的平板式形狀。扇形導(dǎo)流片352也可優(yōu)選為具有流線形曲線截面的導(dǎo)流片，至于具體曲線形狀的設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本申請(qǐng)的內(nèi)容以及相應(yīng)的流體力學(xué)知識(shí)容易進(jìn)行的，在此不予贅述。圖20示出了根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置400的示意性剖視圖。如圖20所示，根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置400總體上類似于根據(jù)本實(shí)用新型第三實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置300或300’，它們之間的主要區(qū)別在于進(jìn)氣方式和第一渦流的形成方式不同。具體地，渦旋式冷熱氣體分離裝置400設(shè)置有端部進(jìn)氣整流罩410，進(jìn)氣口 320設(shè)置在端部進(jìn)氣整流罩410上而不是機(jī)體110上。端部進(jìn)氣整流罩410在圓筒形內(nèi)腔112的第一端113處固定到機(jī)體110。風(fēng)機(jī)310的導(dǎo)風(fēng)管311連接到進(jìn)氣口 320，以將風(fēng)機(jī)輸出的氣流噴入到端部進(jìn)氣整流罩410中。端部進(jìn)氣整流罩410被設(shè)置成將風(fēng)機(jī)輸出的氣流形成初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流并將其整流成沿圓筒形內(nèi)壁表面111旋轉(zhuǎn)且朝圓筒形內(nèi)腔112的第二端114 行進(jìn)的第一渦流。在渦旋式冷熱氣體分離裝置400中不必設(shè)置旋風(fēng)軸套340和軸向式整流裝置350即可獲得良好的整流效果。此外，如果需要的話，也可在渦旋式冷熱氣體分離裝置400的冷氣流排出中心管座330的必要部分上采取隔熱措施(例如套上一個(gè)直徑稍大的套管，該套管與中心管座的外圓周壁之間填充隔熱材料)，或者將渦旋式冷熱氣體分離裝置 400的冷氣流排出中心管座330本身設(shè)計(jì)成具有一定的隔熱能力(例如將其管壁設(shè)計(jì)成雙層中空管壁，管壁夾層可抽真空或填充隔熱材料)。優(yōu)選地，端部進(jìn)氣整流罩410具有環(huán)形殼壁411，其內(nèi)限定的空腔412的直徑大于渦旋式冷熱氣體分離裝置400的機(jī)體110的圓筒形內(nèi)腔112的直徑。空腔412具有與圓筒形內(nèi)腔112相同的中心軸線且與圓筒形內(nèi)腔112直接連通。進(jìn)氣口 320設(shè)置在環(huán)形殼壁 411上，而且該進(jìn)氣口 320被設(shè)置成將風(fēng)機(jī)輸出的氣流基本上沿端部進(jìn)氣整流罩410的空腔 412的圓周切線方向噴入該空腔中，形成初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流。特別地，所述端部進(jìn)氣整流罩410 具有徑向整流裝置420，其設(shè)置在端部進(jìn)氣整流罩的空腔412中且與該空腔具有相同的中心軸線，所述徑向整流裝置被設(shè)置成接收初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流并將其整流成第一渦流。優(yōu)選地，端部進(jìn)氣整流罩410還包括具有中央通孔的管座固定法蘭413。冷氣流排出中心管座330穿過(guò)管座固定法蘭413的中央通孔并通過(guò)管座固定法蘭413固定到端部進(jìn)氣整流罩的環(huán)形殼壁411的外側(cè)端。優(yōu)選地，徑向整流裝置420固定在管座固定法蘭413 的內(nèi)側(cè)表面上。優(yōu)選地，端部進(jìn)氣整流罩410還包括端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭414。端部進(jìn)氣整流罩410的環(huán)形殼壁411的內(nèi)側(cè)端固定到端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭414的外緣部，端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭414的環(huán)形臺(tái)階415在圓筒形內(nèi)腔112的第一端113處固定到機(jī)體110的外圓周壁上?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖21，其中示出了圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置400的徑向式整流裝置 420的示意性透視圖。如圖21所示，徑向整流裝置420具有優(yōu)選為圓環(huán)形平板的基板421。在基板421的一個(gè)側(cè)表面上固定有垂直于該表面且沿圓周方向均勻分布的多個(gè)曲線形導(dǎo)流片422?；?21也可具有其他合適的形狀，只要其表面上可固定所述曲線形導(dǎo)流片，而且中心部具有可供冷氣流排出中心管座330穿過(guò)的中心孔即可。曲線形導(dǎo)流片422被設(shè)置成將所述初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流整流成旋轉(zhuǎn)直徑縮小的第一渦流，并且使得該第一渦流相比于所述初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流不但流速更快，而且紊流損失更小，在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻。相鄰的兩個(gè)曲線形導(dǎo)流片422之間形成允許氣流通過(guò)的漸縮的大致楔形的間隙。楔形間隙的尖部最窄處形成氣流出口，其優(yōu)選被設(shè)置成能夠基本上沿所述圓筒形內(nèi)腔的圓周的切線方向噴出經(jīng)整流的氣體，形成第一渦流。對(duì)此可參見(jiàn)圖22，其中示意性地表示了這種徑向整流裝置420的整流過(guò)程。優(yōu)選地，每個(gè)曲線形導(dǎo)流片422被設(shè)置成在垂直于基板421的軸向方向上具有彼此相同的軸向?qū)挾?，該軸向?qū)挾然旧系扔诙瞬窟M(jìn)氣整流罩410的空腔412的軸向長(zhǎng)度。各個(gè)曲線形導(dǎo)流片422的軸向?qū)挾壬系牡确制矫鎯?yōu)選可與進(jìn)氣口 320的中心軸線處于同一平面上。各個(gè)曲線形導(dǎo)流片 422優(yōu)選被設(shè)置成使得進(jìn)氣口 320的最低點(diǎn)的延長(zhǎng)線與所有曲線形導(dǎo)流片的各外緣的外包絡(luò)圓周線基本上相切。替代性地，這一延長(zhǎng)線也可略高于或略低于曲線形導(dǎo)流片的所述外包絡(luò)圓周線。所有曲線形導(dǎo)流片的各內(nèi)緣的內(nèi)包絡(luò)圓周線優(yōu)選與圓筒形內(nèi)腔112同中心， 而且進(jìn)一步優(yōu)選地，該內(nèi)包絡(luò)圓周線具有與圓筒形內(nèi)腔112基本上相同的直徑或略小一些的直徑。特別地，在本實(shí)用新型中，徑向整流裝置420的每個(gè)曲線形導(dǎo)流片422的沿導(dǎo)流方向的截面形狀由內(nèi)表面曲線、外表面曲線以及端部連接過(guò)渡線圍合而成。如本領(lǐng)域技術(shù)人員均可認(rèn)識(shí)到和理解的，由于曲線形導(dǎo)流片整體上呈薄片形狀，在其內(nèi)表面曲線和外表面曲線末端處的端部連接過(guò)渡線非常短，對(duì)曲線形導(dǎo)流片422的導(dǎo)流作用影響甚微，無(wú)討論必要。故，下面將主要討論曲線形導(dǎo)流片422的內(nèi)表面曲線和外表面曲線的形狀。參見(jiàn)圖23，徑向整流裝置420的內(nèi)表面曲線優(yōu)選被設(shè)置成包括一段橢圓曲線區(qū)段、一段維托辛斯基曲線區(qū)段以及位于楔形間隙的氣流出口處的一段直線區(qū)段。所述橢圓曲線區(qū)段和所述維托辛斯基曲線區(qū)段之間優(yōu)選平滑過(guò)渡。如圖23所示，每個(gè)曲線形導(dǎo)流片 422的內(nèi)表面曲線在徑向外側(cè)首先開(kāi)始于所述橢圓曲線區(qū)段，然后平滑過(guò)渡到所述維托辛斯基曲線區(qū)段，然后平滑過(guò)渡到所述內(nèi)表面曲線的直線區(qū)段。如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的，所述橢圓曲線區(qū)段可以直接與所述維托辛斯基曲線區(qū)段相接且形成平滑過(guò)渡；不過(guò)所述橢圓曲線區(qū)段也可以經(jīng)由一段過(guò)渡曲線區(qū)段與所述維托辛斯基曲線區(qū)段相接，以形成所述橢圓曲線區(qū)段與所述維托辛斯基曲線區(qū)段之間的平滑過(guò)渡。優(yōu)選地，所述內(nèi)表面曲線的維托辛斯基曲線區(qū)段與直線區(qū)段之間直接平滑過(guò)渡地相連。優(yōu)選地，所述外表面曲線被設(shè)置成包括一段圓弧曲線區(qū)段和接近楔形間隙的氣流出口處的一段直線區(qū)段。所述外表面曲線的圓弧曲線區(qū)段直線區(qū)段之間優(yōu)選直接平滑過(guò)渡地相連。優(yōu)選地，各個(gè)曲線形導(dǎo)流片422的內(nèi)表面曲線的橢圓曲線區(qū)段的延長(zhǎng)線與所有曲線形導(dǎo)流片的各外緣的外包絡(luò)圓周線基本上相切，而且各個(gè)曲線形導(dǎo)流片422的外表面曲線的圓弧曲線區(qū)段也可與該外包絡(luò)圓周線基本上相切，以保證空腔412中的氣流在氣流入口處沿所述內(nèi)表面曲線和所述外表面曲線的切線方向流入楔形間隙構(gòu)成的導(dǎo)流區(qū)。(本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，由于各個(gè)曲線形導(dǎo)流片的外緣處較薄，因此所述內(nèi)表面曲線的橢圓曲線區(qū)段和所述外表面曲線的圓弧曲線區(qū)段與所述外包絡(luò)圓周線的相切點(diǎn)是非常接近的，甚至可認(rèn)為相同，因而實(shí)際上，所述內(nèi)表面曲線和所述外表面曲線在氣流入口處的切線方向基本上是相同的。)優(yōu)選地，各個(gè)曲線形導(dǎo)流片422的內(nèi)表面曲線的直線區(qū)段與所有曲線形導(dǎo)流片的各內(nèi)緣的內(nèi)包絡(luò)圓周線基本上相切，而且各個(gè)曲線形導(dǎo)流片422的外表面曲線的直線區(qū)段的延長(zhǎng)線也可與該內(nèi)包絡(luò)圓周線基本上相切，以保證從楔形間隙中的氣流能夠基本上沿所述內(nèi)包絡(luò)圓周線的切線方向噴出形成第一渦流。在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，徑向式整流裝置420的圓環(huán)形基板421的外圓周可被設(shè)置成與曲線形導(dǎo)流片的所述外包絡(luò)圓周線重合，而圓環(huán)形基板421的內(nèi)圓周可被設(shè)置成與曲線形導(dǎo)流片的所述內(nèi)包絡(luò)圓周線重合。上述特別設(shè)計(jì)的曲線形導(dǎo)流片非常有利于在本實(shí)用新型的裝置中有效地減少紊流損失，增強(qiáng)圓周方向上各點(diǎn)處旋渦氣體流量的均勻性。替代性地，如圖M所示，本實(shí)用新型第四實(shí)施例的渦旋式冷熱氣體分離裝置400 還可采用另一種徑向式整流裝置420’，其曲線形導(dǎo)流片422’的截面形狀較為簡(jiǎn)單，內(nèi)表面曲線和外表面曲線均由橢圓曲線區(qū)段構(gòu)成。這種替代性徑向式整流裝置420’的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，并且也可在一定程度上有效地減少紊流損失，增強(qiáng)圓周方向上各點(diǎn)處旋渦氣體流量的均勻性。此外，如圖20所示，徑向整流裝置420優(yōu)選通過(guò)其基板421固定在管座固定法蘭 413的內(nèi)側(cè)表面上的環(huán)形凹陷部416中。環(huán)形凹陷部416的凹陷深度優(yōu)選基本上等于基板 421的厚度。為更直觀地理解圖20渦旋式冷熱氣體分離裝置400的構(gòu)造，還可參見(jiàn)圖25，其中示出了渦旋式冷熱氣體分離裝置400的示意性分解透視圖。組裝好的渦旋式冷熱氣體分離裝置400的可參見(jiàn)圖26。圖27是根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的一個(gè)變型的渦旋式冷熱氣體分離裝置400’ 的示意性剖視圖。在渦旋式冷熱氣體分離裝置400’中，采用了一種替代性的用于調(diào)節(jié)熱氣流排氣量的調(diào)節(jié)裝置440，其同樣包括手輪Ml、桿體242以及螺孔座M4。一個(gè)滑桿固定法蘭441通過(guò)其中心通孔間隙配合地套在桿體242的臺(tái)階段與手輪241的凸出的連接部之間的光桿段上(顯然，該中心通孔的直徑同樣優(yōu)選大于光桿段的直徑，但小于臺(tái)階段的直徑和手輪241的凸出的連接部的直徑)，并且保證桿體242的臺(tái)階段與手輪241的凸出的連接部之間的間距基本等于或略大于滑桿固定法蘭441的厚度?；瑮U固定法蘭441上固定有多根滑桿442?；瑮U442延伸穿過(guò)滑座443上的相應(yīng)通孔，滑桿末端相對(duì)于機(jī)體110被固定。 內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面142固定到滑座443的徑向內(nèi)側(cè)。在氣流聚焦反射面142 的外側(cè)特別地設(shè)置了隔熱層445，以避免該處的氣流溫度受外界影響(主要是為了對(duì)此處逐漸形成和集聚的第二渦流進(jìn)行保冷隔熱)。隔熱層445可以由任何適當(dāng)?shù)母魺岵牧蠘?gòu)成，例如由多孔隔熱材料或纖維類隔熱材料構(gòu)成。在隔熱層445的外側(cè)設(shè)置有隔熱材固定罩444。 隔熱材固定罩444固定在滑座443上，而所述螺孔座M4固定在隔熱材固定罩444，這樣就可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪241來(lái)使桿體M2的螺桿段243在螺孔座M4中轉(zhuǎn)動(dòng)并出現(xiàn)軸向運(yùn)動(dòng)，從而使得滑座443在滑桿442上軸向滑動(dòng)，以調(diào)節(jié)環(huán)狀熱氣流排出口 130的開(kāi)度(如圖27所示，該例中的熱氣流排出口 130由機(jī)體110與滑座443之間的間隙限定)，從而調(diào)節(jié)熱氣流的排出量。調(diào)節(jié)熱氣流的排出量例如可調(diào)節(jié)排出的冷氣流的溫度和流量。進(jìn)一步地，在冷氣流排出中心管座330上設(shè)置有旋風(fēng)軸套340’，該旋風(fēng)軸套340’ 類似于本實(shí)用新型第三實(shí)施例中旋風(fēng)軸套；340，但不存在圓筒形部分342。在旋風(fēng)軸套340’ 與冷氣流排出中心管座330之間的空間中同樣優(yōu)選設(shè)置有隔熱材料(例如多孔隔熱材料或纖維類隔熱材料等)，以對(duì)冷氣流排出中心管座330的中央通孔中的第二渦流與旋風(fēng)軸套 340'徑向外側(cè)的第一渦流進(jìn)行熱隔離。圖觀和圖四還示出了類似于圖27的另外兩種渦旋式冷熱氣體分離裝置400' ’ 和400’ ’ ’。與圖27的渦旋式冷熱氣體分離裝置400’不同，圖觀和圖四中的渦旋式冷熱氣體分離裝置400’’和400’’’分別采用了內(nèi)凹橢圓球面形狀和內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面142。圖30示出了圖27 —四的渦旋式冷熱氣體分離裝置的示意性部分分解透視圖。這里，本領(lǐng)域技術(shù)人員均可理解，由于氣流聚焦反射面在圖30中不可見(jiàn)，故圖30實(shí)際上可作為圖27 - 29中三種類似渦旋式冷熱氣體分離裝置的共同的示意性部分分解透視圖。特別地，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型所公開(kāi)的各種具有內(nèi)凹曲面形狀氣流聚焦反射面的渦流回流裝置不僅可以應(yīng)用于上文公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例或其變型中，而且也可用于采用其他任何現(xiàn)在已知或?qū)?lái)已知的進(jìn)氣和渦流形成裝置的渦旋式冷熱氣體分離裝置中，只要這些進(jìn)氣裝置或渦流形成裝置能夠?qū)⑼獠繗怏w輸入所述機(jī)體內(nèi)的圓筒形空腔內(nèi)形成第一渦流皆可。這樣的進(jìn)氣和渦流形成裝置除了包括本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施例及其變型中公開(kāi)的相應(yīng)裝置外，而且還可以包括但不限于現(xiàn)有技術(shù)中利用氣體壓縮機(jī)或其他壓縮空氣源來(lái)作為進(jìn)氣氣源形成第一渦流的各種裝置。雖然本文示出和描述了多個(gè)示例性的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員均可意識(shí)到，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，可以根據(jù)本申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合這些實(shí)施例的許多其他變型或修改。因此，應(yīng)認(rèn)為本實(shí)用新型的范圍覆蓋了所有這些其他變型或修改。
權(quán)利要求1.一種渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于包括具有圓筒形內(nèi)壁表面的機(jī)體，所述圓筒形內(nèi)壁表面限定了圓筒形內(nèi)腔，所述圓筒形內(nèi)腔沿其軸線方向具有第一端以及與所述第一端相對(duì)的第二端；進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置，其在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處附接到所述機(jī)體，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置被設(shè)置成將外部氣體吸入所述圓筒形內(nèi)腔中并攪動(dòng)形成沿所述圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)且朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端行進(jìn)的第一渦流；熱氣流排出口，其被設(shè)置成位于或鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的邊緣處，從而使得行進(jìn)到所述熱氣流排出口的第一渦流的一部分氣體經(jīng)所述熱氣流排出口排出到所述圓筒形內(nèi)腔之外；渦流回流裝置，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處，以將第一渦流的未被排出所述熱氣流排出口的剩余氣體回流成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端行進(jìn)的第二渦流；冷氣流排出口，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的徑向中心處或者被設(shè)置成鄰近并圍繞所述徑向中心，從所述熱氣流排出口中排出的氣體的溫度高于從所述冷氣流排出口中排出的氣體的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括多個(gè)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片，每個(gè)所述進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片本身包括被制成一體的進(jìn)氣部分和攪動(dòng)部分，所述進(jìn)氣部分被設(shè)置成適于將外部氣體吸入所述圓筒形內(nèi)腔中，從而由所述攪動(dòng)部分將吸入所述圓筒形內(nèi)腔中氣體攪動(dòng)形成第一渦流。
3.如權(quán)利要求2所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括環(huán)形件；位于所述環(huán)形件徑向內(nèi)側(cè)的中心轂套；以及連接所述環(huán)形件和所述中心轂套的多個(gè)肋板；其中所述環(huán)形件和所述中心轂套具有與所述圓筒形內(nèi)腔相同的中心軸線， 所述中心轂套與所述環(huán)形件的環(huán)形內(nèi)壁之間的空間構(gòu)成了鄰近并圍繞所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的徑向中心的所述冷氣流排出口，且所述多個(gè)進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片均設(shè)置在所述環(huán)形件的外圓周壁上。
4.如權(quán)利要求3所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，每個(gè)所述肋板被設(shè)置成排氣葉片的形式，以在所述冷氣流排出口處形成負(fù)壓，從而便于第二渦流中的氣體從所述冷氣流排出口中排出。
5.如權(quán)利要求3所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置還包括設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔之外的原動(dòng)機(jī)；和風(fēng)扇主軸，所述風(fēng)扇主軸的一端連接于所述中心轂套，另一端連接于所述原動(dòng)機(jī)的輸出軸，從而使得所述原動(dòng)機(jī)通過(guò)所述風(fēng)扇主軸驅(qū)動(dòng)所述中心轂套轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)所述肋板、所述環(huán)形件以及所述進(jìn)氣及攪動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述原動(dòng)機(jī)沿所述圓筒形內(nèi)腔的中心軸線設(shè)置在所述渦流回流裝置的外側(cè)，所述渦流回流裝置的中心處具有通孔，以供所述原動(dòng)機(jī)的輸出軸或所述風(fēng)扇主軸從中穿過(guò)。
7.如權(quán)利要求1所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括分離的進(jìn)氣扇和攪動(dòng)扇，其中所述進(jìn)氣扇包括多個(gè)進(jìn)氣葉片，所述進(jìn)氣葉片被設(shè)置成適于將外部氣體吸入所述圓筒形內(nèi)腔中，所述攪動(dòng)扇包括多個(gè)攪動(dòng)葉片，所述攪動(dòng)葉片被設(shè)置成適于攪動(dòng)吸入所述圓筒形內(nèi)腔中的氣體以形成第一渦流。
8.如權(quán)利要求7所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置包括分離的進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪和攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪，其中所述進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪連接到所述進(jìn)氣扇，以驅(qū)動(dòng)所述進(jìn)氣扇的進(jìn)氣葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，所述攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪連接到所述攪動(dòng)扇，以驅(qū)動(dòng)所述攪動(dòng)扇的攪動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，而且所述進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪和所述攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪分別通過(guò)各自的傳動(dòng)皮帶或鏈條連接到各自的設(shè)置在所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體之外的原動(dòng)機(jī)。
9.如權(quán)利要求8所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣扇傳動(dòng)輪和所述攪動(dòng)扇傳動(dòng)輪分別通過(guò)各自的滾動(dòng)軸承設(shè)置在中心管座上；所述中心管座通過(guò)輻板支架固定于所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體；而且所述中心管座的環(huán)形內(nèi)壁表面限定出的中心通道構(gòu)成了位于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的徑向中心處的所述冷氣流排出口。
10.如權(quán)利要求1所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置還包括進(jìn)出氣分隔罩，所述進(jìn)出氣分隔罩具有導(dǎo)流通道，所述導(dǎo)流通道的一端設(shè)置成鄰近或鄰接所述冷氣流排出口，以接收從所述冷氣流排出口中排出的冷氣流，將其導(dǎo)離所述渦旋式冷熱氣體分離裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述渦流回流裝置被設(shè)置成具有內(nèi)凹曲面形狀的氣流聚焦反射面，而且所述熱氣流排出口設(shè)置在所述渦流回流裝置中所述氣流聚焦反射面的徑向外側(cè)，從而使得經(jīng)過(guò)所述熱氣流排出口的第一渦流的未被排出的剩余氣體沿所述氣流聚焦反射面行進(jìn)時(shí)，氣旋半徑逐漸收縮，旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，加強(qiáng)了離心力，并被第一渦流的氣旋內(nèi)芯負(fù)壓吸引，從而形成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端回流的第二渦流。
12.如權(quán)利要求11所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述氣流聚焦反射面為內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹橢圓球面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面。
13.一種渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于包括具有圓筒形內(nèi)壁表面的機(jī)體，所述圓筒形內(nèi)壁表面限定了圓筒形內(nèi)腔，所述圓筒形內(nèi)腔沿其軸線方向具有第一端以及與所述第一端相對(duì)的第二端；設(shè)置在所述機(jī)體外的風(fēng)機(jī)；進(jìn)氣口，其設(shè)置在所述機(jī)體上且鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第一端，所述風(fēng)機(jī)的導(dǎo)風(fēng)管連接到所述進(jìn)氣口，而且所述進(jìn)氣口被設(shè)置成將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流基本上沿所述圓筒形內(nèi)腔的圓周的切線方向噴入所述圓筒形內(nèi)腔中，形成沿所述圓筒形的內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)且朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端行進(jìn)的第一渦流；熱氣流排出口，其被設(shè)置成位于或鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的邊緣處，從而使得行進(jìn)到所述熱氣流排出口的第一渦流的一部分氣體經(jīng)所述熱氣流排出口排出到所述圓筒形內(nèi)腔外；渦流回流裝置，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處，以將第一渦流的未被排出所述熱氣流排出口的剩余氣體回流成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端行進(jìn)的第二渦流；具有冷氣流排出通道的冷氣流排出中心管座，其設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處并沿所述圓筒形內(nèi)腔的中心軸線軸向延伸到所述圓筒形內(nèi)腔中，所述冷氣流排出通道接收第二渦流使其與第一渦流隔離，并將第二渦流的氣體排出到所述渦旋式冷熱氣體分離裝置外，從所述熱氣流排出口中排出的氣體的溫度高于從所述冷氣流排出通道中排出的氣體的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于還包括具有中央通孔的管座固定法蘭，所述冷氣流排出中心管座穿過(guò)所述管座固定法蘭的中央通孔并通過(guò)所述管座固定法蘭固定到所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于還包括旋風(fēng)軸套， 所述旋風(fēng)軸套設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔中所述冷氣流排出中心管座的周圍，而且具有朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的方向漸縮的截錐形部分，以對(duì)第一渦流的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行導(dǎo)引，減少第一渦流的紊流損失。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于所述旋風(fēng)軸套的截錐形部分的最大直徑處延伸有一段圓筒形部分，所述圓筒形部分與所述截錐形部分的交界圓周在所述圓筒形內(nèi)腔的軸線方向上相對(duì)于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的距離大于或等于所述進(jìn)氣口的周界相對(duì)于所述圓筒形內(nèi)腔的第一端的最大距離，所述交界圓周的半徑被設(shè)置成使得所述進(jìn)氣口的最低點(diǎn)的延長(zhǎng)線與所述交界圓周基本上相切。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述旋風(fēng)軸套與所述冷氣流排出中心管座之間設(shè)置有隔熱材料，以對(duì)所述冷氣流排出中心管座的中央通孔中的第二渦流與所述旋風(fēng)軸套徑向外側(cè)的第一渦流進(jìn)行熱隔離。
18.根據(jù)權(quán)利要求13- 17中任一項(xiàng)所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于還包括軸向式整流裝置，其固定在所述冷氣流排出中心管座的延伸入所述圓筒形內(nèi)腔的末端部分上，以對(duì)經(jīng)過(guò)所述軸向式整流裝置的第一渦流進(jìn)行整流，從而減少第一渦流的紊流損失，并且使得整流后的第一渦流相比于整流前的第一渦流在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述軸向式整流裝置被構(gòu)造成盤(pán)旋碟狀構(gòu)件，所述盤(pán)旋碟狀構(gòu)件具有中央環(huán)狀件，所述中央環(huán)狀件的外圓周表面上固定有垂直于該外圓周表面徑向向外延伸出的沿圓周方向均勻分布的多個(gè)扇形導(dǎo)流片，其中所述多個(gè)扇形導(dǎo)流片被設(shè)置成使得相鄰的兩個(gè)所述扇形導(dǎo)流片之間形成允許氣流通過(guò)的楔形間隙。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述風(fēng)機(jī)是高速風(fēng)機(jī)，其穩(wěn)定輸出氣流的速度能夠達(dá)到1/8馬赫以上。
21.如權(quán)利要求13所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述渦流回流裝置被設(shè)置成具有內(nèi)凹曲面形狀的氣流聚焦反射面，而且所述熱氣流排出口設(shè)置在所述渦流回流裝置中所述氣流聚焦反射面的徑向外側(cè)，從而使得經(jīng)過(guò)所述熱氣流排出口的第一渦流的未被排出的剩余氣體沿所述氣流聚焦反射面行進(jìn)時(shí)，氣旋半徑逐漸收縮，旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，加強(qiáng)了離心力，并被第一渦流的氣旋內(nèi)芯負(fù)壓吸引，從而形成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端回流的第二渦流。
22.如權(quán)利要求21所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述氣流聚焦反射面為內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹橢圓球面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面。
23.一種渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于包括具有圓筒形內(nèi)壁表面的機(jī)體，所述圓筒形內(nèi)壁表面限定了圓筒形內(nèi)腔，所述圓筒形內(nèi)腔沿其軸線方向具有第一端以及與所述第一端相對(duì)的第二端；設(shè)置在所述機(jī)體外的風(fēng)機(jī)；具有進(jìn)氣口的端部進(jìn)氣整流罩，其在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處固定到所述機(jī)體，所述風(fēng)機(jī)的導(dǎo)風(fēng)管連接到所述進(jìn)氣口以將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流噴入到所述端部進(jìn)氣整流罩中，所述端部進(jìn)氣整流罩被設(shè)置成將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流形成初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流并將其整流成沿所述圓筒形內(nèi)壁表面旋轉(zhuǎn)且朝所述圓筒形內(nèi)腔的第二端行進(jìn)的第一渦流；熱氣流排出口，其被設(shè)置成位于或鄰近所述圓筒形內(nèi)腔的第二端的邊緣處，從而使得行進(jìn)到所述熱氣流排出口的第一渦流的一部分氣體經(jīng)所述熱氣流排出口排出到所述圓筒形內(nèi)腔外；渦流回流裝置，其被設(shè)置成位于所述圓筒形內(nèi)腔的第二端處，以將第一渦流的未被排出所述熱氣流排出口的剩余氣體回流成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端行進(jìn)的第二渦流；具有冷氣流排出通道的冷氣流排出中心管座，其設(shè)置在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處并沿所述圓筒形內(nèi)腔的中心軸線軸向向內(nèi)延伸到所述圓筒形內(nèi)腔中、軸向向外延伸到所述端部進(jìn)氣整流罩外，所述冷氣流排出通道接收第二渦流使其與第一渦流隔離，并將第二渦流的氣體排出到所述渦旋式冷熱氣體分離裝置外，從所述熱氣流排出口中排出的氣體的溫度高于從所述冷氣流排出通道中排出的氣體的溫度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于所述端部進(jìn)氣整流罩包括環(huán)形殼壁，其內(nèi)限定有相比于所述渦旋式冷熱氣體分離裝置的機(jī)體的圓筒形內(nèi)腔直徑更大的空腔，所述空腔具有與所述圓筒形內(nèi)腔相同的中心軸線且與所述圓筒形內(nèi)腔直接連通，所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述環(huán)形殼壁上，而且所述進(jìn)氣口被設(shè)置成將所述風(fēng)機(jī)輸出的氣流基本上沿所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔的圓周的切線方向噴入所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔中，形成初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流；以及徑向整流裝置，其設(shè)置在所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔中且與所述端部進(jìn)氣整流罩的空腔具有相同的中心軸線，所述徑向整流裝置被設(shè)置成接收初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流并將其整流成第一渦流。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述端部進(jìn)氣整流罩還包括具有中央通孔的管座固定法蘭，所述冷氣流排出中心管座穿過(guò)所述管座固定法蘭的中央通孔并通過(guò)所述管座固定法蘭固定到所述端部進(jìn)氣整流罩的環(huán)形殼壁的外側(cè)端， 而且所述徑向整流裝置固定在所述管座固定法蘭的內(nèi)側(cè)表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述端部進(jìn)氣整流罩還包括端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭，所述端部進(jìn)氣整流罩的環(huán)形殼壁的內(nèi)側(cè)端固定到所述端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭的外緣部，所述端部進(jìn)氣整流罩固定法蘭的環(huán)形臺(tái)階在所述圓筒形內(nèi)腔的第一端處固定到所述機(jī)體的外圓周壁上。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于所述徑向整流裝置具有基板，在所述基板的一個(gè)側(cè)表面上固定有垂直于所述側(cè)表面且沿圓周方向均勻分布的多個(gè)曲線形導(dǎo)流片，所述曲線形導(dǎo)流片被設(shè)置成將所述初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流整流成旋轉(zhuǎn)直徑縮小的第一渦流，并且使得第一渦流相比于所述初始轉(zhuǎn)動(dòng)氣流不但流速更快，而且紊流損失更小，在圓周方向上各點(diǎn)處的旋渦氣體流量更加均勻。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于所述徑向整流裝置的每個(gè)曲線形導(dǎo)流片的沿導(dǎo)流方向的截面形狀由內(nèi)表面曲線、外表面曲線以及端部連接過(guò)渡線圍合而成，其中所述內(nèi)表面曲線由一段橢圓曲線區(qū)段、一段維托辛斯基曲線區(qū)段以及位于氣流出口處的一段直線區(qū)段平滑連接而成，所述外表面曲線由一段圓弧曲線區(qū)段和接近氣流出口處的一段直線區(qū)段平滑連接而成。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于所述風(fēng)機(jī)是高速風(fēng)機(jī)，其穩(wěn)定輸出氣流的速度能夠達(dá)到1/8馬赫以上。
30.如權(quán)利要求23所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述渦流回流裝置被設(shè)置成具有內(nèi)凹曲面形狀的氣流聚焦反射面，而且所述熱氣流排出口設(shè)置在所述渦流回流裝置中所述氣流聚焦反射面的徑向外側(cè)，從而使得經(jīng)過(guò)所述熱氣流排出口的第一渦流的未被排出的剩余氣體沿所述氣流聚焦反射面行進(jìn)時(shí)，氣旋半徑逐漸收縮，旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，加強(qiáng)了離心力，并被第一渦流的氣旋內(nèi)芯負(fù)壓吸引，從而形成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端回流的第二渦流。
31.如權(quán)利要求30所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述氣流聚焦反射面為內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹橢圓球面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面。
32.—種渦旋式冷熱氣體分離裝置，其包括機(jī)體、熱氣流排出口、渦流回流裝置和冷氣流排出口，其特征在于所述渦流回流裝置被設(shè)置成具有內(nèi)凹曲面形狀的氣流聚焦反射面，而且所述熱氣流排出口設(shè)置在所述渦流回流裝置中所述氣流聚焦反射面的徑向外側(cè)，從而使得經(jīng)過(guò)所述熱氣流排出口的第一渦流的未被排出的剩余氣體沿所述氣流聚焦反射面行進(jìn)時(shí)，氣旋半徑逐漸收縮，旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，加強(qiáng)了離心力，并被第一渦流的氣旋內(nèi)芯負(fù)壓吸引，從而形成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝所述圓筒形內(nèi)腔的第一端回流的第二渦流。
33.如權(quán)利要求32所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于，所述氣流聚焦反射面為內(nèi)凹拋物面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹橢圓球面形狀的氣流聚焦反射面，或內(nèi)凹圓球面形狀的氣流聚焦反射面。
34.如權(quán)利要求32所述的渦旋式冷熱氣體分離裝置，其特征在于還包括將外部氣體輸入所述機(jī)體內(nèi)的圓筒形空腔內(nèi)形成第一渦流的進(jìn)氣裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及渦旋式冷熱氣體分離裝置，其中一種包括具有圓筒形內(nèi)壁表面的機(jī)體，圓筒形內(nèi)壁表面限定了具有第一端和第二端的圓筒形內(nèi)腔；在第一端處附接到機(jī)體的進(jìn)氣及攪動(dòng)風(fēng)扇裝置，將外部氣體吸入圓筒形內(nèi)腔并攪動(dòng)形成朝第二端行進(jìn)的第一渦流；熱氣流排出口，其位于或鄰近第二端的邊緣，將行進(jìn)到熱氣流排出口的第一渦流的部分氣體排出到圓筒形內(nèi)腔外；位于第二端的渦流回流裝置，其將第一渦流的未被排出熱氣流排出口的剩余氣體回流成穿過(guò)第一渦流的氣旋內(nèi)芯朝圓筒形內(nèi)腔的第一端行進(jìn)的第二渦流；冷氣流排出口，其位于圓筒形內(nèi)腔第一端的徑向中心或鄰近并圍繞該徑向中心，從熱氣流排出口排出的氣體溫度高于從冷氣流排出口中排出的氣體溫度。
文檔編號(hào)B01D53/24GK201969471SQ201120026830
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者姚其槐, 姚鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:姚鎮(zhèn)