ボルテックスクーラー・チューブの原理と構造

概要

圧縮空気をボルテックスチューブに通すと、高温の空気と低温の空気に分離できます。
ボルテックスクーラーは低温側の空気を利用した冷却装置です。

ボルテックスクーラーは可動部がなく冷媒も使いません。ただし、圧縮空気をつくるため空気源（コンプレッサーなど）が必要になります。

構造

ボルテックスチューブの構造は下の画像の通りです。
手前側が高温空気の出口、奥が低温空気の出口です。低温空気の出口付近にある2本の小さな円筒は圧縮空気の入口です。

ボルテックスチューブの構造:出典

原理

圧縮空気入口から入った空気は円筒の壁面に沿ってらせん状に流れます。
下図では、画像左のベージュの矢印が圧縮空気を表しています。

ボルテックスチューブの流れ:出典

膨張と冷却

壁面に沿って流れるスパイラル流によって、ボルテックスチューブの壁付近は圧力が高くなります。これに対して中心部分は圧力が低くなります。
中心と壁付近で圧力差が生じるため、圧縮空気は中心へと移動します。この時、圧縮空気は膨張し、温度が下がります。

スパイラル流による圧力差の変化

圧縮空気は壁の摩擦により、高温出口へ向かうにつれ速度が低下します。そのため、圧縮空気入口と高温出口では軸方向に圧力差が生じます。
この圧力差によって、冷えた中心部の空気は低温出口側に移動します。

高温空気

残ったスパイラル流は中心部分を流れる低温空気からエネルギーを受け取り高温になります。そして、高温空気出口から排出されます。

用途

工場の冷却装置や作業服に使われます。

冷却装置

プラスチック容器の加工、ポリエチレンフィルムの加工で冷却のために使われます。

作業服

造船所、鉄鋼およびガラス製造の工場で冷房作業服として使われます。

この記事のまとめ

ボルテックスクーラーの構造やボルテックスチューブの原理などをまとめました。

参考文献

• ボルテックスチューブによる気体の冷却