專利名稱：壓差式制冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于制冷技術(shù)。
現(xiàn)有制冷技術(shù)中，以氟里昂為工質(zhì)的制冷技術(shù)發(fā)展最快，應(yīng)用最普遍，效果也最好。但因其對(duì)自然生態(tài)和人類生存、發(fā)展的極大危害性，多種國(guó)際會(huì)議已明確規(guī)定了其限用期。
為了取代氟里昂物質(zhì)，各種新型制冷技術(shù)如雨后春筍不斷萌生，但均因耗能大、制冷效率低以及制冷量受限等不利因素而不能推廣應(yīng)用。
如，半導(dǎo)體制冷，雖效果好，但耗能大，效率低；電熱式吸、脫附制冷雖耗能較小，但還達(dá)不到深度制冷；顧氏循環(huán)制冷雖效率較好，但仍存在50％以上的氟里昂物質(zhì)；氨制冷也因具有毒性，而在限制使用范圍之內(nèi)；氣旋式冷熱分離器的制冷是以空氣為工質(zhì)的具有很大優(yōu)越性的新型制冷技術(shù)，但因其仍存在許多固有缺陷，還達(dá)不到應(yīng)有的制冷效果，從而限制了應(yīng)用領(lǐng)域。
例如，由法國(guó)工程師蘭卡于1933年首先發(fā)明的渦流管制冷技術(shù)，如圖5－1，5－2所示，其渦流管包括噴管1、渦流管6、分離孔板3及冷熱兩端管5、4，壓縮空氣進(jìn)入噴管后沿切線方向進(jìn)入渦流室6，形成自由渦流，且分離成溫度不相同的兩股氣流中心部分的低溫氣流，經(jīng)分離孔板3的中心孔流出，外圍邊緣部分的高溫氣流，從另一端經(jīng)節(jié)流閥2流出。利用該渦流管可同時(shí)獲得冷、熱兩種不同溫度的氣流。但是，由于至今對(duì)于這種技術(shù)的冷熱氣流分離機(jī)制尚無(wú)全面的分析，只是解釋為渦流管中心部分為低溫氣流，外圍部分為高溫氣流，從而限定其制冷器結(jié)構(gòu)形式為冷氣流從渦流管中心排出，熱氣流從渦流管內(nèi)周邊導(dǎo)出，這樣，就影響了它的效果和進(jìn)一步開發(fā)。
又如，氣旋式制冷技術(shù)，其冷熱分離器的工作機(jī)制實(shí)質(zhì)上仍屬蘭卡理論范圍之內(nèi)，所不同之處，只是在膨脹室上多加了一個(gè)切向入氣孔，因而可比蘭卡的單旋式結(jié)構(gòu)在膨脹室內(nèi)多一倍的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的氣流分子，從而提高了制冷效率，但由于其制冷氣流分離方式與蘭卡式相同，所以其效果仍受到限制。
另外，上述蘭卡式渦流管與氣旋式制冷設(shè)備，其膨脹室都是圓管狀腔室，這種形狀限制了氣體不規(guī)則分子團(tuán)的形成及冷熱氣流的有效分離；并且，二者所用噴嘴都是一種截流式噴嘴，如圖6所示，當(dāng)氣體通過(guò)噴嘴最細(xì)孔徑b之后，壓力隨即顯著降低，噴嘴的a－b段起了緩沖降壓的作用，于是使氣體噴出噴嘴時(shí)的膨脹效果大大降低，因而影響了制冷效果。
此外，它們都采用低壓(0.15——0.5MPa)空氣輸入方式，為獲得一定制冷效果，就要求大氣量，從而需要與之匹配的大氣源，這就限制了其制冷能力及應(yīng)用范圍。
針對(duì)上述技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出了一種新型制冷技術(shù)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種壓差式制冷器，改進(jìn)膨脹室結(jié)構(gòu)以加強(qiáng)膨脹效果和增大氣體不規(guī)則分子運(yùn)動(dòng)的體積，并對(duì)冷熱氣流進(jìn)行有效的分離。
本實(shí)用新型的又一目的是提供一種壓差式制冷器，改進(jìn)噴嘴結(jié)構(gòu)，使高壓氣體不經(jīng)緩沖地直接噴入膨脹室，以加強(qiáng)制冷效果。
本實(shí)用新型的另一目的是提供一種壓差式制冷器，利用高壓輸入氣體，形成大壓差，以達(dá)到良好的制冷效果。
本實(shí)用新型壓差式制冷器，首先是建筑在對(duì)空氣制冷理論的新貢獻(xiàn)基礎(chǔ)上的，本實(shí)用新型制冷原理為1、在體積相同的各種幾何形狀的膨脹空間中，球形膨脹空間能形成最大的冷氣分子團(tuán)，或者說(shuō)能形成最大的不規(guī)則氣體分子運(yùn)動(dòng)體積。圖7示出了壓縮氣體噴入壓差式的球形膨脹腔后的氣流勢(shì)場(chǎng)，其中圖7－1為氣體噴入時(shí)的初始?xì)饬鲃?shì)場(chǎng)狀態(tài)，圖7－2為膨脹過(guò)程中形成的氣流勢(shì)場(chǎng)狀態(tài)，圖7－3為膨脹后，冷氣流形成了大的不規(guī)則分子團(tuán)的氣流勢(shì)場(chǎng)狀態(tài)，完成了制冷過(guò)程。與之相對(duì)照的是圖8－1，8－2，8－3和圖9－1，9－2，9－3示出的氣旋式制冷及蘭卡的渦流管式制冷的氣體膨脹氣流勢(shì)場(chǎng)狀態(tài)。很明顯，后兩者在膨脹腔內(nèi)形成的只是空氣分子不規(guī)則帶，即僅在呈渦旋狀運(yùn)動(dòng)的空氣分子帶狀區(qū)域內(nèi)，空氣分子呈相對(duì)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。而本實(shí)用新型的球形腔內(nèi)，則形成了最大的空氣分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)區(qū)，從而形成了最大的冷氣分子團(tuán)。
2、在壓差式膨脹腔內(nèi)形成冷、熱氣流的情況與膨脹腔形狀有關(guān)。壓縮空氣在絕熱條件下迅速膨脹后，一方面因迅速降壓而降溫，產(chǎn)生冷氣流，另一方面，噴射的氣體分子向腔內(nèi)壁碰撞和沿容器壁運(yùn)動(dòng)摩擦，因而產(chǎn)生熱量形成熱氣流，后者與膨脹腔內(nèi)壁形狀有密切的關(guān)系，而球形的內(nèi)壁與圓筒狀容器相比，可明顯地減弱氣體分子的摩擦與碰撞，從而有助于大冷氣分子團(tuán)的形成。
3、在壓差式膨脹空間內(nèi)形成的冷、熱氣體，因其密度不同，而導(dǎo)致熱氣流向上，冷氣流向下；球形膨脹腔為兩種氣流的引出提供了最適宜的空間形狀。
4、采用高壓輸入氣體，形成進(jìn)出口大壓差，從而可加強(qiáng)膨脹速度和增大氣體不規(guī)則分子運(yùn)動(dòng)的體積。
依據(jù)上述原理，本實(shí)用新型制冷器的基本組成為一對(duì)開式外固體，內(nèi)部為一球形膨脹腔，該外固體的兩側(cè)各裝設(shè)一送氣管，兩送氣管相對(duì)于球形腔軸線以平行且對(duì)稱的方式裝設(shè)，兩送氣管內(nèi)各裝設(shè)一噴嘴，以向球形腔內(nèi)噴入壓縮空氣；該球形腔下部設(shè)有冷氣導(dǎo)管，球形腔上部設(shè)有熱氣導(dǎo)管。
本實(shí)用新型壓差式制冷器在制冷量、氣量效率及效能比等各個(gè)方面均優(yōu)于現(xiàn)有其他制冷技術(shù)，達(dá)到和超過(guò)了氟里昂工質(zhì)制冷技術(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)(見后附數(shù)據(jù)表)，從而完全可以取代氟里昂制冷。并且，本實(shí)用新型制冷器制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，尤其是在絕對(duì)無(wú)污染這一重要方面，大大優(yōu)于氟里昂等現(xiàn)有制冷技術(shù)，因此，本實(shí)用新型壓差式制冷器可廣泛應(yīng)用于各種制冷設(shè)備。
本實(shí)用新型制冷技術(shù)與其他制冷技術(shù)的效果比較，列表如下
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明


圖1為本實(shí)用新型制冷器俯視示意圖；圖2為
圖1中A－A、B－B、C－C剖面圖；圖3為本實(shí)用新型制冷器正視示意圖；圖4為本實(shí)用新型制冷器噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；圖5－1、5－2為蘭卡渦流管結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為蘭卡式、氣旋式噴嘴示意圖；圖7－1、7－2、7－3為本壓差式氣流勢(shì)場(chǎng)圖；圖8－1、8－2、8－3為氣旋式氣流勢(shì)場(chǎng)圖；圖9－1、9－2、9－3為蘭卡式渦流氣流勢(shì)場(chǎng)圖。
圖7、8、9中的1為氣體噴入時(shí)的初始?xì)饬鲃?shì)場(chǎng)，2為膨脹過(guò)程中的氣流勢(shì)場(chǎng)，3為膨脹后氣流勢(shì)場(chǎng)。
如
圖1、2、3所示，本實(shí)用新型壓差式制冷器包括一對(duì)開式膨脹腔外固體1，該外固體1內(nèi)部為一球形膨脹腔2，球形腔2內(nèi)襯裝有聚四氟乙烯內(nèi)襯3，起隔熱和防腐蝕作用；在外固體1的相對(duì)兩側(cè)各裝設(shè)一高壓送氣管4，該高壓送氣管4內(nèi)固裝有噴嘴5，兩高壓送氣管4分別相對(duì)于球形腔軸線以平行對(duì)稱方式設(shè)置，噴嘴5伸至球形腔內(nèi)壁，為了增強(qiáng)壓縮氣體的膨脹效果，噴嘴5如圖4所示，其前部為一細(xì)徑直管6，使進(jìn)入的高壓氣體在噴嘴內(nèi)不被緩沖減壓而直至噴嘴出口端才驟然減壓膨脹；在所述球形腔2的正下方有一冷氣排出孔，裝設(shè)一冷導(dǎo)管7，冷導(dǎo)管7外包有保溫套8，在球形腔2的正上方有一熱氣排出孔，裝設(shè)一熱導(dǎo)管9，在該熱導(dǎo)管9之外設(shè)置一上氣腔10，上氣腔10上具有一熱氣出口11，并安裝一調(diào)整桿12，用以調(diào)整熱氣流量，以調(diào)節(jié)冷熱氣流的比例和溫度，該調(diào)整桿12用緊固套環(huán)13鎖緊；所述對(duì)開外固體1的兩半部具有緊固通孔14(圖3)，螺栓通過(guò)該通孔將外固體1栓緊；外固體1還有安裝孔15(
圖1)，以便將制冷器安裝于所應(yīng)用的制冷設(shè)備上。
上述制冷器的工作過(guò)程如下將＞0.7MPa的高壓空氣經(jīng)兩送氣管4和噴嘴5送入球形腔2，兩股對(duì)稱、平行的壓縮空氣進(jìn)入球腔2后，立即減壓膨脹，經(jīng)圖7所示的膨脹過(guò)程，迅速形成一個(gè)大冷氣分子團(tuán)，冷氣由于密度較大，迅速由冷導(dǎo)管7排出，這股連續(xù)不斷的冷氣流溫度可低于－8℃；又由于高壓高速噴射，空氣在球形腔2內(nèi)壁碰撞和沿內(nèi)壁流動(dòng)摩擦的結(jié)果，在腔內(nèi)產(chǎn)生了一股熱氣流，由于熱氣流密度小，很快由熱氣管9在調(diào)整桿12調(diào)整下沿?zé)釟獬隹?1排出，可得到連續(xù)不斷的熱氣流，溫度可達(dá)40℃以上，從而達(dá)到高效制冷的目的。
壓差式制冷器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表
<p>實(shí)驗(yàn)是在一種往復(fù)式懸掛體壓縮機(jī)上進(jìn)行的，產(chǎn)氣量0.35m／min，最大壓力1.0MPa，功率700W。
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，可知本實(shí)用新型制冷技術(shù)的一般性能指標(biāo)為制冷效率 ＞3500KCdl／h.km；制冷系數(shù)(效能比)＞3.5；氣量效率(輸氣率)＞65％；輸出溫差 ＞35℃；冷氣溫度 低于－8℃。
在氣源溫度降至25℃以下時(shí)，冷氣溫度降至－12℃～－14℃以下；在利用冷氣循環(huán)時(shí)，冷氣溫度則降至－15℃～－20℃以下。完全可以滿足初冷和中冷產(chǎn)品的冷源要求。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，輸氣壓力與制冷效果成正相關(guān)，且可根據(jù)需要調(diào)控。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，為了滿足深冷的冷源要求，使用壓力可在0.7～40MPa范圍內(nèi)調(diào)控。在加大壓力時(shí)，只要按本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行抗壓材料和外型尺寸的變換，就可獲得所需冷源。同時(shí)，通過(guò)分離的熱氣流也可作為熱源綜合利用。
權(quán)利要求1.一種壓差式制冷器，包括壓縮空氣噴管、噴嘴、膨脹腔室、冷熱氣體排出管，其特征在于所述膨脹室由對(duì)開式兩半外固體1構(gòu)成，該外固體1內(nèi)部為一球形腔2；在外固體1的相對(duì)兩側(cè)各裝一高壓送氣管4，兩高壓送氣管4相對(duì)于球腔2軸線以平行且對(duì)稱的方式裝設(shè)；兩高壓送氣管4內(nèi)各固裝一噴嘴5，以向球形腔2內(nèi)送入高壓膨脹空氣；在所述球形腔2下方裝設(shè)一冷氣導(dǎo)管7，以排出冷氣，在該球形腔2上方裝設(shè)一熱導(dǎo)管9，以排出熱氣，在該熱導(dǎo)管9處安裝一調(diào)整桿12，以調(diào)節(jié)冷熱氣流流量的比例。
2.如權(quán)利要求1所述的壓差式制冷器，其特征在于所述噴嘴4的出口部分為一小孔徑直管6，以使高壓氣體無(wú)緩沖地進(jìn)入球形腔2而迅速膨脹。
3.如權(quán)利要求1、2所述的壓差式制冷器，其特征在于所述球形腔2內(nèi)壁上襯有一層聚四氟乙烯內(nèi)襯3，以起絕熱和防腐蝕作用。
專利摘要壓差式制冷技術(shù)以空氣為工質(zhì)，將高壓空氣從兩側(cè)噴射至球形腔內(nèi)膨脹降溫，同時(shí)形成冷熱兩股氣流，分別從設(shè)在球形腔下部的冷導(dǎo)管和設(shè)在球形腔上部的熱導(dǎo)管排出，熱導(dǎo)管處裝有調(diào)整桿以調(diào)節(jié)冷熱氣流比例；球形腔內(nèi)裝有聚四氟乙烯內(nèi)襯，以絕熱和防腐蝕。本實(shí)用新型在制冷量、氣量效率及效能比等各個(gè)方面均已達(dá)到或超過(guò)氟里昂工質(zhì)制冷技術(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)，且制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)污染，可廣泛應(yīng)用于各種制冷設(shè)備。
文檔編號(hào)F25B9/06GK2136434SQ9224117
公開日1993年6月16日 申請(qǐng)日期1992年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月18日
發(fā)明者劉加才, 吳祖發(fā), 梅大銳, 鄒永祥, 饒正富, 匡淑英 申請(qǐng)人:吳祖發(fā)