專利名稱：渦流管制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及應(yīng)用壓縮空氣制冷領(lǐng)域。
根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)專利情報(bào)系統(tǒng)檢索結(jié)果表明國(guó)外有代表性的現(xiàn)有技術(shù)是蘇聯(lián)莫斯科包曼工學(xué)院(Mascow Bauman Tech.Coll.)發(fā)明的渦流管造雪機(jī)(SU 1420－317－A30.8.1986)以及美國(guó)Astrl Corp.的Wallace Lopes發(fā)明的車用空調(diào)系統(tǒng)(US 4594084 10.1.1986.)。國(guó)內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)是CN86205925；CN89212392；CN89200962。上述國(guó)外專利都是作為特定用途而設(shè)計(jì)的專用渦流管，其結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)缺乏通用性。國(guó)內(nèi)專利CN89212392提出采用縮放型噴嘴作為渦流發(fā)生器噴嘴，以將進(jìn)氣氣流速度增至超聲速。但在實(shí)際中，由于渦流室中已形成強(qiáng)迫渦，使噴嘴出口氣流與渦流會(huì)合處產(chǎn)生沖擊波，造成較大的能量損失，能量分離率下降。
本實(shí)用新型的目的是提供一種通用的渦流管裝置，其渦流發(fā)生器綜合考慮了渦流室型式、噴嘴的型式和數(shù)量以及渦流室與噴嘴的匹配，從而降低各種能量損失，增加冷氣流溫度降，提高能量分離率。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)措施和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)描述如下其一、將渦流發(fā)生器的渦流室直徑擴(kuò)大。傳統(tǒng)渦流室的直徑與渦流管的內(nèi)徑相等，高速空氣射流進(jìn)入渦流室中只能形成強(qiáng)迫渦。擴(kuò)大渦流室后，在其中可以形成內(nèi)、外兩層不同性質(zhì)的渦流，內(nèi)層是強(qiáng)迫渦，外層是自由渦，自由渦中氣流速度隨半徑減小而增加(見(jiàn)圖4所示速度分布)。這就使氣流離開(kāi)噴嘴后，到達(dá)強(qiáng)迫渦之前有一增速過(guò)程，最終使渦流強(qiáng)度增加。擴(kuò)大后的渦流室直徑為渦流管內(nèi)徑的1.2～1.5倍。這種渦流室稱為自由渦增強(qiáng)式渦流室。
其二，采用與自由渦增強(qiáng)式渦流室相匹配的多個(gè)漸縮噴嘴，并將噴嘴的切向位置改為與渦流室徑向夾角70°～80°。(見(jiàn)圖3)。傳統(tǒng)渦流室中如采用多噴嘴布置，一般都會(huì)產(chǎn)生壓力飽和現(xiàn)象。即進(jìn)口壓力提高，冷氣流溫度降無(wú)明顯增加，較高的壓力能基本上是浪費(fèi)了。其原因主要由強(qiáng)迫渦類似于剛體性質(zhì)所致。因此，Hilsch及其之后的設(shè)計(jì)(包括CN89200962)都主張采用單噴嘴(流道)。但是，在自由渦增強(qiáng)式渦流室中采用多噴嘴結(jié)構(gòu)，由于噴嘴射出的氣流先射入外層自由渦，有效地避免了壓力飽和現(xiàn)象，而且渦流的對(duì)稱性、強(qiáng)度都有明顯提高。此外，將噴嘴與渦流室的徑向夾角控制在70°～80°，其目的在于加強(qiáng)自由渦內(nèi)旋的科利奧里力以及減小噴嘴出口射流與渦流室壁面的摩擦。
其三，渦流發(fā)生器主體采用聚酰胺脂或聚四氟乙烯材料制造。渦流發(fā)生器主體端面與熱端管接觸面之間如果采用橡膠密封墊圈，(如CN89200962)，雖然防止了高壓氣體直接滲入渦流管，但卻增加了空氣渦流的摩擦阻力。采取此措施后，利用上述材料在壓緊力下的彈性變形，既達(dá)到密封效果，又避免了采用密封墊圈所造成的摩擦損失。不僅如此，由于上述材料絕熱效能良好，還可減少制冷時(shí)周圍環(huán)境對(duì)其傳熱。而且，上述材料可采用模壓成型工藝，降低制造成本，提高制造精度。
其四，本實(shí)用新型在渦流室出口處配接一漸擴(kuò)型襯套壓配在渦流管中，以此加快管內(nèi)空氣外層渦流的衰減，縮短渦流管長(zhǎng)度。
采用上述措施的渦流管制冷裝置的渦流發(fā)生器經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其冷氣流溫度降和能量分離效率均有較大提高。在進(jìn)氣壓力Pi為0.7MPa，進(jìn)氣溫度ti為20℃，相對(duì)濕度φ為0.7時(shí)，冷氣流出口溫度tc可達(dá)－25℃～－30℃。改變同一裝配尺寸的渦流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使制冷裝置的性能指標(biāo)有所改變，因此采用本實(shí)用新型具有很好的通用性。可用于工業(yè)局部制冷，如金屬切削、焊接、食品加工及包裝、電器儀表等冷卻；壓縮空氣的制冷干燥和除濕；高溫工種的個(gè)人空調(diào)系統(tǒng)PAC′S等。在有壓縮氣源情況下，該裝置具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、無(wú)運(yùn)動(dòng)易損部件，無(wú)環(huán)害工質(zhì)CFC，無(wú)電磁輻射影響等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由附圖和實(shí)施例給出


圖1渦流管的局部縱剖視圖圖2渦流發(fā)生器的縱剖視圖圖3渦流發(fā)生器的正視圖圖4自由渦增強(qiáng)式渦流室中氣流速度分布圖圖5自由渦增強(qiáng)式渦流室中氣流壓力分布圖渦流管制冷裝置渦流發(fā)生器主要由渦流發(fā)生器4、漸縮噴嘴6、渦流管8、渦流室5、進(jìn)氣管9、緊固螺母1、殼體2、O型圈3、漸擴(kuò)型襯套7等組成。
其特征是渦流發(fā)生器4由緊固螺母1壓緊固定在殼體2的左端，它由聚酰胺脂或聚四氟乙烯制成；在緊固螺母1和渦流發(fā)生器4之間用O型橡膠圈3密封，緊固螺母1的內(nèi)孔與發(fā)生器出口管12之間留有空隙以防外部傳入熱量；殼體2的右端與渦流管8緊配合；殼體2的一側(cè)，連通進(jìn)氣管9，它與發(fā)生器4之間形成環(huán)形空間10；渦流發(fā)生器4為臺(tái)階狀管，與渦流管8接觸的端面，設(shè)有非切向的若干個(gè)漸縮噴嘴6與渦流室5相通，漸縮噴嘴6與渦流室5徑向夾角為70°～80°；渦流室5其直徑比渦流管內(nèi)徑大1.2～1.5倍。其臺(tái)階狀管的中心孔是冷氣流分離孔11，分離孔11的右端為錐形孔，與渦流室5相通；在渦流室5出口端相連渦流管8的一端壓配一漸擴(kuò)型襯套7。
其工作過(guò)程是這樣的壓縮空氣由進(jìn)氣管9進(jìn)入殼體2與發(fā)生器4之間形成的環(huán)形空間10，經(jīng)非切向的多個(gè)漸縮噴嘴6射入渦流室5，在渦流室5的外層和內(nèi)層分別形成自由渦和強(qiáng)迫渦。強(qiáng)迫渦從渦流室5內(nèi)層進(jìn)入擴(kuò)壓襯套7后通往渦流管8，由于管內(nèi)渦流各層氣體速度不同，氣體分子動(dòng)能從渦流內(nèi)層向邊緣外層傳輸，渦流內(nèi)層因能量輸出而降溫，渦流外層則因能量輸入而升溫，由此產(chǎn)生冷、熱氣流分離效應(yīng)。外層熱氣流從右端經(jīng)控制閥(圖中未畫出)排入大氣。由于空氣渦流中心區(qū)壓力較低(見(jiàn)圖5)，內(nèi)層冷氣流沿渦流管中心軸線向左逆向流動(dòng)，經(jīng)渦流發(fā)生器4中心的冷氣流分離孔11流向制冷空間，從而達(dá)到制冷的效果。
權(quán)利要求1.一種渦流管制冷裝置，由緊固螺母1、殼體2、渦流發(fā)生器4、O型橡膠圈3、進(jìn)氣管9和渦流管8組成，渦流發(fā)生器4由緊固螺母1壓緊固定在殼體2的左端，在緊固螺母1和渦流發(fā)生器4之間用o型橡膠圈3密封；其特征在于A.殼體2的一側(cè)，連通進(jìn)氣管9，它與發(fā)生器4之間形成環(huán)形空間10；B.渦流發(fā)生器4為一臺(tái)階狀管，與渦流管8接觸的端面，設(shè)有非切向的若干個(gè)漸縮噴嘴6，與渦流室5相通，其臺(tái)階狀管的中心孔是冷氣流分離孔11，分離孔11的右端為錐形孔，與渦流室5相通；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管制冷裝置，其特征在于渦流室5其直徑比渦流管內(nèi)徑大1.2～1.5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管制冷裝置，其特征在于漸縮噴嘴6與渦流室5徑向夾角為70°～80°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管制冷裝置，在渦流室5出口端相連的渦流管8的一端壓配入一漸擴(kuò)型襯套7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流管制冷裝置，其特征在于渦流發(fā)生器4用有機(jī)材料制造。
專利摘要本實(shí)用新型涉及壓縮空氣制冷技術(shù)，可使常溫下的壓縮空氣降至-20℃～-30℃。它由殼體、渦流發(fā)生器、渦流管等組成。其特征在于渦流發(fā)生器采用自由渦增強(qiáng)式渦流室，并以多個(gè)漸縮、非切向噴嘴與之匹配。渦流發(fā)生器本體采用合成有機(jī)材料制造，使能量分離率和冷氣流溫度降均有很大提高。該渦流管制冷裝置具有通用性，體積小、重量輕，無(wú)運(yùn)動(dòng)易損部件，無(wú)環(huán)害工質(zhì)氟里昂，無(wú)電磁輻射影響等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于工業(yè)局部制冷。
文檔編號(hào)F25B9/04GK2179958SQ9324650
公開(kāi)日1994年10月19日 申請(qǐng)日期1993年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月25日
發(fā)明者黃仰之 申請(qǐng)人:江蘇工學(xué)院