[發(fā)明專利]共容腔散熱式氣波制冷機

有效

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• 申請日: 2010-02-06
• 公開（公告）號: CN101762110A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 胡大鵬;劉培啟;鄒久朋;朱徹;代玉強;劉鳳霞;趙家權
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F25B9/08
• 分類號: F25B9/08
• 代理公司: 大連八方知識產(chǎn)權代理有限公司 21226
• 代理人: 高杰

技術領域

本發(fā)明屬于壓力氣體膨脹制冷技術領域，具體涉及一種氣體制冷機械，即 共容腔散熱式氣波制冷機。

背景技術

膨脹制冷可以獲得比用工質(zhì)循環(huán)制冷更低的低溫。利用氣體自身的壓力膨 脹制冷，在石油天然氣開發(fā)處理等領域中極具應用價值。除了透平膨脹機之外， 熱分離機和氣波制冷機(中國專利87101903.5，89213744.4，90222999.0)等 也屬于氣體膨脹制冷機械。這類制冷機能夠在較低的轉(zhuǎn)速下高效地工作，從而 避免像低溫透平膨脹機那樣，必須在高轉(zhuǎn)速下運行而帶來的一系列不便。已有 的熱分離機和氣波制冷機，都是壓力氣體依次對各根末端封閉的接受管中的潴 留氣做不定常膨脹功，使壓力能轉(zhuǎn)化為熱能，再通過管壁散熱的。入射壓力氣 體因膨脹做功而消耗了自身的能量，溫度降低而實現(xiàn)制冷。

但傳統(tǒng)的熱分離機和氣波制冷機，為滿足在低轉(zhuǎn)速下獲取高效率、和高負 荷散熱的需要，其接受管的長度都長達數(shù)米，不但使整機體積龐大，而且容易 振動，常會出現(xiàn)斷管事故；并且由于較長振蕩管的末端壁溫較低，不能強力耗 散能量，管材功能率低；再是由于長接受管為圓截面，導致一定流量(一定寬 度)的射流噴嘴，轉(zhuǎn)動分配射流的過程中，很難同時覆蓋滿兩根以上的管口寬 度，則對于每一根接受管來說，射流不充滿管口的時均比例較大，會卷吸更多 管內(nèi)氣體相互摻混而降低等熵性；還有就是壓縮波或激波會從管子封閉的末端 反射回到入口端，加熱新鮮的或者已經(jīng)制冷了的氣體，降低制冷效率，當射流 頻率與接受管內(nèi)氣體振蕩頻率不一致時更甚；而更為嚴重的是：當處理的氣體 含可冷凝重組分時，接受管封閉末端區(qū)域較低溫度的環(huán)境極易凝液且滯留不出， 不斷積累，最終導致制冷機失效。盡管發(fā)明了一些自動排液裝置，但結構較為 復雜，實施并不方便。

盡管熱分離機和氣波制冷機的發(fā)展有30多年的歷史，但以長長的接受管為 其顯著特征，卻一直沒有改變。長管壁的熱量散發(fā)于環(huán)境之中，雖然有不需要 額外冷卻換熱之便，但熱量卻得不到回收。而上述的體積大、振動斷管、射流 摻混時均比例大、效率波動、積液等問題，則由這種結構所限，很難從根本上 解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是克服上述不足，提供一種由不必耗散熱量的短接受管、 其末端開口續(xù)接貫通的共容腔散熱空間、彈性緩沖容積和凝液儲液空間為特征 的非定常膨脹制冷機——共容腔散熱式氣波制冷機。

本發(fā)明共容腔散熱式氣波制冷機實現(xiàn)功能的原理依據(jù)是：脈沖射流從一端 管口射進一根管段，在推動管內(nèi)氣體向前運動的同時，由于和管內(nèi)氣體的速度 和壓力之差，會產(chǎn)生一系列的壓縮波并匯聚成激波，將射流能量快速遠傳。隨 射流分配器的旋轉(zhuǎn)，造成該管段射流的間斷，先前射流的能量和速度充分耗盡， 溫度降低，再從管口返回就變成制冷氣。在此過程中，射流前鋒面向前運動的 距離，要遠小于攜帶能量的壓縮波向前傳播的距離。因此，只要管段的長度長 于射流前鋒面前行的距離，就能保證射流能量的耗散制冷和全部返排出該端管 口。對于長接受管來說，射流前鋒面的前部，壓縮波和激波向前傳波的過程中， 強烈加熱管內(nèi)的滯留氣體，再傳給管壁散發(fā)到環(huán)境中，因此長接受管4/5以上的 長度尺寸，都是為了耗散熱量所用的。當然長接受管可以降低氣體剛性，易于 吸收射流的能量，但加接較大容積的緩沖腔也同樣可以達到相同的目的。

如果熱量不能充分耗散出去，就意味著激波或壓縮波的能量沒有消失耗盡， 在有限的空間內(nèi)，它們總會從固壁邊界經(jīng)多次反射，回到接受管中，將能量再 次傳給射流氣體而使之回熱，制冷效率降低。如果設法將激波或壓縮波導入一 個能夠充分耗散其能量的一周各接受管都共用的容積腔中，同樣能起到、或是 超過長接受管4/5以上長度的散熱作用。因此，將接受管縮短到只長于射流前鋒 面前行的距離，不必耗散熱量，而在其后續(xù)接貫通的共容腔作為散熱空間，強 化散熱或取熱；且此共容腔可大大降低短接受管的剛性即振蕩頻率，與長接受 管等效。這些是本發(fā)明的原理依據(jù)，并且經(jīng)過實驗機實驗獲得驗證，其效率高 于傳統(tǒng)的長接受管散熱的氣波制冷機。