[實(shí)用新型]一種共容腔散熱式氣波制冷機(jī)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020110253.1
• 申請(qǐng)日: 2010-02-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201885477U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡大鵬;劉培啟;鄒久朋;朱徹;代玉強(qiáng);劉鳳霞;趙家權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B9/00
• 分類號(hào): F25B9/00
• 代理公司: 大連八方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21226
• 代理人: 高杰

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于壓力氣體膨脹制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣體制冷機(jī)械，即一種共容腔散熱式氣波制冷機(jī)。

背景技術(shù)

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(kāi)發(fā)處理等領(lǐng)域中極具應(yīng)用價(jià)值。除了透平膨脹機(jī)之外，熱分離機(jī)和氣波制冷機(jī)(中國(guó)專利87101903.5，89213744.4，90222999.0)等也屬于氣體膨脹制冷機(jī)械。這類制冷機(jī)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(jī)那樣，必須在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而帶來(lái)的一系列不便。已有的熱分離機(jī)和氣波制冷機(jī)，都是壓力氣體依次對(duì)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(guò)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(shí)現(xiàn)制冷。

但傳統(tǒng)的熱分離機(jī)和氣波制冷機(jī)，為滿足在低轉(zhuǎn)速下獲取高效率、和高負(fù)荷散熱的需要，其接受管的長(zhǎng)度都長(zhǎng)達(dá)數(shù)米，不但使整機(jī)體積龐大，而且容易振動(dòng)，常會(huì)出現(xiàn)斷管事故；并且由于較長(zhǎng)振蕩管的末端壁溫較低，不能強(qiáng)力耗散能量，管材功能率低；再是由于長(zhǎng)接受管為圓截面，導(dǎo)致一定流量(一定寬度)的射流噴嘴，轉(zhuǎn)動(dòng)分配射流的過(guò)程中，很難同時(shí)覆蓋滿兩根以上的管口寬度，則對(duì)于每一根接受管來(lái)說(shuō)，射流不充滿管口的時(shí)均比例較大，會(huì)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(huì)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(dāng)射流頻率與接受管內(nèi)氣體振蕩頻率不一致時(shí)更甚；而更為嚴(yán)重的是：當(dāng)處理的氣體含可冷凝重組分時(shí)，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(dǎo)致制冷機(jī)失效。盡管發(fā)明了一些自動(dòng)排液裝置，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，實(shí)施并不方便。

盡管熱分離機(jī)和氣波制冷機(jī)的發(fā)展有30多年的歷史，但以長(zhǎng)長(zhǎng)的接受管為其顯著特征，卻一直沒(méi)有改變。長(zhǎng)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(dòng)斷管、射流摻混時(shí)均比例大、效率波動(dòng)、積液等問(wèn)題，則由這種結(jié)構(gòu)所限，很難從根本上解決。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型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(kāi)口續(xù)接貫通的共容腔散熱空間、彈性緩沖容積和凝液儲(chǔ)液空間為特征的非定常膨脹制冷機(jī)——一種共容腔散熱式氣波制冷機(jī)。

本實(shí)用新型一種共容腔散熱式氣波制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)功能的原理依據(jù)是：脈沖射流從一端管口射進(jìn)一根管段，在推動(dòng)管內(nèi)氣體向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，由于和管內(nèi)氣體的速度和壓力之差，會(huì)產(chǎn)生一系列的壓縮波并匯聚成激波，將射流能量快速遠(yuǎn)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?gòu)墓芸诜祷鼐妥兂芍评錃狻Ｔ诖诉^(guò)程中，射流前鋒面向前運(yùn)動(dòng)的距離，要遠(yuǎn)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(zhǎng)度長(zhǎng)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(duì)于長(zhǎng)接受管來(lái)說(shuō)，射流前鋒面的前部，壓縮波和激波向前傳波的過(guò)程中，強(qiáng)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(zhǎng)接受管4/5以上的長(zhǎng)度尺寸，都是為了耗散熱量所用的。當(dāng)然長(zhǎng)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(dá)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(méi)有消失耗盡，在有限的空間內(nèi)，它們總會(huì)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?zé)幔评湫式档?。如果設(shè)法將激波或壓縮波導(dǎo)入一個(gè)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(guò)長(zhǎng)接受管4/5以上長(zhǎng)度的散熱作用。因此，將接受管縮短到只長(zhǎng)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(qiáng)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(zhǎng)接受管等效。這些是本實(shí)用新型的原理依據(jù)，并且經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)獲得驗(yàn)證，其效率高于傳統(tǒng)的長(zhǎng)接受管散熱的氣波制冷機(jī)。

本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)解決方案是：一種共容腔散熱式氣波制冷機(jī)，主要由進(jìn)氣腔6、進(jìn)氣管7、機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)密封9、主軸10、機(jī)體11、旋轉(zhuǎn)射流分配器14、短接受管16、接受管圓筒17、共容腔20、換熱單元21、冷氣出口腔24和冷氣出口管25組成，旋轉(zhuǎn)射流分配器14使射流依次對(duì)齊到各根短接受管16始端的管口并進(jìn)入管中制冷再返回排出，其特征在于：圓周排布的短接受管16的非射流入口端即末端也是開(kāi)口的，且此末端開(kāi)口與共容腔20相連通，共容腔20內(nèi)裝有換熱單元21，換熱單元21吸收從短接受管16中傳到共容腔20中的壓縮波或激波的能量。