[實用新型]一種液氮循環冷卻渦流管高效制冷系統

有效

• 申請號: 201820515099.2
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN208254004U
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 張建超;李長河;張彥彬;楊敏;賈東洲;殷慶安;張曉陽;侯亞麗
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: F25B9/04
• 分類號: F25B9/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 陳曉敏

本實用新型公開了一種液氮循環冷卻渦流管高效制冷系統，它解決了渦流管制冷技術存在散熱率和制冷效率低下的問題，其采用液氮循環對渦流管熱管進行冷卻，實現有效提高渦流管的散熱率和制冷效率的目的，其技術方案為：包括渦流管制冷系統和液氮冷卻系統，所述渦流管制冷系統包括帶有噴嘴的進氣套筒，進氣套筒一端套接冷端管并由密封套筒密封，另一端套接熱端管并由密封墊片密封，冷端管、進氣套筒和熱端管形成渦流室；所述熱端管遠離進氣套筒的一端內部設有整流器；所述液氮制冷系統包括纏繞于熱端管外部的螺旋液氮冷卻管道，螺旋液氮冷卻管道循環輸送液氮對熱端管進行冷卻。

技術領域

本實用新型涉及渦流管制冷技術領域，特別是涉及一種液氮循環冷卻渦流管高效制冷系統。

背景技術

渦流管是一種結構簡單的能量分離裝置，由噴嘴、渦流室、冷端管、熱端管以及氣體控制閥五個核心部分組成。利用能量渦流分離原理，工作時將壓縮氣體由進氣管道通入渦流管噴嘴，由于空間的突然增大以及壓力差，氣體膨脹加速后以極高的速度沿切線方向進入渦流室，氣流在渦流室內形成高速渦旋，由于氣體控制閥與冷端管孔板之間的壓力差，在渦流管內的中心區域形成回流氣體，經過渦流變換后分離成總溫不相等的兩部分氣流。其中，處于中心部位的強制渦回流氣流溫度降低形成低溫氣流并由冷端管一側排除出，而處于外層部位的自由渦氣流溫度升高形成熱氣流，從熱端管經氣體控制閥調節排出。常溫壓縮空氣通過渦流管的能量渦流分離形成冷熱兩股氣流從渦流管兩側分別排出，這就是所謂的 渦流效應或者蘭克效應。

張春堂等設計了一種渦流管制冷器，其渦流發生器由一端與冷端管相連接的主渦流發生器與套接在主渦流發生器另一端的輔助渦流發生器兩部分組成，然后與熱端管相連接。通過增加輔助渦流發生器使進入主渦流發生器的氣體旋流得到增強并改變氣旋角度，增大渦流管內部冷熱氣流的壓差從而增強能量分離效率，達到增強降溫效果提高制冷系數的目標。

青島理工大學劉國濤等設計了一種超音速噴嘴渦流管制冷與納米流體微量潤滑耦合供給系統，該系統的低溫氣體產生裝置采用超音速噴嘴，通過提高渦流管噴嘴出口速度、將渦流管噴嘴流道設置為不同流線線型來提高氣體在渦流管噴嘴處渦旋強度、對渦流管熱管采用強化換熱等措施來提高渦流管的能量分離程度，達到有效提高制冷效率的目的。

北京航空航天大學的袁松梅等設計了一種收縮式阿基米德型線渦流管噴嘴，其噴嘴包括入氣口、噴嘴外部流道、流道擋板、噴嘴流道、噴嘴渦流室和外圍擋板，噴嘴流道采用收縮式阿基米德型線設計，且采用了雙層流道設計。既可以增加空氣在渦流室中的旋轉速度，從而提升渦流室中內外層氣體的換熱效率，又可以避免采用單入氣口壓縮空氣的流量和壓力在各個噴嘴流道處分布不均的情況，最終達到提高制冷效率的目的。

北京工業大學的馬重芳等設計了一種渦流管噴嘴，其噴嘴的流道采用了幾何軸對稱，氣動上沿噴嘴流道的中心軸線按等馬赫梯度的設計方法以使氣流沿氣流軸向速度為等馬赫梯度增加，氣體流動損失減小；噴嘴進氣前流道與噴嘴流道在同一個平面上，沿中線等氣體流速設計，即保持進氣流道中心線的法向面上的速度與渦流管進口速度一致。一方面可以提高渦流管的制冷溫度效應，同時可以提高渦流管達到最大制冷溫度效應時的冷流率，從而提高渦流管的單位制冷量和制冷系數。

哈爾濱工程大學宋福元等設計了一種新型渦流管制冷裝置，包括渦流室機構、熱端管、熱閥、包腔座和包腔蓋，包腔蓋套在包腔座上，渦流室機構包括渦流室和壓蓋，渦流室的數量不少于三個，渦流室機構安裝在包腔座里、且渦流室機構的一端與包腔蓋相連，熱端管安裝在包腔蓋里，熱閥安裝在熱端管的一端。可以滿足實際對冷端流量和溫度的需要，結構尺寸比較小，一定程度上提高了制冷流量。

綜上，在現有的渦流管制冷技術中，渦流管以其結構簡單、維護簡便、故障率低、無需電能、機械能和化學能等優勢得到廣泛應用,然而制冷效率低一直是渦流管研究領域的難題，同時熱管內熱空氣的散熱困難，對渦流管的能量分離效果也有一定的制約，因此如何設計一種能有效提高散熱率并有效提高制冷效率的渦流管制冷系統是本領域技術人員的重點研究內容。

實用新型內容