專利名稱：外循環(huán)耗散式氣波制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機屬于氣體膨脹制冷和深冷低溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣波制冷機與其制冷技術(shù)是從上世紀八十年代興起的，在氣體膨脹制冷領(lǐng) 域有不少的應(yīng)用。大連理工大學研制發(fā)明的"氣波制冷機"、"多級氣波制冷機"、 "多管式射流振蕩制冷機"等，就是該技術(shù)的基本組成部分，都已獲得國家專 利。
但上述氣波制冷機受其固有結(jié)構(gòu)的限制，某些不足之處難以改善，如整
機較為龐大，占地面積也大。接受管較長，安裝固定要求高，振動相對較大，
受長期運轉(zhuǎn)疲勞載荷的影響易產(chǎn)生斷裂，給設(shè)備帶來一定的安全隱患。在處理
石油氣等場合，傳統(tǒng)氣波制冷機接受管內(nèi)易積滯凝液，致使管長、散熱面積減 小，制冷效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述不足，提供一種外循環(huán)耗散式氣波制冷機。在結(jié) 構(gòu)上，徹底改變了射流噴嘴轉(zhuǎn)動，向多根固定不動的接受管中分配射流的固有 模式，代之以靜止噴嘴，向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)鼓狀結(jié)構(gòu)的多根接受管中分配射流。各根 接受管隨轉(zhuǎn)鼓一同旋轉(zhuǎn)，靜止噴嘴則恰好固裝于對位轉(zhuǎn)鼓上接受管半徑的位置， 射流與接受管軸線平行，依靠接受管的圓周運動使各接受管口與射流噴嘴口周 期地接近、重合及離開。本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機的能量耗散機制與普 通的氣波制冷機大為不同，其轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)鼓長度，比傳統(tǒng)氣波機的接受管長度要
短得多，甚至只有原來的1/5 1/30。這是由于將射流壓縮波的能量引出，另行 使用或耗散，就不需要接受管來散熱了，如此接受管管長只要長于瞬間射流的 入射長度即可。由于要將管內(nèi)潴留氣(循環(huán)氣)引出耗散能量，因此接受管另 一端的管口也必須是開放的——也稱為雙開口壓力振蕩管，而不是像普通氣波 制冷機那樣完全封閉。在轉(zhuǎn)動的過程中，接受管多出的一個開口將對位外部耗
3散通道開口 。
在轉(zhuǎn)鼓另一端的機體端面，固裝外部耗散通道開口，它與另一端的噴嘴能 夠同時重合或叉開一定的圓周夾角對位一根接受管。由于接受管段很短，射流 的能量幾乎沒能耗散，從外引通道開口沖出的壓縮波或激波、以及被它們驅(qū)動 向外行進的潴留氣體，具有相當高的壓力梯度和溫度，進到通道后，被引導到 外部水冷器中進行冷卻，或者是先引到一個壓力回收利用裝置中回收壓力能， 然后再進到水冷器中冷卻降溫。隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動，不斷有從新接受管出來的壓 力波和高溫高壓氣體，被引導到水冷器中進行冷卻，然后再返回到機器中，從 壓力振蕩管段的出口再重新回到振蕩管中作為潴留氣介質(zhì)。
從靜止噴嘴噴出的射流氣，通過對雙開口的接受管內(nèi)的氣體做不定常膨脹 功而消耗了自身的壓力能和內(nèi)能(焓)而變冷，但射流氣并不能沖出接受管。 隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動，接受管的出口開口轉(zhuǎn)過了通道口而被封堵，然后再敞開，暴 露在經(jīng)過冷卻后返回的潴留氣空腔中，而此時，該壓力振蕩管段的射流入口已 暴露在機器的排氣腔中，相對壓力略低于另一端的返回氣空腔，因此從外部返 回的已耗散了能量的潴留氣體，將重新返回接受管段內(nèi)，而將管段內(nèi)已經(jīng)制冷 了的射流氣擠排出，隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動，各接受管依次排氣，有連續(xù)不斷的冷氣 排出制冷機。因為沒有分流，所以入口氣和出口冷氣的質(zhì)量流量相等。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，外循環(huán)耗散式氣波制冷機，主要由機體3、主軸
4、轉(zhuǎn)鼓ll、外部耗散通道口23、接受管12、外殼13、進、排氣口 10、 1、進、 排氣腔6、 2、外部耗散出入口21、 15、外部耗散出入腔22、 14、外部耗散設(shè)備 一熱量回收裝置16和外部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置17組成，其特征在 于，射流噴嘴5靜止不動，而轉(zhuǎn)鼓11的圓周面嵌有一圈均勻分布的接受管12， 各接受管12隨轉(zhuǎn)鼓11轉(zhuǎn)動且為兩端開口，管中的循環(huán)氣從非射流入口的那個 開口通過外部耗散通道口23導出機外，耗散能量后再返回制冷機中到接受管12, 制冷后的射流氣從原入口流出，每根轉(zhuǎn)動的雙開口接受管12或同時、或錯開一 定的圓周角度對位射流噴嘴5和外部耗散通道口 23。轉(zhuǎn)鼓U固裝于主軸4，再通過聯(lián)軸器與驅(qū)動電機相連；射流噴嘴5和外部耗散通道口 23可以分別通過調(diào) 節(jié)手輪7和18從外部調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)鼓11及接受管12開口的軸向間距離以去除冰堵。 本發(fā)明改變了傳統(tǒng)氣波制冷機靠接收管耗散能量的方式，將射流能量引出
機外進行耗散。采用高效的水冷換熱器，能夠很大程度地減小體積，減少占地，
并消除了振動斷管的隱患，且短的接受管內(nèi)不易積液，整機帶液運行的效率不
減。為此目的，本發(fā)明將噴嘴和接受管的動、靜關(guān)系徹底顛倒過來，以轉(zhuǎn)動的
雙開口接受管段或同時、或是錯開一定的圓周角度形成時間差(等于管內(nèi)波傳
遞時間)對位靜止的噴嘴和外部耗散通道口，將射流能量引出耗散，可以更充
分合理地回收利用過程的能量。如可用透平或是活塞膨脹機轉(zhuǎn)換壓力能對外做
功，采用熱管等裝置回收熱能、或作為吸收熱泵的熱源，或得到熱水等，使氣
波制冷的綜合效益提高。傳統(tǒng)氣波制冷噴嘴出口因高速射流、靜溫降低而導致
冰堵的事故屢有發(fā)生，會使噴嘴開口圓周與機體內(nèi)壁凍結(jié)，轉(zhuǎn)動被卡住而使制
冷機完全失效?，F(xiàn)噴嘴固定，且為軸向，因此很容易將噴嘴調(diào)離接受管口而使
凍堵立即消除。靜止且在一邊的噴嘴也很容易更換，而且整個制冷機在抗震能
力方面也優(yōu)于傳統(tǒng)氣波制冷機。
本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機的制冷原理與傳統(tǒng)氣波制冷相差不多在
一定壓力比下，射流壓縮接受管內(nèi)的潴留介質(zhì)，形成接觸面并產(chǎn)生一系列壓縮 波，壓縮波在管內(nèi)運動，匯聚成激波。接觸面前的介質(zhì)溫度由于受到激波的壓 縮溫度很高，接觸面后的射流介質(zhì)由于提供了激波的能量而變得溫度很低。
但與傳統(tǒng)機完全不同的是能量波的耗散途徑和方式。外循環(huán)耗散式機不依 賴于接受管的長度和表面積散熱，而是采用潴留氣外循環(huán)的方法，將絕大部分 能量導出，進入專門的設(shè)備中進行耗散并可得到利用，耗散后的潴留氣(循環(huán) 氣)再導回到接受管段中循環(huán)使用。
本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機的有益效果是，具有體積小、壓縮波和激 波能量可利用、噴嘴靜止易于更換、抗冰堵、可帶液運行、抗震等優(yōu)點，是旋 轉(zhuǎn)式氣波制冷機的更新產(chǎn)品。本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機適合于對各種氣體介質(zhì)進行制冷降溫，效 率高、可靠性強，很適合應(yīng)用于天然氣深冷處理、低溫熱源等場合。本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機的主體為臥式或立式結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。


附圖1是本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機的結(jié)構(gòu)、流程示意圖。圖中，1.排氣口， 2.排氣腔，3.機體，4.主軸，5.射流噴嘴，6進氣 腔，7.手輪，8.絲桿，9.滑動調(diào)節(jié)座，10.進氣口， 11.轉(zhuǎn)鼓，12.接受管， 13.外殼，14.外部耗散入口腔，15.外部耗散入口， 16.外部耗散設(shè)備一熱 量回收裝置，17.外部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置，18.手輪，19.絲桿， 20.滑動調(diào)節(jié)座，21.外部耗散出口， 22.外部耗散出口腔，23.外部耗散通 道口。
具體實施方式
本發(fā)明外循環(huán)耗散制冷機的一種典型的實施方式如下外循環(huán)耗散式氣波制冷機，主要由機體3、主軸4、轉(zhuǎn)鼓ll、外部耗散通道 口23、接受管12、外殼13、進、排氣口 10、 1、進、排氣腔6、 2、外部耗散出 入口21、 15、外部耗散出入腔22、 14、外部耗散設(shè)備一熱量回收裝置16和外 部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置17組成，將噴嘴和接受管的動、靜關(guān)系徹底 顛倒過來，射流噴嘴5靜止不動，而轉(zhuǎn)鼓ll的圓周面嵌有一圈均勻分布的接受 管12，接受管12的數(shù)目為30 280個。各接受管12隨轉(zhuǎn)鼓11轉(zhuǎn)動且為兩端開 口，管中的循環(huán)氣從非射流入口的那個開口通過外部耗散通道口 23導出機外， 耗散能量后再返回制冷機中到接受管12，制冷后的射流氣從原入口流出，每根 轉(zhuǎn)動的雙開口接受管12或同時、或錯開一定的圓周角度對位射流噴嘴5和外部 耗散通道口23。轉(zhuǎn)鼓11固裝于主軸4，再通過聯(lián)軸器與驅(qū)動電機相連；射流噴 嘴5和外部耗散通道口 23可以分別通過調(diào)節(jié)手輪7和18從外部調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)鼓11 及接受管12開口的軸向間距離以去除冰堵。采用鍛造加焊接結(jié)構(gòu)的機體和外殼， 得到具有各個氣體入、出口、收集腔，內(nèi)膛、軸承座、端蓋等結(jié)構(gòu)。主軸4采用滾動軸承支承運轉(zhuǎn)， 一端通過磁性連軸器連軸機外的驅(qū)動電機，可以省去轉(zhuǎn) 動密封，減小泄漏。為了提高射流進入接受管的等熵性，典型實施方式里的接受管12不采用普通的圓截面管，而是采用在轉(zhuǎn)鼓11外圓壁面上均勻開四邊形截面槽的方法，機械加工出四邊形截面的接受管流道。接受管流道的外封邊采 用穿條縫焊再機加工外圓，或者是外套過渡配合的圓筒套實現(xiàn)外封和各個流道 之間的互封，或是在內(nèi)、外套筒面上銑溝槽，插入條片作為各個接受管流道的 側(cè)壁，然后浸焊密封。為了符合射流入口速度三角形的需要，有時所開四邊形槽的邊線并不與轉(zhuǎn)鼓壁面的母線重合，而是有一個0 50。的夾角，嚴格說來接 受管流道是導程角很大的螺旋槽。開出四邊形截面接受管槽的轉(zhuǎn)鼓外筒組件，與轉(zhuǎn)鼓的兩端面鼓輻采用溫差脹接再點焊的工藝聯(lián)于一起，轉(zhuǎn)鼓輻內(nèi)圓開鍵槽，與主軸裝接，能夠同步轉(zhuǎn)動。射流噴嘴5和外部耗散通道口23都裝于具有軸向移動能力的滑動調(diào)節(jié)座9、20上，調(diào)節(jié)座通過絲桿8、 19與機外的調(diào)節(jié)手輪7、 18相連。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪7和18能夠調(diào)節(jié)入口噴嘴5和外部耗散通道口 23與轉(zhuǎn)鼓11之間的間隙，保證運轉(zhuǎn)時噴嘴與轉(zhuǎn)鼓之間的間隙較小，以取得高的制冷效率。而在臨界冰堵時，調(diào)大間隙，可以立即瓦解冰堵。工作時，壓力氣體從機體入口 IO進到入口腔1，再進到射流噴嘴5中加速成射流，隨著轉(zhuǎn)鼓11的轉(zhuǎn)動而依次射入各個接受管12中；在管中產(chǎn)生的壓縮波、激波和被驅(qū)動的一部分潴留氣從管的另一開口出來，通過外部耗散通道口23進入外部耗散出口腔22，再從外部耗散出口 21流出到外部耗散設(shè)備一壓力節(jié)流或回收裝置17、和外部耗散設(shè)備一熱量回收裝置16中進行耗散和回收利用，之后再從外部耗散入口 15進到外部耗散入口腔14;外部耗散入口腔14的壓力因有接受管12潴留氣的加入而比制冷氣排氣腔2的壓力高，因此將開口同時對位于二腔的振蕩接受管12中已膨脹做功制冷的射流氣擠排出，通過排氣腔2和排氣口1排出制冷機。由于射流連續(xù)，各接受管12依次工作，所以制冷連續(xù)進行，制冷氣通過排氣腔2的匯集連續(xù)排出。以典型實施方法制造的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和適用 的工況、運轉(zhuǎn)參數(shù)范圍如下射流噴嘴5的四邊形截面尺寸1 100xl 100mm;外部耗散通道口 23的四邊形截面尺寸1 200xl 200mm;接受管12的四邊形截面尺寸0.5 100x0.5 100mm，數(shù)目為30 280;射流噴嘴5與外部耗散通道口 23的圓周夾角0 45度；射流噴嘴5與轉(zhuǎn)鼓11的軸向間隙0.01 1.5mm;外部耗散通道口 23與轉(zhuǎn)鼓11的軸向間隙0.01 1.5mm;主軸4和轉(zhuǎn)鼓ll的轉(zhuǎn)速500 5000r/min;轉(zhuǎn)鼓ll的長度100 1500mm，直徑100 9000mm;轉(zhuǎn)鼓11筒體外圓與外殼13內(nèi)孔之間采用迷宮動密封，間隙為0.005 lmm。進、出口的壓力范圍0.1 15MPa;膨脹比適用范圍1.2 ~ 8。
權(quán)利要求
1. 外循環(huán)耗散式氣波制冷機，主要由機體(3)、主軸(4)、轉(zhuǎn)鼓(11)、外部耗散通道口(23)、接受管(12)、外殼(13)、進、排氣口(10)(1)、進、排氣腔(6)(2)、外部耗散出入口(21)(15)、外部耗散出入腔(22)(14)、外部耗散設(shè)備-熱量回收裝置(16)和外部耗散設(shè)備-壓力節(jié)流或回收裝置(17)組成，其特征在于，射流噴嘴(5)靜止不動，而轉(zhuǎn)鼓(11)的圓周面嵌有一圈均勻分布的接受管(12)，各接受管(12)隨轉(zhuǎn)鼓(11)轉(zhuǎn)動且為兩端開口，管中的循環(huán)氣從非射流入口的那個開口通過外部耗散通道口(23)導出機外，耗散能量后再返回制冷機中到接受管，制冷后的射流氣從原入口流出，每根轉(zhuǎn)動的雙開口接受管(12)或同時、或錯開一定的圓周角度對位射流噴嘴(5)和外部耗散通道口(23)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其特征在于，靜止的 射流噴嘴(5)、外部耗散通道口(23)通過絲桿螺母機構(gòu)使軸向位置可調(diào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其特征在于，射流噴 嘴(5)和外部耗散通道口(23)的通流截面均為四邊形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其特征在于，接受管 (12)流道是在轉(zhuǎn)鼓(11)外圓周上機加工出的四邊形截面的槽，槽的邊線與轉(zhuǎn)鼓(ll) 外圓母線重合或成一定的夾角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其特征在于，接 受管(12)流道的數(shù)量為30 280個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其特征在于，接 受管(12)流道槽的邊線與轉(zhuǎn)鼓(11)外圓母線之間有0 50。的夾角。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其特征在于，射 流噴嘴(5)與外部耗散通道口(23)圓周錯開的夾角為0 45° 。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外循環(huán)耗散式氣波制冷機，其特征在于，轉(zhuǎn)鼓(ll) 外圓與外殼(13)內(nèi)孔之間采用迷宮動密封，間隙為0.005 lmm。
全文摘要
本發(fā)明外循環(huán)耗散式氣波制冷機屬于氣體膨脹制冷和深冷低溫技術(shù)領(lǐng)域。主要由射流噴嘴、轉(zhuǎn)鼓、主軸、外部耗散通道口、進、排氣口、外部耗散出入口和外部耗散設(shè)備組成。其特征在于，將噴嘴和接受管的動、靜關(guān)系徹底顛倒過來，以轉(zhuǎn)動的雙開口接受管段或同時或錯開一定的圓周角度對位靜止的射流噴嘴和外部耗散通道口，不再依靠接受管的長度耗散熱量，而將壓力波和潴留氣引出機外進行能量耗散和利用。噴嘴和外部耗散通道口都可以從外部調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)鼓的間隙以去除冰堵。接受管內(nèi)不易積液，整機帶液運行效率不減。機器體積很小，占地少，并消除了振動斷管的隱患。本發(fā)明能更充分合理地回收利用過程的能量，使氣波制冷的綜合效益提高。
文檔編號F25B9/00GK101290174SQ20081001125
公開日2008年10月22日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者代玉強, 史啟才, 徹 朱, 胡大鵬, 鄒久朋 申請人:大連理工大學