专利名称：压差式制冷器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于制冷技术。
现有制冷技术中，以氟里昂为工质的制冷技术发展最快，应用最普遍，效果也最好。但因其对自然生态和人类生存、发展的极大危害性，多种国际会议已明确规定了其限用期。
为了取代氟里昂物质，各种新型制冷技术如雨后春笋不断萌生，但均因耗能大、制冷效率低以及制冷量受限等不利因素而不能推广应用。
如，半导体制冷，虽效果好，但耗能大，效率低；电热式吸、脱附制冷虽耗能较小，但还达不到深度制冷；顾氏循环制冷虽效率较好，但仍存在50％以上的氟里昂物质；氨制冷也因具有毒性，而在限制使用范围之内；气旋式冷热分离器的制冷是以空气为工质的具有很大优越性的新型制冷技术，但因其仍存在许多固有缺陷，还达不到应有的制冷效果，从而限制了应用领域。
例如，由法国工程师兰卡于1933年首先发明的涡流管制冷技术，如图5－1，5－2所示，其涡流管包括喷管1、涡流管6、分离孔板3及冷热两端管5、4，压缩空气进入喷管后沿切线方向进入涡流室6，形成自由涡流，且分离成温度不相同的两股气流中心部分的低温气流，经分离孔板3的中心孔流出，外围边缘部分的高温气流，从另一端经节流阀2流出。利用该涡流管可同时获得冷、热两种不同温度的气流。但是，由于至今对于这种技术的冷热气流分离机制尚无全面的分析，只是解释为涡流管中心部分为低温气流，外围部分为高温气流，从而限定其制冷器结构形式为冷气流从涡流管中心排出，热气流从涡流管内周边导出，这样，就影响了它的效果和进一步开发。
又如，气旋式制冷技术，其冷热分离器的工作机制实质上仍属兰卡理论范围之内，所不同之处，只是在膨胀室上多加了一个切向入气孔，因而可比兰卡的单旋式结构在膨胀室内多一倍的不规则运动的气流分子，从而提高了制冷效率，但由于其制冷气流分离方式与兰卡式相同，所以其效果仍受到限制。
另外，上述兰卡式涡流管与气旋式制冷设备，其膨胀室都是圆管状腔室，这种形状限制了气体不规则分子团的形成及冷热气流的有效分离；并且，二者所用喷嘴都是一种截流式喷嘴，如图6所示，当气体通过喷嘴最细孔径b之后，压力随即显著降低，喷嘴的a－b段起了缓冲降压的作用，于是使气体喷出喷嘴时的膨胀效果大大降低，因而影响了制冷效果。
此外，它们都采用低压(0.15——0.5MPa)空气输入方式，为获得一定制冷效果，就要求大气量，从而需要与之匹配的大气源，这就限制了其制冷能力及应用范围。
针对上述技术的缺点，本实用新型提出了一种新型制冷技术。
本实用新型的目的是提供一种压差式制冷器，改进膨胀室结构以加强膨胀效果和增大气体不规则分子运动的体积，并对冷热气流进行有效的分离。
本实用新型的又一目的是提供一种压差式制冷器，改进喷嘴结构，使高压气体不经缓冲地直接喷入膨胀室，以加强制冷效果。
本实用新型的另一目的是提供一种压差式制冷器，利用高压输入气体，形成大压差，以达到良好的制冷效果。
本实用新型压差式制冷器，首先是建筑在对空气制冷理论的新贡献基础上的，本实用新型制冷原理为1、在体积相同的各种几何形状的膨胀空间中，球形膨胀空间能形成最大的冷气分子团，或者说能形成最大的不规则气体分子运动体积。图7示出了压缩气体喷入压差式的球形膨胀腔后的气流势场，其中图7－1为气体喷入时的初始气流势场状态，图7－2为膨胀过程中形成的气流势场状态，图7－3为膨胀后，冷气流形成了大的不规则分子团的气流势场状态，完成了制冷过程。与之相对照的是图8－1，8－2，8－3和图9－1，9－2，9－3示出的气旋式制冷及兰卡的涡流管式制冷的气体膨胀气流势场状态。很明显，后两者在膨胀腔内形成的只是空气分子不规则带，即仅在呈涡旋状运动的空气分子带状区域内，空气分子呈相对不规则运动。而本实用新型的球形腔内，则形成了最大的空气分子不规则运动区，从而形成了最大的冷气分子团。
2、在压差式膨胀腔内形成冷、热气流的情况与膨胀腔形状有关。压缩空气在绝热条件下迅速膨胀后，一方面因迅速降压而降温，产生冷气流，另一方面，喷射的气体分子向腔内壁碰撞和沿容器壁运动摩擦，因而产生热量形成热气流，后者与膨胀腔内壁形状有密切的关系，而球形的内壁与圆筒状容器相比，可明显地减弱气体分子的摩擦与碰撞，从而有助于大冷气分子团的形成。
3、在压差式膨胀空间内形成的冷、热气体，因其密度不同，而导致热气流向上，冷气流向下；球形膨胀腔为两种气流的引出提供了最适宜的空间形状。
4、采用高压输入气体，形成进出口大压差，从而可加强膨胀速度和增大气体不规则分子运动的体积。
依据上述原理，本实用新型制冷器的基本组成为一对开式外固体，内部为一球形膨胀腔，该外固体的两侧各装设一送气管，两送气管相对于球形腔轴线以平行且对称的方式装设，两送气管内各装设一喷嘴，以向球形腔内喷入压缩空气；该球形腔下部设有冷气导管，球形腔上部设有热气导管。
本实用新型压差式制冷器在制冷量、气量效率及效能比等各个方面均优于现有其他制冷技术，达到和超过了氟里昂工质制冷技术的各项指标(见后附数据表)，从而完全可以取代氟里昂制冷。并且，本实用新型制冷器制造工艺简单，成本低，尤其是在绝对无污染这一重要方面，大大优于氟里昂等现有制冷技术，因此，本实用新型压差式制冷器可广泛应用于各种制冷设备。
本实用新型制冷技术与其他制冷技术的效果比较，列表如下
以下结合附图，通过实施例对本实用新型进行详细说明
图1为本实用新型制冷器俯视示意图；图2为
图1中A－A、B－B、C－C剖面图；图3为本实用新型制冷器正视示意图；图4为本实用新型制冷器喷嘴结构示意图；图5－1、5－2为兰卡涡流管结构示意图；图6为兰卡式、气旋式喷嘴示意图；图7－1、7－2、7－3为本压差式气流势场图；图8－1、8－2、8－3为气旋式气流势场图；图9－1、9－2、9－3为兰卡式涡流气流势场图。
图7、8、9中的1为气体喷入时的初始气流势场，2为膨胀过程中的气流势场，3为膨胀后气流势场。
如
图1、2、3所示，本实用新型压差式制冷器包括一对开式膨胀腔外固体1，该外固体1内部为一球形膨胀腔2，球形腔2内衬装有聚四氟乙烯内衬3，起隔热和防腐蚀作用；在外固体1的相对两侧各装设一高压送气管4，该高压送气管4内固装有喷嘴5，两高压送气管4分别相对于球形腔轴线以平行对称方式设置，喷嘴5伸至球形腔内壁，为了增强压缩气体的膨胀效果，喷嘴5如图4所示，其前部为一细径直管6，使进入的高压气体在喷嘴内不被缓冲减压而直至喷嘴出口端才骤然减压膨胀；在所述球形腔2的正下方有一冷气排出孔，装设一冷导管7，冷导管7外包有保温套8，在球形腔2的正上方有一热气排出孔，装设一热导管9，在该热导管9之外设置一上气腔10，上气腔10上具有一热气出口11，并安装一调整杆12，用以调整热气流量，以调节冷热气流的比例和温度，该调整杆12用紧固套环13锁紧；所述对开外固体1的两半部具有紧固通孔14(图3)，螺栓通过该通孔将外固体1栓紧；外固体1还有安装孔15(
图1)，以便将制冷器安装于所应用的制冷设备上。
上述制冷器的工作过程如下将＞0.7MPa的高压空气经两送气管4和喷嘴5送入球形腔2，两股对称、平行的压缩空气进入球腔2后，立即减压膨胀，经图7所示的膨胀过程，迅速形成一个大冷气分子团，冷气由于密度较大，迅速由冷导管7排出，这股连续不断的冷气流温度可低于－8℃；又由于高压高速喷射，空气在球形腔2内壁碰撞和沿内壁流动摩擦的结果，在腔内产生了一股热气流，由于热气流密度小，很快由热气管9在调整杆12调整下沿热气出口11排出，可得到连续不断的热气流，温度可达40℃以上，从而达到高效制冷的目的。
压差式制冷器的实验数据如下表
<p>实验是在一种往复式悬挂体压缩机上进行的，产气量0.35m／min，最大压力1.0MPa，功率700W。
根据上述实验，可知本实用新型制冷技术的一般性能指标为制冷效率 ＞3500KCdl／h.km；制冷系数(效能比)＞3.5；气量效率(输气率)＞65％；输出温差 ＞35℃；冷气温度 低于－8℃。
在气源温度降至25℃以下时，冷气温度降至－12℃～－14℃以下；在利用冷气循环时，冷气温度则降至－15℃～－20℃以下。完全可以满足初冷和中冷产品的冷源要求。
实验结果还表明，输气压力与制冷效果成正相关，且可根据需要调控。进一步的实验证明，为了满足深冷的冷源要求，使用压力可在0.7～40MPa范围内调控。在加大压力时，只要按本实用新型的结构和功能进行抗压材料和外型尺寸的变换，就可获得所需冷源。同时，通过分离的热气流也可作为热源综合利用。
权利要求1.一种压差式制冷器，包括压缩空气喷管、喷嘴、膨胀腔室、冷热气体排出管，其特征在于所述膨胀室由对开式两半外固体1构成，该外固体1内部为一球形腔2；在外固体1的相对两侧各装一高压送气管4，两高压送气管4相对于球腔2轴线以平行且对称的方式装设；两高压送气管4内各固装一喷嘴5，以向球形腔2内送入高压膨胀空气；在所述球形腔2下方装设一冷气导管7，以排出冷气，在该球形腔2上方装设一热导管9，以排出热气，在该热导管9处安装一调整杆12，以调节冷热气流流量的比例。
2.如权利要求1所述的压差式制冷器，其特征在于所述喷嘴4的出口部分为一小孔径直管6，以使高压气体无缓冲地进入球形腔2而迅速膨胀。
3.如权利要求1、2所述的压差式制冷器，其特征在于所述球形腔2内壁上衬有一层聚四氟乙烯内衬3，以起绝热和防腐蚀作用。
专利摘要压差式制冷技术以空气为工质，将高压空气从两侧喷射至球形腔内膨胀降温，同时形成冷热两股气流，分别从设在球形腔下部的冷导管和设在球形腔上部的热导管排出，热导管处装有调整杆以调节冷热气流比例；球形腔内装有聚四氟乙烯内衬，以绝热和防腐蚀。本实用新型在制冷量、气量效率及效能比等各个方面均已达到或超过氟里昂工质制冷技术的各项指标，且制造工艺简单，成本低，无污染，可广泛应用于各种制冷设备。
文档编号F25B9/06GK2136434SQ9224117
公开日1993年6月16日 申请日期1992年11月18日 优先权日1992年11月18日
发明者刘加才, 吴祖发, 梅大锐, 邹永祥, 饶正富, 匡淑英 申请人:吴祖发