专利名称：涡流管制冷装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及应用压缩空气制冷领域。
根据对国内外有关专利情报系统检索结果表明国外有代表性的现有技术是苏联莫斯科包曼工学院(Mascow Bauman Tech.Coll.)发明的涡流管造雪机(SU 1420－317－A30.8.1986)以及美国Astrl Corp.的Wallace Lopes发明的车用空调系统(US 4594084 10.1.1986.)。国内的现有技术是CN86205925；CN89212392；CN89200962。上述国外专利都是作为特定用途而设计的专用涡流管，其结构和性能参数缺乏通用性。国内专利CN89212392提出采用缩放型喷嘴作为涡流发生器喷嘴，以将进气气流速度增至超声速。但在实际中，由于涡流室中已形成强迫涡，使喷嘴出口气流与涡流会合处产生冲击波，造成较大的能量损失，能量分离率下降。
本实用新型的目的是提供一种通用的涡流管装置，其涡流发生器综合考虑了涡流室型式、喷嘴的型式和数量以及涡流室与喷嘴的匹配，从而降低各种能量损失，增加冷气流温度降，提高能量分离率。
实现本实用新型目的的技术措施和本实用新型的优点描述如下其一、将涡流发生器的涡流室直径扩大。传统涡流室的直径与涡流管的内径相等，高速空气射流进入涡流室中只能形成强迫涡。扩大涡流室后，在其中可以形成内、外两层不同性质的涡流，内层是强迫涡，外层是自由涡，自由涡中气流速度随半径减小而增加(见图4所示速度分布)。这就使气流离开喷嘴后，到达强迫涡之前有一增速过程，最终使涡流强度增加。扩大后的涡流室直径为涡流管内径的1.2～1.5倍。这种涡流室称为自由涡增强式涡流室。
其二，采用与自由涡增强式涡流室相匹配的多个渐缩喷嘴，并将喷嘴的切向位置改为与涡流室径向夹角70°～80°。(见图3)。传统涡流室中如采用多喷嘴布置，一般都会产生压力饱和现象。即进口压力提高，冷气流温度降无明显增加，较高的压力能基本上是浪费了。其原因主要由强迫涡类似于刚体性质所致。因此，Hilsch及其之后的设计(包括CN89200962)都主张采用单喷嘴(流道)。但是，在自由涡增强式涡流室中采用多喷嘴结构，由于喷嘴射出的气流先射入外层自由涡，有效地避免了压力饱和现象，而且涡流的对称性、强度都有明显提高。此外，将喷嘴与涡流室的径向夹角控制在70°～80°，其目的在于加强自由涡内旋的科利奥里力以及减小喷嘴出口射流与涡流室壁面的摩擦。
其三，涡流发生器主体采用聚酰胺脂或聚四氟乙烯材料制造。涡流发生器主体端面与热端管接触面之间如果采用橡胶密封垫圈，(如CN89200962)，虽然防止了高压气体直接渗入涡流管，但却增加了空气涡流的摩擦阻力。采取此措施后，利用上述材料在压紧力下的弹性变形，既达到密封效果，又避免了采用密封垫圈所造成的摩擦损失。不仅如此，由于上述材料绝热效能良好，还可减少制冷时周围环境对其传热。而且，上述材料可采用模压成型工艺，降低制造成本，提高制造精度。
其四，本实用新型在涡流室出口处配接一渐扩型衬套压配在涡流管中，以此加快管内空气外层涡流的衰减，缩短涡流管长度。
采用上述措施的涡流管制冷装置的涡流发生器经实验测试，其冷气流温度降和能量分离效率均有较大提高。在进气压力Pi为0.7MPa，进气温度ti为20℃，相对湿度φ为0.7时，冷气流出口温度tc可达－25℃～－30℃。改变同一装配尺寸的涡流发生器的结构参数，可使制冷装置的性能指标有所改变，因此采用本实用新型具有很好的通用性。可用于工业局部制冷，如金属切削、焊接、食品加工及包装、电器仪表等冷却；压缩空气的制冷干燥和除湿；高温工种的个人空调系统PAC′S等。在有压缩气源情况下，该装置具有体积小、重量轻、结构简单、价格低廉、无运动易损部件，无环害工质CFC，无电磁辐射影响等优点。
本实用新型的具体结构由附图和实施例给出
图1涡流管的局部纵剖视图图2涡流发生器的纵剖视图图3涡流发生器的正视图图4自由涡增强式涡流室中气流速度分布图图5自由涡增强式涡流室中气流压力分布图涡流管制冷装置涡流发生器主要由涡流发生器4、渐缩喷嘴6、涡流管8、涡流室5、进气管9、紧固螺母1、壳体2、O型圈3、渐扩型衬套7等组成。
其特征是涡流发生器4由紧固螺母1压紧固定在壳体2的左端，它由聚酰胺脂或聚四氟乙烯制成；在紧固螺母1和涡流发生器4之间用O型橡胶圈3密封，紧固螺母1的内孔与发生器出口管12之间留有空隙以防外部传入热量；壳体2的右端与涡流管8紧配合；壳体2的一侧，连通进气管9，它与发生器4之间形成环形空间10；涡流发生器4为台阶状管，与涡流管8接触的端面，设有非切向的若干个渐缩喷嘴6与涡流室5相通，渐缩喷嘴6与涡流室5径向夹角为70°～80°；涡流室5其直径比涡流管内径大1.2～1.5倍。其台阶状管的中心孔是冷气流分离孔11，分离孔11的右端为锥形孔，与涡流室5相通；在涡流室5出口端相连涡流管8的一端压配一渐扩型衬套7。
其工作过程是这样的压缩空气由进气管9进入壳体2与发生器4之间形成的环形空间10，经非切向的多个渐缩喷嘴6射入涡流室5，在涡流室5的外层和内层分别形成自由涡和强迫涡。强迫涡从涡流室5内层进入扩压衬套7后通往涡流管8，由于管内涡流各层气体速度不同，气体分子动能从涡流内层向边缘外层传输，涡流内层因能量输出而降温，涡流外层则因能量输入而升温，由此产生冷、热气流分离效应。外层热气流从右端经控制阀(图中未画出)排入大气。由于空气涡流中心区压力较低(见图5)，内层冷气流沿涡流管中心轴线向左逆向流动，经涡流发生器4中心的冷气流分离孔11流向制冷空间，从而达到制冷的效果。
权利要求1.一种涡流管制冷装置，由紧固螺母1、壳体2、涡流发生器4、O型橡胶圈3、进气管9和涡流管8组成，涡流发生器4由紧固螺母1压紧固定在壳体2的左端，在紧固螺母1和涡流发生器4之间用o型橡胶圈3密封；其特征在于A.壳体2的一侧，连通进气管9，它与发生器4之间形成环形空间10；B.涡流发生器4为一台阶状管，与涡流管8接触的端面，设有非切向的若干个渐缩喷嘴6，与涡流室5相通，其台阶状管的中心孔是冷气流分离孔11，分离孔11的右端为锥形孔，与涡流室5相通；
2.根据权利要求1所述的涡流管制冷装置，其特征在于涡流室5其直径比涡流管内径大1.2～1.5倍。
3.根据权利要求1所述的涡流管制冷装置，其特征在于渐缩喷嘴6与涡流室5径向夹角为70°～80°。
4.根据权利要求1所述的涡流管制冷装置，在涡流室5出口端相连的涡流管8的一端压配入一渐扩型衬套7。
5.根据权利要求1所述的涡流管制冷装置，其特征在于涡流发生器4用有机材料制造。
专利摘要本实用新型涉及压缩空气制冷技术，可使常温下的压缩空气降至-20℃～-30℃。它由壳体、涡流发生器、涡流管等组成。其特征在于涡流发生器采用自由涡增强式涡流室，并以多个渐缩、非切向喷嘴与之匹配。涡流发生器本体采用合成有机材料制造，使能量分离率和冷气流温度降均有很大提高。该涡流管制冷装置具有通用性，体积小、重量轻，无运动易损部件，无环害工质氟里昂，无电磁辐射影响等优点，可广泛用于工业局部制冷。
文档编号F25B9/04GK2179958SQ9324650
公开日1994年10月19日 申请日期1993年12月25日 优先权日1993年12月25日
发明者黄仰之 申请人:江苏工学院