[发明专利]阻尼对冲式气波制冷机

说明书

技术领域

本发明阻尼对冲式气波制冷机属于压力气体的膨胀制冷技术领域。

背景技术

已有的热分离机和气波制冷机，都是依靠压力气体依次对各根末端封闭的振荡管内的潴留气做不定常膨胀功，在潴留气中产生压缩波与膨胀波，压力能转化为热能再通过管壁散出，入射压力气体因膨胀做功而消耗了自身的能量，温度降低而实现制冷。这类制冷机能够在较低的转速下高效地工作，从而避免了像低温透平膨胀机那样，必须在高转速下运行而带来的一系列不便。

但目前的热分离机和气波制冷机在实际应用中，为了满足在低转速下获取高效率的需要，其振荡管的长度比较长，容易振动，常出现断管事故。并且由于较长的振荡管末端管壁的温度较低，不能强力地耗散能量，管材功能率较低。还有压力波会从封闭的终端反射回到入口端，加热新鲜的或者已经制冷的气体，使制冷效率降低，当射流频率与管内气体振荡频率不一致时更甚，使效率随转速变化上下波动的范围达10％或更多。

发明内容

本发明的目的就是提供一种较短振荡管长并在低转速运行时仍能保持高且稳定制冷效率的单体不定常膨胀制冷机--阻尼对冲式气波制冷机。

本发明的技术解决方案为：将辐射或圆周排列的振荡管8按圆周错开相同角度的原则两两配对，在每两根的末端连接一阻尼耗散结构而实现两管的流道贯通。为实现在不同工况下，射流频率都能与管内的波振荡同步，两两组对的双管位置在圆周方向上或是紧相邻或是叉开一定的夹角，即以间跳排列的方式贯通互连，对管的夹角从紧挨着直至扩展到相对成180°。对管末端的阻尼耗散结构由阻尼腔18、U型回弯管19、耗散段连通腔20和气封排液导管21组成，每根管的末端可以接一个至数个串连的阻尼腔18，耗散结构的两端分别连至两管的末端。而每一个阻尼腔18都是由一段柱体腔和一段锥体腔组合而成，振荡管8内的压缩波先经柱腔，再大部分进入锥腔。由于从锥腔内壁反射的压缩波很难再返回柱腔的入口，而只能在阻尼腔中多次反射耗散，因此压缩波就很少能返回振荡管8的入口加热制冷气了。而对于从锥段逃出来的压缩波，则采用将数个阻尼腔串连而进行级联式的阻尼耗散。为了充分耗散能量和缓冲对管射流的时间差，阻尼耗散结构段的长度取0.3米以上。由于每对振荡管8对管的排布方向都是同向顺排的，因此与对管两末端相连的阻尼耗散结构，在阻尼腔之间有一段U型回弯管19，以使耗散结构的两接入口同方向。

将振荡管两两组对，两末端通过一种阻尼耗散流道结构互连，两振荡管的压力波都能够进入此公共的耗散结构，如此以来可以产生下列效果：

1.由于阻尼结构的连通，大大降低了振荡管的气体压缩刚性，气体振荡频率显著降低，新鲜压力气的射流频率就可以随之减小，气体分配器的转速也就跟着降低，即可以在更低的转速下运行；或者在相同的转速之下，振荡管的长度可以缩短，机械振动减轻，不易损坏。

2.由于振荡管远端的阻尼耗散结构是两根对管共用的，其能量负荷要比单管的独立耗散结构大一倍或更多(当管长缩短)，如此单管独立耗散结构的管长不能短、但末端和耗散结构的温度低、耗散能量差的弊端就能得到根本的改善，有色金属的使用效率提高，用量可以减少。

3.两管贯通的阻尼结构可以设置多个串连的阻尼腔，两管内的波系可以相互作用，使压缩波在多个阻尼腔中来回反射而多次耗散，因此能量波的衰减耗散更加彻底，基本不会再返回到振荡管的始端开口，如此气波制冷机的制冷效率将有所提高，而且以往的效率会随射流频率即转速变化产生波动的问题也会大为改善。

为了进一步提高制冷效率，本发明阻尼对冲式气波制冷机的技术解决方案还包括以下几点结构特征：

1.增加了小孔排液结构。在阻尼耗散结构的适当位置开孔，连接一段短管和排液腔，借助于重力作用将耗散段内可能积存的凝液收集到排液腔中并定期排出。这样确保振荡管8和耗散段无凝液，可使压力波在内部顺畅运动，不会使制冷机随运行时间的延续而降低效率。由于两个振荡管8共用一个排液结构，与单管独立的气波制冷机相比，机器的复杂程度降低。

2.旋转射流分配器7内部流道由原来的扁长型改为方形，可减小从机体进气管到气体分配器过程中的压力损失；旋转射流分配器7内流道的轴向有倾角，以进一步减小减压降损耗。