[实用新型]涡流管制冷器

说明书

本实用新型涉及涡流管制冷器的改进，即通过涡流管设计与结构的改进，提高进出口气流温差和制冷效率，降低结构成本。

1931年法国人乔治·朗克（George    Joseph    Ranque）研制了一种装置，通常称为涡流管（又称朗克管、希尔思管、朗克——希尔思管），至今已有50多年的历史。1945年德国人鲁道夫·希尔思（Rudolph    Hilsch）发表了涡流管的研究成果，引起了人们的很大关注，有许多涡流管的复杂现象的论文发表，随后美国人查理·富尔顿（Charles·D·Fulton）对涡流管作了改进，于1962和1965年申请了美国专利3173273、3208229，使这项研究成果不断地完善并获得工业上应用。

涡流管制冷器是利用涡流制冷原理，其动力是压缩气体，结构为“T”形管，压缩气体从下端管子进入，冷、热气体分别从管子两端流出。对于给定的压缩气体源，涡流管提供了一种最简单，最直接获得冷和热的方法。利用涡流管很容易将20℃的压缩空气降到摄氏零度以下，也可将空气升高到水沸腾温度以上。涡流管制冷器的结构简单紧凑，无运动部件，制作成本低，使用寿命长。如果采用多级联装，就是后一级使用前一级出来的冷气体可以获得更低温度，以致于达到气体的液化点，但是这种方法效率很低，目前在工业上应用多是单级的。

涡流管制冷器的设计是根据能量平衡原理，建立起的下列公式，通过协调三种气流的关系，寻求最佳的制冷效果。

f（T_i－T_C－JT）＝（1－f）（T_h－T_i＋JT）

其中

T_i＝进气温度

T_c＝排出冷气温度

T_h＝排出热气流

f＝冷气组分＝冷气温量／进气流量

JT＝从进气到排气压力，经过绝热节流后的焦耳——汤姆逊温度下降置。

通过上述公式，可以从已知的参数中求得未知的气体温度或比率，也可以计算出需要多大气体压力才能产生给定比率的冷气流量大温差，并对涡流管制冷器作出评价。

但是，要维持上述公式的精确，要求气体是干燥的，涡流管是绝热的。不能从大气中获得或损失热量。事实上，这是难以办到的，为此，必要对其数值根据经验加以修正。

提高涡流管的效率，关键在于优化设计结构与尺寸。涡流管的基本结构形式有两种：一种是冷、热气流同向流动，另一种是逆向流动。试验认为：冷、热气流逆向流动较为优越。目前，大多数采用这种涡流管。逆向流动涡流管设计优化问题，涉及参数至少有15个尺寸，要实现这些尺寸的最优化任务，需要花费很多时间和很大代价。但是，设计优化工作，正推动涡流管制冷器研究工作的进展。这里，特别要提到的是美国人富尔顿在这方面所作的贡献，他设计和提供了很好的涡流管制冷器，但并不是尽善尽美，还存在温差小、效率低等问题。

本实用新型的任务是：设计一种新型的涡流管制冷器，能够扩大进出口气体温差，提高效率，简化结构，降低成本，使之在工业上获得更广泛的应用。

解决任务的方案是：改进涡流发生器的设计，提高工作效率；其次是对涡流发生器的端面加强密封，防止产生局部混流；最后是在涡流管热气端制动器前增设热气排出孔，减少热气对冷气温度的影响，采用上述方案后，取得了预期的效果。