CN100395493C - 复合式冷风发生装置 - Google Patents

Abstract

一种复合式冷风发生装置，属金属切削加工中实施低温冷却的冷风发生装置。该装置的特征在于：采用蒸气压缩制冷与半导体制冷相结合的复合制冷方式。它由过滤器(10)、空气干燥器(11)、气液换热器(12)、单级蒸气压缩制冷系统(6)、水箱(1)、水泵(7)、整流电源(13)、半导体制冷器(14)、保温管(21)和喷嘴(17)组成。单级蒸气压缩制冷系统(6)中的蒸发器(5)置于水箱(1)中，对水实施冷却；工作时，水泵(7)不断将冷水输送到散热器(19)，强化半导体热电堆(18)热端散热；压缩空气在气液换热器(12)中与冷水热交换后进入半导体制冷器(14)，半导体制冷器(14)利用珀尔帖效应进一步冷却压缩空气；喷嘴(17)可利用半导体制冷器(14)排出的低温空气(-10～-30℃)对加工区实施低温冷却。

Description

复合式冷风发生装置

一、技术领域

本发明的复合式冷风发生装置，属金属切削加工中实施低温冷却的冷风发生装置。

二、背景技术

在金属切削加工中，切削区产生的高温加速了刀具的磨损，降低了已加工表面的质量，高速加工时更是如此。因此，切削加工中大都采用向切削区浇注切削液的方式来降低切削区温度，以达到延长刀具使用寿命和提高加工表面质量的目的。然而，切削液的使用会带来一系列的负面影响：(1)零件的制造成本大幅度提高；(2)造成对环境的严重污染；(3)危害工人的身体健康。随着社会环境保护和可持续发展的意识的提高，世界许多国家都制定了更为严格的工业排放标准，进一步限制了切削液的使用。减少切削液使用中的负面影响，探索新的机加工冷却润滑方法势在必行。

低温冷风切削是采用-10℃以下的冷风以射流方式冲刷切削区，以达到强化对切削区冷却的一种加工方法，由日本明治大学横川和彦教授最早提出。它具有显著均匀降低切削区、刀具及工件的温度、延长刀具使用寿命、改善已加工表面质量等特点，尤其适合钛、镁、不锈钢、高硅铝合金等难切削材料和薄壁材料的加工，目前在国外已得到了广泛的应用。应用低温冷风切削技术，最重要的是要研制相应的低温冷风发生装置。

三、发明内容

本项发明的目的在于提供一种温度、压力、流量均可调的冷风对切削区实施低温冷却的冷风发生装置。通过该项发明可达到延长刀具使用寿命，提高加工质量和效率的目的，同时提高机床等加工设备的清洁度，减少了环境污染。

本发明的复合式冷风发生装置，包括水箱，通过蒸发器与水箱相联系的单级蒸气压缩制冷系统，与水箱相连的水泵，压缩空气管经截止阀和过滤器连于空气干燥器，空气干燥器的输出连于气液换热器的气体输入端，该气液换热器的气体输出端连于半导体制冷器中的冷却器的输入，水泵的输出连于气液换热器的液体输入，气液换热器的液体输出与半导体制冷器中的第一个散热器的输入相连，第一个散热器的输出连于第二个散热器的输入，第二个散热器的输出与水箱相连，由整流电源供电的半导体制冷器的输出通过保温管，经流量计和压力表连于喷嘴。

本项发明除具有现有技术的节约切削液、减少环境污染和提高刀具寿命和加工质量等优点外，还具备如下优点：

(1)制冷速度快。本项发明在3～4分钟即可使出口冷风温度达到设定要求。

(2)负荷可调性强，易于实现冷风温度的连续和精确控制，可适应现代混流生产模式下多变的加工材料和加工用量。本项发明可通过调节半导体制冷器的工作电流来实现冷风温度的方便调节，且调节时间短。

(3)结构简单，易于维护。

四、附图说明

图1是复合式冷风发生装置结构示意图。

图中标号名称：

1.水箱  2.压缩机  3.冷凝器  4.膨胀阀  5.蒸发器  6.单级蒸气压缩制冷系统7.水泵  8.压缩空气管  9.截止阀  10.过滤器  11.空气干燥器  12.气液换热器13.整流电源  14.半导体制冷器  15.流量计  16.压力表  17.喷嘴  18.半导体热电堆  19.散热器  20.冷却器  21.保温管。

五、具体实施方式

本项发明通过以半导体制冷为核心，结合蒸气压缩制冷的复合制冷方法来实现发明目的，如图1所示，它由过滤器10，空气干燥器11，气液换热器12，水箱1，单级蒸气压缩制冷系统6，水泵7，整流电源13，半导体制冷器14，保温管21，喷嘴17组成。喷嘴17通过保温管21与半导体制冷器14接通并安装在可对加工区实施冷却的部位。

单级蒸气压缩制冷系统6主要包括压缩机2，冷凝器3，膨胀阀4，蒸发器5等部分，即由蒸发器5经压缩机2、冷凝器3和膨胀阀4构成回路，其中蒸发器5置于水箱1中，其主要起到冷却水箱1中的水并使其保持恒定温度的作用。

半导体制冷器14包括串联连接的第一和第二半导体热电堆，冷却器位于半导体制冷器的中间位置，第一和第二半导体热电堆分别位于冷却器的上下表面，第一个和第二个散热器分别位于第一和第二半导体热电堆的外表面。其中上下两个散热器19用螺钉紧固，以保持半导体热电堆18的冷端和热端分别与冷却器20和散热器19的外壁紧密贴合，半导体热电堆18之间以导线连接。半导体制冷器14全部保温处理。

下面参照附图1对本项发明的实施方案作一详细描述：

一、冷却回路之一：单级蒸气压缩制冷系统6工作时，制冷剂气体不断被压缩机2抽吸压缩后，在冷凝器3中液化，经膨胀阀4节流降压后进入蒸发器5，蒸发吸热冷却水箱1中的水，再变成气体回到压缩机2，从而完成制冷工质的闭式循环。在单级蒸气压缩制冷系统6中引入了温度控制器，温度控制器的感温元件置于水箱1中，用于测量水温，当水温达到设定的温度时，温度控制器就控制压缩机2停止运行；一旦水温高于设定温度时，温度控制器就使压缩机2启动，降低水温。这样在水箱1中建立了一个温度低而稳定的液体空间，从而实现对半导体热电堆18热端稳定而有效地散热。

二、冷却回路之二：水泵7不断将水箱1中温度恒定的冷水输送到气液换热器12，在气液换热器12中冷水与压缩空气热交换后，进入半导体制冷器14中的散热器19，强化半导体热电堆18热端散热，进而提高半导体制冷效率。

三、半导体制冷器：半导体制冷器14工作时，整流电源13将220V的交流电转变为稳定的低压直流电供给半导体热电堆18，此时半导体热电堆18产生珀尔帖效应而形成冷端和热端。半导体热电堆18热端产生的热量不断被通过散热器19的冷水带走，冷端则使冷却器20的内壁保持在极低的温度。

四、压缩空气回路：压缩空气分别经过滤器10和空气干燥器11过滤和除湿后进入气液换热器12，降温后再进入冷却器20中，通过与冷却器20的热交换，半导体热电堆18冷端吸收了压缩空气的热量，进一步降低压缩空气温度。降温后的压缩空气(-10～-30℃)经喷嘴17以一定的压力喷射至切削区，达到冷却切削区的目的。

Claims (3)

1.一种复合式冷风发生装置，其特征在于，包括水箱(1)，通过蒸发器(5)与水箱(1)相联系的单级蒸气压缩制冷系统(6)，与水箱(1)相连的水泵(7)，压缩空气管(8)经截止阀(9)和过滤器(10)连于空气干燥器(11)，空气干燥器(11)的输出连于气液换热器(12)的气体输入端，该气液换热器(12)的气体输出端连于半导体制冷器(14)中的冷却器(20)的输入，水泵(7)的输出连于气液换热器(12)的液体输入，气液换热器(12)的液体输出与半导体制冷器(14)中的第一个散热器(19)的输入相连，第一个散热器(19)的输出连于第二个散热器(19)的输入，第二个散热器(19)的输出与水箱(1)相连，由整流电源(13)供电的半导体制冷器(14)的输出通过保温管(21)经流量计(15)和压力表(16)连于喷嘴(17)。

2.根据权利要求1所述的复合式冷风发生装置，其特征在于，单级蒸气压缩制冷系统(6)由置于水箱(1)中的蒸发器(5)、经压缩机(2)、冷凝器(3)和膨胀阀(4)构成回路。

3.根据权利要求1或2所述的复合式冷风发生装置，其特征在于，半导体制冷器(14)包括串联连接的第一和第二半导体热电堆(18)，冷却器(20)位于半导体制冷器(14)的中间位置，第一和第二半导体热电堆(18)分别位于冷却器(20)的上下表面，第一个和第二个散热器(19)分别位于第一和第二半导体热电堆(18)的外表面。

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