CN102967076B - 涡流管制冷器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涡流制冷技术领域，尤其是涉及一种涡流管制冷器，包括冷端管，通过套管与此冷端管相连接的热端管，涡流发生器，进气口，整流器、调节阀和热气出口，其特征在于涡流发生器由一端与冷端管相连接的主涡流发生器，套接在此主涡流发生器另一端的辅涡流发生器所组成，所述的辅涡流发生器与所述的热端管相连接。本发明通过在原有主涡流发生器的基础上增加了辅涡流发生器，使进入主涡流发生器的气旋在辅涡流发生器内被加强，并改变了气旋的角度，增大了涡流管内部热气与冷气的压差，从而增强了能量分离的效率与温差，达到增强涡流管的温降与提高制冷系数的目的。
Description
技术领域
本发明属于涡流制冷技术领域，尤其是涉及一种涡流管制冷器。
背景技术
涡流制冷器简称涡流管，又称兰克－赫尔胥( Ranque－Hilsch)管，它是一种结构非常简单的能量分离装置，主要由进气口、涡流腔、热端管，冷端管，调节阀等组成。压缩空气首先通过涡流管喷嘴沿切线进入圆柱形的涡流腔内，使气流产生高速旋转，涡流腔位于涡流管的热端和冷端之间，并与它们相连，压缩空气进入涡流腔会使气体体积膨胀并吸热，再在涡流管中形成涡流，涡流在高速旋转的过程中分离成温度不等的两部分，边缘部分的气体集中至涡流管热端成为热气流，由涡流管的热气出口排出，中心部分即为冷气流，通过涡流管冷端的冷气出口排出。通过调节涡流管内的调节阀调节冷热气流比例，可以得到最佳制冷效应或制热效应。
涡流管以空气为冷媒，具有独特的制冷方式，使用过程不产生任何污染，被业界称为绿色冷源，目前已经在空调、制冷、机械加工、电气设备散热等多领域得到应用，未来的应用前景极其广阔。
涡流管的性能高低主要评定标准就是制冷系数（冷效比），制冷系数为制冷量与耗气量的比值，制冷量由温降与冷气量两项参数构成，所以如何提高涡流管的效率、在耗气量不变的前提下提高温降与冷气流量，成为世界范围内研究的方向。由于涡流管的制冷系数是非衡定的，只在特定的内部结构和气量参数下才会有最高的制冷系数（冷效比）。通常大部份的应用场合也都是将涡流管调整到最佳制冷系数（冷效比）后进行使用。而在最佳制冷系数时，冷风流量并不是最大值，所以很多人也通过各种方法试图在高制冷系数的前提下通过加大冷气流量来提高制冷量。例如中国专利201010197295.8中提出的一种涡流管改进方法，目的是在不降低制冷系数的前提下增加冷风流量，采用了增加涡流室的方法来实现，其本质上等同于多个涡流管在最佳效率的情况下并联，并不能在本质上增加单管涡流管的制冷系数。而其它涡流管的改进，如中国专利93246501.3、200310117391.7、93227779.9，国外专利US459408410.1 1986等都依然无法解决涡流管制冷量小，制冷系数低等缺点，无法解决涡流管在低冷冰箱，微小型空调等应用中的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效增强涡流管的温降和制冷系数，且通用性强，安全性能高，使用更为广泛的涡流管制冷器。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的涡流管制冷器，包括冷端管，通过套管与此冷端管相连接的热端管，设在所述套管内的涡流发生器，设在所述套管上的进气口，设在所述热端管内的整流器、调节阀和热气出口，其特征在于所述的涡流发生器由一端与所述冷端管相连接的主涡流发生器，套接在此主涡流发生器另一端的辅涡流发生器所组成，所述的辅涡流发生器与所述的热端管相连接，
所述的辅涡流发生器由辅涡流腔室，均匀设在此辅涡流腔室外圆周，且与所述辅涡流腔室的截面圆相切的一组辅喷嘴所组成，所述的辅涡流腔室为喇叭形的扩口腔室，且扩口端朝向热端管，
所述的冷端管内设有冷端孔板，此冷端孔板内设有渐扩的冷气出口。
所述的热端管的外部设有散热片。
所述的扩口腔室的扩口角度α为6°-80°。
所述的辅喷嘴为圆锥形渐缩喷嘴，且缩口端与所述的辅涡流腔室相连通。
所述的辅喷嘴与辅涡流腔室的截面圆的夹角β为2°-6°。
所述的辅喷嘴数目为1-7个。
所述的主涡流发生器的喷嘴最小截面积为主涡流腔室截面积的0.1-0.25倍。
本发明的优点：
（1）本发明通过在原有主涡流发生器的基础上增加了辅涡流发生器，使进入主涡流发生器的气旋在辅涡流发生器内被加强，并改变了气旋的角度，增大了涡流管内部热气与冷气的压差，从而增强了能量分离的效率与温差，达到增强涡流管的温降与提高制冷系数的目的；
（2）本发明在涡流管的热管端外部设置有散热片，增大了热端管的散热面积，使中心部分冷气流的能量尽快以热传导的方式由内层向外层传递，以得到温度更低的冷气流。同时，散热片的设置避免了由于热端管温度过高而带来的操作危险性；
（3）本发明内部元件可根据实际需要互换，增强了涡流管使用的通用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明辅涡流发生器的结构示意图。
图3为本发明图2的A-A视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2和3所示，一种涡流管制冷器，包括冷端管1，通过套管2与此冷端管1相连接的热端管3，设在所述套管2内的涡流发生器，设在所述套管2上的进气口10，设在所述热端管3内的整流器5、调节阀6和热气出口7，其特征在于所述的涡流发生器由一端与所述冷端管1相连接的主涡流发生器9，套接在此主涡流发生器9另一端的辅涡流发生器8所组成，所述的辅涡流发生器8与所述的热端管3相连接，所述的辅涡流发生器8由辅涡流腔室13，均匀设在此辅涡流腔室13外圆周，且与所述辅涡流腔室13的截面圆相切的一组辅喷嘴14所组成，所述的辅涡流腔室13为喇叭形的扩口腔室，且扩口端朝向热端管3。
压缩气体经进气口10进入涡流管时，会经由套管2内的气体通道分别进入主涡流发生器9的喷嘴和辅涡流发生器8的辅喷嘴14，两股气体分别沿切线进入主涡流发生器9的圆柱形腔室和辅涡流腔室13，在主涡流发生器9的腔室形成的气旋在辅涡流腔室13被加强，并经辅涡流腔室13的扩口改变了气旋的角度，增大了涡流管内部热气与冷气的压差，热气流向热气出口7移动，经由整流器5、调节阀6排出，此时由于冷端出口的压力小于热端出口，一部份气体由气旋中心返回经过辅涡流腔室13和主涡流发生器9的圆柱形腔室两级能量分离后，由冷气出口12排出，有效增加了能量分离的效率与温差。
所述的冷端管1内设有冷端孔板11，此冷端孔板11内设有渐扩的冷气出口12，气旋内层的冷气经此冷气出口12分离出来。现有技术中，通常将冷气出口12与主涡流发生器9做成一体形式，不利于更换，在冷端管1内设置冷端孔板11，可根据实际使用需要，将不同孔径的冷端孔板11与不同的涡流发生器搭配使用，节省原料的同时还增强了涡流管使用的通用性。
所述的辅喷嘴14为圆锥形渐缩喷嘴，缩口端与所述的辅涡流腔室13相连通，辅喷嘴14与辅涡流腔室13的截面圆的夹角β为2°-6°，数目可以设置为1-7个，扩口腔室的扩口角度α为6°-80°，可以起到辅助能量交换和整流的作用。
所述的热端管3的外部设有散热片4，增大了热端管3的散热面积，使中心部分冷气流的能量尽快以热传导的方式由内层向外层传递，以得到温度更低的冷气流。同时，散热片4的设置避免了由于热端管3温度过高而带来的操作危险性。
所述的主涡流发生器9的喷嘴最小截面积为主涡流腔室截面积的0.1-0.25倍，形成涡流效果最好。
本发明通过在原有主涡流发生器9的基础上增加了辅涡流发生器8，使进入主涡流发生器9的气旋在辅涡流发生器8内被加强，并改变了气旋的角度，增大了涡流管内部热气与冷气的压差，从而增强了能量分离的效率与温差，达到增强涡流管的温降与提高制冷系数的目的。经实际测试结果显示，在进气压力为0.6MPa，进气温度为15℃时，可得到到最低温度为-53℃的冷气，其最大温降达到68℃。当耗气量为325L/min时，最大制冷量能达到257W,冷效比达到0.791，制冷能效提高8%以上。
Claims (4)
1.一种涡流管制冷器，包括冷端管，通过套管与此冷端管相连接的热端管，设在所述套管内的涡流发生器，设在所述套管上的进气口，设在所述热端管内的整流器、调节阀和热气出口，其特征在于所述的涡流发生器由一端与所述冷端管相连接的主涡流发生器，套接在此主涡流发生器另一端的辅涡流发生器所组成，所述的辅涡流发生器与所述的热端管相连接，
所述的辅涡流发生器由辅涡流腔室，均匀设在此辅涡流腔室外圆周，且与所述辅涡流腔室的截面圆相切的一组辅喷嘴所组成，所述的辅涡流腔室为喇叭形的扩口腔室，且扩口端朝向热端管，
所述的冷端管内设有冷端孔板，此冷端孔板内设有渐扩的冷气出口；
所述的扩口腔室的扩口角度α为6°-80°；
所述的辅喷嘴为圆锥形渐缩喷嘴，且缩口端与所述的辅涡流腔室相连通；
所述的辅喷嘴与辅涡流腔室的截面圆的夹角β为2°-6°。
2.根据权利要求1所述的涡流管制冷器，其特征在于所述的热端管的外部设有散热片。
3.根据权利要求1所述的涡流管制冷器，其特征在于所述的辅喷嘴数目为1-7个。
4.根据权利要求1所述的涡流管制冷器，其特征在于所述的主涡流发生器的喷嘴最小截面积为主涡流腔室截面积的0.1-0.25倍。
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