CN114216279A

CN114216279A - 一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机

Info

Publication number: CN114216279A
Application number: CN202111606540.0A
Authority: CN
Inventors: 刘凤霞; 胡大鹏; 于洋; 赵一鸣; 刘培启
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2021-12-26
Filing date: 2021-12-26
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2041-12-26
Also published as: CN114216279B

Abstract

一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机，其属于气体膨胀制冷技术领域。该制冷剂包括上下两层振荡管体，每层开设冷却水孔，两层机体内部焊接隔板构造冷却水流道。冷却水流入冷却水环区，冷却水环区对振荡管体的外侧高温区进行降温，利用冷却水带走气波机主机体内部高温区热量，进而降低低温气体与主机体传热，减少低温气体冷量损耗，提升气波制冷机制冷效率。

Description

一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机

技术领域

本发明涉及一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机，其属于气体膨胀制冷技术领域。

背景技术

气体膨胀制冷，利用气体自身压力能实现膨胀降温，不需要使用制冷剂，环保。气波制冷机利用压缩波增压、升温；利用膨胀波实现降压、制冷。其具有结构简易，制冷效率较高，带液性能强等诸多特点，在气体膨胀制冷领域占有一定的市场份额，尤其在军用大体积流量膨胀制冷领域，占有重要的地位。目前气波制冷机的制冷效率可达65%左右，提升其制冷性能是本领域研究人员关注的重点。气波制冷机振荡管内部存在冷热分界面，存在冷热气体热量交换过程，引起冷量损失，如何降低冷热交换损失，提升气波制冷机制冷效率是本发明亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷方法及其装置，能够降低气波制冷机内部由于冷热交换引起的冷量损失，提升气波制冷效率。

本发明的技术方案：一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机，它包括主轴、上壳体和下壳体，所述主轴上端釆用上壳体中的上轴承、下端釆用下壳体中的下轴承支撑；它还包括喷嘴和压力振荡管体，所述主轴的下端部设有高压气入口，高压气入口连通主轴的高压气腔，在主轴高压气腔的外侧设有一个与主轴固定连接的喷嘴，喷嘴设有周向分层布置的与高压气腔相通的喷嘴孔；在主轴的上部与上壳体之间形成低温气腔，低温气腔连通低温气出口；

所述上壳体的下端部固定连接一个上压力振荡管体，所述下壳体的上端部固定连接一个下压力振荡管体，在上压力振荡管体与下压力振荡管体之间，由主轴向外依次设有内环、中环和外环，在内环与中环之间为冷环区，中环与外环之间为冷却水环区；在冷却水环区采用多个通水孔分别连通上压力振荡管体上的进水腔和下压力振荡管体上的出水腔；

所述上压力振荡管体和下压力振荡管体中分别设有径向布置的振荡管孔，上压力振荡管体的振荡管孔的出口固定连接出口封闭的外层接管，下压力振荡管体的振荡管孔的出口固定连接出口封闭的内层接管，上压力振荡管体的振荡管孔的进口所在的内圆弧面与所述喷嘴孔的出口所在的外圆弧面相配合。

所述喷嘴设有两层、四个周向均布的喷嘴孔，上层四个喷嘴孔与上压力振荡管体的振荡管孔的进口相配合，下层四个喷嘴孔与下压力振荡管体的振荡管孔的进口相配合。

所述进水腔上设有进水法兰，出水腔上设有出水法兰。

所述外层接管的水平段长度大于内层接管的水平段长度；外层接收管的长度为1-20m；外层接管与内层接管选用圆管、方管或翅片管，或外部设置水冷夹套，水冷夹套包裹整个或者部分接收管。

所述通水孔的数量是外层接管通道数量的N倍，N取值范围：0.1＜N＜10，通水孔的直径E范围：1mm＜E＜100mm；上压力振荡管体的长度为L，通水孔到上压力振荡管体的喷嘴端的距离为L₀，0.5≤L₀/L＜1。

所述喷嘴与主轴通过螺栓或者焊接方式连接，喷嘴数量为1-10个。

所述上进水腔、下进水腔、上出水腔和下出水腔为半球形、方形或多边体形。

本发明的有益效果为：主机体分为上下两层，每层开设冷却水孔，两层机体内部焊接隔板构造冷却水流道。冷却水流入冷却水环区，冷却水环区对振荡管体的外侧高温期进行降温，利用冷却水带走气波机主机体内部高温区热量，进而降低低温气体与主机体传热，减少低温气体冷量损耗，提升气波制冷机制冷效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机结构图。

图2是图1中的A-A视图。

图3图1中的B-B视图。

图中：1、外层接管，1a、内层接管，2、上压力震荡管体，2a、下压力震荡管体，2b、振荡管孔，2c、通水孔，2d、冷却水环区，2e、冷环区，3、上壳体，4、上壳体轴承座，5、轴承压盖，6、主轴，7、上轴承，7a、下轴承，6a、高压气腔，8、喷嘴，8a、喷嘴孔，9、低温气出口，9a、低温气腔，10、进水腔，10a、出水腔， 11、进水法兰， 11a、出水法兰，12、中环，13、外环，14、内环，15、下壳体，16、下轴承座，17、下轴承压盖，18、高压气入口。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，本方案不局限于这一种实施方式，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

主机体含有双层通道分别为机体上层通道与机体下层通道。机体上层通道由外层接管1构成，下层通道由内层接管1a构成，主机体由上下两层构成，上下两层与中环12、外环13、内环14焊接形成一个整体，内部形成冷却水环区2d和振荡冷却区2e。主机体与上壳体3、下壳体15焊接连接。下壳体15通过螺栓与下轴承座16连接，下轴承座16与下轴承压盖17通过螺栓连接。上壳体3通过螺栓与上壳体轴承座4连接，轴承压盖5与上壳体轴承座4压紧上轴承7，轴承压盖5与上壳体轴承座4通过螺栓固定。主轴6与喷嘴8通过螺栓连接也可以通过焊接方式进行连接形成一个整体。主轴6与喷嘴8通过上轴承7固定，悬挂在气波机内部。进水腔10、出水腔10a与主机体焊接连接成一体，进水腔焊接进水法兰11，出水腔10a焊接出水法兰11a。

冷却水从进水腔10通过通水孔2c流入到冷却水环区2d内，冷却主机体，最后流入出水腔10a，从出水法兰11a排出气波制冷机。

主机体通道内通水孔2c的数量是气波机气体通道数量的N倍，N取值范围为（0.1、10）；2、4、通水孔2c直径E范围为（1mm、100mm）；通水孔2c在主机体的径向位置依据冷热分界面位置而定，打孔位置L₀/L取值为[0.5、1）。

内层接管1、外层接管1a长度范围为0.1m、20m。接收管可以采用圆管、方管、翅片管等形式；接收管外部可以增加水冷夹套结构，水冷夹套包裹整个或者部分接收管。

进水腔10、出水腔10a可以为圆形，方型，多边形等。其与主机体连接方式不局限于焊接，也可以采用螺栓连接等方式。

喷嘴8与主轴6通过螺栓或者焊接方式连接，喷嘴数量为1-10个。

采用上述技术方案工作时，高压气体从强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机高压气入口18流入，进入主轴6的高压气腔6a；主轴6上设置的喷嘴8，通过上下两层喷嘴孔8a与上压力振荡管体2、下压力振荡管体2a间歇接通，高压气体通过喷嘴8对上压力振荡管体2、下压力振荡管体2a的振荡管孔2b进行射流，高压气体压缩上压力振荡管体2与下压力振荡管体2a内部气体，被压缩的气体温度升高，分别流入外层接管1、内层接管1a中。被压缩气体的热量通过双层接收管外壁对外界进行热量耗散，可以通过外加翅片或者水冷方式进行强化换热。入射的高压气体在上压力振荡管体2与下压力振荡管体2a内部发生膨胀，温度降低；当喷嘴8转走后，产生的低温气体进入低温气腔9a，再由低温气出口9排出，完成一个制冷过程。

在上压力振荡管体2与下压力振荡管体2a设有冷却水环区2d，冷却水从进水腔10、进水法兰11流入至冷却水环区2d内，从出水腔10a的出水法兰11a排出。利用双层通道构造冷却水环道，通过强制冷却上压力振荡管体2与下压力振荡管体2a的方法，降低上压力振荡管体2与下压力振荡管体2a外侧高温区温度，降低低温气体与主机体传热，降低低温气体冷量损耗，提升气波制冷机制冷效率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机，它包括主轴（6）、上壳体（3）和下壳体（15），所述主轴（6）上端釆用上壳体（3）中的上轴承（7）、下端釆用下壳体（15）中的下轴承（7a）支撑；其特征在于：它还包括喷嘴（8）和压力振荡管体，所述主轴（6）的下端部设有高压气入口（18），高压气入口（18）连通主轴（6）的高压气腔（6a），在主轴（6）高压气腔（6a）的外侧设有一个与主轴（6）固定连接的喷嘴（8），喷嘴（8）设有周向分层布置的与高压气腔（6a）相通的喷嘴孔（8a）；在主轴（6）的上部与上壳体（3）之间形成低温气腔（9a），低温气腔（9a）连通低温气出口（9）；

所述上壳体（3）的下端部固定连接一个上压力振荡管体（2），所述下壳体（15）的上端部固定连接一个下压力振荡管体（2a），在上压力振荡管体（2）与下压力振荡管体（2a）之间，由主轴（6）向外依次设有内环（14）、中环（12）和外环（13），在内环（14）与中环（12）之间为冷环区（2e），中环（12）与外环（13）之间为冷却水环区（2d）；在冷却水环区（2d）采用多个通水孔（2c）分别连通上压力振荡管体（2）上的进水腔（10）和下压力振荡管体（2a）上的出水腔（10a）；

所述上压力振荡管体（2）和下压力振荡管体（2a）中分别设有径向布置的振荡管孔（2b），上压力振荡管体（2）的振荡管孔（2b）的出口固定连接出口封闭的外层接管（1），下压力振荡管体（2a）的振荡管孔（2b）的出口固定连接出口封闭的内层接管（1a），上压力振荡管体（2）的振荡管孔（2b）的进口所在的内圆弧面与所述喷嘴孔（8a）的出口所在的外圆弧面相配合。

2.根据权利要求1所述的一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机，其特征在于：所述喷嘴（8）设有两层、四个周向均布的喷嘴孔（8a），上层四个喷嘴孔（8a）与上压力振荡管体（2）的振荡管孔（2b）的进口相配合，下层四个喷嘴孔（8a）与下压力振荡管体（2a）的振荡管孔（2b）的进口相配合。

3.根据权利要求1所述的一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机，其特征在于：所述进水腔（10）上设有进水法兰（11），出水腔（10a）上设有出水法兰（11a）。

4.根据权利要求1所述的一种强制水冷隔热型双层振荡管气波制冷机，其特征在于：所述外层接管（1）的水平段长度大于内层接管（1a）的水平段长度；外层接收管（1）的长度为1-20m；外层接管（1）与内层接管（1a）选用圆管、方管或翅片管，或外部设置水冷夹套，水冷夹套包裹整个或者部分接收管。