CN201503162U - 气波制冷机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种气波制冷机，其包括机体、轴承、转轮分配器、密封结构以及接受管，所述机体上设有进气孔以及出气孔，所述密封结构设置在所述机体上的进气孔与出气孔之间，所述机体上设有接受管接口，所述接受管插接在所述接受管接口内，所述密封结构包括可与转轮分配器一同转动的动环以及与动环相邻设置，不可与转轮分配器一同转动但可相对转轮分配器以及动环略轴向移动的静环，所述接受管外部包围有壳体，所述壳体形成冷却腔。采用本实用新型实施例的气波制冷机，其密封结构使得密封效果改善，并且制造及装配难度降低，大大减少摩擦生热，在接受管外设置冷却腔，使接受管内的温度迅速下降，从而显著提高了气波制冷机的制冷效率。

Description

气波制冷机

技术领域

本实用新型涉及一种制冷机械，尤其涉及一种气波制冷机。

背景技术

现有的低温制冷技术，多采用多级压缩制冷剂的方式达到低温的目的。第一级压缩一种制冷剂，在吸收应用第一级压缩所得的冷量的基础上第二级压缩第二种制冷剂，通过制冷剂的汽化吸热达到降温的目的，通常第二级压缩所使用的制冷剂液化点温度要比第一级制冷剂液化点温度低。采用这种制冷方式有许多缺点：首先，由于采用多级压缩，制冷效率低；其次，由于须采用制冷剂，不利于环境保护；再次，由于存在制冷剂泄漏的风险，采用这种制冷技术存在安全隐患。

旋转式热分离机是一种根据激波和膨胀波原理，利用气体压力进行制冷的设备，因此亦称气波制冷机，具有结构简单、节能、环保、造价低、适应性强和操作维护方便等特点，自20世纪70年代问世以来，得到了人们的重视，并在石油化工领域有了实际应用。

但是现有的气波制冷机存在一些技术难点：

1.冷腔和高压腔之间的机械密封一般采用迷宫式密封，迷宫式密封由一组动片和静片组成，动片与静片之间的间距很小，一般为0.08毫米以内，间距越小密封程度就越高，运转时动静片之间间距不变。采用这种密封结构对动静片配合间隙要求精度非常严格，加工装配难度较高，运转时摩擦生热严重，造成气波制冷机的制冷效率低，密封效果差，并且占用空间大。

2.在接受管内产生激波并且降温后，激波在吸收腔内被吸收时，温度又会升高，因而会将热量传给已经制冷的气流，导致冷量损失。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种气波制冷机，其密封结构可改善密封效果，并且制造及装配难度降低，减少摩擦生热，并且其接受管可减少激波压缩其内空气所产生的热量，提高气波制冷机的制冷效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种气波制冷机，其包括机体、轴承、转轮分配器、密封结构以及接受管，所述机体上设有进气孔以及出气孔，所述密封结构设置在所述机体上的进气孔与出气孔之间，所述机体上设有接受管接口，所述接受管插接在所述接受管接口内，所述密封结构包括可与转轮分配器一同转动的动环以及与动环相邻设置，不可与转轮分配器一同转动但可相对转轮分配器以及动环略轴向移动的静环，所述接受管外部包围有壳体，所述壳体形成冷却腔。

所述接受管包括低温部、高温部以及放大腔，所述低温部与所述高温部之间设有隔热接头，所述隔热接头的内径大于等于低温部的内径而小于等于高温部的内径。

在所述高温部内设有阻尼板，所述阻尼板上设有至少一个孔，所述低温部外部包覆有保温层。

所述冷却腔形成在所述高温部和所述放大腔周围，其内可容纳循环水。

所述转轮分配器上设有至少一个喷嘴，所述喷嘴的宽度与所述接受管低温部的内径的比值范围为1∶0.6到1∶1.5。

所述气波制冷机还包括一组所述密封结构，设置在所述机体的进气孔与所述机体的末端之间，所述密封结构的动环与静环相邻的侧面设有螺旋槽。

所述密封结构进一步包括轴套、推环、弹簧以及固定体，所述轴套套设在所述转轮分配器周围并且相对其卡固，所述动环卡固于所述轴套，所述固定体套设在所述转轮分配器周围并且相对于机体固定。

所述弹簧一端抵顶所述固定体，另一端抵顶所述推环，所述推环与所述静环接触，并且在其接触面外侧设有狭槽。

在所述轴套与所述转轮分配器之间、所述轴套与所述动环之间、所述推环与所述固定体之间以及所述固定体与所述机体之间设有密封环。

所述机体包括依次固定连接的第一端盖、机壳以及第二端盖，并且在其间均设有密封圈。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：采用本实用新型实施例的气波制冷机，其密封结构使得密封效果改善，并且制造及装配难度降低，大大减少摩擦生热，在接受管外设置冷却腔，使接受管内的温度迅速下降，从而显著提高了气波制冷机的制冷效率。

附图说明

图1是本实用新型气波制冷机的截面结构示意图；

图2是本实用新型气波制冷机的转轮分配器的立体图；

图3是本实用新型气波制冷机的转轮分配器的主视图；

图4是图3中的转轮分配器沿A-A线的截面结构示意图；

图5是本实用新型气波制冷机的密封结构的截面结构示意图；

图6是本实用新型气波制冷机的密封结构中动环的侧视图；

图7是气波制冷机的接受管以及部分第一机壳的截面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

请参照图1所示，本实用新型实施例的气波制冷机包括机体1，转轮分配器2，密封结构3，接受管4，轴承50、52以及密封圈60、62、64。

机体1包括第一端盖12、第一机壳14、第二机壳16以及第二端盖18。第一机壳14、第二机壳16均大致为两端开口的中空圆柱体，其中第一机壳14上设有贯通的出气孔142以及均匀分布在第一机壳14周围的多个贯通的接受管接口144，在本实施例中接受管接口144为阶梯状的通孔。第二机壳16上设有贯通的进气孔162。第一端盖12覆盖在第一机壳14的一端，第二机壳16固定连接在第一机壳14的另一端，第二端盖18覆盖在第二机壳16不与第一机壳14连接的一端。在第一端盖12与第一机壳14之间、第一机壳14与第二机壳16之间以及第二机壳16与第二端盖18之间分别采用螺丝钉192、194、196进行固定连接，并且在第一端盖12与第一机壳14之间、第一机壳14与第二机壳16之间以及第二机壳16与第二端盖18之间的连接处分别设置密封圈60、62、64进行密封。

请一并参照图2到图4所示，转轮分配器2设置在机体1内，其包括主轴22、叶轮24以及堵头26，

主轴22为圆柱形轴体，如图3中所示其外部自左到右依次设置第一挡圈槽220，第二挡圈槽222以及键槽224，键槽224设置在主轴22的一端。在主轴22未设键槽224的一端开设沿主轴22轴向延伸的内腔226，内腔226并不贯通到主轴22的另一端，而是延伸到主轴22的中部即截止，在主轴22中部垂直轴向开设有贯通的进气口228，并且进气口228与内腔226连通。

堵头26设置在主轴22内的内腔226的开口端内，通过螺纹结构与该开口端固定，将内腔226的开口端封闭。

叶轮24设置在主轴22的第一挡圈槽220和进气口228之间，大致呈盘状，包括多个喷嘴240、充气部242以及放气部244，其中充气部242与放气部244交替排列在叶轮24周围，充气部242的半径与机体1第一机壳14的内部半径相同，而放气部244的半径小于机体1第一机壳14的内部半径。喷嘴240是由充气部242围成的方形孔，其与主轴22的内腔226相通。

转轮分配器2设置在机体1内，其设置堵头26的一端通过轴承50固定在机体1的第一端盖12上，而另一端穿过第二端盖18并且通过轴承52固定在第二端盖18上，叶轮24的喷嘴240的轴线与第一机壳14的接受管接口144的轴线位于同一平面上。转轮分配器2穿过第二端盖18的一端与外部电机相连。

请参照图1、图5和图6所示，本实施例包括两组密封结构3，设置在转轮分配器2的主轴22与第二机壳16之间，位于主轴22上的进气口228两侧。这两组密封结构3结构相同，对称设置，因而仅对其中一组进行详细描述。

密封结构3包括轴套30，动环31，静环32，推环33，弹簧34，固定体35，集装块36，卡环37，定位环38，销钉390，销392、393以及O型环394、396、397、398、399。

轴套30套设在转轮分配器2的主轴22上，其截面呈T形，包括套筒部302以及自套筒部302一端垂直其轴线向外侧延伸的壁部304，壁部304在其外端轴向延伸一定长度，从而与套筒部302形成一个用以容纳动环31的容置空间(图未标)。轴套30通过销钉390以及卡环37固定在转轮分配器2的主轴22上，因此可随主轴22转动，并且通过O型环394在轴套30与主轴22之间形成密封。

动环31呈环状，套设在轴套30的套筒部302外侧，并与壁部304相邻，其通过销392与轴套30的壁部304卡固，因此可随同轴套30与转轮分配器2的主轴22一同转动，因而称之为“动环”。通过O型环396和398在动环31与轴套30之间形成密封。动环31的一侧与静环32接触，该接触面的表面精度较高，并且在该接触面上设有均匀分布螺旋状的螺旋槽312(见图6)。

固定体35大致呈环状，其外部通过螺丝钉197固定在机体1的第二机壳16上，其内部套设在轴套30的套筒部302外侧，并且沿套筒部302外侧延伸有内延伸壁352，在固定体35中部沿轴向延伸有外延伸壁354，在内延伸壁352和外延伸壁354之间形成容置空间，用以容纳静环32和推环33，并且在位于该容置空间内侧的壁面开设与转轮分配器2的主轴22的轴线平行的孔，弹簧34容置在其中，并且一端抵顶该孔的底壁。通过O型环399在固定体35与第二机壳16之间形成密封。

推环33套设在固定体35的内延伸壁352外侧，位于内延伸壁352和外延伸壁354之间形成的容置空间内，其一侧抵顶弹簧34的一端，另一侧靠接静环32。通过O型环397在推环33与固定体35之间形成密封。

静环32呈环状，在本实施例中，静环32的内圈和外圈均设置成台阶状，其内圈的下部台阶套设在轴套30的套筒部302外侧，并且与套筒部302之间具有一定间隙，而上部台阶套设在固定体35的内延伸壁352外侧。静环32夹设在动环31与推环33之间，其与动环31靠接，并且靠接的侧面具有较高的精度，其与推环33部分靠接，并且与推环33形成狭槽323。由于静环32与套筒部302之间具有一定间隙，其不会与套筒部302以及转轮分配器2的主轴22一同转动，因此称之为“静环”，但是它可以与推环33一起抵抗弹簧34预设的推力在定位环38和固定体35的内延伸壁352之间做微小位移。

销393穿过静环32卡固于固定体35，以使静环32不会相对固定体35产生相对转动。

定位环38卡固在固定体35的外延伸壁354内，其内圈半径小于静环32的外圈台阶半径，因而可对静环32进行定位。

集装块36是四片金属片，分别通过螺丝钉362固定在固定体35不设容置空间的一侧，并且卡扣于轴套30，其作用是使密封结构3组装为一体，以便于将其组装到气波制冷机内，并且在密封结构3装入气波制冷机之后，可限制转轮分配器2的转动，以便于气波制冷机的运输以及组装。在气波制冷机安装到所需要的场所，准备使用之前，须将集装块36以及螺丝钉362拆除，以使气波制冷机能够正常工作。

上述两组密封结构3与第二机壳16和转轮分配器2的主轴22共同围成高压腔7，而如图1中左侧的一组密封结构3与第一机壳14、第一端盖12和转轮分配器2共同围成低温室8。其中高压腔7与转轮分配器2的进气口228连通。在气波制冷机运转之前，密封结构3的动环31和静环32互相接触；而当气波制冷机开始运转时，高压气体通过第二机壳16的进气孔162进入高压腔7，而转轮分配器2在外部电机的带动下高速转动时，密封结构3的动环31与轴套30与转轮分配器2的主轴22一同转动，而高压气体进入静环32与推环33之间的狭槽323，从而推动推环33抵抗弹簧34的推力产生微小位移，同时静环32也在高压气体的推动下随同推环33产生微小位移，高压气体进入动环31的螺旋槽312并且在动环31和静环32之间形成气膜，从而达到密封气体的作用。

两组密封结构3的结构以及密封原理均相同，图1中左侧的一组密封结构3在低温室8和高压腔7之间形成气体密封，而右侧的一组密封结构3在高压腔7和密封结构3右侧的腔体之间形成气体密封，以防止高压气体外泄。

请参照图7所示，接受管4是一端开口一端封闭的管状体，其开口端插接在机体1第一机壳14的接受管接口144内，通过螺丝钉41和法兰42固定在第一机壳14上。

接受管4包括低温部43、高温部44以及放大腔45，低温部43即接受管4与第一机壳14相接的一段，其外部包覆有保温层432以减少冷量损失。低温部43与高温部44之间设有隔热接头46，其由隔热材料制成，为中空管状，其内径大于等于低温部43的内径(在本实施例中为大于)而小于等于高温部44的内径(在本实施例中为小于)。高温部44一端与隔热接头46相接，另一端与放大腔45相接，高温部44内靠近与放大腔45相接的一端设有阻尼板442，该阻尼板442上设有一个或多个孔。在高温部44和放大腔45的外部设有壳体47，壳体47包围高温部44和放大腔45，并且在其周围形成冷却腔472，在冷却腔472内可采用循环水进行冷却。

在本实施例中，该气波制冷机具有两个接受管4，其装设在第一机壳14两侧对称的位置。

在装配该气波制冷机时，需先将两组密封结构3装配在第二机壳16上，然后将转轮分配器2的主轴22顺次插入上述两组密封结构3，再将第二端盖18盖在图1中第二机壳16的右端，并且将装配好接受管4的第一机壳14装配在第二机壳16的左端，最后将第一端盖12盖在图1中第一机壳14的左端。装配好后，转轮分配器2的喷嘴240的轴线与接受管4的低温部43的轴线共面。

当然，在需要使用时还需将气波制冷机连接相应的外部设备，例如，将转轮分配器2的主轴22末端连接到外部电机，将第二机壳16的进气孔162连接空气压缩机的输出端，将第一机壳14的出气孔142连接冷气导出管等。

请参照图1所示，在本实用新型实施例气波制冷机运行时，首先采用空气压缩机将高压气体，通常是高压空气，通过第二机壳16的进气孔162输入高压腔7。同时或者稍后启动外部电机带动转轮分配器2高速转动，密封结构3如上所述形成气体密封。高压气体从高压腔7经转轮分配器2主轴22上的进气口228进入其内腔226，并且进入其叶轮24内的喷嘴240。高压气体在喷嘴240中加速，加速后的高压气体气流流速可达到超声速，成为超声速气流。

当叶轮24旋转到喷嘴240对准第一机壳16的接受管接口144时，超声速气流经过接受管接口144进入接受管4，此为充气阶段。进入接受管4的超声速气流在接受管4中产生激波。

然后叶轮24旋转，使得喷嘴240从第一机壳16的接受管接口144移开，而充气部242移到接受管接口144，从而将其封闭，此为封闭阶段。在封闭阶段，在接受管4内产生膨胀波，膨胀波会产生制冷效果，从而使喷入接受管4的气流温度降低成为冷气。上述激波会传到接受管4的高温部44内，并且被阻尼板442和放大腔45减弱或者消除，以减弱或者消除反射回低温部43内的反射激波，提高制冷效率。但是因为在高温部内入射超声速气流通过激波对其内气体进行压缩，进行能量交换，高温部内的气体升温。隔热接头46则可减少高温部44和低温部43之间的热传导，并且大部分热量由冷却腔472内的循环水冷却，因而最大限度的减少低温部43内的冷量损失。

当叶轮24进一步旋转，使得其放气部244旋转到正对接受管接口144，接受管4内的冷气会流入低温室8内，并且从第一机壳14的出气孔142排出，并且通过外接的冷气导出管导入需要制冷的空间。此为放气阶段。

上述充气阶段、封闭阶段以及放气阶段为气波制冷机的一个工作循环，在本实施例中转轮分配器2的叶轮24具有三组喷嘴240、充气部242以及放气部244，因而转轮分配器2旋转一周，气波制冷机经历三个工作循环。转轮分配器2不断旋转，高压气体不断充入高压腔7，则气波制冷机不断生成冷气，并且冷气不断从第一机壳14的出气孔142排出，从而达到快速制冷的目的。

在本实用新型的其它实施例中，机体1的第一机壳14和第二机壳16可以做成一体。转轮分配器2可能采用各种结构，其叶轮24上可具有其它数量的喷嘴240、充气部242以及放气部244，并且叶轮24也可以和主轴22分为两个部件，通过键传递扭矩。密封结构3中的卡环37以及销钉390可以省去，直接将轴套30与转轮分配器2采用干涉配合卡固，动环31也可以和轴套30做成一体。

采用本实用新型实施例的气波制冷机，不采用迷宫式密封，其密封结构使得密封效果改善，并且制造及装配难度降低，大大减少摩擦生热，在接受管外设置冷却腔，并且设置隔热接头，使接受管内的温度迅速下降，从而显著提高了气波制冷机的制冷效率。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种气波制冷机，其包括机体、轴承、转轮分配器、密封结构以及接受管，所述机体上设有进气孔以及出气孔，所述密封结构设置在所述机体上的进气孔与出气孔之间，所述机体上设有接受管接口，所述接受管插接在所述接受管接口内，其特征在于：所述密封结构包括可与转轮分配器一同转动的动环以及与动环相邻设置，不可与转轮分配器一同转动但可相对转轮分配器以及动环略轴向移动的静环，所述接受管外部包围有壳体，所述壳体形成冷却腔。

2.如权利要求1所述的气波制冷机，其特征在于：所述接受管包括低温部、高温部以及放大腔，所述低温部与所述高温部之间设有隔热接头，所述隔热接头的内径大于等于低温部的内径而小于等于高温部的内径。

3.如权利要求2所述的气波制冷机，其特征在于：在所述高温部内设有阻尼板，所述阻尼板上设有至少一个孔，所述低温部外部包覆有保温层。

4.如权利要求3所述的气波制冷机，其特征在于：所述冷却腔形成在所述高温部和所述放大腔周围，其内可容纳循环水。

5.如权利要求4所述的气波制冷机，其特征在于：所述转轮分配器上设有至少一个喷嘴，所述喷嘴的宽度与所述接受管低温部的内径的比值范围为1∶0.6到1∶1.5。

6.如权利要求1所述的气波制冷机，其特征在于：所述气波制冷机还包括一组所述密封结构，设置在所述机体的进气孔与所述机体的末端之间，所述密封结构的动环与静环相邻的侧面设有螺旋槽。

7.如权利要求6所述的气波制冷机，其特征在于：所述密封结构进一步包括轴套、推环、弹簧以及固定体，所述轴套套设在所述转轮分配器周围并且相对其卡固，所述动环卡固于所述轴套，所述固定体套设在所述转轮分配器周围并且相对于机体固定。

8.如权利要求7所述的气波制冷机，其特征在于：所述弹簧一端抵顶所述固定体，另一端抵顶所述推环，所述推环与所述静环接触，并且在其接触面外侧设有狭槽。

9.如权利要求8所述的气波制冷机，其特征在于：在所述轴套与所述转轮分配器之间、所述轴套与所述动环之间、所述推环与所述固定体之间以及所述固定体与所述机体之间设有密封环。

10.如权利要求1、5或9所述的气波制冷机，其特征在于：所述机体包括依次固定连接的第一端盖、机壳以及第二端盖，并且在其间均设有密封圈。

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