專利名稱：：壓差式制冷方法及制冷器的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于制冷技術?，F有制冷技術中，以氟里昂為工質的制冷技術發(fā)展最快，應用最普遍，效果也最好。但因其對自然生態(tài)和人類生存、發(fā)展的極大危害性，多種國際會議已明確規(guī)定了其限用期。為了取代氟里昂物質，各種新型制冷技術如雨后春筍不斷萌生，但均因耗能大、制冷效率低以及制冷量受限等不利因素而不能推廣應用。如，半導體制冷，雖效果好，但耗能大，效率低;電熱式吸、脫附制冷雖耗能較小，但還達不到深度制冷;顧氏循環(huán)制冷雖效率較好，但仍存在50%以上的氟里昂物質;氟制冷也因具有毒性，而在限制使用范圍之內;氣旋式冷熱分離器的制冷是以空氣為工質的具有很大優(yōu)越性的新型制冷技術，但因其仍存在許多固有缺陷，還達不到應有的制冷效果，從而限制了應用領域。例如，由法國工程師蘭卡于1933年首先發(fā)明的渦流管制冷技術，如圖5-1，5-2所示，其渦流管包括噴管1、渦流管6、分離孔板3及冷熱兩端管5、4，壓縮空氣進入噴管后沿切線方向進入渦流室6，形成自由渦流，且分離成溫度不相同的兩股氣流中心部分的低溫氣流，經分離孔板3的中心孔流出，外圍邊緣部分的高溫氣流，從另一端經節(jié)流閥2流出。利用該渦流管可同時獲得冷、熱兩種不同溫度的氣流。但是，由于至今對于這種技術的冷熱氣流分離機制尚無全面的分析，只是解釋為渦流管中心部分為低溫氣流，外圍部分為高溫氣流，從而限定其制冷器結構形式為冷氣流從渦流管中心排出，熱氣流從渦流管內周邊導出，這樣，就影響了它的效果和進一步開發(fā)。又如，氣旋式制冷技術，其冷熱分離器的工作機制實質上仍屬蘭卡理論范圍之內，所不同之處，只是在膨脹室上多加了一個切向入氣孔，因而可比蘭卡的單旋式結構在膨脹室內多一倍的不規(guī)則運動的氣流分子，從而提高了制冷效率，但由于其制冷氣流分離方式與蘭卡式相同，所以其效果仍受到限制。另外，上述蘭卡式渦流管與氣旋式制冷設備，其膨脹室都是圓管狀腔室，這種形狀限制了氣體不規(guī)則分子團的形成及冷熱氣流的有效分離;并且，二者所用噴嘴都是一種截流式噴嘴，如圖6所示，當氣體通過噴嘴最細孔徑b之后，壓力隨即顯著降低，噴嘴的a-b段起了緩沖降壓的作用，于是使氣體噴出噴嘴時的膨脹效果大大降低，因而影響了制冷效果。此外，它們都采用低壓(0.15-0.5MPa)空氣輸入方式，為獲得一定制冷效果，就要求大氣量，從而需要與之匹配的大氣源，這就限制了其制冷能力及應用范圍。針對上述技術的缺點，本發(fā)明提出了一種新型制冷技術。本發(fā)明的目的是提供一種壓差式制冷方法及制冷器，改進膨脹室結構以加強膨脹效果和增大氣體不規(guī)則分子運動的體積，并對冷熱氣流進行有效的分離。本發(fā)明的又一目的是提供一種壓差式制冷方法及制冷器，改進噴嘴結構，使高壓氣體不經緩沖地直接噴入膨脹室，以加強制冷效果。本發(fā)明的另一目的是提供一種壓差式制冷方法及制冷器，利用高壓輸入氣體，形成大壓差，以達到良好的制冷效果。本發(fā)明壓差式制冷方法及制冷器，首先是建筑在對空氣制冷理論的新貢獻基礎上的，本發(fā)明制冷原理為1、在體積相同的各種幾何形狀的膨脹空間中，球形膨脹空間能形成最大的冷氣分子團，或者說能形成最大的不規(guī)則氣體分子運動體積。圖7示出了壓縮氣體噴入壓差式的球形膨脹腔后的氣流勢場，其中圖7-1為氣體噴入時的初始氣流勢場狀態(tài)，圖7-2為膨脹過程中形成的氣流勢場狀態(tài)，圖7-3為膨脹后，冷氣流形成了大的不規(guī)則分子團的氣流勢場狀態(tài)，完成了制冷過程。與之相對照的是圖8-1，8-2，8-3和圖9-1，9-2，9-3示出的氣旋式制冷及蘭卡的渦流管式制冷的氣體膨脹氣流勢場狀態(tài)。很明顯，后兩者在膨脹腔內形成的只是空氣分子不規(guī)則帶，即僅在呈渦旋狀運動的空氣分子帶狀區(qū)域內，空氣分子呈相對不規(guī)則運動。而本發(fā)明的球形腔內，則形成了最大的空氣分子不規(guī)則運動區(qū)，從而形成了最大的冷氣分子團。2、在壓差式膨脹腔內形成冷、熱氣流的情況與膨脹腔形狀有關。壓縮空氣在絕熱條件下迅速膨脹后，一方面因迅速降壓而降溫，產生冷氣流，另一方面，噴射的氣體分子向腔內壁碰撞和沿容器壁運動摩擦，因而產生熱量形成熱氣流，后者與膨脹腔內壁形狀有密切的關系，而球形的內壁與圓筒狀容器相比，可明顯地減弱氣體分子的摩擦與碰撞，從而有助于大冷氣分子團的形成。3、在壓差式膨脹空間內形成的冷、熱氣體，因其密度不同，而導致熱氣流向上，冷氣流向下;球形膨脹腔為兩種氣流的引出提供了最適宜的空間形狀。4、采用高壓輸入氣體，形成進出口大壓差，從而可加強膨脹速度和增大氣體不規(guī)則分子運動的體積。依據上述原理，本發(fā)明制冷方法和制冷器的基本方案，是將壓縮空氣以迅速減壓方式噴射進一球形膨脹腔，所述壓縮空氣從球形腔的兩側，相對于球形腔軸線以平行且對稱的方向送入該球形腔內;在所述球形腔內形成的熱氣流從球形腔的上部導出、冷氣從下部排出。本發(fā)明壓差式制冷方法及制冷器在制冷量、氣量效率及效能比等各個方面均優(yōu)于現有其他制冷技術，達到和超過了氟里昂工質制冷技術的各項指標(見后附數據表)，從而完全可以取代氟里昂制冷。并且，本發(fā)明制冷器制造工藝簡單，成本低，尤其是在絕對無污染這一重要方面，大大優(yōu)于氟里昂等現有制冷技術，因此，本發(fā)明壓差式制冷方法及制冷器可廣泛應用于各種制冷設備。本發(fā)明制冷技術與其他制冷技術的效果比較，列表如下</tables>下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明進行詳細說明圖1為本發(fā)明制冷器俯視示意圖;圖2為圖1中A-A、B-B、C-C剖面圖;圖3為本發(fā)明制冷器正視示意圖;圖4為本發(fā)明制冷器噴嘴結構示意圖;圖5-1、5-2為蘭卡渦流管結構示意圖;圖6為蘭卡式、氣旋式噴嘴示意圖;圖7-1、7-2、7-3為本發(fā)明壓差式氣流勢場圖;圖8-1、8-2、8-3為氣旋式氣流勢場圖;圖9-1、9-2、9-3為蘭卡式渦流氣流勢場圖。圖7、8、9中的1為氣體噴入時的初始氣流勢場，2為膨脹過程中的氣流勢場，3為膨脹后氣流勢場。如圖1、2、3所示，本發(fā)明壓差式制冷器包括一對開式膨脹腔外固體1，該外固體1內部為一球形膨脹腔2，球形腔2內襯裝有聚四氟乙烯內襯3，起隔熱和防腐蝕作用;在外固體1的相對兩側各裝設一高壓送氣管4，該高壓送氣管4內固裝有噴嘴5，兩高壓送氣管4分別相對于球形腔軸線以平行對稱方式設置，噴嘴5伸至球形腔內壁，為了增強壓縮氣體的膨脹效果，噴嘴5如圖4所示，其前部為一細徑直管6，使進入的高壓氣體在噴嘴內不被緩沖減壓而直至噴嘴出口端才驟然減壓膨脹;在所述球形腔2的正下方有一冷氣排出孔，裝設一冷導管7，冷導管7外包有保溫套8，在球形腔2的正上方有一熱氣排出孔，裝設一熱導管9，在該熱導管9之外設置一上氣腔10，上氣腔10上具有一熱氣出口11，并安裝一調整桿12，用以調整熱氣流量，以調節(jié)冷、熱氣流的比例和溫度，該調整桿12用緊固套環(huán)13鎖緊;所述對開外固體1的兩半部具有緊固通孔14(圖3)，螺栓通過該通孔將外固體1栓緊;外固體1還有安裝孔15(圖1)，以便將制冷器安裝于所應用的制冷設備上。上述制冷器的工作過程如下將＞0.7MPa的高壓空氣經兩送氣管4和噴嘴5送入球形腔2，兩股對稱、平行的壓縮空氣進入球腔2后，立即減壓膨脹，經圖7所示的膨脹過程，迅速形成一個大冷氣分子團，冷氣由于密度較大，迅速由冷導管7排出，這股連續(xù)不斷的冷氣流溫度可低于-8℃;又由于高壓高速噴射，空氣在球形腔2內壁碰撞和沿內壁流動摩擦的結果，在腔內產生了一股熱氣流，由于熱氣流密度小，很快由熱氣管9在調整桿12調整下沿熱氣出口11排出，可得到連續(xù)不斷的熱氣流，溫度可達40℃以上，從而達到高效制冷的目的。本發(fā)明壓差式制冷器的實驗數據如下表實驗是在一種往復式懸掛體壓縮機上進行的，產氣量0.35m/min，最大壓力1.0MPa，功率700W。根據上述實驗，可知本發(fā)明制冷技術的一般性能指標為制冷效率＞3500KCdl/h.km;制冷系數(效能比)＞3.5;氣量效率(輸氣率)＞65%;輸出溫差＞35℃;冷氣溫度低于-8℃。在氣源溫度降至25℃以下時，冷氣溫度降至-12℃～-14℃以下;在利用冷氣循環(huán)時，冷氣溫度則降至-15℃～20℃以下。完全可以滿足初冷和中冷產品的冷源要求。實驗結果還表明，輸氣壓力與制冷效果成正相關，且可根據需要調控。進一步的實驗證明，為了滿足深冷的冷源要求，使用壓力可在0.7～40MPa范圍內調控。在加大壓力時，只要按本發(fā)明的結構和功能進行抗壓材料和外型尺寸的變換，就可獲得所需冷源。同時，通過分離的熱氣流也可作為熱源綜合利用。權利要求1.一種壓差制冷方法，將壓縮空氣以迅速減壓方式噴射進一常壓容器；在該容器內膨脹并形成冷、熱氣流，使該冷、熱氣流分別從所述容器兩端流出，其特征在于所述常壓容器為一球形膨脹腔；所述壓縮空氣從該球形腔的兩側，相對于該球形腔軸線以平行且對稱的方式送入腔內；所述球形腔內形成的熱氣流從上部流出，冷氣流從下部流出。2.如權利要求1所述的壓差式制冷方法，其特征在于壓縮空氣的壓力＞0.70MPa，該高壓空氣無緩沖地直接降壓膨脹進入球形腔。3.一種壓差式制冷器，包括壓縮空氣噴管、噴嘴、膨脹腔室、冷熱氣體排出管，其特征在于所述膨脹室由對開式兩半外固體1構成，該外固體1內部為一球形腔2;在外固體1的相對兩側各裝一高壓送氣管4，兩高壓送氣管4相對于球腔2軸線以平行且對稱的方式裝設;兩高壓送氣管4內各固裝一噴嘴5，以向球形腔2內送入高壓膨脹空氣;在所述球形腔2下方裝設一冷氣導管7，以排出冷氣，在該球形腔2上方裝設一熱導管9，以排出熱氣，在該熱導管9處安裝一調整桿12，以調節(jié)冷熱氣流流量的比例。4.如權利要求3所述的壓差式制冷器，其特征在于所述噴嘴4的出口部分為一小孔徑直管6，以使高壓氣體無緩沖地進入球形腔2而迅速膨脹。5.如權利要求3、4所述的壓差式制冷器，其特征在于所述球形腔2內壁上襯有一層聚四氟乙烯內襯3，以起絕熱和防腐蝕作用。全文摘要壓差式制冷技術以空氣為工質，將高壓空氣從兩側噴射至球形腔內膨脹降溫，同時形成冷熱兩股氣流，分別從設在球形腔下部的冷導管和設在球形腔上部的熱導管排出，熱導管處裝有調整桿以調節(jié)冷熱氣流比例；球形腔內裝有聚四氟乙烯內襯，以絕熱和防腐蝕。本發(fā)明在制冷量、氣量效率及效能比等各個方面均已達到或超過氟里昂工質制冷技術的各項指標，且制造工藝簡單，成本低，無污染，可廣泛應用于各種制冷設備。文檔編號F25B9/08GK1076518SQ9211303公開日1993年9月22日申請日期1992年11月18日優(yōu)先權日1992年11月18日發(fā)明者劉加才,吳祖發(fā),梅大銳,鄒家祥,饒正富,匡淑英申請人:吳祖發(fā)