[发明专利]径流式自增压气波制冷装置及其制冷方法

说明书

技术领域

本发明轴流式自增压气波制冷装置及其制冷方法，属于气体膨胀制冷技术领域。

背景技术

气体膨胀制冷是一种常用的制冷工艺技术。提高膨胀制冷效率，在能源短缺的今天，具有重要的经济效益和社会效益。膨胀制冷的常用设备有透平膨胀机、热分离机、气波制冷机以及节流阀等。其中，气波制冷机械的结构简单、转速低、制冷效率较高。大连理工大学研制发明的“气波制冷机”、“多级气波制冷机”、“外循环耗散式气波制冷机”等，均已获得国家专利。

然而，气波制冷机与透平膨胀机相比，不能转化输出轴功是其不足。透平可以带动同轴的压缩机，使低压冷气通过回压缩和冷交换，达到中等的压力，具有更大的价值。而热分离机和气波制冷机无此能力，其输出制冷气的压力较低，高压气的有效能量没能充分利用。

波转子机械，能够同时实现动态膨胀和压缩，实现两股流体的压力交换。但通常波转子不考虑膨胀制冷的效率，也不对膨胀后的低压气进行回流压缩，因此也不能产生中压的制冷气。

发明内容

本发明的目的是，获得一种能自行提高制冷气压力的自增压式气波制冷方法与装置，使高压气体的压力能量得到充分的利用，获得中等压力的制冷气体而提高效益。

本发明所采取的创新技术解决方案为：

1．破除以往气波制冷循环，制冷气直接排走使用的惯例，而是将制冷气引入到冷交换器的冷程中放出冷量，回温后，再回流压缩，升高其压力后，再返回到冷交换器的热程中，重新获得低温冷量。

2．创新巧妙地利用气波制冷机在制冷过程中所伴随的压缩能力，将回温后的低压气升压。以往在气波制冷机中，高压气膨胀制冷时，动态压缩滞留气或循环气，由滞留气或循环气将高压气能量以热的形式传递散出。本发明创造性地将回温后的低压冷气重新导入气波制冷机中，作为被压缩的对象，直接地利用高压气体的有效能量来使其升压，将高压气能量转换成珍贵的压力能，而不是难以利用的低温热能。

3．回温后的低压气被压缩后，温度会上升，故设置冷却器取走压缩的热量，使其再经过冷交换器后，温度能趋于它从气波制冷机出来时的低温。

4．本发明中使用新型的气波制冷机，同时具有高压气膨胀气波制冷、和低压气返回机中，通过气波压缩升压的两项功能，因此称其为气波膨胀—压缩机。该机采用创新的径流式波转子结构，内圆周和外圆周处各有一对气体进、出口，其外圆周的一对为高压气进口、和它膨胀制冷后的低温低压气出口；内圆周的一对为回温低压气进口、和它被压缩后的中压气出口。

5．上述径流式波转子结构的气波膨胀—压缩机，具有多条径向的转动槽道，在离心力作用下，转动槽道外圆周开口处的流体压力大于内圆周开口处。设计将膨胀后的低压冷气，从各转动槽道的外圆周开口导出，换冷后再从回温低压气进口进入气波膨胀—压缩机内，从各转动槽道的内圆周开口流回转动槽道中进行压缩，即巧妙地利用离心力产生的压差，作为克服冷交换器阻力、自行回流的推动力，如此能够省去驱流风机或压气机，使装置简化。

本发明的巧妙与成功之处，在于将转动槽道内吸收和耗散高压气体能量的滞留气或循环气，换成了低压冷交换气，即低压制冷气通过冷交换器，将冷量先交换出，回温后作为吸收高压气体能量的载气，通过动态绝热压缩，将高压气能量的大部分，吸收转换成自身的压力能，即实现了压力能的自交换。然后，再通过冷交换器将冷量重新取回，形成中压冷气，大大提高了其可用品质：如能更多地凝析出其中的重组分，和适于远距离输送。而对于高压气体来说，不仅没有多消耗丝毫的能量，而且由于吸收它能量的低压冷交换气，比原滞留气或循环气具有较低的温度，故能减少过程的热交换，高压气膨胀后的温度会更低。这增压和更低温两者的效果，均提高了整个制冷过程的热力学效率，即高压气体的压力能量得到了充分的利用和转化。

本发明的有益效果是：

获得一种低转速、结构相对简单、可带液运行，能充分高效利用高压气体压力能的新型径流式自增压气波制冷方法与装置。本发明径流式自增压气波制冷方法与装置，适合用于各种带压气体的膨胀制冷。如直接利用高压气井的天然气压力能制冷，脱水净化和凝析其中的重组分，是其最实用的用途。此外，在工业废气的压力能利用、低温深冷等技术领域，也具有非常的价值。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是本发明径流式自增压气波制冷装置及其制冷方法，其各个部件的连接关系流程图。

图2是本发明径流式自增压气波制冷装置及其制冷方法中，创新径流式波转子结构的气波膨胀—压缩机简图。