[发明专利]一种波转子及旋转式热分离机

说明书

本发明公开一种波转子及旋转式热分离机。所述波转子包括转子内筒和转子外筒，转子内筒和转子外筒均为两端开放式筒体，转子内筒与转子外筒同轴固设，在转子内筒与转子外筒之间、沿转子内筒的径向设置有至少两层环腔，在每层环腔内均设置有多条沿该层环腔的轴向通长布置的振荡气道，同一层环腔内的多条振荡气道沿该层环腔的周向分布。所述旋转式热分离机包含上述波转子。根据本发明，能够有效地解决现有采用单层通道波转子的多级热分离机的系统效率低的问题。

技术领域

本发明属于气体射流技术领域，更具体地，涉及一种波转子及旋转式热分离机。

背景技术

旋转式热分离机是一种接近等熵减压的制冷设备，主要由喷嘴、波转子和旋转分配器组成。高能气体经喷嘴喷入波转子的振荡管中，振荡管内已有的气体被压缩而升温，温升可高达500℃左右。利用自然对流或强制对流，将压缩产生的热量从振荡管的外表面传出。由于机器上装有旋转分配器，故气体的喷入是间歇性的。当振荡管中的气体压缩升温时，进气停止，振荡管内的气体改变流动方向，作绝热膨胀减压，使其中的动力气变冷排出，热分离机完成一个工作过程。此时，高能气体又经喷嘴喷出，开始第二个工作过程。这样反复的结果，可使动力气温度降低到-30～-90℃。其制冷程度与进出气压降和气体组成有关。

其中，波转子为旋转式热分离机的最重要的部件，旋转式热分离机利用波转子的高速旋转，在波转子的振荡管中实现压缩波与膨胀波的匹配，完成不同压力气体之间的能量交换，从而实现制冷效果。

现有的热分离机可分为单级和多级两种。

对于单级热分离机，其在进行能量分离时，受端口压力影响较大，当压比过大时，气流的速度达到音速或者超音速状态，影响内部的能量分离，即冷热分离效果受到抑制。因此，现有单级热分离机的膨胀比一般介于2～4之间。为满足大压比工况下的制冷需求，通常采用多台单级热分离机串联的方式来达到目标要求。然而，这种多台单级热分离机串联的方式虽然可以将每台单级热分离机的膨胀比控制在合理范围内，但是并未对气体的压力能进行有效的回收。除此之外，这种多台单级热分离机串联的方式还容易出现因各级热分离机之间匹配度差而导致系统整体效率较低的问题。

为此，多级热分离机被越来越多地应用于大压比工况下的制冷。现有的多级热分离机主要包括两种类型：振荡管一端开口式多级热分离机和单层通道波转子式多级热分离机。振荡管一端开口式多级热分离机虽然可以实现大压比下的多级制冷，但是在工作过程中会出现振荡管积液现象，严重时还会引起振荡管断裂。除此之外，这种振荡管一端开口式多级热分离机还存在整机体积较大以及散热较慢的问题。而单层通道波转子式多级热分离机虽然解决了振荡管一端开口式多级热分离机所存在的问题，但是由于其使用单层通道结构的波转子，通道间的气体无法实现充分的热交换，能量耗散严重，进而影响整机的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有采用单层通道波转子的多级热分离机的系统效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种波转子及旋转式热分离机。

根据本发明的第一方面，提供了一种波转子，该波转子包括转子内筒和转子外筒，所述转子内筒和所述转子外筒均为两端开放式筒体，所述转子内筒与所述转子外筒同轴固设；

在所述转子内筒与所述转子外筒之间、沿所述转子内筒的径向设置有至少两层环腔；

在每层环腔内均设置有多条沿该层环腔的轴向通长布置的振荡气道，同一层环腔内的多条振荡气道沿该层环腔的周向分布。

作为优选的是，所述波转子还包括若干个套筒式隔板，所述若干个套筒式隔板将所述转子内筒与所述转子外筒的间隙划分为至少两层环腔。

作为优选的是，在每层环腔内均设置有多个条式隔板，所述多个条式隔板将该层环腔划分为多条振荡气道。

作为优选的是，所述环腔的层数为m，2≤m≤10。