[发明专利]压差式制冷方法及制冷器

说明书

本发明属于制冷技术。

现有制冷技术中，以氟里昂为工质的制冷技术发展最快，应用最普遍，效果也最好。但因其对自然生态和人类生存、发展的极大危害性，多种国际会议已明确规定了其限用期。

为了取代氟里昂物质，各种新型制冷技术如雨后春笋不断萌生，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广应用。

如，半导体制冷，虽效果好，但耗能大，效率低;电热式吸、脱附制冷虽耗能较小，但还达不到深度制冷;顾氏循环制冷虽效率较好，但仍存在50%以上的氟里昂物质;氟制冷也因具有毒性，而在限制使用范围之内;气旋式冷热分离器的制冷是以空气为工质的具有很大优越性的新型制冷技术，但因其仍存在许多固有缺陷，还达不到应有的制冷效果，从而限制了应用领域。

例如，由法国工程师兰卡于1933年首先发明的涡流管制冷技术，如图5-1，5-2所示，其涡流管包括喷管1、涡流管6、分离孔板3及冷热两端管5、4，压缩空气进入喷管后沿切线方向进入涡流室6，形成自由涡流，且分离成温度不相同的两股气流：中心部分的低温气流，经分离孔板3的中心孔流出，外围边缘部分的高温气流，从另一端经节流阀2流出。利用该涡流管可同时获得冷、热两种不同温度的气流。但是，由于至今对于这种技术的冷热气流分离机制尚无全面的分析，只是解释为涡流管中心部分为低温气流，外围部分为高温气流，从而限定其制冷器结构形式为冷气流从涡流管中心排出，热气流从涡流管内周边导出，这样，就影响了它的效果和进一步开发。

又如，气旋式制冷技术，其冷热分离器的工作机制实质上仍属兰卡理论范围之内，所不同之处，只是在膨胀室上多加了一个切向入气孔，因而可比兰卡的单旋式结构在膨胀室内多一倍的不规则运动的气流分子，从而提高了制冷效率，但由于其制冷气流分离方式与兰卡式相同，所以其效果仍受到限制。

另外，上述兰卡式涡流管与气旋式制冷设备，其膨胀室都是圆管状腔室，这种形状限制了气体不规则分子团的形成及冷热气流的有效分离;并且，二者所用喷嘴都是一种截流式喷嘴，如图6所示，当气体通过喷嘴最细孔径b之后，压力随即显著降低，喷嘴的a-b段起了缓冲降压的作用，于是使气体喷出喷嘴时的膨胀效果大大降低，因而影响了制冷效果。

此外，它们都采用低压（0.15-0.5MPa）空气输入方式，为获得一定制冷效果，就要求大气量，从而需要与之匹配的大气源，这就限制了其制冷能力及应用范围。

针对上述技术的缺点，本发明提出了一种新型制冷技术。

本发明的目的是提供一种压差式制冷方法及制冷器，改进膨胀室结构以加强膨胀效果和增大气体不规则分子运动的体积，并对冷热气流进行有效的分离。

本发明的又一目的是提供一种压差式制冷方法及制冷器，改进喷嘴结构，使高压气体不经缓冲地直接喷入膨胀室，以加强制冷效果。

本发明的另一目的是提供一种压差式制冷方法及制冷器，利用高压输入气体，形成大压差，以达到良好的制冷效果。

本发明压差式制冷方法及制冷器，首先是建筑在对空气制冷理论的新贡献基础上的，本发明制冷原理为：

1、在体积相同的各种几何形状的膨胀空间中，球形膨胀空间能形成最大的冷气分子团，或者说能形成最大的不规则气体分子运动体积。图7示出了压缩气体喷入压差式的球形膨胀腔后的气流势场，其中图7-1为气体喷入时的初始气流势场状态，图7-2为膨胀过程中形成的气流势场状态，图7-3为膨胀后，冷气流形成了大的不规则分子团的气流势场状态，完成了制冷过程。与之相对照的是图8-1，8-2，8-3和图9-1，9-2，9-3示出的气旋式制冷及兰卡的涡流管式制冷的气体膨胀气流势场状态。很明显，后两者在膨胀腔内形成的只是空气分子不规则带，即仅在呈涡旋状运动的空气分子带状区域内，空气分子呈相对不规则运动。而本发明的球形腔内，则形成了最大的空气分子不规则运动区，从而形成了最大的冷气分子团。

2、在压差式膨胀腔内形成冷、热气流的情况与膨胀腔形状有关。压缩空气在绝热条件下迅速膨胀后，一方面因迅速降压而降温，产生冷气流，另一方面，喷射的气体分子向腔内壁碰撞和沿容器壁运动摩擦，因而产生热量形成热气流，后者与膨胀腔内壁形状有密切的关系，而球形的内壁与圆筒状容器相比，可明显地减弱气体分子的摩擦与碰撞，从而有助于大冷气分子团的形成。

3、在压差式膨胀空间内形成的冷、热气体，因其密度不同，而导致热气流向上，冷气流向下;球形膨胀腔为两种气流的引出提供了最适宜的空间形状。