[发明专利]类球腔直通喷射式制冷方法及制冷器

说明书

本发明属于制冷装置。

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作为制冷工质，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;氨制冷也因具有毒性，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，从而限制了应用的领域。

例如，由法国工程师兰卡-1933年首先发明的涡流管制冷技术，如图13-1、13-2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置，其涡旋室都是圆管状的腔室，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14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）空气输出方式，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类球腔直通喷射式制冷技术，采用球形或类球形内腔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。

本发明的目的是提供一种类球腔直通喷射式制冷技术，采用射流喷射方式，以加强膨胀效果，增大气体不规则分子运动体积。

本发明又一目的是提供一种类球腔直通喷射制冷技术，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类球腔直通喷射式制冷技术，用高压输入气体，形成大压差，以达到良好的制冷效果。

本发明制冷技术首先是建筑在对空气制冷理论的新贡献基础上的。

本发明制冷器的工作原理与传统的涡流管或气旋式制冷的不同点在于：

1、传统的涡流管与气旋式制冷技术中，人射气流在膨胀降温的同时，还与腔壁碰撞而形成旋流，在此过程中，由于气体分子与器壁碰撞摩擦，使得腔内产生大量热气流;从另一方面看，所形成的涡流是一种较规则的涡旋带状气体流，即仅仅在其涡旋状气体带区内部才存在空气分子的不规则运动，也就是说在腔体内只能形成有限的不规则空气分子运动区，因此不能形成更大的冷气分子团，不能获得更高比例的冷气流。所以，已有技术虽然可得到一定温度差的冷和热气流，但其冷气流比例最多只占50%，不可能得到更好的制冷效果。

本发明与已有技术根本不同之处，是尽力避免腔内涡流的形成，充分利用气体瞬时绝热膨胀而降温的原理以获得更高的冷气流比。

本发明采用球形或类球形膨胀腔和特定结构的射流喷咀，保证入射气流在腔壁上的碰撞、摩擦降到最小，避免形成涡流，并且，使两个射气流束不相重叠，以使气体分子间的摩擦碰撞降到最低，从而大大地降低了腔内所产生的热气流的比例;同时，还使入射气流的边界层与腔壁之间有一定距离，使得气体不但不致因与腔壁碰撞而形成涡流，而且还为气体的膨胀提供了充分的空间，从而加强了膨胀制冷的效果，所以，和同体积的其他形状膨胀室相比，本发明的膨胀腔内可形成最大的空气分子不规则运动区，即最大的冷气分子团，冷气流与热气流的比例可提高到7∶3，实测结果为冷空气流最高可占总量的78%。