[发明专利]脉管式气波制冷机

说明书

脉管式气波制冷机是属于低温工程领域中利用压力能制冷的一种新型制冷机，它可以以空气、天然气、甲烷等为工质，在石油化工、气体工业、食品冷冻、环保和超导技术等领域都有广泛的应用前景。

在已有技术中，脉管制冷机和气波制冷机都是利用压力能来制冷的装置，但两者各有优缺点。脉管式制冷机由于具有制冷部分无运动部件、无振动、制冷温度低、可靠性高、结构简单等优点，在红外探测、超导应用、遥感技术等方面均有很好的应用前景，因此已成为国际低温界的研究重点。而气波制冷最近十余年来在国外发展很快，在石油气、天然气分离、干燥等领域的应用也获得突破性进展。但这两种制冷方法均有其缺点，脉管制冷机一般制冷量较小，而气波制冷机的制冷温度较高，这就限制了它们的应用场合，如低温位大冷量的气体液化与分离装置和大容量的超导应用装置等。

经国家教委科技查新工作站查新表明，脉管式气波制冷机的研究国内外尚未见报道，国外文献均以气波制冷机中流场温度场的数值分析为主(A.Galyukov et al.″Numerical Analysis of Transient Gas Flow in aPressure Wave Refrigerator″.In：Computational Fluid Dynamics 94，SWagner，EH Hirschel，J Periaux，R Piva(eds)，John Wiley&Sons，Chichester，New York，Brisbane，Toronto，Singapore，pp678-684，和Li X.Let al″Peak-Oscillating Effect of Pressure Wave Refrigerator″In：ChenGuobang and Steimle F W(ed)，Cryogenics and refrigeration-Proceedingsof ICCR’98，Hangzhou，China，1998，International Academic Publishers.pp534-537)。国内浙江大学和大连理工大学进行过气波制冷的试验研究(李学来。″压力波制冷机的研究与工业开发″。制冷，1997，Vol.60，No.3：6~12和张朝涵。一种新型制冷机械—旋转式热分离机。低温工程。1993，1：32~35，等)，尚未开展脉管式气波制冷机的研究。

本发明的目的是为了克服脉管制冷与气波制冷技术的缺点，开发出一种新型制冷机，该机兼有两者的优点，实现低温位、大制冷量的目的。

本发明提出了脉管式气波制冷机的新思路，采用气波制冷技术与脉管制冷技术耦合，其技术方案是：脉管式气波制冷机主要由气体分配器、振荡管、调节阀、高效蓄冷器、电机及高压气源等组成。高压气体通过气体分配器从带空心转轴的喷嘴高速射出，依次射入沿圆周分布的各振荡管中。喷嘴从振荡管开口移开后，喷射过程结束，振荡管的入口被封住，由于射入气体为超声速状态，射入气体与振荡管内原有的气体发生一系列物理变化，产生的激波、压缩波及膨胀波系相互作用，使气流强烈振荡，在振荡管的两端分别形成冷端和热端，热端气体经振荡管壁进行热交换，使气体的焓值降低。当气体分配器的排气槽移至振荡管开口时，进入排气阶段，冷端气体从振荡管内排出。这样，振荡管完成一次循环。根据激波理论，振荡管内激波消失时制冷效率最高，因此通过振荡管热端的气库、两个调节阀调节激波的消失位置，提高制冷效率。同时，在振荡管冷端用高效蓄冷器回收冷量，实现高效率、大冷量制冷。

本发明在苏州西达低温设备有限公司协助下制造样机一台，并进行了测试。测试以空气为介质，不同膨胀比情况下脉管式气波制冷机的温降与等熵效率。经测试，以空气为工作介质情况下，脉管式气波制冷机的最大温降为62.77℃，最高效率为65.47％，超过国内外公开发表的有关气波制冷机的性能指标。

以下结合附图进一步描述：

图1为脉管式气波制冷机的结构原理图。