具有流動調節功能的氣體波製冷裝置的製作方法

2023-06-13 22:31:21 7

專利名稱：具有流動調節功能的氣體波製冷裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種具有流動調節功能的氣體波製冷裝置，它由流動調節裝置、波導阻裝置和冷卻器組成。這些元件能夠有效地調節氣體波系的運動，從而使本裝置產生有效的製冷功能。
一般來說，機械式氣體膨脹製冷裝置依循它們的機械結構尺寸，操作條件和所採用的熱力循環系統而變化。通常根據他們的製冷能力和操作範圍進行分類。例如，透平和活塞式膨脹機常適用於石油工業中大製冷負荷的應用；而像G-M製冷器、斯特林製冷器、脈管制冷器、吸收製冷器等則多適合於作為紅外探測器、紅外夜視及飛彈制導等裝置的低溫冷源，通常它們操作於不同的工作環境並且只需要很小的製冷負荷。
目前，幾乎所有的氣體製冷裝置都具備一個共同的特點，即依賴於運動的機械部件來吸收被冷卻工質的壓力能，達到製冷的效果。在這些氣體製冷裝置中，機械部件的使用，大大改進了熟力循環的效率，並增加了製冷效果。但是，由於機械運動部件的引入，導致了操作條件的限制，維護費用的增加和運行可靠性的降低。因此，在過去的幾十年裡，許多努力都集中於研發新的氣體膨脹製冷裝置，以克服傳統設備中由於機械部件運動而產生的缺陷。
氣體膨脹製冷技術還面臨著一個的新的挑戰，即許多高技術工業，如核磁共振系統、超導元件系統、高能量設備等工業的發展，要求氣體膨脹製冷裝置能夠在極高壓力和極低溫度的環境下正常操作並具有很高的運行可靠性，這便要求研發適應操作條件變化的新型膨脹製冷裝置，而傳統的裝置或是工作，或是運行效率極低。為了取代傳統裝置，並滿足結構簡單，投資與運行維護費用低廉等要求，目前，許多相關專利在改進操作效率方面做了大量的研究，例如美國專利2,765,045；2,825,204；3,200,607；3,314,244；3,541,801；3,526,099；3,559,373；3,653,225；3,828,574；3,889,484；3,904,514；4,383,423；4,444,019；4,504,285；4,531,371；4,625,517；4,722,001；然而，這些發明並沒有能夠完全滿足上述要求，都具有一定的局限性。其原因在於這些發明在結構上皆不同程度地引入了機械運動部件，故而降低了運行可靠性。在許多工業應用過程中，為避免機械運動部件所造成的運行可靠性下降，通常採用節流閥產生節流製冷效應以降低溫度。節流閥是一種等焓操作的元件，在壓力降低的過程中，儘管它產生的製冷效率並不高並造成相當大的壓力能浪費，但由於它具備結構簡單，幾乎不需要維護，流動調節方便等優點，因而在氣體膨脹製冷和壓力調節過程中得到了廣泛的應用。
很顯然，節流閥的廣泛應用是因為沒有一種傳統的壓力膨脹裝置可以在高壓和兩相工質的條件下進行工況調節並產生製冷效應。因此，一種沒有運動部件，但卻具有節流閥的流動調節功能和高製冷效應的新型氣體膨脹裝置，將向傳統的氣體膨脹裝置挑戰，為工業界帶來新的效益。
利用氣體在周期性流動中的非定常現象來實現製冷效應的裝置在下列美國專利中已經報導3,541,801；3,653,225；3,828,574；4,625,517；4,722,001特別是在美國專利5,412,950中。
但即便在上述發明中，仍然沒有一種裝置和方法能夠同時滿足以下的要求，即能夠有效地操作而不使用任何機械運動部件；具有簡單的結構和極高的運行可靠性；易於實現流動調節；能夠操作於各種變工況的操作環境維護簡便，費用低廉。他們或由於運行效率，或由於運行可靠性，或由於流動可調節性，或由於結構簡單等，限制了在工業中的廣泛應用。雖然其中有幾種裝置應用了氣體波動過程來產生製冷效應，但在不使用複雜的結構和機械運動部件，並具有像普通閥門一樣的調節與控制功能的前提下，這些裝置仍然不能提供足夠的製冷能力或滿足其他操作要求。
此外，已有的氣體膨脹製冷裝置很難具備強大的製冷能力並可以滿足工業系統中變流量和高壓比的操作要求。由此看來，已有的氣體製冷膨脹裝置，包括上述諸種發明，它們所遭遇的困難、產生的缺陷，加之工業系統中各種變化的操作條件要求，是本發明致力克服或滿足的目標，構成了本發明的技術創新內容。與現有的各種氣體膨脹裝置和已發明的氣體波製冷裝置相比，本發明是一種新型的共振氣體波製冷裝置，能夠運作於變流動工作狀態。本發明的裝置克服了美國專利5412950裝置中的工作限制和操作缺點。
解決本發明技術問題所採用的技術方案是該具有流動調節功能的氣體波製冷裝置及其所產生的製冷方法a.這種具有流動調節功能的氣體波製冷裝置由可調節噴嘴、可調節共振腔(它聯接可調節噴嘴)、共振管束(它的開口端連接到可調節共振腔)、熱隔離接頭，渦穩流器(它在共振管束出口的位置橫跨共振腔)、波阻尼器(它被連接到共振管束的另一端)、冷卻器(包容共振管束的管體)等部件組成。
b.在變工況條件下的共振製冷方法。它利用共振管束驅動可調節噴嘴和在可調節共振腔內的周期性射流振蕩，在變工況條件下維持一種壓力反饋系統。由渦穩流器、共振管與共振腔的匹配，在共振管內誘發特定的氣體柱共振頻率。通過這種可調節噴嘴和可調節共振腔產生的射流振蕩與共振管氣體柱共振頻率耦合，產生共振製冷效應。
同時，本發明裝置還可以依照工業系統的操作要求發揮主動調節流動狀態的功能。本發明裝置還特別適合具有壓力降差製冷過程的調節要求，或對上遊產生的意外工況變化進行被動的調節響應。
最為重要的，本發明克服了美國專利5412950發明中在變工況操作時不能夠有效製冷的缺陷。該缺陷是工況變化引起氣體波系統在振蕩腔失效所致。與其他發明相比，本發明提供了一種新型的、可滿足石化工業和天燃氣生產中降溫要求的裝置，具備以下功能1.代替傳統的節流閥而獲得有效的製冷效應。
2.在通過傳統節流點的壓力狀態發生變化時，能夠進行工況調節以適應下遊操作條件的要求。
3.當上遊的工況發生變化，能夠進行響應，並且獲得最大的製冷效應。
簡而言之，本發明是為滿足下列目的而產生的1.提供一種新型的氣體膨脹製冷裝置，能夠應用於傳統氣體膨脹裝置在工況發生變化時失效或低效率操作的埸合。
2.提供一種新型的氣體膨脹製冷裝置，具有壓力調節和壓力能回收功能，可以有效地應用在工業氣體膨脹系統。
3.提供一種新型的波製冷裝置，可以在變工況條件下有效地工作，並通過調節氣波系統狀態獲得最大的製冷效果。
4.提供一種能在極高壓力差降落的工況條件下，通過多級串聯方式獲得有效操作的壓力波製冷裝置。該設備能夠調節每級設備的流動狀態，以達到最大限度地回收壓力能的目地，並獲得最佳的製冷效果。同時，這個過程的完成不使用任何運動的機械部件。
在本發明的氣體波製冷裝置中，使用了一種在變工況操作條件下，控制裝置內氣體波系行為的方法，以達到有效製冷的目地。這個過程是通過可調節噴嘴在振蕩腔內的運動來實現的。本發明裝置主要由流動緩衝腔、穩流腔、共振管束、熱隔離件、波阻尼器和冷卻器等元件組成。
可調節噴嘴能夠通過改變它的流通截面來適應流動的變化。可調節的振蕩腔含有一個可調節裝置，當噴嘴的出口通過流截面發生變化時，可以維持穩定的射流振蕩。穩流腔用來減少共振管束在各自的出口處的混合。共振管束用來調節振蕩腔內的射流振蕩效應，並且利用共振波的相互作用，將入射氣流的動能轉換成製冷的熱效應。熱隔離件用來連接共振管束和振蕩腔，作為減小熱傳導回流從共振管束返回振蕩腔內的波阻器，用於調製周期騅波的振幅，並減小波系對共振管入口處的影響和加熱。冷卻器用於強化共振管表面的傳熱效果。
簡而言之，本發明裝置是針對在變工況操作下產生最好的製冷效應這一目的而設計的。變工況操作通常發生在氣體波製冷裝置由於意外的原因而被迫要求在非設計工況下操作。在美國專利5,412,950裝置的試驗中，觀察到以下的現象，即在工作條件發生變化時，造成振蕩腔內高速射流持續的不穩定振蕩，從而導致氣體波製冷裝置製冷性能嚴重下降。
實際上，在氣體波製冷裝置的操作中，高壓氣流首先通過噴嘴將自身攜帶的壓力能轉換成為動能。當射流進入共振腔以後，射流本身的結構和穩定狀態將由許多內在的因素控制，其中包括剪切層分離區域的長度，卷吸區域的長度，和剪切層在下遊的擴散程度。這些參數決定了射流在共振腔內的偏轉行為。隨著射流的偏轉並與安放在下流不穩定區域的共振管束髮生碰撞，導致一種壓力波以高速射擊流向上遊傳播的反饋模式。而這種壓力波反饋現象將迫使射擊流在共振腔內產生橫向的運動，並且持續地掃過共振管束的入口，反過來又又造成了這種壓力波反饋現象的持續。當氣體波製冷裝置在穩定狀態下操作時，上述的壓力波反饋過程完全依賴於下列關鍵參數，即共振管束入口的截面，射擊流的幹擾距離，共振腔的結構和穩流器的形狀。這些參數的組合控制著共振腔內射流的周期運動及其在共振管束內產生的製冷效應。
通常，氣體波製冷裝置的穩定操作狀態是按照系統的操作條件而設計的。在這種設計狀態，氣體波製冷裝置能夠達到所要求的設計製冷效果。而在工業系統中，由於生產負荷和其他因素的變化，偶爾會造成上遊壓力的波動。這種壓力的波動往往會影響氣體波製冷裝置的操作，使其偏離其設計工作點，並導致製冷性能的下降。這種過程的產生主要是由於上遊壓力的波動影響到共振腔內的射擊流結構所導致的。當這種情況發生時，變工況下的高速射流結構在共振腔內的重組通常會減弱和破壞已形成的共振反饋結構，一旦這種破壞形成，氣體波製冷裝置的效率將明顯下降，因為由共振管束所提供的能量轉換過程不再存在。為了維護氣體波製冷裝置的正常操作，在本發明中，氣體波製冷裝置採用了可調噴嘴和共振腔結構，這種結構的使用可使裝置在工況變化時仍保持穩定的操作。通過可調節噴嘴和共振腔沿垂直於射流方向的移動，使氣體波製冷裝置在變工況條件下，仍保持原有的射擊流結構，從而補償和抵消工況變化對共振腔內射流的影響。另外，這種同時調節噴嘴和共振腔的方法，有助於恢復射流和共振腔相互作用的模式，達到穩定氣體波製冷裝置操作性能的目地。另外，波阻尼器和冷卻器的使用有助於減緩射流對工況改變的敏感性，有利於維護其自持振蕩過程。


圖1.本發明具有流動調節功能的氣體波製冷裝置的側剖視圖；
圖2.本發明具有流動調節功能的氣體波製冷裝置的底部剖視圖；圖3.本發明具有流動調節功能的氣體波製冷裝置的頂部全視圖；圖4.本發明具有流動調節功能的氣體波製冷裝置的立體視圖。
參閱圖2和圖3可見，上蓋板(1)和下蓋板(4)將中央操作板(10)夾在中間，並通固定螺件將其固定在一起形成氣體波製冷裝置的機體。中央操作板(10)內，含有緩衝腔(3)、噴嘴(5)、和可調節振蕩腔(8)，中央操作板(10)直接通過熱隔離接頭(11)與共振管束(10)的一端相連，這樣形成共振管束扇形分布的形狀。進氣導管(2)連接在中央操作板(10)的一端，引導高壓氣流進入緩衝腔(3)，流動調節器(9)從垂直於射流的方向裝入共振腔(8)，它能夠依照流動調節的要求逐漸地進入共振腔(8)。流動調節器(9)的上表面與流動調節杆(15)相連，轉動流動調節杆(15)能夠造成流動調節器(9)的上下運動。流動調節杆(15)通過螺紋軸座(16)、密封體(18)和襯套(19)，最終與手輪(20)相連，排氣導管(7)通過下蓋板(4)形成出流通道。出流通管又與中央操作板(10)上的渦穩流器(6)相通，共振管束(14)的開口端通過熱隔離接頭(11)與中央操作板(10)相連，而共振管束(14)的另一端接入波阻器(12)，形成擴大空間。共振管束(14)通過冷卻器形成的輻射開頭進出口安裝在冷卻器(13)的側壁，分別讓冷卻流體進入或離開冷卻器，將共振管束(14)的熱量帶走。襯套(19)通過螺紋與調節保持座(17)相連，壓緊密封體(18)，密封住調節柱(15)的外表面，將內部的工作氣流與環境隔離開。再參考圖1，當高壓的氣體進入本發明氣體波製冷裝置時，它首先通過進氣導管(2)進入緩衝腔(3)。在緩衝腔(3)內，從進口導管(2)帶入的渦流和渦將被抑制，並且流動靜壓得以恢復。由於進氣導管(2)和噴嘴(5)的出口處於同一軸線，這樣將減小射流動因改變方向而造成的撞擊損失。並且有利於流動總壓的恢復。當帶壓力的氣體從噴嘴(5)流出時，其所挾帶的壓力能被轉換成動能，並在振蕩腔(8)內形成穩定的高速射流結構。原理上，當高速射流進入振蕩腔(8)後，由於流動截面的增大，伴隨著剪切層形成流動分離。高速射流的進一步發展完全由共振腔(8)的下遊邊界條件決定。在本發明中，則由共振腔(8)的側壁形狀、噴嘴(5)的出口到下遊共振管束(14)的距離以及共振管束(14)的長度來決定，而共振腔(8)的幾何形狀將嚴重地影響射流的穩定性。
因此，為了激發高速射流的不穩定性，在共振腔(8)內形成周期性的自持振蕩，這些參數應當根據選定的操作條件而決定。為了在振蕩腔(8)內產生不穩定射流，共振腔(8)的偏轉壁面起到了關鍵的作用。它能夠造成射流向某一側壁的偏轉。當高速射流產生偏轉效應時，在共振腔(8)內便形成了中性不穩定狀態。由於射流的運動很容易由下遊的擾動而被引起，所以當下遊不存在擾動邊界和擾動流時，高速射流將維持所產生的穩定附壁效應。而裝在共振腔(8)下遊的共振管束(14)能夠產生不穩定的下遊壓力擾動，引起附壁射流的不穩定性。
在本發明的氣體波製冷裝置中，當射流的附壁效應產生時，它將同時與處在下遊的共振管束(14)相互作用，由於瞬態的質量聚集，這種相互作用將產生很強的壓力波，同時向上、下遊兩個方向傳播。上行的壓力波，稱為反饋壓力波(即wD)，它將影響射流的偏轉行為；而下行的壓力波稱為(」WD)入射壓力波，它將引起在共振管束(14)內氣體柱的共振效應。在反饋壓力波的作用下，射流穩定的偏轉效應將被改變，變得不穩定。這種射流狀態的調節過程是由反饋壓力波改變了噴嘴出口處射流剪切層敏感區域的狀態所造成的，隨著射流掃過每一個共振管束(14)的出口，最終導致了射流在共振腔內的運動。
這一過程隨著偏轉射流從共振腔的一側壁面向另一側壁面的運動中重複進行。基於這種入射壓力波的反饋機理和與共振管束(14)相互作用的結構，本發明中的高速射流自持振蕩過程被實現。這個過程和相應的機理構成了本發明裝置操作的基礎。
隨著自持射流振蕩的產生，在共振管束(14)的開口處將獲得製冷效應。這是由於射流與共振管束相互作用，產生了入射壓力波。入射壓力波又將入射的能量以波的形式從入射的氣體移出。隨著入射壓力波在入口處向共振管束(14)的另一端運動，入射氣體內的能量將減少，產生製冷效應。事實上，當射流離開共振管束(14)的開口端時，入射氣體將從共振管束(14)的入口處倒流進入渦穩流器(6)，此時它的溫度將被降低。同時也產生入射的膨脹波。
值得注意的是，由於入射氣體和原來在共振管束(14)內滯留的氣體具有不同的能量，因而在共振管束(14)的入口附近區域，由於入射氣體的進入將形成分離區。入射氣體將隨著每次射流與共振管束(14)入口的相互作用而更換。而滯留在管內的氣體，則以入射波的形式吸收由入射氣體帶入的能量。由於非線性的影響，入射波的前沿將變陡，最終在它到達共振管束的另一端之前轉變為入射激波。藉助入射激波的耗散作用，其攜帶的大部分能量將被耗散在管內的滯留氣體中，從而導致滯留氣體的溫度顯著上升。
正常情況下，本發明的氣體波製冷裝置在設計工況下的操作性能依賴入射波系的特性，入射波系如同一個輸運系統，連續地將入射波的壓力能輸送到環境。這一輸運過程由共振腔(8)內高速射流的自持振蕩與共振管束(14)的耦合狀態來決定，通常依賴於所選定工作狀態。不幸的是，有幾個關鍵的因素嚴重地影響著射流的結構它們是剪切層的厚度、中心勢流核的長度、激波核的位置和卷吸率等。這些因素都對操作條件特別地敏感。由於氣體波製冷裝置的幾何結構決定了波系間的相互作用，因而流動工況的改變將敏感地影響氣體波製冷裝置的性能。
設想在操作條件高於設計工況時，對氣體波製冷裝置的直接影響是改變噴嘴(5)出口處的流動狀態。首先，改變噴嘴(5)出口處的速度將直接影響射流結構。射流自持振蕩過程將因此變弱或變得不穩定，這主要是由於自持振蕩射流與共振管的匹配條件因噴嘴(5)狀態的改變而被破壞。很明顯，這種導致振蕩過程無序化的變化將直接影響氣體波製冷裝置的製冷性能。在美國專利5,412,950裝置的試驗中發現，隨著壓力偏離設計工況，製冷性能會出現下降。因此，調節共振腔(8)的結構去匹配共振條件，對於在變工況時保證氣體波製冷裝置的操作是十分重要的。但由於裝置寸尺的限制、內部洩漏和結構的複雜程度增加等困難，使得隨流動狀態的改變而調節共振腔(8)的結構變得非常的困難。
為了確保氣體波製冷裝置在變工況時的製冷性能，本發明提供了一種簡單的方法，在變工況的條件下能夠同時調節噴嘴(5)和共振腔(8)，以達到最佳的製冷效應。圖1清楚地展示了本發明裝置的結構特點。在本發明裝置中，共振腔(8)內的射流結構具有二維特性，並且僅由噴嘴(5)處的出口速度來決定。本發明裝置在變工況操作時，採用在垂直射流方向上改變共振腔流動空間的方式，來改變其關鍵的射流結構。運用這種方法，將使得由工況變化而進行的幾何參數調節對射流結構的影響降到最小。事實上這種在垂直共振腔流動空間隔的調節方法，在變工況時將產生與設計工況相同的射流結構。這個調節過程將由下列步驟來完成當操作偏離設計工況時，例如流量減小，則噴嘴(5)處的速度將馬上減小。由於在噴嘴(5)出口處的速度減小而導致了射流強度的減小，便減弱了射流與共振管束(14)之間的相互作用。為了對流量的減小作出響應。在共振腔(8)內的流動調節件(9)將隨著手動旋轉調節杆(15)而下行。流動調節件(9)的左側壁將隨著流動調節件(9)逐步滑入共振腔(8)封閉噴嘴(5)的出口。此時，射流出口的截面減小，導致射流速度的增加，從而返回了原設計點。同時共振腔(8)的空間也隨著流動調節件(9)的插入而發生改變，減小了與噴嘴(5)截面的匹配。由於噴嘴和共振腔的空間能夠隨著謝流量的減小而得到調整，便保證了射流在設計工況點的結構，使射流自持振蕩的結構和氣體波製冷裝置在流量變小時，其性能不會受到影響。而在流量增大時，反向操作流動調節件(9)，將獲得同樣的效果。因為處在中間操作板(10)內的共振腔(8)，其幾何形狀垂直於射流的方向與流動調節件(9)的運動方向一致，除了在共振腔(8)上下表面的邊界層效應之外，還可以保證氣體波製冷裝置在一定的工況變化範圍內的操作性能。這種在變工況下調節流動結構的方法，使得氣體波製冷裝置的性能對工況變化不太敏感，可以適合於工業化系統的應用。在結構上，為了密封共振腔(8)內的壓力氣體，使之不能通過調節杆(15)的表面洩漏到環境，本發明使用了密封組件，包括調節保持座(17)、密封件(18)和襯套(19)。調節保持座(17)可支撐密封件(18)，而密封件(18)的環狀空間可允許調節杆(15)通過。密封件(18)通過襯套(19)壓緊，從而密封住它與調節杆(15)之間的接觸表面。
另外，通過實驗的觀察，發現有大量的熱會隨著氣體波製冷裝置運行而聚集在氣體柱區域，如果這部分熱量不能有效地移出，將導致氣體柱溫度的升高。熱量的積存和氣體柱溫度的升高又將會改變接觸面的狀態，降低了能量從入射氣體轉移到氣體柱的效果，並會減弱入射壓力波和入射激波在氣體柱的傳遞。原理上，氣體柱的溫度越高，氣體波製冷裝置的效率越低。為了增加製冷效率和壓力波的強度，有益於壓力能向熱能的轉換，本發明採用冷卻器(13)來強化熱量從氣體柱的排出。氣體柱振蕩所產生的熱能通過共振管束(14)表面的強化對流傳熱，由通過管束外部的冷卻流體將其帶走。同時由共振管束(14)向共振腔(8)的導熱過程來加熱入射氣體，在安裝了熱隔離接頭(11)後被消除。
參考圖2和圖3，從實驗中發現，當入射波到達共振管束(14)的另一端時，遇到封閉端形成反射波，它與入射波呈反向運動。反射波也攜帶著一定的壓力能，當它通過接觸面時，將會加熱入射的氣體。這一加熱過程通常會降低壓力能從入射氣體向氣體柱的輸送效率，降低氣體波製冷裝置在設計工況的製冷效率。而另一方面，對反射波如果不進行適當的控制，會對上行的反饋壓力波系統產生幹擾，在變工況時，反射波系將改變射流的有序振蕩。為了減小這種影響，在共振管束(14)的封閉端加裝了波阻尼器(12)。波阻尼器(12)是一個具有較大直徑的圓柱腔體，它在共振管束(14)的末端形成一個具有擴大截面的空腔。加裝波阻尼器(12)後，反射波的強度會減弱對入射氣體的加熱效應。波阻尼器(12)的長度由入射波的強度而定。波阻尼器(12)的安裝同時還有利於在變工況的狀態下，消除反射波對共振腔(8)中的自持振蕩射流的影響。
總而言之，上行反饋壓力波在高速射流剪切層中的傳輸，使得射流周期性地掃過共振管束(14)的入口，高速射流的自持振蕩反過來與氣體柱的共振相耦合，導致入射氣體產生製冷效應。製冷過程是通過在共振管束(14)內的入射波系和反射波系統的相互作用；通過高速射流對共振管束(14)入射過程；通過噴嘴(5)和共振腔(8)之間適當的幾何參數才能發生。這些幾何參數控制了高速射流與氣體柱的相互作用過程。當上遊的氣體狀態發生變化時，通常引起氣體波製冷裝置操作偏離設計工況而降低製冷效率。這主要是由改變了射流結構所造成的。流動工況的改變將減弱和破壞上述的兩種相互作用的過程，造成操作上的失效。為了使用氣體波製冷裝置在變工況情況下獲得最好的操作性能，本發明裝置使用了在變工況時調節高速射流結構的機制。它能夠把內部洩露和機械的複雜程度降到最低。為了增加製冷效率，減弱反射波系對變工況下振蕩射流的影響，引入了波阻尼器和冷卻器。波阻尼器的作用是減小反射波的加熱作用，而冷卻器的作用是降低接觸面的溫度，並且強化能量在入射氣體和氣體柱之間的傳輸。另外，熱絕緣接頭(11)能夠減小共振管束(14)與共振腔(8)之間的熱傳導損失。
本發明裝置採用了上述的方法，可以在變工況的情況下操作。流動調節件(9)能夠使氣體波製冷裝置在一個更寬的工況範圍內工作時，仍能保持在設計工況的性能。他的內部自持振蕩過程通過調節噴嘴(5)和共振腔(8)的空間而得以保持。在極高壓力降差的操作環境中，本發明裝置可以串聯操作，通過調節每級的操作條件，得到最大的溫度降差。
權利要求
1.一種具有流動調節功能的氣體波製冷裝置及其所產生的製冷方法，其特徵在於a.這種具有流動調節功能的氣體波製冷裝置由可調節噴嘴、可調節共振腔(它聯接可調節噴嘴)、共振管束(它的開口端連接到可調節共振腔)、熱隔離接頭，渦穩流器(它在共振管束出口的位置橫跨共振腔)、波阻尼器(它被連接到共振管束的另一端)、冷卻器(包容共振管束的管體)等部件組成。b.在變上況條件下的共振製冷方法。它利用共振管束驅動可調節噴嘴和在可調節共振腔內的周期性射流振蕩，在變工況條件下維持一種壓力反饋系統。由渦穩流器、共振管與共振腔的匹配，在共振管內誘發特定的氣體柱共振頻率。通過這種可調節噴嘴和可調節共振腔產生的射流振蕩與共振管氣體柱共振頻率耦合，產生共振製冷效應。
2.根據權利要求1所述的氣體波製冷裝置，其特徵在於具有下列結構特徵a.操作板具有上下表面，並包含有可調節噴嘴和可調節共振腔。它們都具有二維的空間特徵。通過螺紋孔和熱隔離接頭與共振管束相連接。在共振管束中產生脈動流和共振製冷效應。b.下蓋板中包含有穩流器，它具有彎曲的通道與共振腔在共振管束的開口端附近相通。下蓋板覆蓋操作板的下表面，為正在共振管束內完成能量交換的氣體流向排氣導管提供排氣通道，同時起到阻隔共振腔內的射流直接流向排氣導管的作用。c.上蓋板從上表面覆蓋操作板的上表面，並在操作板和共振腔的位置裝有流動調節組件。通過插入中央操作板的流動調節件，在垂直於可調節共振腔的方向，通過上下運動改變可調節共振腔的二維的空間。
3.根據權利要求2所述的氣體波製冷裝置，其特徵在於中央操作板中的可調節共振腔提供特殊的幾何形狀，用來產生振蕩流動和共振製冷效應。權利要求2所述的共振管束由剛性和具有高導熱性能的金屬材料構成，在它的軸線方向具有均勻或者變化的截面直徑。在它的開口端具有螺紋通過上述熱隔離接頭與可調節共振腔連接，共振管束的另一端則與上述的波阻尼器相連接。
4.根據權利要求2所述的氣體波製冷裝置，其特徵在於在上述中央操作板內包含有特殊的幾何形狀，為脈動流的產生和共振製冷效應提供條件。在中央操作板內的可調節共振腔具有扇形的形狀，在它的收斂端與可調節的噴嘴相連通，在每一側壁面保持偏位差。而扇形的弧形壁面與共振管束的開口端相連接。
5.根據權利要求2所述的氣體波製冷裝置，其特徵在於由上述的中央操作板內含有的特殊幾何形狀，為脈動流的產生和共振製冷效應提供條件。在中央操作板內的可調節噴嘴具有收縮或縮放形通道形狀，與上述的緩衝腔相連，引導帶壓氣體進入上述的收縮或縮放形噴嘴。
6.根據權利要求2所述的氣體波製冷裝置，其特徵在於上述的穩流器，由兩個傾斜的內表面所構成的斜槽組成，它位於可調節共振腔的上方，在共振管束的開口處與在中央操作板內的共振腔相連。上述穩流器的斜槽寬度近似於共振管束的直徑。並且，上述穩流器的通道與中央操作板向著可調節噴嘴的方向形成一個小於90度的角度，它提供了光滑的排氣通道，使得帶壓氣體在共振管束內將壓力能轉換成熱能後，向著排氣導管流動。
全文摘要
本發明為具有流動調節功能的氣體波製冷裝置。它由可調節噴嘴、可調節共振腔(它聯接可調節噴嘴)、共振管束(它的開口端連接到可調節共振腔)、熱隔離接頭，渦穩流器(它在共振管束出口的位置橫跨共振腔)、波阻尼器(它被連接到共振管束的另一端)、冷卻器(包容共振管束的管體)等部件組成。本裝置的功能特點是通過控制共振氣體柱在變工況流動條件下所產生的波相互作用現象，達到最有效的製冷效果。因此，對於具有流動條件變化和工況控制要求的工業系統，本裝置具有相當強的針對性和適應性。
文檔編號F25B9/00GK1460169SQ00819428
公開日2003年12月3日 申請日期2000年4月18日 優先權日2001年4月12日
發明者胡志敏 申請人:胡志敏