一種氣動式氣波制冷機的製作方法

2023-12-06 17:17:16

專利名稱：一種氣動式氣波制冷機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種制冷機械，尤其涉及一種氣動式氣波制冷機。
背景技術：
現有的低溫製冷技術，多採用多級壓縮製冷劑的方式達到低溫的目的。第一級壓 縮一種製冷劑，在吸收應用第一級壓縮所得的冷量的基礎上第二級壓縮第二種製冷劑，通 過製冷劑的汽化吸熱達到降溫的目的，通常第二級壓縮所使用的製冷劑液化點溫度要比第 一級製冷劑液化點溫度低。採用這種製冷方式有許多缺點首先，由於採用多級壓縮，製冷 效率低；其次，由於須採用製冷劑，不利於環境保護；再次，由於存在製冷劑洩漏的風險，採 用這種製冷技術存在安全隱患。現有技術中通常使用如下兩種氣波製冷結構，一種是使用電機的氣波制冷機，其 通過電機帶動氣體分配器旋轉製冷。另一種是自旋轉式氣波制冷機，其是氣體分配器的氣 體噴入振蕩管中氣流方向與振蕩管互成角度的技術方案，振蕩管中的氣體在氣體反衝力的 作用下，使氣體分配器旋轉。以上兩種氣波製冷結構均存在一定的設計缺陷，例如使用電機的氣波制冷機，由 於氣波制冷機的主軸的轉動需要通過電機的帶動運轉。這樣，氣波制冷機的主軸就必須置 於氣波制冷機的機殼的外部，由於氣波制冷機的機殼內是高壓氣體，所以不可避免的會產 生氣體的洩漏，對於低溫設備來說，同時增加了冷量的洩漏。特別是在機殼內通過可燃性氣 體進行製冷時，存在著一定的安全隱患。為了防止機殼內氣體的洩漏，目前的方案是採用 幹氣密封。即便如此，氣體洩漏仍不可避免，對於這部分洩漏的氣體的監控和處理的成本很 高，況且對進入氣波制冷機的氣源純淨度也有一定的要求；對於採用自旋轉式氣波制冷機 的製冷方式，由於不能主動調節轉速，導致氣波制冷機製冷效率比較低。

發明內容
本發明實施例所要解決的技術問題在於，提供一種氣動式氣波制冷機，可以明顯 的提升製冷效率，在不使用電機的情況下仍舊可以主動調節轉速，結構緊湊，操作便捷，易 於控制。為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種氣動式氣波制冷機，包括機體 和封閉設置在所述機體中的輪轉分配器，在所述機體的內腔中具有冷氣收集部，所述內腔 連通設置振蕩管，所述輪轉分配器的中空主軸與所述振蕩管設置連通，所述中空主軸的開 口端分別密封連接充氣管，至少有兩路高壓氣體可分別通過所述充氣管置入所述振蕩管形 成高壓製冷迴路；
所述輪轉分配器的所述中空主軸上設置葉輪，所述機體的側壁分別貫通設置氣體驅動 入口和氣體驅動出口，至少有一路高壓氣體從所述氣體驅動入口置入所述冷氣收集部中驅 動所述葉輪旋轉形成高壓調速迴路。所述充氣管設置為對稱的兩個，所述兩個對稱的充氣管分別密封的連接在所述中空主軸的兩相對設置的開口端。所述機體包括第一端蓋、機殼以及第二端蓋，所述第一端蓋和所述第二端蓋分別 封閉設置在所述機殼的兩開口端，所述兩個對稱的充氣管通過法蘭盤分別固定設置在所述 第一端蓋和所述第二端蓋的外側。所述振蕩管一端與所述內腔相連通，相對的另一端設置封閉。所述葉輪可旋轉的套接固定在所述中空主軸的端部；
所述輪轉分配器還包括噴嘴，所述噴嘴設置在位於所述中空主軸中部的凸臺上。所述振蕩管是呈放射狀排布的管體結構，所述噴嘴設置的位置與所述振蕩管的開 口端的位置設置相對，當所述中空主軸旋轉時，所述噴嘴可依次與所述振蕩管的開口端相 對接。所述振蕩管與所述機殼的表面設置垂直。所述氣體驅動入口和所述氣體驅動出口設置在所述機殼的端部，所述氣體驅動入 口和所述氣體驅動出口均為貫通孔結構，可將所述內腔的內外氣體連通；
由所述氣體驅動入口進入所述冷氣收集部中的高壓氣體可驅動所述葉輪旋轉，並由所 述氣體驅動出口排出。所述葉輪包括離心式葉輪或軸流式葉輪中的任一種葉輪。實施本發明實施例，具有如下有益效果，本發明實施例的氣動式氣波制冷機，在不 使用電機的情況下仍舊可以主動調節轉速，大大降低了冷氣收集部與外界的熱交換，簡化 了保溫工序，密封性能更好，不但可以明顯的提升製冷效率，而且其結構緊湊，簡化了生產 和裝配程序，降低了生產成本，操作便捷，易於控制。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，根據 這些附圖獲得其他的附圖仍屬於本發明的範疇。圖1是本發明氣動式氣波制冷機的爆破結構示意圖； 圖2是本發明氣動式氣波制冷機的剖面結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一 步地詳細描述。結合參照圖1、圖2所示，本發明實施例的氣動式氣波制冷機，包括機體1和封閉設 置在所述機體1中的輪轉分配器2，所述輪轉分配器2的中空主軸21上設置葉輪22，在所 述機體1的內腔14中具有冷氣收集部3，所述內腔14連通設置若干振蕩管145，所述輪轉 分配器2的所述中空主軸21與所述振蕩管145設置連通，至少有兩路高壓氣體可分別置入 所述振蕩管145中形成高壓製冷迴路；
所述機體1的側壁分別貫通設置氣體驅動入口 142、氣體驅動出口 143，至少有一路高 壓氣體從所述氣體驅動入口 142置入所述冷氣收集部3中驅動所述葉輪22旋轉形成高壓調速迴路。機體1是由左右兩側端蓋將機殼封閉的中空容置構件，其包括第一端蓋12、機殼 14、第二端蓋16。機殼14大致為兩端開口的中空圓柱體，第一端蓋12是截面形狀與機殼 14的截面形狀大致相同的擋板結構，其圍擋覆蓋在機殼14的一端(如圖所示的左端)，第二 端蓋16是形狀與第一端蓋12形狀設置對稱的擋板結構，其覆蓋在機殼14的另一端(如圖 所示的右端)。在第一端蓋12與機殼14之間、機殼14與第二端蓋16之間分別採用多個螺 栓進行固定，如圖示固定的螺栓為191、192、193、194。在第一端蓋12與機殼14之間、機殼 14與第二端蓋16之間的連接處分別設置密封圈(圖未示)進行密封，可以理解的是，第一端 蓋12與機殼14之間、機殼14與第二端蓋16間的固定密封形式並不限定在上述螺栓固定 的方式，也可以採用其他常見的固定方式。機殼14大致為兩端開口的中空圓柱體，其中空區域為用於容置輪轉分配器2的內 腔141。輪轉分配器2的中空主軸21封閉在該內腔141中。機殼14的側壁貫通設置氣體 驅動入口 142、氣體驅動出口 143以及冷氣出口 144。本實施例中，氣體驅動入口 142和氣 體驅動出口 143設置在機殼14的端部，設置為上下排布的排列關係，氣體驅動入口 142和 氣體驅動出口 143均為貫通孔結構，可以將內腔141的內外氣體連通，當氣動式氣波制冷機 工作時，高壓氣體可以由氣體驅動入口 142進入機殼14的內腔141中，並通過氣體驅動出 口 143排出，冷氣出口 144位於與機殼14設置氣體驅動入口 142和氣體驅動出口 143 —端 相對的另一端位置上，其同樣設置為可以將內腔141的內外氣體連通的貫通孔結構，具體 實施時，內腔141中經製冷的氣體可由該出口排至機殼的外部。振蕩管145位於機殼14中部的外側並設置與所述內腔141相連通振蕩管，本實施 例中，振蕩管145是呈放射狀排布的管體結構，其一端開口與機殼14的內腔141相連通，相 對的另一端設置封閉，也就是說，振蕩管145的開口端是與機殼14的內腔141相連通的，且 兩兩振蕩管145間的間距設置相等。具體實施中，振蕩管145的數量及具體排布方式並不 限定，其以及根據氣波制冷機的實際需求進行調整，只要滿足其一端與機殼14的內腔141 相連通，相對的另一端設置封閉即可。輪轉分配器2是氣動式氣波制冷機實施製冷的主要部件，其包括中空主軸21、葉 輪22以及噴嘴23，葉輪22可旋轉的套接固定在中空主軸21的端部，噴嘴23設置在位於中 空主軸21中部的凸臺M上，本實施例中，凸臺的截面尺寸與機殼14的內腔141的尺寸設 置相當，噴嘴23設置的位置與機殼14振蕩管145開口端的位置設置相對，當中空主軸21 旋轉時，噴嘴23可依次與振蕩管145的開口端相對接，凸臺的具體形狀並不限定，只要滿足 其在旋轉過程中端部可與內腔141的內壁相對接即可。這樣，開口尺寸與振蕩管145開口 端尺寸大致相同的噴嘴23就可以將中空主軸21中的高壓氣體依次噴入振蕩管145中。中空主軸21是中空的軸承結構，其兩端開口，並與噴嘴23相連通，由中空主軸21 兩端進入的氣體經由噴嘴23可進入內腔141中，進一步的，由於噴嘴23設置的位置與機殼 14外側具有的振蕩管145開口端設置的位置相對，由噴嘴23排出的氣體可直接進入振蕩管 145 中。葉輪22中部具有用於將其套接在中空主軸21上的通孔222，具體實施時，通過通 孔222將葉輪22套接固定在中空主軸21的端部並將其置入內腔141中即可。優選的，葉輪22包括離心式葉輪或軸流式葉輪中的任一種。
具體實施時，機體1第一端蓋12和第二端蓋16的兩端分別設置充氣管4，該充氣 管4包括安裝固定在第一端蓋12通孔121處的第一充氣管41、和安裝固定在第二端蓋16通 孔161處的第二充氣管42，第一充氣管41、第二充氣管42的外部分別固定法蘭盤43，其中 法蘭盤43通過螺絲或螺栓可分別固定在第一端蓋12和第二端蓋16的外側，也就是說，法 蘭盤的表面和第一側蓋12、第二側蓋16的表面對應開設螺孔和盲孔，當第一充氣管41、第 二充氣管42的端部分別穿過第一側蓋12、第二側蓋16的中部通孔121、161並插接在輪轉 分配器2中空主軸21的開口端上時，可以使用螺栓或螺絲(如圖所示的195、196、197、198) 將法蘭盤43分別固定在第一側蓋12、第二側蓋16的外側。優選的，第一充氣管41、第二充氣管42的端部密封連接設置在中空主軸21的開口端。優選的，噴嘴23亦可置入內腔141中，並不影響方案的實施。實施時，兩路高壓氣體可分別從第一充氣管41、第二充氣管42分別置入機殼中空 主軸21中，進入中空主軸21的氣體經由噴嘴23以聲速噴入振蕩管145中。冷氣收集部3位於所述中空主軸21的外部並由輪轉分配器2的內腔141圍擋所 形成的環狀空間。冷氣收集部3是氣動式氣波制冷機在工作過程中主要的氣體製冷過程的 空間區域，亦是高壓氣體從所述氣體驅動入口 142置入所述冷氣收集部3後驅動所述葉輪 22旋轉形成高壓調速迴路的空間區域，冷氣收集部3的製冷過程是前述高壓氣體經由中空 主軸21上的噴嘴23進入振蕩管145後的氣體做功過程，而高壓調速過程同樣是在冷氣收 集部3中進行的，亦即高壓氣體從所述氣體驅動入口 142置入所述冷氣收集部3後驅動所 述葉輪22旋轉形成的。本發明實施例的氣動式氣波制冷機在具體裝配時，可先將葉輪22套接設置在中 空主軸21的端部，在將中空主軸21置入機殼14的內腔141中，由於葉輪22，和中空主軸 21中部設置的凸臺M的尺寸與機殼14的內壁141的尺寸設置大致相同，當套設葉輪22的 中空主軸21置入機殼14的內腔141中後，中空主軸21的凸臺M剛好對接機殼14的內壁 141(本實施方式中，凸臺M設置為非接觸式的方式，其與內壁的間隙很小，在轉輪分配器2 旋轉時，噴嘴23周圍採取密封手段阻止高壓氣體洩漏到內腔141中)，中空主軸21的中心軸 線剛好與機殼14的縱向軸線在同一直線上。緊接著，將第一充氣管41、第二充氣管42分別 固定法蘭盤43上，再將其整體固定在第一側蓋12、第二側蓋16的外側端。具體的，由於法 蘭盤43的表面和第一側蓋12、第二側蓋16的表面對應開設螺孔和盲孔，當第一充氣管41、 第二充氣管42的端部分別穿過第一側蓋12、第二側蓋16的中部通孔121、161並插接在輪 轉分配器2中空主軸21的開口端上時，可以使用螺栓或螺絲將法蘭盤43分別固定在第一 側蓋12、第二側蓋16的外側。值得說明的是，由於第一充氣管41、第二充氣管42固定在法 蘭盤43的中部，使得裝配時，第一充氣管41和第二充氣管42縱向軸線剛好與中空主軸21 的縱向軸線在同一直線上，並且由於充氣管4的管徑尺寸剛好與中空主軸21的管徑尺寸相 適配，裝配完成後，第一充氣管41、第二充氣管42的端部密封連接設置在中空主軸21的開 口端。至此，完成了對氣動式氣波制冷機的裝配。可以理解的是，充氣管4和端蓋的安裝順序並不限定在上述實施方式中，也可以 先將固定了充氣管的法蘭盤43固定在端蓋上，在整體對端蓋進行固定，同樣可以準確的將 充氣管密封在中空主軸的開口端，並不影響具體的實施。
本發明實施例的氣動式氣波制冷機在具體實施時，有兩路高壓氣體分別從第一充 氣管41、第二充氣管42置入中空主軸21中，由於貫通的中空主軸21的中部設置噴嘴23， 兩路高壓氣體迅速的從中空主軸21中部設置的噴嘴23中擠壓噴出，由於噴嘴23的通道 面積有限，氣體流經噴嘴23的過程實為高壓氣體的加速過程，高壓氣體的流速被加速到聲 速，由於噴嘴23在凸臺M上設置的位置剛好與機殼14外壁凸設的振蕩管145的軸向截面 在同一平面上，且中空主軸21的凸臺M剛好對接機殼14的內壁141，氣體流經噴嘴23後 被直接噴入在內腔141中設置開口端的振蕩管145中，也就是說，在噴嘴23與振蕩管145 開口端相對接時，經加速的高壓氣體對振蕩管145中原有的氣體做功，在此過程中，振蕩管 6內原有的氣體接受剛剛射入的聲速高壓氣體的能量而使溫度和壓力升高，入射的聲速高 壓氣體由於對外做功，自身溫度和壓力降低。同時，由於轉輪分配器2是一直在轉動的(驅 動其轉動方式在後一段詳細說明)，當轉輪分配器2帶動中空主軸21轉動時，噴嘴23脫離 當前振蕩管145，與下一個位置的振蕩管145相對接。此後，原有振蕩管6中的氣體由於噴 嘴23的離開，其中的被降溫的氣體從振蕩管6中返至機殼14的內腔141內，並由冷氣出口 144排出。此外，還有一路高壓氣體從所述氣體驅動入口 142置入所述冷氣收集部3中，此路 高壓氣體可以驅動套接設置在中空主軸21上的葉輪22進行旋轉，葉輪22旋轉過程中，可 以驅動中空主軸21的旋轉，由氣體驅動入口 142置入冷氣收集部3中的高壓氣體將從氣體 驅動出口 143排出。也就是說，通過控制置入冷氣收集部3中高壓氣體的壓力和流量調節 中空主軸21轉速，例如，當通過氣體驅動入口 142置入冷氣收集部3中高壓氣體的壓力和 流量降低時，中空主軸21的轉速也相應降低，通過上述主動調節中空主軸21的轉速可以提 高氣動式氣波制冷機的製冷效率。本發明實施例的氣動式氣波制冷機，不使用電機的情況下仍舊可以主動調節轉 速，大大降低了冷氣收集部與外界的熱交換，簡化了保溫工序，密封性能更好，不但可以明 顯的提升製冷效率，而且其結構緊湊，簡化了生產和裝配程序，降低了生產成本，操作便捷， 易於控制。以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權 利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
權利要求
1.一種氣動式氣波制冷機，包括機體和封閉設置在所述機體中的輪轉分配器，在所 述機體的內腔中具有冷氣收集部，所述內腔連通設置振蕩管，所述輪轉分配器的中空主軸 與所述振蕩管設置連通，其特徵在於，所述中空主軸的開口端分別密封連接充氣管，至少有 兩路高壓氣體可分別通過所述充氣管置入所述振蕩管形成高壓製冷迴路；所述輪轉分配器的所述中空主軸上設置葉輪，所述機體的側壁分別貫通設置氣體驅動 入口和氣體驅動出口，至少有一路高壓氣體從所述氣體驅動入口置入所述冷氣收集部中驅 動所述葉輪旋轉形成高壓調速迴路。
2.如權利要求1所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述充氣管設置為對稱的兩 個，所述兩個對稱的充氣管分別密封連接在所述中空主軸的兩相對設置的開口端。
3.如權利要求2所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述機體包括第一端蓋、機殼 以及第二端蓋，所述第一端蓋和所述第二端蓋分別封閉設置在所述機殼的兩開口端，所述 兩個對稱的充氣管通過法蘭盤分別固定設置在所述第一端蓋和所述第二端蓋的外側。
4.如權利要求3所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述振蕩管一端與所述內腔 相連通，相對的另一端設置封閉。
5.如權利要求4所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述葉輪可旋轉的套接固定 在所述中空主軸的端部；所述輪轉分配器還包括噴嘴，所述噴嘴設置在位於所述中空主軸中部的凸臺上。
6.如權利要求5所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述振蕩管是呈放射狀排布 的管體結構，所述噴嘴設置的位置與所述振蕩管的開口端的位置設置相對，當所述中空主 軸旋轉時，所述噴嘴可依次與所述振蕩管的開口端相對接。
7.如權利要求6所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述振蕩管與所述機殼的表 面設置垂直。
8.如權利要求3所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述氣體驅動入口和所述氣 體驅動出口設置在所述機殼的端部，所述氣體驅動入口和所述氣體驅動出口均為貫通孔結 構，可將所述內腔的內外氣體連通；由所述氣體驅動入口進入所述冷氣收集部中的高壓氣體可驅動所述葉輪旋轉，並由所 述氣體驅動出口排出。
9.如權利要求1-8任一項所述的氣動式氣波制冷機，其特徵在於，所述葉輪包括離心 式葉輪或軸流式葉輪中的任一種葉輪。
全文摘要
一種氣動式氣波制冷機，包括機體和封閉設置在所述機體中的輪轉分配器，在所述機體的內腔中具有冷氣收集部，所述內腔連通設置振蕩管，所述輪轉分配器的中空主軸與所述振蕩管設置連通，所述中空主軸的開口端分別密封連接充氣管，至少有兩路高壓氣體可分別通過所述充氣管置入所述振蕩管形成高壓製冷迴路；所述輪轉分配器的所述中空主軸上設置葉輪，所述機體的側壁分別貫通設置氣體驅動入口和氣體驅動出口，至少有一路高壓氣體從所述氣體驅動入口置入所述冷氣收集部中驅動所述葉輪旋轉形成高壓調速迴路。採用本發明實施例的氣動式氣波制冷機，可以明顯的提升製冷效率，在不使用電機的情況下仍舊可以主動調節轉速，結構緊湊，操作便捷，易於控制。
文檔編號F25B9/00GK102121759SQ20111004837
公開日2011年7月13日 申請日期2011年3月1日 優先權日2011年3月1日
發明者單希壯, 戴帥, 邢小月 申請人:深圳市力科氣動科技有限公司