一种空气真空喷射深度制冷装置及其实现深度制冷的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空气真空喷射深度制冷装置及其实现深度制冷的方法，所述的深度制冷装置包括涡轮膨胀机，涡轮膨胀机由蜗壳，涡轮轴，设在涡轮轴上的涡轮叶轮，以及设在蜗壳上的多个缩放喷管，涡轮轴一端固定涡轮叶轮，另一端与发电机或其它做功机械相连，设在涡轮膨胀机蜗壳上的缩放喷管与大气相通，涡轮膨胀机低压端出口经连接管与低温室一端连接，低温室另一端设有风道，风管末端设有真空泵。本发明专利技术在真空泵的抽吸作用下，进入涡轮膨胀机的温常压空气可以膨胀到很低的压力，可以达到极低的温度，真空泵的真空度越高，低温室的温度越低，满足了需要深度制冷的生产或科研机构的需求。

Air vacuum jet deep refrigeration device and method for realizing deep refrigeration

The present invention discloses an air vacuum jet depth refrigeration device and a method for realizing deep refrigeration. The depth refrigeration device includes a turbine expander, a turbine expander, a turbine impeller, a turbine shaft on a turbine shaft, and a plurality of shrinking nozzles on a volute, and a turbine blade at one end of the turbine shaft. The other end is connected with the generator or other working machinery. The zoom nozzle is connected with the atmosphere on the volute of the turbine expander. The outlet of the turbine expander is connected with one end of the low temperature chamber through the connecting pipe, the other end of the low temperature chamber is equipped with air duct, and the end of the wind pipe is equipped with a vacuum pump. Under the suction of the vacuum pump, the temperature and constant pressure of the turbo expander can be expanded to a very low pressure, the temperature of the vacuum pump can reach a very low temperature. The higher the vacuum degree of the vacuum pump, the lower the temperature of the cryogenic chamber, which satisfies the needs of the production or scientific research institutions in need of deep cooling.

【技术实现步骤摘要】
一种空气真空喷射深度制冷装置及其实现深度制冷的方法
本专利技术涉及生产或科学研究的制冷领域，尤其涉及空气真空喷射深度制冷领域。
技术介绍
随着经济的快速发展，一些生产或科学研究所需要的空间温度越来越低，有的甚至达到-180℃以下。目前，这种低温环境的获得多数是通过空气的逆布雷顿循环实现的。其工作原理是，空气经过压缩机压缩后变成高温高压的气体，高温高压的气体首先通过冷却降温过程降低至某一温度，再进入涡轮膨胀机进行膨胀作功，变为低温低压的空气；低温低压的空气进入低温空间吸热，吸热后的气体再重新进入压缩机压缩。如此循环，保证低温空间始终维持在某一较低的温度状态。上述循环存在以下三个方面的缺点：(1)循环空气在低温空间吸热后被压缩，会有较大的温度升高，必须通过冷却过程放热后再进入涡轮膨胀机，才能产生较好的温降效果。所以该系统必须在压缩机出口设置空气冷却装置。(2)涡轮膨胀机出口背压不宜过低，一般在常压左右，过低会降低压缩机的压缩效率，进而降低制冷效率；(3)由于空气在常压下，-180℃左右会发生液化，所以，即使压缩机出口压力非常高，从理论上能够使涡轮膨胀机出口的空气温度达到-200℃左右的低温，在实际中也是不能实现的。为了克服深度制冷过程中的上述缺点，本专利技术提出一种结构简单，运行安全经济，且制冷温度更低的空气真空喷射深度制冷装置。与本专利技术最相近的技术是中国专利申请号2017100062707、中国专利申请号021382735和中国专利申请号012737747公开的闭式空气循环制冷装置。在中国专利申请号2017100062707公开的技术中，制冷系统包括有通过管道相互连通的离心风机、膨胀功回收装置、回冷器、用冷单位，膨胀功回收装置包括有离心压缩机和膨胀机，离心风机出口与所述离心压缩机入口通过管道相连，离心压缩机出口与所述回冷器热端入口通过管道相连，回冷器热端出口与所述透平膨胀机入口通过管道相连，膨胀机出口与所述用冷单位入口通过管道相连，用冷单位出口与回冷器冷端入口通过管道相连，回冷器冷端出口与所述离心风机入口通过管道相连。该制冷机技术上的缺点是，制冷系统循环要求系统内工质的状态参数是相对稳定的，而该技术提出的制冷系统与外界的热量交换只有在用冷单位处吸收用冷单位的热量，而没有向环境释放热量的过程，这必然导致系统内的热量越来越高，最终制冷效率越来越低，使循环不能持续进行，因而也就不可能达到专利文件中提出的低温要求；中国专利申请号021382735公开的一种制取粉料的空气循环冷冻工艺及其装置，它是经压缩机压缩后的高温高压的空气通过冷却装置冷却后进入涡轮膨胀机膨胀降温，但在该冷却装置中高温高压空气的热量被从冷冻室出口的低温气流吸收热后，又通过空气压缩机带回了系统，所以该系统也是不可能实现持续制冷循环的；中国专利申请号012737747公开了一种开式空气制冷机，它包括一个水冷却器、一个左干燥箱、一个右干燥箱、一个热交换器和一个空气涡轮膨胀机，工作时，也是高温高压的压缩空气经过水冷却器，冷却后再进入涡轮膨胀机膨胀降温。但在该装置中，水冷却器不仅会浪费大量的水，而且涡轮膨胀机出口的空气会因含有水分导致低温室表面结冰或结霜，使得空气温降大幅度减小。
技术实现思路
为了满足一些生产或科学研究所得深度制冷要求，本专利技术提供一种以空气为制冷剂的空气真空喷射深度制冷系统。本专利技术同时提供该系统深度制冷的实现方法。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种空气真空喷射深度制冷系统，它包括涡轮膨胀机，涡轮膨胀机由蜗壳，涡轮轴，设在涡轮轴上的涡轮叶轮，以及设在蜗壳上的多个缩放喷管，涡轮轴一端固定涡轮叶轮，另一端与发电机或其它做功机械相连，其特征在于，设在涡轮膨胀机蜗壳上的缩放喷管与大气相通，涡轮膨胀机低压端出口经连接管与低温室一端连接，低温室另一端设有风道，风管末端设有真空泵。上述低温室是绝热密闭良好的低温室，其作用是，低温低速气流在低温室中吸收低温室的热量，维持低温室的低温环境，吸收了低温室热量后的空气通过真空泵的抽吸作用排到大气环境中。本专利技术空气真空喷射深度制冷系统实现深度制冷的方法是：第一：环境空气在真空泵的引射作用下，通过涡轮膨胀机中的缩放喷管实现降焓增速，变成具有较高流速、较高负压的低温空气流；第二：在高速低温低压空气流的推动下，涡轮膨胀机的叶轮片高速转动，带动涡轮轴对外做功或带动发电机发电，同时空气流的流速降低，变为高负压的低速低温气流；第三：低速低温气流进入低温室，吸收低温室内的热量后，在真空泵的抽吸作用下，排到室外环境中，低温室空气的进口温度取决于真空泵的真空度，真空泵的真空度越大，低温室的负压越大，则空气在涡轮膨胀机内的膨胀程度越大，输出的机械能越多，涡轮膨胀机出口的空气温度就越低，则进入低温室空气的温度也就越低；低温室出口的空气温度取决于低温室的热负荷和真空泵的流量，热负荷越小，真空泵的流量越大，则低温室出口的空气温度越低；低温室的温度，可以近似认为等于低温室进出口空气温度的算数平均值。本专利技术的优点是：1、本专利技术进入涡轮膨胀机的空气是常温常压空气，在膨胀机中可以膨胀到很低的压力，可以达到极低的温度，真空泵的真空度越高，低温室的温度越低。若真空度能够达到0.0991MPa,则低温室的进口空气温度理论上最高可达-180℃以下的低温，且由于负压较高，避免了空气在更低温度下的液化问题，满足了需要深度制冷的生产或科研机构的需求。2、本专利技术在工作过程中，不需设置专门的空气冷却装置。3、本专利技术的制冷过程节能、环保、安全。空气对环境是完全无害的，空气真空喷射制冷克服了利用传统制冷剂的环境危害性和有机制冷剂的不安全性。4、本专利技术系统组成简单，结构紧凑，设备成本低，使用寿命长，维护方便。5、本专利技术制冷效率高，系统的主要功耗在于真空泵，涡轮膨胀机的输出功可以折减部分真空泵的功耗，从而大大提高制冷效率。附图说明图1为本专利技术实施例的示意图图2为本专利技术实施例中涡轮膨胀机示意图图中：1-涡轮膨胀机，2-发电机，3-低温室，4-真空泵，5-风道，6-涡轮轴，7-缩放喷管，7a-第一缩放喷管，7b-第二缩放喷管，7c-第三缩放喷管，7d-第四缩放喷管，8-涡轮叶轮。具体实施方式下面结合附图和本专利技术的工作流程说明其具体实施方式。如图1所示，本专利技术的空气真空喷射深度制冷系统，它包括涡轮膨胀机1，涡轮膨胀机由蜗壳，涡轮轴6，设在涡轮轴6上的涡轮叶轮8，以及设在蜗壳上的多个缩放喷管7，实施例中设有四个缩放喷管，分别是第一缩放喷管7a、第二缩放喷管7b、第三缩放喷管7c和第四缩放喷管7d；涡轮轴6一端固定涡轮叶轮8，另一端与发电机2相连，从图1中可以看出：设在蜗壳上的缩放喷管7与大气相通，涡轮膨胀机降压端出口经连接管道与低温室3进口端通过法兰连接，低温室3另一端设有风道5，风管5末端通过法兰连接有真空泵4。本专利技术空气真空喷射深度制冷系统实现深度制冷的方法是：第一：环境空气在真空泵4的引射作用下，通过涡轮膨胀机中的缩放喷管7实现降焓增速，变成具有较高流速、低压低温的空气流；第二：在高速低温低压空气流的推动下，涡轮膨胀机的涡轮叶轮8高速转动，带动与涡轮轴6相连的发电机2发电，同时空气流的流速降低，变为高负压的低速低温气流；第三：低速低温气流进入低温室3，吸收低温室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气真空喷射深度制冷装置，它包括涡轮膨胀机，涡轮膨胀机由蜗壳，涡轮轴，设在涡轮轴上的涡轮叶轮，以及设在蜗壳上的多个缩放喷管，涡轮轴一端固定涡轮叶轮，另一端与发电机或其它做功机械相连，其特征在于，设在涡轮膨胀机蜗壳上的缩放喷管与大气相通，涡轮膨胀机低压端出口经连接管与低温室一端连接，低温室另一端设有风道，风管末端设有真空泵。

【技术特征摘要】
1.一种空气真空喷射深度制冷装置，它包括涡轮膨胀机，涡轮膨胀机由蜗壳，涡轮轴，设在涡轮轴上的涡轮叶轮，以及设在蜗壳上的多个缩放喷管，涡轮轴一端固定涡轮叶轮，另一端与发电机或其它做功机械相连，其特征在于，设在涡轮膨胀机蜗壳上的缩放喷管与大气相通，涡轮膨胀机低压端出口经连接管与低温室一端连接，低温室另一端设有风道，风管末端设有真空泵。2.一种利用权利要求1所述的空气真空喷射深度制冷装置实现深度制冷的方法，其特征在于，步骤如下：第一：环境空气在真空泵的引射作用下，通过涡轮膨胀机中的缩放喷管实现降焓增速，变成具有较高流速、较高负压的低温空气流；第二：在高速低温低...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宁，刘文贺，范鑫，张清淼，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41