具有流动调节功能的气体波制冷装置及在变式况条件下的共振制冷方法制造方法及图纸

本发明专利技术为具有流动调节功能的气体波制冷装置。它由可调节喷嘴、可调节共振腔（它联接可调节喷嘴）、共振管束（它的开口端连接到可调节共振腔）、热隔离接头，涡稳流器（它在共振管束出口的位置横跨共振腔）、波阻尼器（它被连接到共振管束的另一端）、冷却器（包容共振管束的管体）等部件组成。本装置的功能特点是：通过控制共振气体柱在变工况流动条件下所产生的波相互作用现象，达到最有效的制冷效果。因此，对于具有流动条件变化和工况控制要求的工业系统，本装置具有相当强的针对性和适应性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一种具有流动调节功能的气体波制冷装置，它由流动调节装置、波导阻装置和冷却器组成。这些元件能够有效地调节气体波系的运动，从而使本装置产生有效的制冷功能。一般来说，机械式气体膨胀制冷装置依循它们的机械结构尺寸，操作条件和所采用的热力循环系统而变化。通常根据他们的制冷能力和操作范围进行分类。例如，透平和活塞式膨胀机常适用于石油工业中大制冷负荷的应用；而像G-M制冷器、斯特林制冷器、脉管制冷器、吸收制冷器等则多适合于作为红外探测器、红外夜视及导弹制导等装置的低温冷源，通常它们操作于不同的工作环境并且只需要很小的制冷负荷。目前，几乎所有的气体制冷装置都具备一个共同的特点，即依赖于运动的机械部件来吸收被冷却工质的压力能，达到制冷的效果。在这些气体制冷装置中，机械部件的使用，大大改进了熟力循环的效率，并增加了制冷效果。但是，由于机械运动部件的引入，导致了操作条件的限制，维护费用的增加和运行可靠性的降低。因此，在过去的几十年里，许多努力都集中于研发新的气体膨胀制冷装置，以克服传统设备中由于机械部件运动而产生的缺陷。气体膨胀制冷技术还面临着一个的新的挑战，即许多高技术工业，如核磁共振系统、超导元件系统、高能量设备等工业的发展，要求气体膨胀制冷装置能够在极高压力和极低温度的环境下正常操作并具有很高的运行可靠性，这便要求研发适应操作条件变化的新型膨胀制冷装置，而传统的装置或是工作，或是运行效率极低。为了取代传统装置，并满足结构简单，投资与运行维护费用低廉等要求，目前，许多相关专利在改进操作效率方面做了大量的研究，例如美国专利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，这些专利技术并没有能够完全满足上述要求，都具有一定的局限性。其原因在于这些专利技术在结构上皆不同程度地引入了机械运动部件，故而降低了运行可靠性。在许多工业应用过程中，为避免机械运动部件所造成的运行可靠性下降，通常采用节流阀产生节流制冷效应以降低温度。节流阀是一种等焓操作的元件，在压力降低的过程中，尽管它产生的制冷效率并不高并造成相当大的压力能浪费，但由于它具备结构简单，几乎不需要维护，流动调节方便等优点，因而在气体膨胀制冷和压力调节过程中得到了广泛的应用。很显然，节流阀的广泛应用是因为没有一种传统的压力膨胀装置可以在高压和两相工质的条件下进行工况调节并产生制冷效应。因此，一种没有运动部件，但却具有节流阀的流动调节功能和高制冷效应的新型气体膨胀装置，将向传统的气体膨胀装置挑战，为工业界带来新的效益。利用气体在周期性流动中的非定常现象来实现制冷效应的装置在下列美国专利中已经报导3,541,801；3,653,225；3,828,574；4,625,517；4,722,001特别是在美国专利5,412,950中。但即便在上述专利技术中，仍然没有一种装置和方法能够同时满足以下的要求，即能够有效地操作而不使用任何机械运动部件；具有简单的结构和极高的运行可靠性；易於实现流动调节；能够操作于各种变工况的操作环境维护简便，费用低廉。他们或由于运行效率，或由于运行可靠性，或由于流动可调节性，或由于结构简单等，限制了在工业中的广泛应用。虽然其中有几种装置应用了气体波动过程来产生制冷效应，但在不使用复杂的结构和机械运动部件，并具有像普通阀门一样的调节与控制功能的前提下，这些装置仍然不能提供足够的制冷能力或满足其他操作要求。此外，已有的气体膨胀制冷装置很难具备强大的制冷能力并可以满足工业系统中变流量和高压比的操作要求。由此看来，已有的气体制冷膨胀装置，包括上述诸种专利技术，它们所遭遇的困难、产生的缺陷，加之工业系统中各种变化的操作条件要求，是本专利技术致力克服或满足的目标，构成了本专利技术的技术创新内容。与现有的各种气体膨胀装置和已专利技术的气体波制冷装置相比，本专利技术是一种新型的共振气体波制冷装置，能够运作于变流动工作状态。本专利技术的装置克服了美国专利5412950装置中的工作限制和操作缺点。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是该具有流动调节功能的气体波制冷装置及其所产生的制冷方法a.这种具有流动调节功能的气体波制冷装置由可调节喷嘴、可调节共振腔(它联接可调节喷嘴)、共振管束(它的开口端连接到可调节共振腔)、热隔离接头，涡稳流器(它在共振管束出口的位置横跨共振腔)、波阻尼器(它被连接到共振管束的另一端)、冷却器(包容共振管束的管体)等部件组成。b.在变工况条件下的共振制冷方法。它利用共振管束驱动可调节喷嘴和在可调节共振腔内的周期性射流振荡，在变工况条件下维持一种压力反馈系统。由涡稳流器、共振管与共振腔的匹配，在共振管内诱发特定的气体柱共振频率。通过这种可调节喷嘴和可调节共振腔产生的射流振荡与共振管气体柱共振频率耦合，产生共振制冷效应。同时，本专利技术装置还可以依照工业系统的操作要求发挥主动调节流动状态的功能。本专利技术装置还特别适合具有压力降差制冷过程的调节要求，或对上游产生的意外工况变化进行被动的调节响应。最为重要的，本专利技术克服了美国专利5412950专利技术中在变工况操作时不能够有效制冷的缺陷。该缺陷是工况变化引起气体波系统在振荡腔失效所致。与其他专利技术相比，本专利技术提供了一种新型的、可满足石化工业和天燃气生产中降温要求的装置，具备以下功能1.代替传统的节流阀而获得有效的制冷效应。2.在通过传统节流点的压力状态发生变化时，能够进行工况调节以适应下游操作条件的要求。3.当上游的工况发生变化，能够进行响应，并且获得最大的制冷效应。简而言之，本专利技术是为满足下列目的而产生的1.提供一种新型的气体膨胀制冷装置，能够应用于传统气体膨胀装置在工况发生变化时失效或低效率操作的埸合。2.提供一种新型的气体膨胀制冷装置，具有压力调节和压力能回收功能，可以有效地应用在工业气体膨胀系统。3.提供一种新型的波制冷装置，可以在变工况条件下有效地工作，并通过调节气波系统状态获得最大的制冷效果。4.提供一种能在极高压力差降落的工况条件下，通过多级串联方式获得有效操作的压力波制冷装置。该设备能够调节每级设备的流动状态，以达到最大限度地回收压力能的目地，并获得最佳的制冷效果。同时，这个过程的完成不使用任何运动的机械部件。在本专利技术的气体波制冷装置中，使用了一种在变工况操作条件下，控制装置内气体波系行为的方法，以达到有效制冷的目地。这个过程是通过可调节喷嘴在振荡腔内的运动来实现的。本专利技术装置主要由流动缓冲腔、稳流腔、共振管束、热隔离件、波阻尼器和冷却器等元件组成。可调节喷嘴能够通过改变它的流通截面来适应流动的变化。可调节的振荡腔含有一个可调节装置，当喷嘴的出口通过流截面发生变化时，可以维持稳定的射流振荡。稳流腔用来减少共振管束在各自的出口处的混合。共振管束用来调节振荡腔内的射流振荡效应，并且利用共振波的相互作用，将入射气流的动能转换成制冷的热效应。热隔离件用来连接共振管束和振荡腔，作为减小热传导回流从共振管束返回振荡腔内的波阻器，用于调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有流动调节功能的气体波制冷装置及其所产生的制冷方法，其特征在于： ａ．这种具有流动调节功能的气体波制冷装置由可调节喷嘴、可调节共振腔（它联接可调节喷嘴）、共振管束（它的开口端连接到可调节共振腔）、热隔离接头，涡稳流器（它在共振管束出口的位置横跨共振腔）、波阻尼器（它被连接到共振管束的另一端）、冷却器（包容共振管束的管体）等部件组成。 ｂ．在变工况条件下的共振制冷方法。它利用共振管束驱动可调节喷嘴和在可调节共振腔内的周期性射流振荡，在变工况条件下维持一种压力反馈系统。由涡稳流器、共振管与共振腔的匹配，在共振管内诱发特定的气体柱共振频率。通过这种可调节喷嘴和可调节共振腔产生的射流振荡与共振管气体柱共振频率耦合，产生共振制冷效应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志敏，
申请(专利权)人：胡志敏，
类型：发明
国别省市：US[美国]