專利名稱：旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于制冷技術(shù)，確切地說是一種帶有膨脹機(jī)的蒸汽壓縮式空調(diào)器。
已有的旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器(參見《旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器》、專利號CN86100508)包括蒸發(fā)段、離心壓縮機(jī)、冷凝段和毛細(xì)管。它主要存在下述一些問題1、毛細(xì)管的節(jié)流損失。
2、冷凝段進(jìn)氣口設(shè)計未考慮制冷劑蒸汽的流體動力學(xué)特性，損失了制冷劑蒸汽的動能。
3、由于2冷凝段內(nèi)也未設(shè)擴(kuò)壓器。
本實用新型的目的就是提供一種帶有膨脹機(jī)的旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器，以提高制冷系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性。
本實用新型是由蒸發(fā)段、單級離心壓縮機(jī)、冷凝段和回流管四大部份組成的。


圖1為本實用新型的循環(huán)過程示意圖。其中1為蒸發(fā)段，它兼做膨脹機(jī)；2為離心壓縮機(jī)；3為冷凝段；冷凝段內(nèi)設(shè)擴(kuò)壓器；4為回流管，回流管無節(jié)流作用。
在蒸發(fā)段內(nèi)，由回流管流出的高壓液態(tài)制冷劑流到圓柱(盤、錐)狀蒸發(fā)段側(cè)壁上，并吸熱蒸發(fā)為氣體，同時在膨脹功作用下克服離心力向轉(zhuǎn)動軸軸心方向移動并作功(關(guān)于蒸汽克服離心力作功過程的原理和分析參見《利用旋轉(zhuǎn)熱管的能量轉(zhuǎn)換方法及熱力機(jī)》，專利申請?zhí)?8100336)。此時如蒸發(fā)段內(nèi)為中空的，制冷劑蒸汽在靠近軸心處將獲得很大旋轉(zhuǎn)角速度，此后再進(jìn)入離心壓縮機(jī)，這對于壓縮機(jī)來說相當(dāng)于“有預(yù)旋”壓縮；如圓柱(盤)狀蒸發(fā)段內(nèi)有離心壓縮機(jī)式葉片(徑向的或曲面狀的)那么制冷劑蒸汽在膨脹功作用下由半徑較大處(圓柱狀蒸發(fā)段側(cè)壁)向半徑較小處(圓柱狀蒸發(fā)段出氣口)運動過程中將通過葉片對轉(zhuǎn)軸直接輸出轉(zhuǎn)距。圖2為蒸發(fā)段橫剖面示意圖，其中1a為蒸發(fā)段側(cè)壁，5為液態(tài)制冷劑，6為葉片(圖2中為放射狀)；7為轉(zhuǎn)軸。這種有葉片的向心膨脹機(jī)相當(dāng)于向心徑流式渦輪機(jī)。不管有葉片的還是無葉片的向心膨脹機(jī)其原理都是利用了中國發(fā)明專利申請《利用旋轉(zhuǎn)熱管的能量轉(zhuǎn)換方法及熱力機(jī)》(申請?zhí)?8100336)中所提供的能量轉(zhuǎn)換方法。徑流式渦輪顯然也可用軸流式渦輪替代。
制冷劑蒸汽在經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凝段，因圓錐(盤、柱)狀冷凝段半徑比離心壓縮機(jī)葉輪半徑小，所以從理論上說，當(dāng)制冷劑蒸汽從離心壓縮機(jī)出氣口進(jìn)入到冷凝段進(jìn)氣口過程中，其蒸汽旋轉(zhuǎn)速度會變大，考慮到制冷劑蒸汽這一流體動力學(xué)特性，所以在設(shè)計冷凝進(jìn)氣口時應(yīng)以盡量不阻礙旋轉(zhuǎn)蒸汽流運動為準(zhǔn)。為了充分利用進(jìn)入冷凝段的制冷劑蒸汽動能，所以在冷凝段內(nèi)設(shè)有擴(kuò)壓器以進(jìn)一步提高冷凝段內(nèi)壓強(qiáng)。
離心壓縮機(jī)和擴(kuò)壓器的設(shè)計參見《離心式制冷壓縮機(jī)》、(上海機(jī)械學(xué)院葉振邦、西安交通大學(xué)常鴻壽編)。旋轉(zhuǎn)氣流的流體動力學(xué)分析參見《流體力學(xué)》(清華大學(xué)熱能工程系鄭洽餘魯鐘琪主編)。
制冷劑蒸汽在冷凝段內(nèi)擴(kuò)壓并冷凝成液態(tài)后，由回流管流回蒸發(fā)段?；亓鞴芘c通常所說的毛細(xì)管不同之處在于毛細(xì)管有節(jié)流降壓作用，而回流管無節(jié)流作用?；亓鞴軆H起使液態(tài)制冷劑由冷凝段流回蒸發(fā)段的作用?；亓鞴芸梢詮碾x心壓縮機(jī)內(nèi)部穿過，也可以從離心壓縮機(jī)外面繞過，它比毛細(xì)管“粗”“短”一些。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)回流管流入到蒸發(fā)段側(cè)壁上后迅速吸熱汽化并克服離心力作功，如前所述此膨脹功被回收后又進(jìn)入單級離心壓縮機(jī)壓縮，壓縮后高溫高壓制冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝段在擴(kuò)壓器作用下進(jìn)一步擴(kuò)壓并冷凝。冷凝后的液態(tài)制冷劑又經(jīng)回流管流回蒸發(fā)段側(cè)壁處，完成一制冷循環(huán)。
本實用新型是對已有旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器的改進(jìn)，其突出優(yōu)點在于1、蒸發(fā)段兼做膨脹機(jī)，有效利用了高壓液態(tài)制冷劑的膨脹功。
2、冷凝段進(jìn)氣口設(shè)計充分考慮了旋轉(zhuǎn)氣流的流體力學(xué)特性。使制冷劑蒸汽由壓縮機(jī)進(jìn)入冷凝段時，阻力降到最小。
3、冷凝段內(nèi)設(shè)擴(kuò)壓器，充分利用了制冷劑蒸汽的動能。
本實用新型的一個具體實施例，由以下附圖給出，并結(jié)合說明詳細(xì)描述。
圖3是具體結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。
圖4是具體結(jié)構(gòu)A－A處剖面圖。
參照圖3，本實用新型的蒸發(fā)段1、離心壓縮機(jī)2、冷凝段3構(gòu)成一整體剛性轉(zhuǎn)子架在支架9上，在電動機(jī)8的驅(qū)動下運轉(zhuǎn)。
蒸發(fā)段1為圓柱(盤)狀，其右側(cè)外面與轉(zhuǎn)軸7相連。其內(nèi)有膨脹機(jī)的葉片6，旋轉(zhuǎn)凹曲面形導(dǎo)流錐11是中空的，內(nèi)有柱狀空腔16。葉片6一端與導(dǎo)流錐11相接并固定在一起，另一端與蒸發(fā)段側(cè)壁1a相距一定距離(參照圖4)，即葉片6外徑比蒸發(fā)段1內(nèi)徑要小一些，留有這一環(huán)形空間的目的是使由回流管4流來的液態(tài)制冷劑5能充分布在蒸發(fā)段側(cè)壁1a上，并使制冷劑汽化后有一自由加速的余地。葉片6為圖4所示的曲面形狀，它比徑向葉片更有利于回收膨脹功。蒸發(fā)段1的左側(cè)與離心壓縮機(jī)2相連并且蒸發(fā)段1的出氣口與壓縮機(jī)2的進(jìn)氣口相對。離心壓縮機(jī)2的左側(cè)有一圓盤(柱)形回流室12，其中心有一凹曲面錐狀的導(dǎo)流錐13，其作用是使回流室12中高速旋轉(zhuǎn)的制冷劑蒸汽順利進(jìn)入冷凝段3，并給其提供一指向冷凝段3的較大軸向分速度?；亓魇?2的左側(cè)為圓錐狀的冷凝段3，冷凝段3的左側(cè)外部通過轉(zhuǎn)軸與電動機(jī)8相連。冷凝段3的大端(右側(cè))內(nèi)有一環(huán)形臺階14用以收集液態(tài)制冷劑5，環(huán)形臺階14的中心孔即是冷凝段3的進(jìn)氣口。冷凝段3內(nèi)還設(shè)有擴(kuò)壓器15，在環(huán)形臺階14的底部沿圓周均布有回流管4，回流管4垂直穿過回流室12，導(dǎo)流錐13、柱狀空腔16，直通到蒸發(fā)段右側(cè)底部1b的內(nèi)壁上，并拐彎穿過導(dǎo)流錐11緊貼蒸發(fā)段底部1b的內(nèi)壁沿徑向通到蒸發(fā)段側(cè)壁1a內(nèi)壁處，回流管4的出口方向與轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向一致，以便從管口流出的液態(tài)制冷劑能獲得更大的角速度，從而能更有效的回收膨脹功。
為了加強(qiáng)蒸發(fā)段1和冷凝段3的空氣側(cè)換熱，在它們的空氣側(cè)都裝有散熱片17，其中設(shè)在蒸發(fā)段底部1b處的散熱片17可以是一組同心圓形，也可以設(shè)計成離心泵形的?；蛘呤嵌叩慕Y(jié)合，在支架9上還設(shè)有隔熱板10，回流管4的外面如包覆一絕熱層，則更有利于回收膨脹功。
工作時，電動機(jī)驅(qū)動整個旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，制冷劑蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)2壓縮后，高溫高壓制冷劑蒸汽進(jìn)入回流室12，并沿著導(dǎo)流錐13經(jīng)環(huán)形臺階14的中心孔高速旋轉(zhuǎn)著進(jìn)入冷凝段3內(nèi)，在此制冷劑蒸汽在擴(kuò)壓器15的作用下進(jìn)一步擴(kuò)壓并冷凝成液態(tài)，液態(tài)制冷劑在離心分力作用下匯集在冷凝段3的大端，然后又經(jīng)回流管4流到蒸發(fā)段側(cè)壁1a處，在此液態(tài)制冷劑迅速吸熱汽化為蒸汽，其蒸汽在膨脹功作用下又向軸心方向移動，同時對葉片6作功，然后制冷劑蒸汽又沿著導(dǎo)流錐11的曲面進(jìn)入離心機(jī)2內(nèi)重新被壓縮。至此完成了一個完整的制冷循環(huán)。
圖5是本實用新型的另一種具體結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。
參照圖5，這種結(jié)構(gòu)就是在離心壓縮機(jī)2與蒸發(fā)段1之間增加了一個“過熱”段18，其作用是改善蒸發(fā)段1的吸熱狀況和充分使低溫制冷劑蒸汽吸熱。
離心壓縮機(jī)2和蒸發(fā)段1內(nèi)有一柱狀空腔16，為充分利用這一空間，可以將電動機(jī)8設(shè)置在內(nèi)，從而縮小了空調(diào)器的外形尺寸。這種結(jié)構(gòu)形式尤其適用于“熱泵”。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器，包括蒸發(fā)段、離心壓縮機(jī)、冷凝段和回流管，由驅(qū)動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所說的蒸發(fā)段為空心圓柱(盤、錐)狀，其上有一出氣口，出氣口與離心壓縮機(jī)進(jìn)氣口相接，離心壓縮機(jī)出氣口與空心圓錐(盤、柱)狀冷凝段進(jìn)氣口相接，所說的蒸發(fā)段、離心壓縮機(jī)、冷凝段在同一軸線上按上述順序和方式相接構(gòu)成一整體轉(zhuǎn)子，本發(fā)明的特征是所說的回流管為兩頭開通的管子，它設(shè)置并固定在所說的轉(zhuǎn)子上，其一端與冷凝段相接，另一端直通到蒸發(fā)段內(nèi)部，所說的空心圓柱(盤、錐)狀蒸發(fā)段內(nèi)軸心處還設(shè)有一渦輪(徑流式或軸流式)，其外徑比蒸發(fā)段內(nèi)徑要小，渦輪出氣口通過蒸發(fā)段出氣口與離心壓縮機(jī)進(jìn)氣口相通，渦輪與所說的轉(zhuǎn)子固定在一起，轉(zhuǎn)子是全封閉的，其內(nèi)裝有制冷劑。
2.一種如權(quán)利要求1所述的空調(diào)器，其特征是液態(tài)制冷劑是通過回流管由圓錐狀冷凝段大端流回圓柱(盤)狀蒸發(fā)段內(nèi)側(cè)壁處的。
3.一種如權(quán)利要求1、2所述的空調(diào)器，其特征是離心壓縮機(jī)有一附屬的圓盤狀回流室，回流室中心處設(shè)有導(dǎo)流錐，所說的導(dǎo)流錐與冷凝段進(jìn)氣口相對應(yīng)構(gòu)成一環(huán)形通道。
4.一種如權(quán)利要求3所述的空調(diào)器，其特征是圓錐(盤、柱)狀冷凝段內(nèi)設(shè)有擴(kuò)壓器。
5.一種如權(quán)利要求3所述的空調(diào)器，其特征是在圓柱(盤、錐)狀蒸發(fā)段與離心壓縮機(jī)之間有一過熱段。
6.一種如權(quán)利要求4所述的空調(diào)器，其特征是在圓柱(盤、錐)狀蒸發(fā)段與離心壓縮機(jī)間有一過熱段。
7.一種如權(quán)利要求3所述的空調(diào)器，其特征是驅(qū)動電動機(jī)設(shè)置在圓柱(盤)狀蒸發(fā)段、離心壓縮機(jī)串聯(lián)組成的柱狀空腔內(nèi)。
8.一種如權(quán)利要求4所述的空調(diào)器，其特征是驅(qū)動電動機(jī)設(shè)置在圓柱(盤、錐)狀蒸發(fā)段、離心壓縮機(jī)串聯(lián)組成的柱狀空腔內(nèi)。
9.一種如權(quán)利要求5所述的空調(diào)器，其特征是驅(qū)動電動機(jī)設(shè)置在圓柱(盤)狀蒸發(fā)段、過熱段、離心壓縮機(jī)串聯(lián)組成的柱狀空腔內(nèi)。
10.一種如權(quán)利要求6所述的空調(diào)器，其特征是驅(qū)動電動機(jī)設(shè)置在圓柱(盤、錐)狀蒸發(fā)段、過熱段、離心壓縮機(jī)串聯(lián)組成的柱狀空腔內(nèi)。
專利摘要本實用新型提供了一種帶有向心膨脹機(jī)的旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器。是對現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器的改進(jìn)。它是由旋轉(zhuǎn)熱管的蒸發(fā)段(兼做向心膨脹機(jī))、冷凝段(內(nèi)有擴(kuò)壓器)、單級離心壓縮機(jī)和回流管組成。它的用途與現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)熱管空調(diào)器相同。
文檔編號F04D25/06GK2042524SQ88208850
公開日1989年8月9日 申請日期1988年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月21日
發(fā)明者王曉東 申請人:王曉東