旋转热管空调器的制作方法

专利名称：旋转热管空调器的制作方法技术领域：本实用新型属于制冷技术，确切地说是一种带有膨胀机的蒸汽压缩式空调器。已有的旋转热管空调器(参见《旋转热管空调器》、专利号CN86100508)包括蒸发段、离心压缩机、冷凝段和毛细管。它主要存在下述一些问题1、毛细管的节流损失。2、冷凝段进气口设计未考虑制冷剂蒸汽的流体动力学特性，损失了制冷剂蒸汽的动能。3、由于2冷凝段内也未设扩压器。本实用新型的目的就是提供一种带有膨胀机的旋转热管空调器，以提高制冷系数和经济性。本实用新型是由蒸发段、单级离心压缩机、冷凝段和回流管四大部份组成的。图1为本实用新型的循环过程示意图。其中1为蒸发段，它兼做膨胀机；2为离心压缩机；3为冷凝段；冷凝段内设扩压器；4为回流管，回流管无节流作用。在蒸发段内，由回流管流出的高压液态制冷剂流到圆柱(盘、锥)状蒸发段侧壁上，并吸热蒸发为气体，同时在膨胀功作用下克服离心力向转动轴轴心方向移动并作功(关于蒸汽克服离心力作功过程的原理和分析参见《利用旋转热管的能量转换方法及热力机》，专利申请号88100336)。此时如蒸发段内为中空的，制冷剂蒸汽在靠近轴心处将获得很大旋转角速度，此后再进入离心压缩机，这对于压缩机来说相当于“有预旋”压缩；如圆柱(盘)状蒸发段内有离心压缩机式叶片(径向的或曲面状的)那么制冷剂蒸汽在膨胀功作用下由半径较大处(圆柱状蒸发段侧壁)向半径较小处(圆柱状蒸发段出气口)运动过程中将通过叶片对转轴直接输出转距。图2为蒸发段横剖面示意图，其中1a为蒸发段侧壁，5为液态制冷剂，6为叶片(图2中为放射状)；7为转轴。这种有叶片的向心膨胀机相当于向心径流式涡轮机。不管有叶片的还是无叶片的向心膨胀机其原理都是利用了中国发明专利申请《利用旋转热管的能量转换方法及热力机》(申请号88100336)中所提供的能量转换方法。径流式涡轮显然也可用轴流式涡轮替代。制冷剂蒸汽在经压缩机压缩后进入冷凝段，因圆锥(盘、柱)状冷凝段半径比离心压缩机叶轮半径小，所以从理论上说，当制冷剂蒸汽从离心压缩机出气口进入到冷凝段进气口过程中，其蒸汽旋转速度会变大，考虑到制冷剂蒸汽这一流体动力学特性，所以在设计冷凝进气口时应以尽量不阻碍旋转蒸汽流运动为准。为了充分利用进入冷凝段的制冷剂蒸汽动能，所以在冷凝段内设有扩压器以进一步提高冷凝段内压强。离心压缩机和扩压器的设计参见《离心式制冷压缩机》、(上海机械学院叶振邦、西安交通大学常鸿寿编)。旋转气流的流体动力学分析参见《流体力学》(清华大学热能工程系郑洽餘鲁钟琪主编)。制冷剂蒸汽在冷凝段内扩压并冷凝成液态后，由回流管流回蒸发段。回流管与通常所说的毛细管不同之处在于毛细管有节流降压作用，而回流管无节流作用。回流管仅起使液态制冷剂由冷凝段流回蒸发段的作用。回流管可以从离心压缩机内部穿过，也可以从离心压缩机外面绕过，它比毛细管“粗”“短”一些。本实用新型是这样实现的高压液态制冷剂经回流管流入到蒸发段侧壁上后迅速吸热汽化并克服离心力作功，如前所述此膨胀功被回收后又进入单级离心压缩机压缩，压缩后高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝段在扩压器作用下进一步扩压并冷凝。冷凝后的液态制冷剂又经回流管流回蒸发段侧壁处，完成一制冷循环。本实用新型是对已有旋转热管空调器的改进，其突出优点在于1、蒸发段兼做膨胀机，有效利用了高压液态制冷剂的膨胀功。2、冷凝段进气口设计充分考虑了旋转气流的流体力学特性。使制冷剂蒸汽由压缩机进入冷凝段时，阻力降到最小。3、冷凝段内设扩压器，充分利用了制冷剂蒸汽的动能。本实用新型的一个具体实施例，由以下附图给出，并结合说明详细描述。图3是具体结构的纵向剖面图。图4是具体结构A－A处剖面图。参照图3，本实用新型的蒸发段1、离心压缩机2、冷凝段3构成一整体刚性转子架在支架9上，在电动机8的驱动下运转。蒸发段1为圆柱(盘)状，其右侧外面与转轴7相连。其内有膨胀机的叶片6，旋转凹曲面形导流锥11是中空的，内有柱状空腔16。叶片6一端与导流锥11相接并固定在一起，另一端与蒸发段侧壁1a相距一定距离(参照图4)，即叶片6外径比蒸发段1内径要小一些，留有这一环形空间的目的是使由回流管4流来的液态制冷剂5能充分布在蒸发段侧壁1a上，并使制冷剂汽化后有一自由加速的余地。叶片6为图4所示的曲面形状，它比径向叶片更有利于回收膨胀功。蒸发段1的左侧与离心压缩机2相连并且蒸发段1的出气口与压缩机2的进气口相对。离心压缩机2的左侧有一圆盘(柱)形回流室12，其中心有一凹曲面锥状的导流锥13，其作用是使回流室12中高速旋转的制冷剂蒸汽顺利进入冷凝段3，并给其提供一指向冷凝段3的较大轴向分速度。回流室12的左侧为圆锥状的冷凝段3，冷凝段3的左侧外部通过转轴与电动机8相连。冷凝段3的大端(右侧)内有一环形台阶14用以收集液态制冷剂5，环形台阶14的中心孔即是冷凝段3的进气口。冷凝段3内还设有扩压器15，在环形台阶14的底部沿圆周均布有回流管4，回流管4垂直穿过回流室12，导流锥13、柱状空腔16，直通到蒸发段右侧底部1b的内壁上，并拐弯穿过导流锥11紧贴蒸发段底部1b的内壁沿径向通到蒸发段侧壁1a内壁处，回流管4的出口方向与转轴旋转方向一致，以便从管口流出的液态制冷剂能获得更大的角速度，从而能更有效的回收膨胀功。为了加强蒸发段1和冷凝段3的空气侧换热，在它们的空气侧都装有散热片17，其中设在蒸发段底部1b处的散热片17可以是一组同心圆形，也可以设计成离心泵形的。或者是二者的结合，在支架9上还设有隔热板10，回流管4的外面如包覆一绝热层，则更有利于回收膨胀功。工作时，电动机驱动整个旋转体旋转，制冷剂蒸汽经压缩机2压缩后，高温高压制冷剂蒸汽进入回流室12，并沿着导流锥13经环形台阶14的中心孔高速旋转着进入冷凝段3内，在此制冷剂蒸汽在扩压器15的作用下进一步扩压并冷凝成液态，液态制冷剂在离心分力作用下汇集在冷凝段3的大端，然后又经回流管4流到蒸发段侧壁1a处，在此液态制冷剂迅速吸热汽化为蒸汽，其蒸汽在膨胀功作用下又向轴心方向移动，同时对叶片6作功，然后制冷剂蒸汽又沿着导流锥11的曲面进入离心机2内重新被压缩。至此完成了一个完整的制冷循环。图5是本实用新型的另一种具体结构的纵向剖面图。参照图5，这种结构就是在离心压缩机2与蒸发段1之间增加了一个“过热”段18，其作用是改善蒸发段1的吸热状况和充分使低温制冷剂蒸汽吸热。离心压缩机2和蒸发段1内有一柱状空腔16，为充分利用这一空间，可以将电动机8设置在内，从而缩小了空调器的外形尺寸。这种结构形式尤其适用于“热泵”。权利要求1.一种旋转热管空调器，包括蒸发段、离心压缩机、冷凝段和回流管，由驱动装置驱动旋转，所说的蒸发段为空心圆柱(盘、锥)状，其上有一出气口，出气口与离心压缩机进气口相接，离心压缩机出气口与空心圆锥(盘、柱)状冷凝段进气口相接，所说的蒸发段、离心压缩机、冷凝段在同一轴线上按上述顺序和方式相接构成一整体转子，本发明的特征是所说的回流管为两头开通的管子，它设置并固定在所说的转子上，其一端与冷凝段相接，另一端直通到蒸发段内部，所说的空心圆柱(盘、锥)状蒸发段内轴心处还设有一涡轮(径流式或轴流式)，其外径比蒸发段内径要小，涡轮出气口通过蒸发段出气口与离心压缩机进气口相通，涡轮与所说的转子固定在一起，转子是全封闭的，其内装有制冷剂。2.一种如权利要求1所述的空调器，其特征是液态制冷剂是通过回流管由圆锥状冷凝段大端流回圆柱(盘)状蒸发段内侧壁处的。3.一种如权利要求1、2所述的空调器，其特征是离心压缩机有一附属的圆盘状回流室，回流室中心处设有导流锥，所说的导流锥与冷凝段进气口相对应构成一环形通道。4.一种如权利要求3所述的空调器，其特征是圆锥(盘、柱)状冷凝段内设有扩压器。5.一种如权利要求3所述的空调器，其特征是在圆柱(盘、锥)状蒸发段与离心压缩机之间有一过热段。6.一种如权利要求4所述的空调器，其特征是在圆柱(盘、锥)状蒸发段与离心压缩机间有一过热段。7.一种如权利要求3所述的空调器，其特征是驱动电动机设置在圆柱(盘)状蒸发段、离心压缩机串联组成的柱状空腔内。8.一种如权利要求4所述的空调器，其特征是驱动电动机设置在圆柱(盘、锥)状蒸发段、离心压缩机串联组成的柱状空腔内。9.一种如权利要求5所述的空调器，其特征是驱动电动机设置在圆柱(盘)状蒸发段、过热段、离心压缩机串联组成的柱状空腔内。10.一种如权利要求6所述的空调器，其特征是驱动电动机设置在圆柱(盘、锥)状蒸发段、过热段、离心压缩机串联组成的柱状空腔内。专利摘要本实用新型提供了一种带有向心膨胀机的旋转热管空调器。是对现有旋转热管空调器的改进。它是由旋转热管的蒸发段(兼做向心膨胀机)、冷凝段(内有扩压器)、单级离心压缩机和回流管组成。它的用途与现有旋转热管空调器相同。文档编号F04D25/06GK2042524SQ88208850公开日1989年8月9日 申请日期1988年7月21日 优先权日1988年7月21日发明者王晓东 申请人:王晓东