一種新型的霧化制冷噴嘴及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型的霧化制冷噴嘴及系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的霧化制冷技術(shù)相比，該裝置提供了一種可以提高霧化制冷效果的空心圓錐式霧化噴頭，包括切向進(jìn)液孔、旋轉(zhuǎn)室和噴嘴孔；切向進(jìn)液孔在空心圓錐式霧化噴頭頂端，旋轉(zhuǎn)室在空心圓錐式霧化噴頭的中空部位，切向進(jìn)液孔與旋轉(zhuǎn)室連接，旋轉(zhuǎn)室底部連接噴嘴孔；同時(shí)本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，該系統(tǒng)為液力式霧化噴射冷卻系統(tǒng)，包括制冷劑貯瓶、閥門(mén)組件和霧化噴射組件3個(gè)基本單元，霧化噴射組件包含新型的霧化制冷噴嘴，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可快速經(jīng)濟(jì)地獲得高質(zhì)量的彌霧滴、增大了吸熱的表面積、制冷效率高，有效利用霧化制冷解決生產(chǎn)發(fā)熱的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種新型的霧化制冷噴嘴及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于解決生產(chǎn)發(fā)熱的霧化制冷領(lǐng)域，尤其涉及一種新型的霧化制冷噴 嘴及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)生產(chǎn)中，霧化制冷是解決生產(chǎn)發(fā)熱的一條有效途徑。以高功率固體激光器 為例，其在使用過(guò)程中，絕大部分能量轉(zhuǎn)化成廢熱，如何及時(shí)散發(fā)廢熱、解決大量廢熱嚴(yán)重 降低激光光束質(zhì)量、甚至損害激光介質(zhì)的問(wèn)題是研制大功率固體激光器必須攻克的關(guān)鍵技 術(shù)之一。霧化制冷具有較高的換熱系數(shù)、較低的流量、冷卻均勻等優(yōu)點(diǎn)，因此霧化制冷技術(shù) 是解決此類(lèi)問(wèn)題的一條有效途徑。
[0003] 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者主要在研究霧化制冷技術(shù)中的制冷工質(zhì)的成分和比例，射 流的速度對(duì)換熱性能的影響。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于現(xiàn)有的技術(shù)中噴嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無(wú)法快 速經(jīng)濟(jì)地獲得高質(zhì)量的彌霧滴、制冷效率低等缺點(diǎn)使得霧化制冷這一有效的制冷途徑無(wú)法 得到大規(guī)模的推廣。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，提供了一種新型的霧化制冷噴嘴及系統(tǒng)，該新型 霧化制冷噴嘴為一種可以提高霧化制冷效果的空心圓錐式霧化噴頭，其系統(tǒng)為液力式霧化 噴射冷卻系統(tǒng)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠產(chǎn)生霧滴直徑足夠小的彌霧滴，增大吸熱的表面 積，提尚制冷效率。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種新型的霧化制冷噴嘴，包括空心圓錐式霧化噴頭，所述空心圓錐式霧化噴頭， 包括切向進(jìn)液孔、旋轉(zhuǎn)室和噴嘴孔;切向進(jìn)液孔在空心圓錐式霧化噴頭頂端，旋轉(zhuǎn)室在空心 圓錐式霧化噴頭的中空部位，切向進(jìn)液孔與旋轉(zhuǎn)室連接，旋轉(zhuǎn)室底部連接噴嘴孔。
[0007] 所述切向進(jìn)液孔的形狀為長(zhǎng)方形，為了均勻噴霧，空心圓錐式霧化噴頭的旋轉(zhuǎn)室 頂端連接2個(gè)切向進(jìn)液孔。
[0008] 所述切向進(jìn)液孔的長(zhǎng)度L由切向進(jìn)液孔的寬度b決定，取L/b = 3~6。
[0009] 所述噴嘴孔為圓柱形，其圓柱面的表面粗糙度為1.6~3.2。且在噴嘴孔入口處和 出口處表面光滑。
[0010]所述空心圓錐式霧化噴頭，其工作原理為：
[0011] 高壓液體進(jìn)入空心圓錐式霧化噴頭的切向進(jìn)液孔后，液體高速流入空心圓錐式霧 化噴頭的旋轉(zhuǎn)室，液體部分靜壓轉(zhuǎn)為動(dòng)能使液體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)自由漩渦動(dòng)量守恒定律， 旋轉(zhuǎn)速度和半徑成反比，越靠近軸心旋轉(zhuǎn)速度越大，最后在空心圓錐式霧化噴頭中央形成 一股壓力等于大氣壓的空氣旋流，液體則形成繞空氣旋轉(zhuǎn)的環(huán)形液膜從噴嘴噴出，液膜伸 長(zhǎng)變薄拉成細(xì)絲，離噴嘴孔越遠(yuǎn)，液膜被展開(kāi)的越薄，最終液體破裂為彌霧滴。
[0012] -種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，為液力式霧化噴射冷卻系統(tǒng)，包括制冷劑貯瓶、閥 門(mén)組件和霧化噴射組件。制冷劑貯瓶的出口連接閥門(mén)組件的一端，閥門(mén)組件的另一端連接 霧化噴射組件;所述霧化噴射組件，包含本實(shí)用新型所述的新型的霧化制冷噴嘴。
[0013] 所述制冷劑貯瓶存儲(chǔ)帶壓制冷劑。
[0014] 所述閥門(mén)組件，包括制冷劑充罐控制功能單元與制冷劑流動(dòng)控制功能單元。
[0015] 所述制冷劑充灌控制功能單元采用單向閥或截止閥。
[0016] 所述制冷劑流動(dòng)控制功能單元采用電磁閥或電爆閥。
[0017] 所述霧化噴射組件，其噴出的霧滴直徑控制在50~100μπι。
[0018] 本實(shí)用新型的有益效果為：
[0019] (1)本實(shí)用新型噴射的霧滴為制冷效果最優(yōu)的彌霧滴。霧化制冷原理就是液滴汽 化吸熱，微小的液滴在目標(biāo)區(qū)域停留的短時(shí)間內(nèi)會(huì)吸收大量熱量汽化，因此霧滴直徑大小 對(duì)制冷效果影響巨大。在實(shí)際情況中，制冷效果與霧滴直徑大小并非線性關(guān)系，直徑過(guò)小 時(shí)，單個(gè)液滴制冷量太小，制冷效果反而大幅降低，并且霧化成本也很高。研究發(fā)現(xiàn)，將霧滴 直徑大小控制在彌霧滴具有最優(yōu)的制冷效果。
[0020] (2)本實(shí)用新型噴射的霧型是適合于霧化制冷的空心圓錐?？招膱A錐式霧化噴頭 中的液體在旋轉(zhuǎn)室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，從噴嘴孔噴出后因受離心力而呈現(xiàn)空心圓錐狀，空心圓錐 式的噴頭產(chǎn)生的液滴直徑小、適用于噴霧量小的場(chǎng)合，很適合用在霧化制冷上。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為空心圓錐式霧化噴頭縱切面示意圖；
[0022]圖2為空心圓錐式霧化噴頭橫切面示意圖；
[0023]圖3為液力式霧化的霧型；
[0024] 圖4為新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)示意圖。
[0025] 其中，1.旋轉(zhuǎn)室，2 .噴嘴孔，3.切向進(jìn)液孔，4.制冷劑貯瓶，5 .閥門(mén)組件，6.霧化噴 射組件。
【具體實(shí)施方式】：
[0026] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027] 如圖1與圖2所示，一種新型霧化制冷噴嘴，采用了可以提高霧化制冷效果的空心 圓錐式霧化噴頭，所述空心圓錐式霧化噴頭，包括切向進(jìn)液孔3、旋轉(zhuǎn)室1和噴嘴孔2。切向進(jìn) 液孔3在空心圓錐式霧化噴頭頂端，旋轉(zhuǎn)室1在空心圓錐式霧化噴頭的中空部位，切向進(jìn)液 孔3與旋轉(zhuǎn)室1連接，旋轉(zhuǎn)室1底部連接噴嘴孔2。
[0028] 所述切向進(jìn)液孔3的形狀為長(zhǎng)方形，為了均勻噴霧，空心圓錐式霧化噴頭的旋轉(zhuǎn)室 頂端連接2個(gè)切向進(jìn)液孔。
[0029] 所述切向進(jìn)液孔的長(zhǎng)度L由切向進(jìn)液孔的寬度b決定，取L/b = 3~6。
[0030] 所述噴嘴孔2為圓柱形，其圓柱面的表面粗糙度為1.6~3.2。且在噴嘴孔入口處和 出口處不允許有毛刺。
[0031] 所述空心圓錐式霧化噴頭工作原理是:所述一種新型霧化制冷噴嘴中的空心圓錐 式霧化噴頭利用液體渦流的離心力使液體霧化。高壓液體進(jìn)入空心圓錐式霧化噴頭的切向 進(jìn)液孔后，液體高速流入空心圓錐式霧化噴頭的旋轉(zhuǎn)室，液體部分靜壓轉(zhuǎn)為動(dòng)能使液體做 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)自由漩渦動(dòng)量守恒定律，旋轉(zhuǎn)速度和半徑成反比，越靠近軸心旋轉(zhuǎn)速度越 大，最后形成一股壓力等于大氣壓的空氣旋流，液體則形成繞空氣旋轉(zhuǎn)的環(huán)形液膜從噴嘴 孔中噴出，液膜伸長(zhǎng)變薄拉成細(xì)絲，離噴嘴孔越遠(yuǎn)，液膜被展開(kāi)的越薄，最終液體破裂為細(xì) 小霧滴。霧滴在慣性力的作用下，噴灑在目標(biāo)空間上。
[0032] 所述空心圓錐式霧化噴頭的特點(diǎn)是：當(dāng)壓力增大時(shí)，液體進(jìn)入空心圓錐式霧化噴 頭后的旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)速度越快，噴出的霧滴切向速度越大，噴霧角隨著噴霧量的增大而增大， 但霧滴直徑減小；當(dāng)壓力增大到一定數(shù)值后，若繼續(xù)增大，噴霧角的增大和霧滴直徑的減小 反而不顯著；內(nèi)摩擦增大，阻力隨著增大，消耗于空心圓錐式霧化噴頭內(nèi)部的能量迅速增 大。當(dāng)壓力下降時(shí)，液體流速和霧化情況完全相反，下降到一定數(shù)值后，空心圓錐式霧化噴 頭就不起噴霧作用了。
[0033] 空心圓錐式霧化噴頭的設(shè)計(jì)，是使工質(zhì)在壓力的推動(dòng)下，通過(guò)噴嘴孔，使其有足夠 的速度、能量而擴(kuò)散，通常先形成薄膜狀，然后再形成不穩(wěn)定的、大小不一的霧滴。
[0034] 霧滴的霧化方式存在三種類(lèi)型，即霧滴破碎、射流破碎和液膜破碎。由于液體的霧 化方式不同，產(chǎn)生的霧滴的運(yùn)動(dòng)軌跡也差別很大。不同的噴頭和霧化參數(shù)，也使得所產(chǎn)生的 霧滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程十分復(fù)雜。液力式霧化下，霧滴的運(yùn)動(dòng)軌跡在不考慮風(fēng)力等情況的影響下， 可以近似認(rèn)為是直線運(yùn)動(dòng)，霧滴的重力與從噴頭獲得能量相比可以忽略不計(jì)。這種噴霧方 式產(chǎn)生的霧型，主要取決于噴嘴的形式和噴霧壓力，如圖3所示。
[0035]根據(jù)經(jīng)典的Dombroski和Fraser理論，液膜的形成及其性質(zhì)是由液體工質(zhì)的性質(zhì) (如粘度、表面張力和密度等)和射流的雷諾數(shù)所決定的。液膜邊緣的形成是由于液膜質(zhì)量 的慣性與它的表面張力達(dá)到平衡的結(jié)果，液膜進(jìn)一步發(fā)展，慣性力超過(guò)表面張力，就會(huì)分化 為霧滴。這樣，液體在離開(kāi)噴嘴孔時(shí)所具有的能量減去液膜開(kāi)始分化為霧滴時(shí)所具有的能 力，就等于液體在形成和發(fā)展液膜過(guò)程中所消耗的能量。忽略霧化過(guò)程中的摩擦及工質(zhì)的 重力等耗散影響，我們可以通過(guò)建立霧化過(guò)程前后的能量平衡方程來(lái)分析影響霧化的因 素。
[0036] 為了說(shuō)明霧滴形成各個(gè)過(guò)程中的能量變換，在液膜中分離出一個(gè)質(zhì)量為Am的小 塊，假設(shè)該小塊以V^m的速度從液膜中分離出來(lái)，并形成直徑為d、初速度為V的霧滴。為簡(jiǎn)化 能量方程，做以下假設(shè)：
[0037] (1 )△ m小塊在液膜中的表面積相對(duì)于形成霧滴后的表面積可以忽略不計(jì)；
[0038] (2)霧滴在形成時(shí)受表面張力、粘度和密度等液體性質(zhì)的影響；
[0039] (3)霧滴在形成過(guò)程中沒(méi)有熱交換；
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]式中：g-重力加速度;σ-液體的表面張力;μ-液體的絕對(duì)粘度；Ah-液膜邊緣 與霧滴形成時(shí)所處位置之間的垂直距離。
[0044]假設(shè)霧滴在徑向方向上生成，用Vs代表霧滴生產(chǎn)時(shí)液膜的徑向速度。對(duì)于給定向， 式（1)可以寫(xiě)成：
[0045]
[0046] 根據(jù)霧滴形成的過(guò)程和本文提出的假設(shè)，對(duì)霧滴直徑設(shè)置一個(gè)下限，令Vmax=0，則 (2)式可以修正為：
[0047]

[0048]用Vsmax表示霧滴形成處液膜最大的徑向速度，因?yàn)閂2smax遠(yuǎn)大于2gAh，由⑶式可 以得到S*盛吉；.
[0049]
[0050] 霧滴的分類(lèi)是按霧滴的大小分類(lèi)進(jìn)行的，沿用較多的是Matthew提出分類(lèi)方法，如 表1所示。
[0051 ]表1霧滴類(lèi)型按大小的分類(lèi)方法
[0053] 對(duì)于特定的制冷場(chǎng)合，在選擇合適的霧滴直徑大小時(shí)，應(yīng)考慮霧滴從空心圓錐式 霧化噴頭向目標(biāo)空間的運(yùn)動(dòng)，以及重力、靜電等因素對(duì)霧滴運(yùn)動(dòng)的影響。有以上推導(dǎo)可知在 同等的能量條件下為了減少制冷液體使用量，使用大量直徑小的霧滴，可以獲得對(duì)目標(biāo)空 間有效的覆蓋和較好的制冷效果。本實(shí)用新型的空心圓錐式霧化噴頭噴嘴孔噴出的霧滴為 彌霧滴。
[0054] 當(dāng)液體被分離為彌霧滴時(shí)，其表面積會(huì)大大增加。這種非線性的關(guān)系對(duì)彌霧滴的 利用是非常有利的。由于霧滴直徑的減小引起霧滴表面積的增加，使霧滴與空氣的接觸面 積增大，揮發(fā)性增強(qiáng)。這種變化的結(jié)果是:在濕度較小的空氣中，彌霧滴能夠在目標(biāo)空間迅 速汽化，達(dá)到制冷的效果。
[0055] -種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，為液力式霧化噴射冷卻系統(tǒng)，包括制冷劑貯瓶4、 閥門(mén)組件5和霧化噴射組件6。制冷劑貯瓶4的出口連接閥門(mén)組件5的一端，閥門(mén)組件5的另一 端連接霧化噴射組件6;所述霧化噴射組件6,包含本實(shí)用新型所述的新型的霧化制冷噴嘴。
[0056] 所述制冷劑貯瓶4存儲(chǔ)帶壓制冷劑。
[0057] 所述閥門(mén)組件5,包括制冷劑充罐控制功能單元與制冷劑流動(dòng)控制功能單元。
[0058] 所述制冷劑充灌控制功能單元采用單向閥或截止閥。
[0059] 所述制冷劑流動(dòng)控制功能單元采用電磁閥或電爆閥。
[0060] 所述霧化噴射組件6,其噴出的霧滴直徑控制在50~100μπι;液力式霧化噴射冷卻 系統(tǒng)進(jìn)行制冷工作后對(duì)制冷劑不進(jìn)行回收循環(huán)再利用，因此其制冷時(shí)間取決于制冷劑攜帶 量。液力式霧化噴射冷卻系統(tǒng)適用于短期內(nèi)工作的高熱流密度設(shè)備的熱防護(hù)。
[0061]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新 型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍以?xún)?nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型的霧化制冷噴嘴，其特征是:包括空心圓錐式霧化噴頭； 所述空心圓錐式霧化噴頭，包括切向進(jìn)液孔、旋轉(zhuǎn)室和噴嘴孔;切向進(jìn)液孔在空心圓錐 式霧化噴頭頂端，旋轉(zhuǎn)室在空心圓錐式霧化噴頭的中空部位，切向進(jìn)液孔與旋轉(zhuǎn)室連接，旋 轉(zhuǎn)室底部連接噴嘴孔。2. 如權(quán)利要求1所述的一種新型的霧化制冷噴嘴，其特征是： 所述切向進(jìn)液孔的形狀為長(zhǎng)方形，圓錐式噴頭的旋轉(zhuǎn)室頂端連接2個(gè)切向進(jìn)液孔； 所述切向進(jìn)液孔的長(zhǎng)度L由切向進(jìn)液孔的寬度b決定，取L/b = 3~6; 所述噴嘴孔圓柱形，其圓柱面的表面粗糙度為1.6~3.2;且噴嘴孔入口處和出口處表 面光滑。3. -種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，其特征是:包括制冷劑貯瓶、閥門(mén)組件和霧化噴射組 件； 所述制冷劑貯瓶的出口連接閥門(mén)組件的一端，閥門(mén)組件的另一端連接霧化噴射組件； 所述霧化噴射組件包含權(quán)利要求1中所述的新型的霧化制冷噴嘴。4. 如權(quán)利要求3所述的一種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，其特征是:所述制冷劑貯瓶存儲(chǔ) 帶壓制冷劑。5. 如權(quán)利要求3所述的一種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，其特征是:所述閥門(mén)組件，包括 制冷劑充罐控制功能單元與制冷劑流動(dòng)控制功能單元。6. 如權(quán)利要求5所述的一種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，其特征是:所述制冷劑充灌控制 功能單元采用單向閥或截止閥。7. 如權(quán)利要求5所述的一種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，其特征是:所述制冷劑流動(dòng)控制 功能單元采用電磁閥或電爆閥。8. 如權(quán)利要求3所述的一種新型的霧化制冷噴嘴系統(tǒng)，其特征是:所述霧化噴射組件， 其噴出的霧滴直徑控制在50~100μπι。
【文檔編號(hào)】F25B19/02GK205436085SQ201620306718
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】馮磊, 李昭, 袁酊, 唐成鳳, 方金鐘, 宋超, 凌博
【申請(qǐng)人】馮磊