專(zhuān)利名稱(chēng)：一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
普通換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)都采用了回?zé)崞?或蓄冷器)作為冷、熱氣流的換熱器件，在回?zé)崞?或蓄冷器)中換熱的冷熱流體雖然是同中流體，但由于冷熱流體的壓力不同(如通常低溫制冷機(jī)中冷流體壓力為0.4～0.8MPa，熱流體壓力為1.8～2.5MPa)，會(huì)產(chǎn)生壓縮熱損失和自由膨脹損失，降低了換熱效率，導(dǎo)致制冷機(jī)的制冷性能下降；同時(shí)，由于回?zé)崞?或蓄冷器)的換熱過(guò)程是間歇式，所以要求蓄冷填料必須具備很大的容積比熱，而幾乎所有的材料都隨溫度的降低其容積比熱會(huì)很快減小，不僅導(dǎo)致制冷機(jī)成本的提高，而且使進(jìn)一步提高制冷機(jī)的性能受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服普通換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)制冷性能上的限制，從而提供一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，包括一真空絕熱容器和位于真空絕熱容器中設(shè)置的可逆間壁式緊湊換熱器、冷頭換熱器、氣缸或兩個(gè)脈沖管，所述的可逆間壁式緊湊換熱器中包括一高壓氣體流道和一低壓氣體流道，其特征在于，還包括一位于真空絕熱容器中的低溫配氣閥，該低溫配氣閥包括一位于真空絕熱容器外的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、用于低溫條件下的旋轉(zhuǎn)閥芯和旋轉(zhuǎn)閥座，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)一旋轉(zhuǎn)閥桿固定連接在旋轉(zhuǎn)閥芯上，所述的旋轉(zhuǎn)閥座上開(kāi)有通氣孔，該旋轉(zhuǎn)閥芯上開(kāi)有配氣槽，配氣槽的長(zhǎng)度小于相鄰兩個(gè)通氣孔的間隙，旋轉(zhuǎn)閥座與旋轉(zhuǎn)閥芯包裹在旋轉(zhuǎn)閥外殼中，旋轉(zhuǎn)閥桿外套有旋轉(zhuǎn)閥桿套；所述的可逆間壁式緊湊換熱器的兩個(gè)流道分別和低溫配氣閥的兩個(gè)通氣孔連通，低溫配氣閥的另外兩個(gè)相應(yīng)的通氣孔分別通過(guò)冷頭換熱器的兩個(gè)流道連通氣缸或脈沖管的兩個(gè)膨脹腔。
所述的換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)采并排方式、同軸方式、U型或直線型方式。
所述的可逆間壁式換熱器為金屬絲網(wǎng)型可逆間壁式換熱器，該換熱器包括設(shè)置在絕熱外殼內(nèi)的一低熱導(dǎo)率的外套管和嵌套在外套管之中的內(nèi)套管，所述內(nèi)套管內(nèi)填有片狀傳熱件，內(nèi)套管和外套管之間套有環(huán)狀傳熱件，所述的傳熱件均由10片以上高熱導(dǎo)率的金屬絲網(wǎng)緊壓后燒結(jié)而成。
所述的換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)采雙級(jí)或多級(jí)制冷方式。
所述的氣缸的活塞連桿上還設(shè)置有一阻尼機(jī)構(gòu)。
所述的兩個(gè)脈沖管的膨脹腔之間還設(shè)置一內(nèi)調(diào)相閥。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)采用可逆間壁式換熱器取代回?zé)崞?或蓄冷器)、并結(jié)合低溫配氣閥實(shí)現(xiàn)制冷，只要低溫配氣閥配氣角度合理，換熱器傳熱面積足夠大、流阻較小，制冷機(jī)即可達(dá)到很低的制冷溫度(甚至達(dá)到液氦溫度)和大的制冷量，而無(wú)需依賴(lài)在低溫下具有高比熱的蓄冷材料，使制冷機(jī)性能大大提高，同時(shí)降低了制冷機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、加工難度和制造成本，提高了制冷機(jī)的可靠性和壽命。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例結(jié)合附圖加以說(shuō)明。
圖面說(shuō)明

圖1是單移動(dòng)阻尼活塞方式的換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)示意2是單移動(dòng)同軸布置方式的換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)示意3是雙移動(dòng)活塞方式的換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)示意4是雙脈沖管內(nèi)調(diào)相方式的換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)示意5是用于換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)中的低溫配氣閥的結(jié)構(gòu)示意圖附圖標(biāo)示1、高壓氣體流道2、低壓氣體流道 3、可逆間壁式緊湊換熱器4、低溫配氣閥 5、流道A 6、流道B7、冷頭換熱器 8、真空絕熱容器 9、膨脹腔A10、移動(dòng)活塞 11、膨脹腔B 12、移動(dòng)活塞連桿13、阻尼活塞 14、阻尼小孔 15、阻尼腔17、脈沖管A18、脈沖管B 19、內(nèi)調(diào)相閥20、電機(jī) 21、阻尼壓力調(diào)節(jié)閥 22、旋轉(zhuǎn)閥桿23、氣缸 24、旋轉(zhuǎn)閥芯 25、旋轉(zhuǎn)閥座
26、旋轉(zhuǎn)閥外殼 27、旋轉(zhuǎn)閥桿套28、配氣槽29、通氣孔具體實(shí)施方式
參照附圖，將詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方案及其工作原理。
首先，介紹一下低溫配氣閥，如圖5所示，該低溫配氣閥包括一位于真空絕熱容器外的電機(jī)20、用于低溫條件下的旋轉(zhuǎn)閥芯24和旋轉(zhuǎn)閥座25，電機(jī)20通過(guò)一旋轉(zhuǎn)閥桿22固定連接在旋轉(zhuǎn)閥芯24上，該旋轉(zhuǎn)閥芯24上開(kāi)有配氣槽28，所述的旋轉(zhuǎn)閥座25上開(kāi)有通氣孔29，配氣槽28的長(zhǎng)度小于相鄰兩個(gè)通氣孔29的間隙，旋轉(zhuǎn)閥座25與旋轉(zhuǎn)閥芯24包裹在旋轉(zhuǎn)閥外殼26中，旋轉(zhuǎn)閥桿22外套有旋轉(zhuǎn)閥桿套27；所述的電機(jī)20外有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)罩，電機(jī)20和旋轉(zhuǎn)閥桿22的連接處安裝有預(yù)緊彈簧，旋轉(zhuǎn)閥桿22與電機(jī)軸之間采用松弛接用，并設(shè)置彈簧來(lái)提供沿閥桿向下傳遞的對(duì)閥芯的預(yù)壓力，以保證閥芯與閥座間良好的密封。
實(shí)施例1制作一單移動(dòng)阻尼活塞方式的換熱器型換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，如圖1所示，從壓縮機(jī)來(lái)的高壓氣體送入真空絕熱容器8中的可逆間壁式緊湊換熱器3經(jīng)高壓氣體流道1預(yù)冷后，進(jìn)入低溫配氣閥4；低溫配氣閥4通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20切換低溫配氣閥4的旋轉(zhuǎn)閥芯，使高壓氣體流道1通過(guò)冷頭換熱器7中的流道A5與氣缸23的膨脹腔A9接通、低壓氣體流道2通過(guò)冷頭換熱器7中的流道B6和氣缸23的膨脹腔B11接通，則高壓氣體經(jīng)流道A5進(jìn)入膨脹腔A9中，移動(dòng)活塞10在高壓氣體的壓力作用下，向另一個(gè)膨脹腔B11移動(dòng)，膨脹腔A9的容積增大，完成膨脹腔A9的充氣升壓和進(jìn)氣過(guò)程，同時(shí)，膨脹腔B11的容積減小，完成放氣、膨脹和制冷；然后，再切換低溫配氣閥4使膨脹腔A9與低壓氣體流道2接通、膨脹腔B11將與高壓氣體流道1接通，則膨脹腔A9開(kāi)始放氣膨脹和制冷，同時(shí)，膨脹腔B11開(kāi)始進(jìn)氣。
最后，膨脹腔A9中膨脹制冷后的低壓低溫氣體經(jīng)冷頭換熱器7取冷后，再經(jīng)過(guò)低溫配氣閥4進(jìn)入可逆間壁式緊湊換熱器3中復(fù)溫，回到壓縮機(jī)中。在壓縮機(jī)中再次被壓縮成高壓氣體，如此循環(huán)往復(fù)，可完成連續(xù)制冷過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)深低溫區(qū)制冷。
在本實(shí)施例中，采用了單移動(dòng)活塞來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)的兩次膨脹制冷，同時(shí)，為了控制移動(dòng)活塞10的運(yùn)動(dòng)，減小移動(dòng)活塞10在上下止點(diǎn)處對(duì)氣缸23的沖擊和振動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)活塞連桿12在室溫處設(shè)置一阻尼機(jī)構(gòu)，當(dāng)移動(dòng)活塞10向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)阻尼活塞13將阻尼氣缸23內(nèi)的氣體經(jīng)阻尼小孔14流向阻尼腔15(阻尼腔15內(nèi)的壓力可通過(guò)阻尼壓力調(diào)節(jié)閥21來(lái)調(diào)節(jié))，由于阻尼小孔14的阻力耗散，使移動(dòng)活塞10向上的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能被部分轉(zhuǎn)化為熱能，從而，阻止或減小了移動(dòng)活塞10對(duì)氣缸23的沖擊，減小了制冷機(jī)的振動(dòng)。該方案振動(dòng)小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、工作壽命長(zhǎng)；但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。本發(fā)明的制冷機(jī)可采雙級(jí)或多級(jí)方式。
實(shí)施例2制作一單移動(dòng)活塞同軸布置方式的換熱器型換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，如圖2所示，從壓縮機(jī)來(lái)的高壓氣體經(jīng)過(guò)可逆間壁式緊湊換熱器3中的高壓氣體流道1預(yù)冷后，進(jìn)入低溫配氣閥4；低溫配氣閥4通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20切換低溫配氣閥4的旋轉(zhuǎn)閥芯，使高壓氣體流道1通過(guò)冷頭換熱器7中的流道A5與氣缸23的膨脹腔A9接通、低壓氣體流道2通過(guò)冷頭換熱器7中的流道B6和氣缸23的膨脹腔B11接通，則高壓氣體經(jīng)流道A5進(jìn)入膨脹腔A9中，移動(dòng)活塞10在高壓氣體的壓力作用下，向另一個(gè)膨脹腔B11移動(dòng)，膨脹腔A9的容積增大，完成膨脹腔A9的充氣升壓和進(jìn)氣過(guò)程，同時(shí)，膨脹腔B11的容積減小，完成放氣、膨脹和制冷；然后，再切換低溫配氣閥4使膨脹腔A9與低壓氣體流道2接通、膨脹腔B11將與高壓氣體流道1接通，則膨脹腔A9開(kāi)始放氣膨脹和制冷，同時(shí)，膨脹腔B11開(kāi)始進(jìn)氣。
最后，膨脹腔A9中膨脹制冷后的低壓低溫氣體經(jīng)冷頭換熱器7取冷后，再經(jīng)過(guò)低溫配氣閥4進(jìn)入可逆間壁式緊湊換熱器3中復(fù)溫，回到壓縮機(jī)中。在壓縮機(jī)中再次被壓縮成高壓氣體，如此循環(huán)往復(fù)，可完成連續(xù)制冷過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)深低溫區(qū)制冷。
在本實(shí)施例中，為了使制冷機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，去掉了實(shí)施例1中的阻尼機(jī)構(gòu)，并將氣缸23同軸布置于低溫配氣閥4的下方，阻尼方式可通過(guò)采用低溫配氣閥4的提前配氣角度差來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
實(shí)施例3制作一雙移動(dòng)活塞方式的換熱器型換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，如圖3所示，從壓縮機(jī)來(lái)的高壓氣體經(jīng)過(guò)可逆間壁式緊湊換熱器3中的高壓氣體流道1預(yù)冷后，進(jìn)入低溫配氣閥4；低溫配氣閥4通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)20帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥桿22切換低溫配氣閥4的旋轉(zhuǎn)閥芯，使高壓氣體流道1通過(guò)冷頭換熱器7中的流道A5與氣缸23的膨脹腔A9接通、低壓氣體流道2通過(guò)冷頭換熱器7中的流道B6和氣缸23的膨脹腔B11接通，則高壓氣體經(jīng)流道A5進(jìn)入膨脹腔A9中，移動(dòng)活塞10在高壓氣體的壓力作用下，向另一個(gè)膨脹腔B11移動(dòng)，膨脹腔A9的容積增大，完成膨脹腔A9的充氣升壓和進(jìn)氣過(guò)程，同時(shí)，膨脹腔B11的容積減小，完成放氣、膨脹和制冷；然后，再切換低溫配氣閥4使膨脹腔A9與低壓氣體流道2接通、膨脹腔B11將與高壓氣體流道1接通，則膨脹腔A9開(kāi)始放氣膨脹和制冷，同時(shí)，膨脹腔B11開(kāi)始進(jìn)氣。
最后，膨脹腔A9中膨脹制冷后的低壓低溫氣體經(jīng)冷頭換熱器7取冷后，再經(jīng)過(guò)低溫配氣閥4進(jìn)入可逆間壁式緊湊換熱器3中復(fù)溫，回到壓縮機(jī)中。在壓縮機(jī)中再次被壓縮成高壓氣體，如此循環(huán)往復(fù)，可完成連續(xù)制冷過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)深低溫區(qū)制冷。
在本實(shí)施例中，采用了雙移動(dòng)活塞來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)的兩次膨脹制冷，在兩個(gè)氣缸23的室溫端通過(guò)內(nèi)調(diào)相閥19連通，通過(guò)內(nèi)調(diào)相閥19的開(kāi)度調(diào)節(jié)，來(lái)改善移動(dòng)活塞對(duì)氣缸23的沖擊和振動(dòng)，通過(guò)阻尼壓力調(diào)節(jié)閥21，調(diào)整兩個(gè)室溫腔內(nèi)的壓力，這樣就可非常方便的在制冷機(jī)工作期間調(diào)節(jié)阻尼效果，使制冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到最佳狀況。
實(shí)施例4制作一雙脈沖管內(nèi)調(diào)相方式的換熱器型換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，如圖4所示，從壓縮機(jī)來(lái)的高壓氣體經(jīng)過(guò)可逆間壁式緊湊換熱器3中的高壓流道預(yù)冷后，進(jìn)入低溫配氣閥4；旋轉(zhuǎn)閥驅(qū)動(dòng)電機(jī)20帶動(dòng)低溫配氣閥4的閥芯，切換低溫配氣閥4使高壓流道1與脈沖管17的流道5接通、低壓流道2和脈沖管18的流道6接通，則高壓氣體經(jīng)流道5和冷頭換熱器7進(jìn)入脈沖管17中，進(jìn)行充氣過(guò)程，這時(shí)，脈沖管18進(jìn)行排氣過(guò)程，脈沖管18通過(guò)內(nèi)調(diào)相閥19充當(dāng)了脈沖管17的氣庫(kù)，脈沖管17成為小孔氣庫(kù)，并完成脈沖管制冷。
然后，切換低溫配氣閥4使脈沖管17與低壓流道2接通、脈沖管18將與高壓流道1接通，則脈沖管17開(kāi)始放氣膨脹和制冷，司時(shí)，脈沖管18開(kāi)始進(jìn)氣，這時(shí)，脈沖管17通過(guò)內(nèi)調(diào)相閥19充當(dāng)了脈沖管18的氣庫(kù)，脈沖管18也成為小孔氣庫(kù)，并完成脈沖管制冷。
最后，脈沖管17中膨脹制冷后的低壓低溫氣體經(jīng)冷頭換熱器7取冷后，再經(jīng)過(guò)低溫配氣閥4進(jìn)入可逆間壁式緊湊換熱器3中復(fù)溫，回到壓縮機(jī)中。在壓縮機(jī)中再次被壓縮成高壓氣體，如此循環(huán)往復(fù)，可完成連續(xù)制冷過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)深低溫區(qū)制冷。
在本實(shí)施例中，采用雙脈沖管來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)的兩次膨脹制冷，兩脈沖管的熱端通過(guò)內(nèi)調(diào)相閥19連接在一起，由于兩脈沖管的工作正好反相，所以可互為氣庫(kù)，再通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)相閥19的小孔開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)兩脈沖管的內(nèi)調(diào)相；因此，該方案振動(dòng)小、調(diào)節(jié)方便、制造簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，包括一真空絕熱容器和位于真空絕熱容器中的可逆間壁式緊湊換熱器、氣缸或兩個(gè)脈沖管和附著在氣缸或兩個(gè)脈沖管上的冷頭換熱器，該冷頭換熱器的兩個(gè)流道分別連通氣缸或脈沖管的兩個(gè)膨脹腔，所述的可逆間壁式緊湊換熱器中包括一高壓氣體流道和一低壓氣體流道，其特征在于，還包括一位于真空絕熱容器中的低溫配氣閥，該低溫配氣閥由一位于真空絕熱容器外的電機(jī)和用于低溫條件下的旋轉(zhuǎn)閥芯與旋轉(zhuǎn)閥座構(gòu)成；所述的可逆間壁式緊湊換熱器的兩個(gè)流道分別和旋轉(zhuǎn)閥座上的兩個(gè)通氣孔連通，旋轉(zhuǎn)閥座的另外兩個(gè)相應(yīng)的通氣孔分別連通冷頭換熱器的兩個(gè)流道。
2.按權(quán)利要求1所述的一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，其特征在于，所述的低溫配氣閥，其電機(jī)通過(guò)一旋轉(zhuǎn)閥桿固定連接在旋轉(zhuǎn)閥芯上，該旋轉(zhuǎn)閥芯上開(kāi)有配氣槽，旋轉(zhuǎn)閥座上開(kāi)有通氣孔，配氣槽的長(zhǎng)度小于相鄰兩個(gè)通氣孔的間隙，旋轉(zhuǎn)閥座和旋轉(zhuǎn)閥芯包裹在旋轉(zhuǎn)閥外殼中，旋轉(zhuǎn)閥桿外還套有旋轉(zhuǎn)閥桿套。
3.按權(quán)利要求1所述的一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，其特征在于，所述的絕熱放氣膨脹制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)采并排方式、同軸方式、U型或直線型方式。
4.按權(quán)利要求1所述的一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，其特征在于，所述的可逆間壁式換熱器為金屬絲網(wǎng)型可逆間壁式換熱器，該換熱器包括設(shè)置在絕熱外殼內(nèi)的一低熱導(dǎo)率的外套管和嵌套在外套管之中的內(nèi)套管，所述內(nèi)套管內(nèi)填有片狀傳熱件，內(nèi)套管和外套管之間套有環(huán)狀傳熱件，所述的傳熱件均由10片以上高熱導(dǎo)率的金屬絲網(wǎng)緊壓后燒結(jié)而成。
5.按權(quán)利要求1所述的一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，其特征在于，所述的絕熱放氣膨脹制冷機(jī)采雙級(jí)或多級(jí)制冷方式。
6.按權(quán)利要求1所述的一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，其特征在于，所述的氣缸的活塞連桿上還設(shè)置有一阻尼機(jī)構(gòu)。
7.按權(quán)利要求1所述的一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，其特征在于，所述的兩個(gè)脈沖管的膨脹腔之間還設(shè)置一內(nèi)調(diào)相閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換熱器型絕熱放氣膨脹制冷機(jī)，它包括一真空絕熱容器和位于真空絕熱容器中的可逆間壁式緊湊換熱器、冷頭換熱器、氣缸或兩個(gè)脈沖管，所述的緊湊換熱器中包括一高壓氣體流道和一低壓氣體流道，其特征在于，還包括一位于真空絕熱容器中的低溫配氣閥，所述低溫配氣閥包括一位于真空絕熱容器外的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于低溫條件下的旋轉(zhuǎn)閥芯和旋轉(zhuǎn)閥座；所述的可逆間壁式緊湊換熱器的兩個(gè)流道分別和低溫配氣閥的兩個(gè)通氣孔連通，低溫配氣閥的另外兩個(gè)相應(yīng)的通氣孔分別通過(guò)冷頭換熱器的兩個(gè)流道連通氣缸或脈沖管的兩個(gè)膨脹腔。本發(fā)明采用緊湊換熱器取代回?zé)崞鳎⒔Y(jié)合使用低溫配氣閥，實(shí)現(xiàn)了不間斷制冷，大大提高了制冷機(jī)的性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)F25B9/06GK1534256SQ0312142
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者龔領(lǐng)會(huì), 張亮, 陸文海, 李來(lái)風(fēng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所