專利名稱：L形脈管制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的制冷機(jī)，特別是一種L形脈管制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
脈管制冷機(jī)是利用高低壓氣體對(duì)脈管空腔的充放氣過程獲得制冷效果的。脈管制冷機(jī)經(jīng)歷了從基本型，小孔型，雙向進(jìn)氣型，四閥型，主動(dòng)氣庫(kù)型等多種結(jié)構(gòu)。根據(jù)脈管制冷機(jī)中蓄冷器和脈管的位置，又可以分為同軸型，U型和連軸型。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，對(duì)于優(yōu)化的U型布置的脈管制冷機(jī)，它們的共同特征是脈管和蓄冷器是并列布置的，通常脈管是長(zhǎng)于蓄冷器的，且脈管是一根中空的直管，這樣導(dǎo)致脈管和蓄冷器結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性較差，為了連接的對(duì)稱性，通常需要在蓄冷器段附加連接管。且通常結(jié)構(gòu)是，分別在蓄冷器和脈管冷端連上冷端換熱器，然后通過冷端連接管把兩個(gè)冷端換熱器連接起來(lái)。這樣既增加了成本，也增加了系統(tǒng)中的死容積，即增加了系統(tǒng)中不做功的氣體數(shù)量。從冷量利用角度來(lái)看，U型布置的脈管制冷機(jī)，通常只是對(duì)脈管制冷機(jī)冷頭上的冷量進(jìn)行利用，對(duì)于目前僅僅利用脈管冷頭處的冷量的手段而言，大量?jī)?chǔ)存在脈管低溫段附近的冷量都沒有被利用起來(lái)，無(wú)疑是個(gè)很大的冷量浪費(fèi)。另一方面，對(duì)于冷熱端換熱器而言，目前基本上是采用紫銅作為冷端換熱器材料，并在其中填有金屬絲網(wǎng)材料用于強(qiáng)化冷端換熱以及層流化作用，但是金屬絲網(wǎng)材料的比換熱面積只有幾千m2/m3，換熱效率不是非常理想，導(dǎo)致冷量不能充分的釋放出來(lái)供應(yīng)用。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利02112248，名稱新型雙閥雙向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)脈管制冷機(jī)，該專利包括氣庫(kù)、小孔閥、脈管熱端換熱器、脈管、脈管冷端換熱器、冷頭、回?zé)崞骼涠藫Q熱器、回?zé)崞?、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器；所說的脈管熱端換熱器與回?zé)崞鳠岫藫Q熱器之間設(shè)有雙閥雙向進(jìn)氣閥。本發(fā)明能有效控制和調(diào)節(jié)循環(huán)于回?zé)崞骱兔}管閉合回路的直流流動(dòng)，以提高制冷機(jī)的性能。此方法的缺陷是冷端結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有兩個(gè)冷端換熱器，且需要額外的連接管把兩個(gè)冷端換熱器連接起來(lái)，系統(tǒng)的空容積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提出一種L形脈管制冷機(jī)，使其具有結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)稱性好，系統(tǒng)死容積小，冷能利用效率高的特點(diǎn)，且在冷熱端換熱器中采用紫銅泡沫金屬材料強(qiáng)化換熱，進(jìn)一步提高換熱效率，使得冷量能夠充分的釋放出來(lái)以供引用。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)，調(diào)相機(jī)構(gòu)，蓄冷器熱端換熱器，蓄冷器，脈管熱端換熱器，L形脈管，冷端換熱器。L形脈管和蓄冷器并列布置，L形脈管和蓄冷器均為不銹鋼材料，蓄冷器填料可以為絲網(wǎng)材料或者球狀填料或者磁性填料，蓄冷器熱端換熱器、脈管熱端換熱器以及冷端換熱器中填塞有紫銅泡沫金屬材料，取代了以往的金屬絲網(wǎng)材料。壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)與調(diào)相機(jī)構(gòu)和蓄冷器熱端換熱器以及脈管熱端換熱器相連。壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)在調(diào)相機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)下在脈管中產(chǎn)生交替變化的高低壓氣體，從而在脈管冷端產(chǎn)生低溫。
本發(fā)明采用L形脈管取代了原有的脈管制冷機(jī)中通用的直形脈管，對(duì)于多級(jí)的脈管制冷機(jī)，同樣采用多個(gè)L形脈管取代原來(lái)的多級(jí)直形脈管。
所述的壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)，可以是有閥壓縮機(jī)(包括壓縮機(jī)和兩個(gè)控制閥門)，壓縮機(jī)通過兩個(gè)控制閥門和蓄冷器熱端相連；也可是無(wú)閥壓縮機(jī)，它直接和蓄冷器熱端相連。
調(diào)相機(jī)構(gòu)，可以是小孔與氣庫(kù)的配合，小孔把脈管熱端和氣庫(kù)連接起來(lái)；也可以是在小孔與氣庫(kù)的配合的基礎(chǔ)上增加第二進(jìn)氣孔，小孔把脈管熱端和氣庫(kù)連接起來(lái)，第二進(jìn)氣孔把脈管熱端和壓縮機(jī)相連；還可以是兩個(gè)控制閥門(可以是電磁閥，也可以是氣動(dòng)閥)和兩個(gè)小孔的配合，兩個(gè)小孔分別用來(lái)控制通過兩個(gè)控制閥門的流量，兩個(gè)控制閥門和壓縮機(jī)的高低壓端相連，兩個(gè)小孔和脈管熱端相連。
本發(fā)明最大的特點(diǎn)是使用了“L”形脈管。原來(lái)的直形脈管中脈管冷端和蓄冷器冷端均有冷端換熱器，然后通過冷端連接管把兩個(gè)冷端換熱器連接起來(lái)。“L”形脈管是一根具有直角彎頭的脈管，脈管的冷端通過冷端換熱器直接和蓄冷器的冷端相連，也就是把原來(lái)的冷端連接管變成了脈管的一部分，把兩個(gè)冷端換熱器合二為一。這樣一來(lái)，不僅是結(jié)構(gòu)上更加緊湊，系統(tǒng)的對(duì)稱性提高，降低了成本，且減少了系統(tǒng)的死容積。冷頭就可以聯(lián)合脈管冷端區(qū)域供應(yīng)冷量，大大提高了冷量的利用區(qū)域和利用率，也就提高了低溫制冷機(jī)的冷量利用效率。
本發(fā)明采用“L”形脈管可以適用于使用空間比較小的脈管制冷機(jī)，且同時(shí)適用于單級(jí)、多級(jí)脈管制冷機(jī)。本發(fā)明可以充分的利用蘊(yùn)涵在脈管低溫段的冷量，大大提高了冷量的利用率，本發(fā)明L形脈管結(jié)構(gòu)適用于單級(jí)，多級(jí)，以及各種形式的“U”型布置的脈管制冷機(jī)。
本發(fā)明的第二個(gè)特點(diǎn)是在冷熱端換熱器中使用紫銅泡沫金屬材料，并且把紫銅泡沫金屬材料粘在換熱器內(nèi)表面，紫銅泡沫金屬材料的比換熱面積可達(dá)到15000m2/m3，可以強(qiáng)化氣體的換熱，在熱端換熱器中把熱氣體的熱量充分的釋放到環(huán)境中，在冷端，把冷氣體的冷量充分的釋放出來(lái)以供使用。且紫銅泡沫金屬材料粘在換熱器內(nèi)表面，避免了直接把通常使用的金屬絲網(wǎng)材料填塞在換熱器內(nèi)表面情況下，氣體可能直接通過填塞間隙沒有充分的換熱就離開了換熱器的情況的發(fā)生，毫無(wú)疑問可以更好的把氣體的冷能釋放出來(lái)。采用紫銅泡沫金屬材料作為換熱器填塞物質(zhì)，構(gòu)成多孔換熱表面，比換熱表面積大，所以結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，對(duì)于減少制冷機(jī)的流動(dòng)的阻力損失，制冷量充分釋放非常有利。
本發(fā)明的總體效果結(jié)構(gòu)上更加緊湊，系統(tǒng)的對(duì)稱性提高，降低了成本，且減少了系統(tǒng)的死容積。冷頭可以聯(lián)合脈管冷端區(qū)域供應(yīng)冷量，大大提高了冷量的利用區(qū)域和利用率。再有使用紫銅泡沫金屬材料作為換熱器填塞物質(zhì)，構(gòu)成多孔換熱表面，比換熱表面積大，強(qiáng)化了換熱器的換熱，可以把熱端換熱器中的熱量充分的釋放到環(huán)境中，更為重要的是把流過冷端換熱器的氣體的冷量充分的釋放出來(lái)以供使用，所以換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，對(duì)于減少制冷機(jī)的流動(dòng)的阻力損失，制冷量充分釋放非常有利。


圖1為本發(fā)明單級(jí)L形脈管制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)示意2為四閥L形脈管制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)3為四閥L形脈管制冷機(jī)的典型閥門時(shí)序圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)1和調(diào)相機(jī)構(gòu)5，蓄冷器熱端換熱器10，蓄冷器11，脈管熱端換熱器12，L形脈管13，冷端換熱器14。L形脈管13和蓄冷器11并列布置，壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)1和調(diào)相機(jī)構(gòu)5和蓄冷器熱端換熱器10以及脈管熱端換熱器12相連。
L形脈管13是一根具有直角彎頭的脈管，脈管13的冷端通過冷端換熱器14直接和蓄冷器11的冷端相連，L形脈管13和蓄冷器11均為不銹鋼材料，蓄冷器11的填料為絲網(wǎng)材料、球狀填料或者磁性填料。
蓄冷器熱端換熱器10、脈管熱端換熱器12以及冷端換熱器14中填塞有紫銅泡沫金屬材料。
壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)1，是有閥壓縮機(jī)，包括壓縮機(jī)2和兩個(gè)控制閥門3、4，壓縮機(jī)通過兩個(gè)控制閥門3、4和蓄冷器11熱端相連；或者是無(wú)閥壓縮機(jī)，它直接和蓄冷器11熱端相連。
調(diào)相機(jī)構(gòu)5，可以是小孔與氣庫(kù)的配合，小孔把脈管13熱端和氣庫(kù)連接起來(lái)；也可以是在小孔和氣庫(kù)的配合的基礎(chǔ)上增加第二進(jìn)氣孔，小孔把脈管熱端13和氣庫(kù)連接起來(lái)，第二進(jìn)氣孔把脈管13熱端和壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)1相連；還可以是兩個(gè)控制閥門6、7和兩個(gè)小孔8、9的配合，兩個(gè)小孔分別用來(lái)控制通過兩個(gè)控制閥門的流量，兩個(gè)控制閥門和壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)1相連，兩個(gè)小孔和脈管13熱端相連。兩個(gè)控制閥門可以是電磁閥，也可以是氣動(dòng)閥。
本發(fā)明L形脈管結(jié)構(gòu)適用于單級(jí)，多級(jí)，以及各種形式的U型布置的脈管制冷機(jī)。以下以采用L形脈管結(jié)構(gòu)的四閥型脈管制冷機(jī)為例進(jìn)行具體的敘述。
如圖2所示，在該四閥L形脈管制冷機(jī)中，壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)1為壓縮機(jī)2和兩個(gè)氣動(dòng)閥3、4，壓縮機(jī)2通過氣動(dòng)閥3、4和蓄冷器11熱端相連，調(diào)相機(jī)構(gòu)5為兩個(gè)氣動(dòng)閥6、7和兩個(gè)小孔8、9。
整個(gè)四閥L形脈管制冷機(jī)包括壓縮機(jī)2，氣動(dòng)閥3，氣動(dòng)閥4，氣動(dòng)閥6，氣動(dòng)閥7，小孔8，小孔9，蓄冷器熱端換熱器10，蓄冷器11，脈管熱端換熱器12，L形脈管13，冷端換熱器14。L形脈管13和蓄冷器11并列布置，L形脈管13和蓄冷器11均為不銹鋼材料，絲網(wǎng)材料作為蓄冷器11填料，蓄冷器熱端換熱器10、脈管熱端換熱器12以及冷端換熱器14中填塞有紫銅泡沫金屬材料進(jìn)行強(qiáng)化換熱和層流化元件作用。四個(gè)氣動(dòng)閥分別是兩個(gè)高壓閥3、6和兩個(gè)低壓閥4、7，壓縮機(jī)2分別通過高壓閥3、低壓閥4和蓄冷器熱端換熱器10相連，壓縮機(jī)2通過高壓閥4、低壓閥7和L形脈管13熱端相連，高壓閥3和低壓閥4具有較大的流量系數(shù)，高壓閥6和低壓閥7具有較小的流量系數(shù)，四個(gè)氣動(dòng)閥通過一個(gè)時(shí)序器控制。L形脈管13和蓄冷器11直接通過一個(gè)冷端換熱器14連接起來(lái)，大大提高了系統(tǒng)的緊湊性和對(duì)稱性，且沒有了冷端連接管，減少了系統(tǒng)的死容積，同時(shí)在L形脈管13熱端使用了兩個(gè)小孔8、9，可以分別用來(lái)調(diào)節(jié)L形脈管熱端進(jìn)排氣流量，且小孔8、9可以在L形脈管制冷機(jī)的運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)開度，改善其性能，找到最佳時(shí)序，使實(shí)用化更好。
如圖3所示，該四閥L形脈管制冷機(jī)工作過程如下制冷機(jī)按照過程A-B-C-D-A來(lái)回循環(huán)，在循環(huán)開始時(shí)，所有的閥門都處于關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)在初始狀態(tài)時(shí)，處于低壓，系統(tǒng)從A-B時(shí)，高壓閥3、6打開，高壓氣體從L形脈管13熱端和蓄冷器11熱端流經(jīng)脈管13，L形脈管13內(nèi)的壓力從Pl升高到Ph，B-C時(shí)，高壓閥5關(guān)閉，低壓閥7打開，高壓閥3仍然處于開放狀態(tài)，高壓氣體推著氣體活塞繼續(xù)向熱端移動(dòng)，到達(dá)C狀態(tài)時(shí)，L形脈管13冷腔體積達(dá)到最大，此過程可以近似認(rèn)為是定壓過程。C-D時(shí)，低壓閥7繼續(xù)開放，高壓閥3關(guān)閉，低壓閥4打開，L形脈管13中的氣體膨脹，分別經(jīng)過低壓閥4和低壓閥7回到壓縮機(jī)，D-A時(shí)，高壓閥6打開，低壓閥7關(guān)閉，低壓閥4仍然打開，來(lái)自高壓閥6的高壓氣體繼續(xù)推動(dòng)氣體活塞向脈管冷端移動(dòng)，進(jìn)一步的使冷腔氣體膨脹，最終達(dá)到低壓Pl，回到初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種L形脈管制冷機(jī)，包括壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)(1)、調(diào)相機(jī)構(gòu)(5)、蓄冷器熱端換熱器(10)、蓄冷器(11)、脈管熱端換熱器(12)、脈管(13)、冷端換熱器(14)，其特征在于，脈管(13)為L(zhǎng)形脈管結(jié)構(gòu)，L形脈管(13)和蓄冷器(11)并列布置，脈管(13)的冷端通過冷端換熱器(14)直接和蓄冷器(11)的冷端相連，壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)(1)和調(diào)相機(jī)構(gòu)(5)和蓄冷器熱端換熱器(10)以及脈管熱端換熱器(12)相連，壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)(1)和蓄冷器(11)熱端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L形脈管制冷機(jī)，其特征是，壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)(1)，是有閥壓縮機(jī)，包括壓縮機(jī)(2)和兩個(gè)控制閥門(3、4)，壓縮機(jī)(2)通過兩個(gè)控制閥門(3、4)和蓄冷器(11)熱端相連；或者是無(wú)閥壓縮機(jī)，它直接和蓄冷器(11)熱端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L形脈管制冷機(jī)，其特征是，蓄冷器熱端換熱器(10)、脈管熱端換熱器(12)以及冷端換熱器(14)中填塞有紫銅泡沫金屬材料，紫銅泡沫金屬材料粘在蓄冷器熱端換熱器(10)、脈管熱端換熱器(12)以及冷端換熱器(14)內(nèi)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L形脈管制冷機(jī)，其特征是，L形脈管(13)是一根直角彎頭的脈管，L形脈管(13)為不銹鋼材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L形脈管制冷機(jī)，其特征是，蓄冷器(11)為不銹鋼材料，蓄冷器(11)的填料為絲網(wǎng)材料、球狀填料或者磁性填料。
全文摘要
一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的L形脈管制冷機(jī)，包括壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)，調(diào)相機(jī)構(gòu)，蓄冷器熱端換熱器，蓄冷器，脈管熱端換熱器，L形脈管，冷端換熱器。L形脈管和蓄冷器并列布置，脈管的冷端通過冷端換熱器直接和蓄冷器的冷端相連，壓力波發(fā)生機(jī)構(gòu)和調(diào)相機(jī)構(gòu)和蓄冷器熱端換熱器以及脈管熱端換熱器相連。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)稱性好，系統(tǒng)死容積小，冷量利用效率高的特點(diǎn)，且在冷熱端換熱器中采用紫銅泡沫金屬材料強(qiáng)化換熱，提高換熱效率。
文檔編號(hào)F25B9/14GK1710354SQ200510027318
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者王坤, 魯雪生, 顧安忠 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)