專利名稱：回轉(zhuǎn)式脈管制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體制冷機，特別是一種脈管制冷機。
目前的小孔脈管制冷機是在單只脈管冷端裝有高壓進氣閥和低壓排氣閥，在熱端設(shè)有小孔和氣庫系統(tǒng)。脈管的工作過程包括進氣過程、靜止冷卻期和排氣過程，如此周而復(fù)始地循環(huán)。這樣在一個工作周期中，進氣閥只是間歇打開，高壓氣體的進氣是不連續(xù)的，因而氣體流量較小，這使得單只脈管的制冷量很小。在需要大制冷量的場合，往往難以滿足需要，限制了脈管制冷機的應(yīng)用范圍。欲提高脈管制冷量可以采用加大尺寸的方式。但脈管尺寸越大，紊流混合損失也越大，效率降低。實踐證明，管徑越小的脈管效率越高，但制冷量也很小。而通過增大脈管體積來增大流量，所需閥門和氣庫的體積就隨之增大，閥門處的死容積也會相應(yīng)增大，使制冷效率降低。這一難題在脈管制冷中長期未獲解決。本發(fā)明人在CN93105608中提出了一種高、低壓氣庫脈管制冷機，即在脈管熱端接入一個高壓氣庫和一個低壓氣庫，在高、低壓氣庫與脈管之間接有控制閥。該機由于進排氣過程是等壓的，沒有不可逆損失，因而制冷系數(shù)高，制冷效率接近100%。但這種制冷機的進氣和膨脹過程仍然是不連續(xù)的。目前還有一種所謂的熱分離器低溫制冷機，通過一個中心旋轉(zhuǎn)噴咀依次向周圍布置的一組長管子噴射高速氣流，利用激波和膨脹波原理制冷，產(chǎn)生冷量后流出管子。這種制冷機的缺點是體積大，流量大，噪音大，效率很低。而在生產(chǎn)中，常常需要一種小流量的膨脹機，其流量比熱分離器小，但又比脈管制冷機大，并希望體積小，結(jié)構(gòu)簡單，然而至今還沒有一種膨脹機能做到這一點。
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述困難，而提供一種連續(xù)進氣，連續(xù)制冷的脈管制冷機，在保持脈管原有效率的前提下，獲得更大的流量和制冷量。
本發(fā)明的解決方案是將一組脈管沿圓周布置于脈管架上，在脈管組冷端設(shè)置可相對旋轉(zhuǎn)的閥芯，該閥芯上的高壓進氣口及低壓排氣口與脈管組處在同一圓周上，可依次與各脈管的冷端接通;脈管架端面與旋轉(zhuǎn)閥芯的配合面保持動密封;在脈管組熱端設(shè)有氣庫。
上面所說的氣庫可以是各脈管公用的固定氣庫，也可以是高、低壓或高、中、低壓多級旋轉(zhuǎn)氣庫，各級氣庫都有與脈管組處在同一圓周上的開口與脈管組熱端依次接通。
為了進一步提高效率，上述脈管組可以用管徑很細的脈管密排成圓環(huán)狀，充滿原來脈管組所占據(jù)的環(huán)形面積。
以下結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。


圖1是多級氣庫回轉(zhuǎn)式脈管制冷機的縱剖面圖。
圖2是圖1脈管組的A-A剖面圖。
圖3是旋轉(zhuǎn)閥芯滑動配合面上的開口示意圖。
圖4是旋轉(zhuǎn)氣庫滑動配合面上的開口示意圖。
圖5是密排式細脈管端面示意圖。
如圖1所示，在線輪式脈管架8周圍設(shè)置一組脈管2，各脈管位于以中心軸18為圓心的同一圓周上。脈管組的剖面見圖4。脈管架8的上端面與旋轉(zhuǎn)氣庫5下端面滑動密封。旋轉(zhuǎn)氣庫內(nèi)分隔為高壓氣庫，中壓氣庫及低壓氣庫等。旋轉(zhuǎn)氣庫滑動配合面上有各氣庫的相應(yīng)開口，如圖中的開口101及103。這些開口與脈管組熱端處在同一圓周上。工作時，各氣庫開口相對于脈管組熱端入口旋轉(zhuǎn)，依次接通。當開口與脈管相對時，相當于閥門打開。當離開時，相當閥門關(guān)閉。圖中脈管架固定不動，旋轉(zhuǎn)氣庫與穿過脈管架的中心軸18通過鍵6聯(lián)為一體。脈管架8下端面與進、排氣旋轉(zhuǎn)閥芯16上端面滑動配合。該旋轉(zhuǎn)閥芯通過鍵17也與中心軸聯(lián)為一體。中心軸18置于軸承24、25上，由電機26驅(qū)動。所以旋轉(zhuǎn)氣庫和旋轉(zhuǎn)閥芯共同由中心軸18帶動旋轉(zhuǎn)。為了避免磨損，在滑動配合面之間可通過軸承保持一個微小的間隙。旋轉(zhuǎn)閥芯16中的高壓氣道12由轉(zhuǎn)軸中心孔19分兩支通入脈管冷端。每支高壓氣道12的形狀是等截面的或略帶錐度，以適當提高氣流速度。圖中旋轉(zhuǎn)閥芯16與冷端封殼14之間形成冷腔22。旋轉(zhuǎn)閥端面高壓進氣孔32、33及低壓排氣孔47、48的位置如圖2，它們處在同一圓周上，按90°間隔布置。高壓進氣口和低壓排氣口也可各有一個，按180°布置。低壓排氣通道如圖中的虛線所示，經(jīng)兩側(cè)與冷腔22相通，再經(jīng)冷腔壁的孔15與低壓氣源相通，旋轉(zhuǎn)閥中空轉(zhuǎn)軸45與冷端封殼14之間有迷宮密封20，以防高壓氣體泄漏到低壓冷腔22。同時轉(zhuǎn)軸18與脈管架8之間有密封23，以防冷、熱端串氣。旋轉(zhuǎn)氣庫5外圍有罩殼4，裝于脈管架上，用于密封熱端氣體。以上所說的滑動配合面之間有很小的間隙，為了提高密封效果，可以采用迷宮或麻點密封結(jié)構(gòu)。
如圖3，為了提高傳熱效果，旋轉(zhuǎn)氣庫配合面上的高、低壓氣庫開口都分為進口和出口，彼此相鄰。這樣，在工作時氣庫內(nèi)的氣體基本上由一個孔流出，由另一個孔流入，從而有利于傳熱。圖3高、中、低壓氣庫開口的排列順序依次為中壓氣庫出口281、高壓氣庫出口102、高壓氣庫入口101、中壓氣庫入口284、低壓氣庫入口294、低壓氣庫出口293、中壓氣庫出口283、高壓氣庫出口104、高壓氣庫入口103、中壓氣庫入口282和低壓氣庫入口292、低壓氣庫出口291。旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示。這里旋轉(zhuǎn)氣庫、閥芯與脈管架的配合孔可以采用圖中的圓孔，也可采用方孔或扇形孔等。
上述旋轉(zhuǎn)氣庫及旋轉(zhuǎn)閥芯上的氣孔位置是按脈管的工作程序設(shè)定的，相互間有一定的配合關(guān)系，這對普通專業(yè)人員很容易實施。裝配時，圖中孔32與孔101處在同一相位上。圖3、圖4中所示的開口每轉(zhuǎn)一周完成兩個循環(huán)。
由于較細的脈管效率較高，如圖5所示，本回轉(zhuǎn)式制冷機采用管徑很細的脈管51密排成園環(huán)狀，環(huán)的寬度與前述高、低壓進排氣孔的直徑相當，即充滿原來較粗脈管組所占據(jù)的環(huán)形面積。這樣的脈管直徑可細至1-4mm，環(huán)形空間上有連接筋52。
實現(xiàn)上述回轉(zhuǎn)式脈管制冷機，既可以是氣庫和閥芯相對固定的脈管組轉(zhuǎn)動，也可以是脈管組相對固定的氣庫和閥芯轉(zhuǎn)動。只要是相對運動，都可以實現(xiàn)同樣目的。后者的原理和結(jié)構(gòu)類似，不再贅述。
本發(fā)明的軸承24、25可用電磁軸承代替，這樣可免去油污染問題。如果改變高壓氣體進氣口、低壓氣體排氣口和各氣庫開口的位置還可實現(xiàn)G-M循環(huán)。
本發(fā)明與熱分離器的結(jié)構(gòu)雖有某些類似之處，但制冷原理和結(jié)構(gòu)均有很大不同。熱分離器的高壓氣體入口是噴咀，氣流射入管內(nèi)的速度為音速，利用激波和膨脹波制冷。而本發(fā)明則是容積膨脹原理制冷，與活塞膨脹機一樣。高壓氣體進氣口是氣流通道，高壓氣體流入脈管的速度很低，基本是管道流速，約10～50米/秒。熱分離器的管子長1～3米，而本發(fā)明脈管的長度只有10～20厘米左右，本發(fā)明的理論效率為100%，這是熱分離器根本無法達到的。
本回轉(zhuǎn)式脈管制冷機各脈管輪流進氣，從整體上說制冷機處于不停頓地連續(xù)進氣和連續(xù)膨脹制冷的狀態(tài)。由于進氣連續(xù)，所以制冷量較單只脈管大為提高。但對每只脈管而言，工作原理并未發(fā)生變化。高壓氣體進氣口、低壓氣體排氣口和各氣庫開口與脈管口的滑動啟閉方式大大減小了死容積，使脈管效率得以提高。多個脈管公用氣庫和旋轉(zhuǎn)閥芯，體積增加得并不多。而脈管的尺寸比熱分離器小得多，故體積也小得多。脈管組的進氣速度比熱分離器低許多，因此流量和制冷量較熱分離器低，這正好適合許多場合對制冷量的需要，擴大了制冷量的選擇范圍。脈管制冷機噪音較低，理論效率達100%，可以說，該制冷機兼有脈管制冷機和熱分離器的優(yōu)點，而無二者的缺點。
權(quán)利要求
1.回轉(zhuǎn)式脈管制冷機，其特征在于它具有沿圓周布置在脈管架(8)上的一組脈管(2)，在脈管組冷端設(shè)置可相對旋轉(zhuǎn)的閥芯(16)，該閥芯上的高壓進氣口(32)及低壓排氣口(47)與脈管組處在同一圓周上，可依次與各脈管的冷端接通，脈管架端面與閥芯的配合面保持動密封；在脈管組(2)熱端設(shè)有氣庫(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的脈管制冷機，其特征在于所說的氣庫(5)是高、低壓或高、中、低壓多級旋轉(zhuǎn)氣庫，各氣庫都有開口與脈管組的熱端接通。
3.如權(quán)利要求1或2所述的脈管制冷機，其特征在于所說旋轉(zhuǎn)閥芯(16)配合面上的高壓進氣口(32)和低壓排氣口(47)各有一個，按180°布置或各有兩個，按90°間隔布置。
4.權(quán)利要求3所述的脈管制冷機，其特征在于所說的高、中、低氣庫開口按如下順序布置于氣庫配合面上中壓氣庫出口281、高壓氣庫出口102、高壓氣庫入口101、中壓氣庫入口284、低壓氣庫入口294、低壓氣庫出口293、中壓氣庫出口283、高壓氣庫出口104、高壓氣庫入口103、中壓氣庫入口282，低壓氣庫入口292、低壓氣庫出口291。
5.如權(quán)利要求2所述的脈管制冷機，其特征在于所說脈管組(2)是由很細的脈管51密排成圓環(huán)狀，環(huán)的寬度與較大的高、低壓進排氣孔的直徑相當。
全文摘要
本制冷機具有沿圓周布置于脈管架上的一組脈管，在脈管組冷端設(shè)置可相對旋轉(zhuǎn)的閥芯，該閥芯上的高壓進氣口及低壓排氣口與脈管組處在同一圓周上，可依次與各脈管的冷端接通，脈管架端面與閥芯的配合面保持動密封；在脈管組熱端設(shè)有氣庫。這里所說的氣庫可以是各脈管公用的固定氣庫，也可以是高、中、低壓多級旋轉(zhuǎn)氣庫。這樣制冷機從整體上處于不停頓地連續(xù)進氣和連續(xù)制冷狀態(tài)，制冷量有很大提高。
文檔編號F25B9/00GK1098192SQ9310917
公開日1995年2月1日 申請日期1993年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月25日
發(fā)明者朱紹偉 申請人:朱紹偉