專利名稱：貯冷式脈管制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及制冷機(jī)，尤其涉及一種貯冷式脈管制冷機(jī)。
脈管制冷機(jī)的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在低溫區(qū)沒有運(yùn)動(dòng)部件，當(dāng)制冷區(qū)出現(xiàn)工質(zhì)相變時(shí)仍然正常運(yùn)行，為多相流體的工作提供了可行的條件。
將氦氣和氮?dú)庖阅骋槐壤M成混合工質(zhì)在80K溫區(qū)工作時(shí)，氦氣作為制冷氣體使系統(tǒng)溫度不斷降低，而氮?dú)庠谶_(dá)到液化點(diǎn)之后即會(huì)冷凝成液體，在達(dá)到其三相點(diǎn)后便會(huì)出現(xiàn)固體。液氮和固氮的相變能給出很大的潛熱，其值要超出對(duì)應(yīng)溫度下純氦工質(zhì)的制冷性能。
本實(shí)用新型的目的是提供一種保持溫度平臺(tái)的貯冷式脈管制冷機(jī)。
為了達(dá)到上述目的本實(shí)用新型采取下列措施貯冷式脈管制冷機(jī)包括壓縮機(jī)，壓縮機(jī)依次與回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、脈管、熱端換熱器、小孔閥、氣庫(kù)相連，在壓縮機(jī)出口與小孔閥進(jìn)口處設(shè)有雙向進(jìn)氣閥，特征是在冷端換熱器端部依次設(shè)有相分離器、貯冷器，采用混合氣體作為工作氣體。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1)采用混合氣體為工作流體，利用其冷凝氣的相變潛熱，獲得優(yōu)于純氦的制冷性能；2)可以充分利用高沸點(diǎn)組分的三相點(diǎn)特性提供穩(wěn)定的溫度平臺(tái)；3)在制冷機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，利用在貯冷器內(nèi)積聚的液-固態(tài)流體，繼續(xù)對(duì)外提供制冷能力，這一特點(diǎn)在許多場(chǎng)合有應(yīng)用潛力。如它可提供消除探測(cè)心磁和腦磁的SQUID超導(dǎo)量子干涉儀由于制冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，振動(dòng)而產(chǎn)生噪音干擾的方法；4)采用氦氣為工質(zhì)的傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)冷端的冷量輸出是靠氦氣和冷端換熱器之間的傳熱來實(shí)現(xiàn)的，效果較差。而在本實(shí)用新型中，由于在貯冷器內(nèi)有工作流體的液相和固相存在，改善了制冷機(jī)的傳熱性能。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。
附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
貯冷式脈管制冷機(jī)包括壓縮機(jī)5，壓縮機(jī)依次與回?zé)崞?、冷端換熱器10、脈管1、熱端換熱器2、小孔閥3、氣庫(kù)4相連，在壓縮機(jī)出口與小孔閥進(jìn)口處設(shè)有雙向進(jìn)氣閥6，在冷端換熱器端部依次設(shè)有相分離器9、貯冷器8，采用混合氣體作為工作氣體。相分離器采用銅絲網(wǎng)圓片疊制而成，貯冷器是一個(gè)內(nèi)裝導(dǎo)冷片的容器。混合氣體對(duì)于40～80K溫區(qū)制冷，其組成為氦氣和氮?dú)?氮?dú)馑嫉捏w積比≤25％)，對(duì)于20～30K溫區(qū)制冷，其組成為氦氣和氖氣或氫氣。
傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)是由脈管1、熱端換熱器2、小孔閥3、氣庫(kù)4、壓縮機(jī)5、雙向進(jìn)氣閥6、回?zé)崞?、冷端換熱器10組成，運(yùn)行工質(zhì)是高純氦氣。氦氣在壓縮機(jī)5內(nèi)產(chǎn)生壓力波，使得一部分氣體流經(jīng)回?zé)崞?和冷端換熱器10進(jìn)入脈管1，另一部分氣體通過雙向進(jìn)氣閥6和熱端換熱器2進(jìn)入脈管1內(nèi)，然后再經(jīng)小孔閥3進(jìn)入氣庫(kù)4，來自壓縮期壓縮工作氣體，進(jìn)入回?zé)崞鞅焕鋮s到制冷溫度，然后進(jìn)入脈管膨脹制冷獲得低溫。脈管制冷機(jī)的最主要優(yōu)點(diǎn)是在脈管1內(nèi)無運(yùn)動(dòng)部件，這為在脈管制冷機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多相流提供了保證。在不改變脈管冷端結(jié)構(gòu)的情況下，采用混合氣體為工作氣體。作為一個(gè)例子，我們從氦氮混合工質(zhì)來解釋它的工作過程，在制冷機(jī)啟動(dòng)后的預(yù)冷過程中，隨著系統(tǒng)溫度的降低，混合氣體中的氮在達(dá)到其液化點(diǎn)之后便冷凝成液體，這時(shí)將出現(xiàn)氣-液兩相狀態(tài)。隨著制冷溫度的進(jìn)一步降低，在氮的三相點(diǎn)(63．14K)附近出現(xiàn)液-固相變，由此可得到氮三相點(diǎn)附近較穩(wěn)定的與熱負(fù)荷(在一定熱負(fù)荷下)和組分無關(guān)的溫度平臺(tái)。但由于脈管內(nèi)存在液固相組分，導(dǎo)致了脈管和回?zé)崞鲀?nèi)(除了脈管冷端外)的溫度波動(dòng)的不利因素。
與傳統(tǒng)的脈管制冷機(jī)相比，本實(shí)用新型采用混合氣體為工質(zhì)，對(duì)脈管冷端進(jìn)行了改造，在脈管1的冷端換熱器10下加上一個(gè)相分離器9和貯冷器8。它可以使得工作流體中的液體和固體通過相分離器9而積聚在貯冷器8內(nèi)，保證在脈管1和回?zé)崞?內(nèi)的流體為氣相狀態(tài)，使制冷機(jī)工作穩(wěn)定，避免溫度波動(dòng)。
相分離器的作用是使得氣相組分流動(dòng)順暢，而液相和固相組分得以從中分離?？梢圆捎勉~絲網(wǎng)圓片達(dá)到此目的。貯冷器的作用是用來貯存工作流體中的液相和固相組分。它的內(nèi)部表面可以通過類似翅片的方法來提高它和液體和固體的接觸面積，進(jìn)一步提高傳熱效率。貯冷器的最大容積應(yīng)該與混合氣體中高沸點(diǎn)組分全部冷凝固化后的體積相對(duì)應(yīng)。貯冷器的容積大小決定了脈管制冷機(jī)有效的停機(jī)供冷量工作時(shí)間。
權(quán)利要求1．一種貯冷式脈管制冷機(jī)，它包括壓縮機(jī)[5]，壓縮機(jī)依次與回?zé)崞鱗7]、冷端換熱器[10]、脈管[1]、熱端換熱器[2]、小孔閥[3]、氣庫(kù)[4]相連，在壓縮機(jī)出口與小孔閥進(jìn)口處設(shè)有雙向進(jìn)氣閥[6]，其特征在于在冷端換熱器端部依次設(shè)有相分離器[9]、貯冷器[8]，采用混合氣體作為工作氣體。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯冷式脈管制冷機(jī)，其特征在于所說的相分離器采用銅絲網(wǎng)圓片疊制而成，貯冷器是一個(gè)內(nèi)裝導(dǎo)冷片的容器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種貯冷式脈管制冷機(jī)，其特征在于所說的混合氣體對(duì)于40～80K溫區(qū)制冷，其組成為氦氣和氮?dú)猓瑢?duì)于20～30K溫區(qū)制冷，其組成為氦氣和氖氣或氫氣。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種貯冷式脈管制冷機(jī)。它包括壓縮機(jī)、回?zé)崞?、冷端換熱器、脈管、熱端換熱器、小孔閥、雙向進(jìn)氣閥和氣庫(kù),在冷端換熱器端部依次設(shè)有相分離器、貯冷器。采用混合氣體為工作流體,制冷氣體為氦氣,冷凝氣體為氮?dú)?制冷溫度達(dá)到氮的三相點(diǎn)以下時(shí),在脈管冷端便會(huì)出現(xiàn)氣－液－固三相狀態(tài),液－固相經(jīng)相分離后進(jìn)入貯冷器,停機(jī)時(shí),被冷器件借助于貯冷器供給的制冷量正常穩(wěn)定工作,機(jī)器動(dòng)態(tài)工作對(duì)超導(dǎo)器件的噪聲干擾將降為最低。
文檔編號(hào)F25B9/00GK2430656SQ0020723
公開日2001年5月16日 申請(qǐng)日期2000年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月21日
發(fā)明者陳國(guó)邦, 甘智華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)