專利名稱：脈管制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體制冷機(jī)，特別是一種脈管制冷機(jī)。
目前的小孔脈管制冷機(jī)包括高壓進(jìn)氣閥、低壓排氣閥、回?zé)崞鳌⒗鋮s器、冷量換熱器和層流化元件等，并在脈管尾部設(shè)有小孔和氣庫系統(tǒng)。由于小孔的節(jié)流作用，將高壓氣體的膨脹功耗散成熱放入環(huán)境，從而使脈管具有制冷效果。如果脈管熱端沒有這種不可逆損失存在，脈管也就不制冷了。但脈管制冷機(jī)中單位質(zhì)量氣體的毛制冷量很低，從而導(dǎo)致理論效率很低。造成這一狀況的原因是，在高壓進(jìn)氣閥打開時(shí)有一個(gè)不等壓充氣過程，這是一個(gè)不可逆過程。在低壓排氣閥打開時(shí)有一個(gè)不等壓排氣過程，也是一個(gè)不可逆過程，必然造成很大的不可逆損失。這兩個(gè)過程使得脈管制冷機(jī)的理論制冷效率很低，而完善循環(huán)的理論制冷效率是100%。脈管在小制冷量場合應(yīng)用時(shí)，這個(gè)缺點(diǎn)尚不明顯。但在需要大制冷量的場合，這個(gè)缺點(diǎn)就十分突出了。
本發(fā)明的目的是要避免現(xiàn)有脈管制冷機(jī)高、低壓閥進(jìn)排氣時(shí)的不可逆損失，實(shí)現(xiàn)等熵膨脹、獲得最大的溫降和單位制冷量，從而提高脈管制冷機(jī)的理論制冷效率。
本發(fā)明的解決方案是在現(xiàn)有脈管的熱端接入一個(gè)高壓氣庫和一個(gè)低壓氣庫，在高、低壓氣庫與脈管之間接有閥門。
當(dāng)脈管的壓比較高時(shí)，需在高、低壓氣庫之間再增設(shè)若干不同壓力等級的中壓氣庫，中壓氣庫與脈管熱端間也接有閥門。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1是高、低壓氣庫脈管制冷機(jī)一種具體結(jié)構(gòu)的縱剖面圖。
圖2是高、中、低壓氣庫脈管制冷機(jī)的縱剖面圖。
圖3是高、低壓氣庫制冷機(jī)工作過程中脈管內(nèi)氣體分布示意圖。
圖4是用細(xì)管代替氣庫的結(jié)構(gòu)圖。
參見圖1，脈管7的冷端71有端蓋4、層流化元件5以及高壓進(jìn)氣閥1和低壓排氣閥2，進(jìn)、排氣管21、22通過一個(gè)總管3通入脈管冷端71。進(jìn)、排氣一般可通過轉(zhuǎn)閥實(shí)現(xiàn)切換。但為了便于說明工作過程，進(jìn)、排氣管上的閥門1、2采用分置式。脈管熱端72有端蓋9和層流化元件8。圖中，在脈管熱端設(shè)有一個(gè)高壓氣庫12和一個(gè)低壓氣庫13，在高壓氣庫12與脈管熱端的連接管11上裝有高壓氣庫閥10;在低壓氣庫13與脈管熱端的連接管14上裝有低壓氣庫閥15。這里的高、低壓氣庫閥10、15為分置式，也可用一個(gè)轉(zhuǎn)閥代替。圖中高、低壓氣庫與高、低壓氣源的壓力基本相同。
具有高、低壓氣庫的脈管制冷機(jī)工作過程如下①進(jìn)、排氣閥1、2關(guān)閉，低壓氣庫閥15也關(guān)閉，此時(shí)脈管內(nèi)為低壓氣源壓力。將高壓氣庫閥10打開，氣體從高壓氣庫12流入脈管7熱端72，使脈管內(nèi)氣體壓力升至接近于高壓氣庫的壓力，這是因?yàn)闅鈳祗w積較脈管大得多的緣故。這一過程結(jié)束后的氣體分布如圖3-1所示。②打開進(jìn)氣閥1，其它閥狀態(tài)不變，高壓氣體經(jīng)進(jìn)氣閥1流入脈管7冷端，因高壓氣源的壓力略高于高壓氣庫，將剛剛從高壓氣庫12流入脈管熱端的氣體又壓回高壓氣庫內(nèi)，這一過程基本上為等壓進(jìn)氣過程，氣體分布如圖3-2。③高壓氣庫閥10關(guān)閉，進(jìn)氣閥1關(guān)閉，排氣閥2仍保持關(guān)閉，低壓氣庫閥15打開，脈管熱端的氣體流入低壓氣庫13，脈管7內(nèi)壓力降至低壓氣庫13的壓力。在過程②中進(jìn)入脈管冷端的氣體等熵膨脹到低壓氣庫的壓力，溫度降低，氣體分布如圖3-3。④低壓排氣閥2打開，其它閥狀態(tài)不變，低壓氣庫13內(nèi)氣體流入脈管熱端，將過程③中膨脹后的氣體經(jīng)排氣閥2驅(qū)趕出脈管7，排入低壓氣源，氣體分布如圖3-4。至此完成一個(gè)循環(huán)，重新回到初始狀態(tài)。脈管周期性工作，高壓氣體也就不斷地膨脹到低壓。如不計(jì)氣體在脈管內(nèi)的傳熱、混合和流動(dòng)損失，高壓氣庫內(nèi)的壓力即為高壓氣源進(jìn)氣壓力，低壓氣庫內(nèi)的壓力即為低壓氣源排氣壓力。上述脈管進(jìn)、排氣的全部過程是等熵過程，故制冷效率為等熵效率。制冷氣體所做的膨脹功，靠不可逆的氣庫向脈管放氣和脈管向氣庫放氣將功變成熱放入環(huán)境。圖1中連接管11、14及其上的閥門起到冷卻器的作用。圖中高、低壓氣庫閥門10、15可以采用分置式，也可合為一體，用二位三通閥代替。閥門的類型可以是電動(dòng)閥、電磁閥、氣動(dòng)閥或轉(zhuǎn)閥等。
如圖3所示，脈管內(nèi)氣團(tuán)可分為高壓氣源進(jìn)氣氣團(tuán)Ⅰ，脈管內(nèi)充當(dāng)氣體活塞的氣團(tuán)Ⅱ，低壓氣庫進(jìn)氣氣團(tuán)Ⅲ和高壓氣庫進(jìn)氣氣團(tuán)Ⅳ，它們依次從左到右排列，根據(jù)工作過程可流出或流入脈管。過程的初始狀見圖3-4，脈管內(nèi)有氣團(tuán)Ⅱ、Ⅲ，在過程①后，氣團(tuán)Ⅳ流入脈管，脈管內(nèi)壓力升到Ph。在過程②后，高壓氣源流入的氣源流入的氣團(tuán)Ⅰ將氣團(tuán)Ⅳ擠出脈管，脈管內(nèi)壓力仍為Ph。在過程③中，低壓氣庫進(jìn)氣團(tuán)Ⅲ流回低壓氣庫，脈管內(nèi)壓力為P1，在過程④中，高壓氣源進(jìn)氣團(tuán)Ⅰ被擠出脈管，一個(gè)工作周期完成。
當(dāng)脈管進(jìn)排氣壓比過高時(shí)，圖3的過程①中氣團(tuán)Ⅳ的長度就要大大加長，過程②中從高壓氣源來的高壓氣團(tuán)Ⅰ的體積也大大加長，在過程③后，將會(huì)有一部分膨脹后的高壓氣體Ⅰ流入低壓氣庫，而低壓氣庫在室溫端，這樣，工作過程就失效了。為此，需設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)不同壓力的中壓氣庫，以解決這一困難。圖2是具有高、中、低壓氣庫脈管制冷機(jī)的剖面圖。圖中在原有高、低壓氣庫之間再接入一個(gè)中壓氣庫18，其壓力介于高、低壓氣庫之間，它與脈管7熱端間有連接管17、閥門16。該機(jī)工作過程如下①進(jìn)氣閥1、排氣閥2、低壓氣庫閥15，高壓氣庫閥10均關(guān)閉，中壓氣庫閥16打開，氣體從中壓氣庫經(jīng)中壓閥16流入脈管7熱端，脈管內(nèi)壓力升至中壓氣庫壓力。②中壓氣庫閥16關(guān)閉，高壓氣庫閥10打開，其它閥狀態(tài)不變，這時(shí)高壓氣庫12內(nèi)氣體經(jīng)高壓氣庫閥10流入脈管熱端，脈管內(nèi)壓力升至高壓氣庫壓力。③進(jìn)氣閥1打開，其它閥狀態(tài)不變，高壓氣源氣體經(jīng)進(jìn)氣閥1進(jìn)入脈管冷端，過程②中從高壓氣庫流入脈管的氣體又經(jīng)閥10返回高壓氣庫。④進(jìn)氣閥1、高壓氣庫閥10關(guān)閉，中壓氣庫閥16打開，其它閥狀態(tài)不變，在過程①中從中壓氣庫流入脈管的氣體又經(jīng)閥16流回中壓氣庫18中，脈管壓力降至中壓氣庫壓力，在過程③中從高壓氣源流入脈管冷端的氣體膨脹到中壓氣庫壓力，溫度降低。⑤中壓氣庫閥16關(guān)閉，低壓氣庫閥15打開，其它閥狀態(tài)不變，脈管熱端氣體流入低壓氣庫13，脈管內(nèi)壓力降至低壓氣庫壓力。這樣，在過程③中從高壓氣源流入脈管冷端的氣體進(jìn)一步膨脹至低壓氣庫壓力，溫度進(jìn)一步降低。⑥排氣閥2打開，其它閥狀態(tài)不變，氣體從低壓氣庫13經(jīng)低壓氣庫閥15流入脈管熱端，將過程③中從高壓氣源流入脈管冷端的氣體從排氣閥2驅(qū)出脈管，回到初始狀態(tài)。脈管制冷機(jī)如此周期性循環(huán)，高壓氣源的氣體就不斷地被膨脹到排氣壓力。如果不計(jì)流動(dòng)阻力、傳熱和氣體在脈管內(nèi)的混合，全部過程是等熵過程，該過程的氣體分布圖與前例原理相同，故省略。
上面以高、中、低壓氣庫為例說明了多級氣庫脈管制冷機(jī)的工作過程。當(dāng)壓比很高時(shí)，還可根據(jù)需要在高低壓氣庫之間接入多種不同壓力的氣庫，其原理都相同，均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
控制各氣庫的閥門，可以如圖中采用分置式，但最好采用多位多通的電動(dòng)轉(zhuǎn)閥，一閥可同時(shí)控制多支管道，起到與多個(gè)閥相同的作用，這樣更便于控制，結(jié)構(gòu)也更簡單。
如圖4，上述各氣庫12、13和18及連接管也可分別用一根較長的細(xì)管40、41和42代替，將細(xì)管的兩頭都通入脈管熱端，管的兩端各裝一個(gè)單向閥46、47，使管內(nèi)的氣體只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。這樣細(xì)管既可起到氣庫作用，也可起到冷卻作用。
高、低壓氣庫與普通脈管制冷機(jī)相比，由于進(jìn)、排氣過程是等壓的，沒有不可逆損失，脈管內(nèi)的高壓氣體是可逆絕熱膨脹到低壓氣體，因而制冷系數(shù)高，制冷效率接近100%。該機(jī)適合作為膨脹機(jī)使用，具有結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，易于推廣的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種脈管制冷機(jī)，包括脈管(7)、層流化元件(5、8)、高壓進(jìn)氣閥(1)和低壓排氣閥(2)，其特征在于在所說脈管(7)的熱端接入一個(gè)高壓氣庫(12)和一個(gè)低壓氣庫(13)，在高、低壓氣庫與脈管之間接有閥門(10)、(15)。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷機(jī)，其特征在于所說的高低壓氣庫(12)、(13)之間再增設(shè)若干不同壓力等級的中壓氣庫(18)，中壓氣庫與脈管(7)熱端間也接有閥門(16)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制冷機(jī)，其特征在于所說的高、中低壓氣庫(12)、(13)和(18)用一根較長的細(xì)管(40)、(41)和(42)代替，細(xì)管的兩頭都通入脈管熱端，管的兩頭各裝一個(gè)單向閥(46)、(47)，使管內(nèi)的氣體只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。
全文摘要
本脈管制冷機(jī)的特征在于在一般脈管的熱端接入一個(gè)高壓氣庫和一個(gè)低壓氣庫，并在高、低壓氣庫與脈管之間接有控制閥。當(dāng)壓力比較高時(shí)，還可再增設(shè)若干不同壓力等級的中壓氣庫。上述氣庫也可用一根細(xì)管代替，細(xì)管兩頭都通入脈管熱端，管的兩頭各裝一單向閥，使管內(nèi)氣體只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。由于進(jìn)、排氣過程是等壓的，脈管內(nèi)高壓氣體是可逆絕熱膨脹到低壓氣體，因而制冷系數(shù)高，制冷效率接近100％。該機(jī)適合作為膨脹機(jī)使用。
文檔編號F25B9/00GK1095466SQ93105608
公開日1994年11月23日 申請日期1993年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月16日
發(fā)明者朱紹偉 申請人:朱紹偉