專利名稱：脈管式低溫制冷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種制冷設(shè)備，即應(yīng)用脈管制冷技術(shù)設(shè)計(jì)的制冷設(shè)備。
現(xiàn)有的脈管制冷機(jī)效率低，因此實(shí)際應(yīng)用的范圍有限。但由于它在低溫區(qū)內(nèi)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與維修均比較方便。目前隨著脈管制冷技術(shù)的發(fā)展，其效率已基本接近G－M制冷機(jī)的效率。但由于現(xiàn)有的脈管制冷機(jī)進(jìn)氣脈動(dòng)波形不易控制在最佳狀態(tài)，因此還未發(fā)揮出主機(jī)的最大潛力。如采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞，實(shí)現(xiàn)氣體脈動(dòng)波形的可變化性有限。如采用閥門(mén)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣脈動(dòng)波形，則閥門(mén)節(jié)流影響較大。對(duì)于采用脈管與回?zé)崞魍S布置的方案，其脈管熱端進(jìn)氣口和回?zé)崞鳠岫诉M(jìn)氣口的布局至少其中之一需采用側(cè)向進(jìn)氣。一般采用回?zé)崞鳠岫藗?cè)向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，這樣導(dǎo)致回?zé)崞鳠岫诉M(jìn)氣口周?chē)h(huán)向氣流流動(dòng)的均勻性及回?zé)嵝蕰?huì)受到影響。現(xiàn)有制冷設(shè)備中的換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般效率低，如要提高效率，就要增加氣流阻力，還有主機(jī)由于機(jī)件均為金屬制件，軸向熱傳導(dǎo)損失大。
本實(shí)用新型的目的正是為了克服上述已有技術(shù)的不足而提供的一種脈管式低溫制冷設(shè)備。它制冷效率高，產(chǎn)生的氣體脈動(dòng)波形為理想的梯形脈動(dòng)波形。
本實(shí)用新型的目的是由以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)由主機(jī)、冷箱及電控部分構(gòu)成的低溫制冷設(shè)備，冷箱的外層與受熱端均裝有絕熱層。冷箱的上端裝有脈管主機(jī)，通過(guò)法蘭盤(pán)和螺栓與冷箱相連。主機(jī)與冷箱之間裝有隔離罩。主機(jī)包括主副兩個(gè)壓氣機(jī)。各自經(jīng)主副氣管與主機(jī)相通。電控部分包括電控板，通過(guò)導(dǎo)線來(lái)控制隔離罩起閉裝置、主機(jī)冷端的熱電偶、冷箱內(nèi)的熱電偶以及主副壓氣機(jī)。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于本方案采用兩組直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活塞，分別向脈管的冷熱兩端提供脈動(dòng)氣體，可以充分利用直線電機(jī)具有工作方式去除，可以自調(diào)、自控的特點(diǎn)和電機(jī)具有能夠同步驅(qū)動(dòng)活塞的結(jié)構(gòu)，使排出氣體能達(dá)到特殊波形，如梯形波、矩形波、鋸齒波及特定曲線波等，從而使主機(jī)內(nèi)氣體循環(huán)波形達(dá)到最佳效率狀態(tài)。還可以充分利用直線電機(jī)行程可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，調(diào)節(jié)活塞的排氣行程，即調(diào)節(jié)排氣量，使脈管兩側(cè)進(jìn)排氣量達(dá)到最佳值，相位也可調(diào)整到最佳值。還可免除脈管熱端與回?zé)崞鳠岫酥g的配氣管及調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)。
2.回?zé)崞髌呐錃馐医Y(jié)構(gòu)，提高回?zé)崞骰責(zé)嵝省?br> 3.主機(jī)部件采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，軸向?qū)釗p失小。
4.主機(jī)與冷箱采用隔離方案，減小主機(jī)停機(jī)后內(nèi)部氣體導(dǎo)熱損失。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明


圖1為制冷設(shè)備整體示意圖。圖2為脈管主機(jī)與壓氣機(jī)及電控部分示意圖。圖3a為脈管機(jī)殼結(jié)構(gòu)之一，圖3b為脈管機(jī)殼結(jié)構(gòu)之二。圖4a為脈管結(jié)構(gòu)之一，圖4b為脈管結(jié)構(gòu)之二。圖5為回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)。圖6為回?zé)崞鳠岫藲饬魍ǖ琅c偏心配氣室。圖7為換熱器結(jié)構(gòu)。
該制冷設(shè)備的冷箱41外層裝有絕熱層。冷箱內(nèi)上端裝有脈管主機(jī)，通過(guò)法蘭盤(pán)與螺栓49與冷箱連接。冷箱與主機(jī)之間裝有隔離罩42。它裝在隔離罩起閉裝置43上，由導(dǎo)線44與電控板39接通。主壓氣機(jī)29、副壓氣機(jī)19均通過(guò)主氣管15、副氣管16與主機(jī)相通。脈管1的冷端4與熱端5均裝有整流柵。機(jī)架6內(nèi)加工有回?zé)崞鳠岫藲饬魍ǖ?和偏心配氣室8，這樣使回?zé)崞鬟M(jìn)排氣沿環(huán)向分配均勻，減小死角，同時(shí)能提高回?zé)崞餍?。換熱器采用間隙式換熱器，換熱面積大，氣體容積小。進(jìn)排水管同軸布置，結(jié)構(gòu)緊湊。走氣間隙內(nèi)填充有金屬網(wǎng)14，增加換熱面積，增大氣體流動(dòng)紊流程度。換熱器還包括外殼9，隔流板11，進(jìn)水管13，排水管12及進(jìn)排水轉(zhuǎn)換接頭17。換熱器的外面裝有換熱器蓋10。螺栓40將換熱器蓋與機(jī)殼固定連接并密封。主副壓氣機(jī)包括冷水套19、29，氣缸20、31，活塞21、32，軸承22、33，軸25、34，電機(jī)殼26、35，電機(jī)動(dòng)子24、36，電機(jī)定子23、30，及導(dǎo)線27、37。主副壓氣機(jī)之間有水連接管28，冷卻水進(jìn)水管18裝于副壓氣機(jī)冷水套19上。出水管38裝于主壓氣機(jī)冷水套29上。主機(jī)的機(jī)殼3可用金屬骨架49內(nèi)外包覆絕熱層制成，如圖3a，也可采用非金屬材料制成，其冷端內(nèi)外用螺栓裝金屬散熱器50，如圖3b。脈管1采用金屬環(huán)片51與非金屬環(huán)片52軸向間隔串疊組裝而成，如圖4a，也可采用金屬短管與非金屬環(huán)片軸向間隔串疊組裝，如圖4b，上述兩種方案的外圍均包覆有絕熱材料?；?zé)崞?采用金屬網(wǎng)或金屬球粒53與非金屬網(wǎng)54軸向間隔組裝而成，如圖5。電控部分包括電控板39，導(dǎo)線46連接主機(jī)冷端的熱電偶45，導(dǎo)線48連接冷箱內(nèi)熱電偶47。導(dǎo)線27連接主副壓氣機(jī)。導(dǎo)線44連接隔離罩起閉裝置43。
下面詳細(xì)描述制冷設(shè)備的工作過(guò)程一.初始起動(dòng)此時(shí)隔離罩處于關(guān)閉狀態(tài)。電控板首先起動(dòng)主副壓氣機(jī)，脈動(dòng)氣流經(jīng)主副氣管導(dǎo)入脈管主機(jī)。主機(jī)殼冷端溫度逐漸下降，并由熱電偶反饋給電控板。當(dāng)溫度降到一定程度時(shí)，電控板控制隔離罩起閉裝置，打開(kāi)隔離罩，使主機(jī)冷端與冷箱相通向冷箱制冷。冷箱內(nèi)溫度由熱電偶反饋給電控板。當(dāng)冷箱內(nèi)溫度達(dá)到要求的制冷溫度時(shí)，電控板控制關(guān)閉壓氣機(jī)，同時(shí)控制關(guān)閉隔離罩。
二.冷箱保溫由于存在各種散熱損失，冷箱內(nèi)溫度會(huì)逐步升高。如果需要恒溫，就得定時(shí)起動(dòng)主機(jī)制冷。當(dāng)冷箱內(nèi)熱電偶測(cè)得溫度高于要求時(shí)，即反饋給電控板。電控板即控制啟動(dòng)主副壓氣機(jī)，開(kāi)動(dòng)主機(jī)工作。此時(shí)隔離罩依然處于隔斷狀態(tài)。當(dāng)制冷機(jī)工作一定時(shí)間后，主機(jī)冷端熱電偶測(cè)得溫度低于機(jī)箱內(nèi)溫度時(shí)，反饋給電控板。電控板則控制隔離罩起閉裝置打開(kāi)隔離罩，接通主機(jī)冷端與冷箱，主機(jī)向冷箱制冷。
本方案采用兩組直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活塞，分別向脈管的冷熱兩端提供脈動(dòng)氣體，可以充分利用直線電機(jī)具有工作方式去除，可以自調(diào)、自控的特點(diǎn)和電機(jī)具有能夠同步驅(qū)動(dòng)活塞的結(jié)構(gòu)，使排出氣體能達(dá)到特殊波形，如梯形波、矩形波、鋸齒波及特定曲線波等，從而使主機(jī)內(nèi)氣體循環(huán)波形達(dá)到最佳效率狀態(tài)。還可以充分利用直線電機(jī)行程可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，調(diào)節(jié)活塞的排氣行程，即調(diào)節(jié)排氣量，使脈管兩側(cè)進(jìn)排氣量達(dá)到最佳值，相位也可調(diào)整到最佳值。還可免除脈管熱端與回?zé)崞鳠岫酥g的配氣管及調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種低溫制冷設(shè)備，主要包括主機(jī)、壓氣機(jī)及電控部分，其特征在于a.冷箱的外層裝有絕熱層；b.冷箱的上端裝有脈管主機(jī)，通過(guò)法蘭盤(pán)與螺栓與冷箱相連，主機(jī)與冷箱之間裝有隔離罩；c.與主機(jī)相通的壓氣機(jī)包括主壓氣機(jī)與副壓氣機(jī)，各自經(jīng)主副氣管與主機(jī)相通；d.電控部分包括電控板，通過(guò)導(dǎo)線控制隔離罩起閉裝置、主機(jī)冷端的熱電偶和冷箱內(nèi)的熱電偶及主副壓氣機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，其特征在于脈管主機(jī)包括脈管(1)、回?zé)崞?2)、機(jī)殼(3)、機(jī)架(6)、換熱器(9)、主副氣管(15)、(16)，機(jī)架內(nèi)加工有回?zé)崞鳠岫藲饬魍ǖ?7)與偏心配氣室(8)；換熱器包括外殼(9)、隔流板(11)、排水管(12)、進(jìn)水管(13)及轉(zhuǎn)換接頭(17)；換熱器的外面裝有換熱器蓋(10)，在換熱器與換熱器蓋及機(jī)架之間的窄縫空間處填充有金屬網(wǎng)(14)，機(jī)殼與換熱器蓋用螺栓(40)固定連接并密封。
3.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，其特征在于主、副壓氣機(jī)包括冷水套(19)、(29)，氣缸(20)、(31)，活塞(21)、(32)，軸承(22)、(33)，軸(25)、(34)，電機(jī)殼(26)、(35)，電機(jī)動(dòng)子(24)、(36)，電機(jī)定子(23)、(30)及導(dǎo)線(27)、(37)，主副壓氣機(jī)之間有水連接管(28)，副壓氣機(jī)冷水套(19)上裝有冷卻水進(jìn)水管(18)，在主壓氣機(jī)冷水套(29)上裝有冷卻水出水管(38)。
4.如權(quán)利要求2所述的制冷設(shè)備，其特征在于機(jī)殼(3)可用金屬骨架內(nèi)外包覆絕熱層構(gòu)成或采用非金屬材料制作，其冷端內(nèi)外用螺栓裝金屬散熱器。
5.如權(quán)利要求2所述的制冷設(shè)備，其特征在于脈管(1)采用金屬環(huán)片與非金屬環(huán)片軸向間隔串疊組裝而成，或采用金屬短管與非金屬環(huán)片軸向間隔串疊組裝，其外圍均包覆有絕熱材料。
6.如權(quán)利要求2所述的制冷設(shè)備，其特征在于回?zé)崞?2)采用金屬網(wǎng)或金屬球粒與非金屬網(wǎng)軸向間隔組裝而成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種低溫制冷設(shè)備。它包括主機(jī)、壓氣機(jī)及電控部分。該設(shè)備的冷箱包有絕熱層。主機(jī)與冷箱之間裝有隔離罩。壓氣機(jī)包括主副壓氣機(jī)。電控部分通過(guò)導(dǎo)線連接隔離罩起閉裝置、主副壓氣機(jī)及冷箱內(nèi)的熱電偶。采用本實(shí)用新型制冷效率高，產(chǎn)生的氣體脈動(dòng)波形為理想的脈動(dòng)波形。
文檔編號(hào)F25B19/02GK2155533SQ9321574
公開(kāi)日1994年2月9日 申請(qǐng)日期1993年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月15日
發(fā)明者鐘曉峰, 徐云勝, 張英模, 史黎明, 鄒永順, 王立業(yè) 申請(qǐng)人:鐘曉峰