采用超聲波霧化裝置的4k回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)及制冷方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用超聲波霧化裝置的4K回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)。它包括一級壓縮機(jī)、液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)，超聲波霧化裝置。當(dāng)制冷工質(zhì)氦-4處于20K以下的低溫溫區(qū)時(shí)，由于分子間引力顯著增大，氦-4的性質(zhì)更接近凝聚狀態(tài)的液體，使得回?zé)崞鲀?nèi)的壓力焓損失、不可逆回?zé)釗p失和導(dǎo)熱損失急劇增大，同時(shí)氦的膨脹效率也會(huì)降低，由實(shí)際氣體效應(yīng)引起的損失逐漸增大。因此,如何減小實(shí)際氣體效應(yīng)導(dǎo)致的損失是提高液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏孛}管制冷機(jī)效率的關(guān)鍵。本發(fā)明在于利用超聲波的霧化原理，通過在液氦溫區(qū)段安裝超聲波霧化裝置使液氦霧化，使其更接近于理想氣體狀態(tài)工作，該發(fā)明對于提高低溫區(qū)的制冷效率具有十分重要的意義。
【專利說明】采用超聲波霧化裝置的4K回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)及制冷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制冷機(jī)，尤其涉及一種采用超聲波霧化裝置的液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)主要由回?zé)崞鳌嚎s機(jī)、室溫端換熱器、冷端換熱器、膨脹機(jī)構(gòu)以及調(diào)相機(jī)構(gòu)組成。回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)在低溫下具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長、高的回?zé)嵝?、低的流?dòng)阻力等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)逐漸成為低溫制冷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0003]幾種常見的低溫回?zé)崾街评錂C(jī)包括斯特林制冷機(jī)、G-M制冷機(jī)和脈管制冷機(jī)。
[0004]為了獲得優(yōu)良的制冷性能，需要使用具有優(yōu)越的熱力性質(zhì)的流體作為工質(zhì)。在低溫工程中，氦是一種常見的工質(zhì)。在所有的低溫流體中，氦的性質(zhì)最接近于理想氣體，因?yàn)楹さ姆肿觿菽芎苄?。氦是獲取IOK以下低溫的唯一制冷工質(zhì)，也是低溫制冷機(jī)最理想的制冷工質(zhì)。因此在軍事、空間、超導(dǎo)等方面氦流體有著廣泛的應(yīng)用。
[0005]盡管氦是一種理想的低溫制冷劑工質(zhì)，但隨著溫區(qū)的不斷下降，在20K以下的低溫溫區(qū)回?zé)崞鲀?nèi)壓力焓損失、不可逆換熱損失和導(dǎo)熱損失都會(huì)增大，同時(shí)液氦的膨脹率降低，由實(shí)際氣體效應(yīng)引起的損失逐漸增大，液氦溫區(qū)的制冷量幾乎被耗盡。大多數(shù)液氦制冷機(jī)為工作頻率為IHz左右的G-M制冷機(jī)或者G-M型脈管制冷機(jī)。在液氦溫區(qū)只有0.5-1%的卡諾效率。因此，減小回?zé)崞鲀?nèi)的壓力焓損失及不可逆換熱損失，改善膨脹機(jī)構(gòu)中氦-4的膨脹效率以提高制冷機(jī)效率，成為亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種在液氦溫區(qū)時(shí)采用超聲波霧化裝置的制冷效率高、可靠性能高的回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)。
[0007]它包括三種常用的回?zé)崾街评錂C(jī)，分別為脈管制冷機(jī)、G-M制冷機(jī)和斯特林制冷機(jī)。
[0008]一種采用超聲波霧化裝置的脈管制冷機(jī)，包括預(yù)冷級制冷機(jī)、熱橋、超聲波霧化裝置、液氦溫區(qū)低溫制冷機(jī)；其中預(yù)冷級制冷機(jī)包括壓縮機(jī)一、一級回?zé)崞?、一級脈管、一級慣性管和一級氣庫；其中壓縮機(jī)一的出口與一級回?zé)崞魅肟谙噙B，一級脈管出口通過所述一級慣性管與一級氣庫入口相連；
其中液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)包括壓縮機(jī)二、二級回?zé)崞鳌⒍壝}管、二級慣性管和二級氣庫；其中壓縮機(jī)二的出口與二級回?zé)崞鞯娜肟谙噙B，二級回?zé)崞鞯某隹谕ㄟ^冷頭與二級脈管的入口相連，二級脈管的出口通過所述二級慣性管與二級氣庫入口相連；
上述一級回?zé)崞鞯某隹诤鸵患壝}管的入口通過熱橋與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B；
其特征在于:上述二級回?zé)崞髯钅┒?0K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置，通過超聲波霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
[0009]采用超聲波霧化裝置的脈管制冷機(jī)的制冷方法其特征在于包括以下過程:第一級的制冷過程是氣體通過壓縮機(jī)一進(jìn)入一級回?zé)崞鳠岫?，流入一級回?zé)崞鞯墓べ|(zhì)氣體被一級回?zé)崞鞒浞掷鋮s后，從冷端進(jìn)入一級脈管，一級脈管冷端的氣體質(zhì)量流量與壓力波之間產(chǎn)生一定的相位差，工質(zhì)在一級脈管冷端膨脹產(chǎn)生制冷效應(yīng)，而在一級脈管熱端放熱；兩級之間通過熱耦合使一級為二級提供預(yù)冷，二級的制冷方式與一級相同。上述二級回?zé)崞髯钅┒?0K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置，通過超聲波霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
[0010]脈管制冷機(jī)特點(diǎn)為與其他現(xiàn)行的制冷機(jī)相比，脈管制冷機(jī)由于不存在低溫運(yùn)動(dòng)部件從而提高了壽命，消除了以前冷頭部件的顫動(dòng)，膨脹和振動(dòng)小，可以在很大程度上減少質(zhì)量、提高可靠性降低費(fèi)用、延長壽命。在液氦溫區(qū)增加超聲波霧化裝置，使制冷劑以微小氣霧的形式噴出，使氦-4工質(zhì)分子間距增大，更接近于理想氣體狀態(tài)工作，增大了低溫溫區(qū)的效率，減小了回?zé)崞鲀?nèi)的壓力焓損失、不可逆換熱損失和導(dǎo)熱損失，同時(shí)增大了液氦溫區(qū)氦的膨脹率，從而與未采用超聲波霧化裝置的液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)相比可顯著改善制冷效率改善了液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)尤其是20K溫區(qū)以下的制冷性能。
[0011]一種采用超聲波霧化裝置的G-M制冷機(jī)，它包括預(yù)冷級制冷機(jī)、熱橋、超聲波霧化裝置、液氦溫區(qū)低溫制冷機(jī)；
其中預(yù)冷級制冷機(jī)包括壓縮機(jī)一、兩個(gè)一級進(jìn)氣閥、一級冷卻器、一級回?zé)崞?、一級排除器和兩個(gè)一級排氣閥；其中壓縮機(jī)一的出口依次經(jīng)過第一個(gè)一級進(jìn)氣閥、一級冷卻器、第二個(gè)一級進(jìn)氣閥與一級回?zé)崞鞯娜肟谙噙B，一級排出器的出口依次經(jīng)過所述兩個(gè)一級排出閥與壓縮機(jī)一出口相連；
其中液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)包括壓縮機(jī)二、兩個(gè)二級進(jìn)氣閥、二級冷卻器、二級回?zé)崞?、二級排出器，兩個(gè)二級排氣閥和冷頭；其中壓縮機(jī)二的出口依次經(jīng)過第一個(gè)二級排氣閥二級冷卻器、第二個(gè)二級排氣閥與二級回?zé)崞魅肟谙噙B，二級回?zé)崞鞯某隹谕ㄟ^冷頭與二級排出器的入口相連，二級排出器的出口依次通過所述兩個(gè)二級排氣閥與壓縮機(jī)二出口相連。
[0012]上述一級回?zé)崞鞯某隹诤鸵患壟懦銎鞯娜肟谕ㄟ^熱橋與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B。
[0013]其特征在于:上述二級回?zé)崞髯钅┒?0K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置，通過超聲波霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
[0014]采用超聲波霧化裝置的G-M制冷機(jī)的制冷方法，其特征在于包括以下過程:氣體在壓縮機(jī)一中壓縮，與此同時(shí)打開一級進(jìn)氣閥，氣體經(jīng)一級冷卻器冷卻進(jìn)入一級回?zé)崞鳎?jīng)回?zé)崞骼鋮s進(jìn)入一級排出器；一級進(jìn)氣閥關(guān)閉，打開以及排氣閥；氣體冷卻回?zé)崞魈盍虾鬁囟壬撸M(jìn)入低壓貯氣罐，然后由一級壓縮機(jī)吸入，壓縮后再次進(jìn)入高壓貯氣罐；同時(shí)，推移活塞重新移動(dòng)到氣缸底部，排氣閥關(guān)閉；周而復(fù)始，整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)工作，冷頭溫度逐步降低，連續(xù)不斷地制取冷量；兩級之間通過熱耦合使一級為二級提供預(yù)冷，二級的制冷方式與一級相同。上述二級回?zé)崞髯钅┒?0K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置，通過超聲波霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
[0015]G-M制冷機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在液氦溫區(qū)增加超聲波霧化裝置，使制冷劑以微小氣霧的形式噴出，使氦-4工質(zhì)分子間距增大，更接近于理想氣體狀態(tài)工作，增大了低溫溫區(qū)的效率，減小了回?zé)崞鲀?nèi)的壓力焓損失、不可逆換熱損失和導(dǎo)熱損失，同時(shí)增大了液氦溫區(qū)氦的膨脹率，從而與未采用超聲波霧化裝置的液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)相比可顯著改善制冷效率改善了液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)尤其是20K溫區(qū)以下的制冷性能。
[0016]一種采用超聲波霧化裝置的斯特林制冷機(jī)，其特征在于:它包括預(yù)冷級制冷、熱橋、超聲波霧化裝置、液氦溫區(qū)低溫制冷機(jī)。
[0017]其中預(yù)冷級制冷機(jī)包括壓縮機(jī)一、一級冷卻器、一級回?zé)崞?、一級排出器；壓縮機(jī)一的出口與一級冷卻器入口相連，一級冷卻器出口同時(shí)與一級回?zé)崞魅肟诤鸵患壟懦銎鞒隹谙噙B；
其中液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)包括壓縮機(jī)二、二級冷卻器、二級回?zé)崞?、二級排出器和冷頭；壓縮機(jī)二的出口與二級冷卻器入口相連，二級冷卻器出口同時(shí)與二級回?zé)崞魅肟诤投壟懦銎鞒隹谙啵壔責(zé)崞鞯某隹谕ㄟ^冷頭與二級排出器的入口相連；上述一級回?zé)崞鞯某隹诤鸵患壟懦銎鞯娜肟谕ㄟ^熱橋與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B。
[0018]其特征在于:二級回?zé)崞髯钅┒?0K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置，通過超聲波霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
[0019]采用超聲波霧化裝置的斯特林制冷機(jī)的制冷方法，其特征在于包括以下過程:第一級的制冷過程是壓縮機(jī)一將工質(zhì)壓縮至高壓，在一級冷卻器中氣體被冷卻，向環(huán)境放出熱量；一級排出器與壓縮機(jī)一活塞機(jī)械相聯(lián)，但是它們的運(yùn)動(dòng)維持一定的相位差，以保證工質(zhì)在處于環(huán)境溫度下的壓縮腔與處于低溫下的膨脹腔之間流動(dòng)；當(dāng)工質(zhì)從壓縮機(jī)一經(jīng)過一級回?zé)崞飨蛳露肆鲃?dòng)時(shí)，回?zé)崽盍蠌墓べ|(zhì)中吸取熱量，同時(shí)一級排出器功回收至壓縮機(jī)供壓縮機(jī)使用；兩級之間通過熱耦合使一級為二級提供預(yù)冷，二級的制冷方式與一級相同。上述二級回?zé)崞髯钅┒?0K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置，通過超聲波霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
[0020]斯特林制冷機(jī)具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、起動(dòng)快、操作方便和溫度范圍寬廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于制冷量小的場合。在液氦溫區(qū)增加超聲波霧化裝置，使制冷劑以微小氣霧的形式噴出，使氦-4工質(zhì)分子間距增大，更接近于理想氣體狀態(tài)工作，增大了低溫溫區(qū)的效率，減小了回?zé)崞鲀?nèi)的壓力焓損失、不可逆換熱損失和導(dǎo)熱損失，同時(shí)增大了液氦溫區(qū)氦的膨脹率，從而與未采用超聲波霧化裝置的液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)相比可顯著改善制冷效率改善了液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)尤其是20K溫區(qū)以下的制冷性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為一種回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)即液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)；
圖2為一種回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)即液氦溫區(qū)G-M制冷機(jī)；
圖3為一種回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)即液氦溫區(qū)斯特林制冷機(jī)；
圖4為超聲波霧化裝置圖；
圖5為氦的膨脹率隨溫度變化圖；
圖中的標(biāo)號名稱:1、預(yù)冷級制冷機(jī)，2、壓縮機(jī)一,3、一級氣庫,4、一級回?zé)崞?5、一級脈管，6、熱橋，7、液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)，8、壓縮機(jī)二，9、一級慣性管，10、二級回?zé)崞鳎?1、二級氣庫，12、冷頭，13、超聲波霧化裝置，14、二級脈管，15、二級慣性管，16 —級冷卻器，17、一級排出器，18、二級冷卻器，19、二級排出器，20、一級進(jìn)氣閥，21、一級排氣閥，22、二級進(jìn)氣閥，23、二級排出閥。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1所示，采用超聲波霧化裝置的兩級脈管制冷機(jī)包括包括預(yù)冷級制冷機(jī)1、熱橋
6、超聲波霧化裝置13、液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)7 ;其中預(yù)冷級制冷機(jī)I包括壓縮機(jī)一2、一級回?zé)崞?、一級脈管5、一級慣性管9和一級氣庫3 ;其中壓縮機(jī)一 2的出口與一級回?zé)崞?入口相連，一級脈管5出口通過所述一級慣性管9與一級氣庫3入口相連；液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)7包括壓縮機(jī)二 8、二級回?zé)崞?0、二級脈管14、二級慣性管15和二級氣庫11 ;其中壓縮機(jī)二 8的出口與二級回?zé)崞?0的入口相連，二級回?zé)崞?0的出口通過冷頭12與二級脈管14的入口相連，二級脈管14的出口通過所述二級慣性管9與二級氣庫11入口相連；上述超聲波霧化裝置13置于二級回?zé)崞?0最末端20K溫區(qū)以下部位，通過霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧；一級回?zé)崞?的出口和一級脈管5的入口通過熱橋6與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B。
[0023]所述的液氦溫區(qū)制冷機(jī)為回?zé)崾街评錂C(jī)。液氦溫區(qū)段采用了超聲波霧化裝置，霧化器通過陶瓷霧化片的高頻諧振，將液氦分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然飄逸的液氦霧。
[0024]圖2所示，采用超聲波霧化裝置的兩級G-M制冷機(jī)，它包括預(yù)冷級制冷機(jī)1、熱橋
6、超聲波霧化裝置13、液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)7 ;其中預(yù)冷級制冷機(jī)I包括壓縮機(jī)一
2、一級進(jìn)氣閥20、一級冷卻器16、一級回?zé)崞?、一級排出器17和一級排氣閥21 ;其中壓縮機(jī)一 2的出口與一級進(jìn)氣閥20相連，兩個(gè)進(jìn)氣閥20通過一級冷卻器16相連，一級回?zé)崞?入口與一級進(jìn)氣閥20出口相連接，一級排出器17 —端通過一級排氣閥21與壓縮機(jī)一 2出口相連接。液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)7包括壓縮機(jī)二 8、二級進(jìn)氣閥22、二級冷卻器18、二級回?zé)崞?0、二級排出器19，二級排氣閥23和冷頭12 ;其中壓縮機(jī)二 8的出口與二級排氣閥23的入口相連，兩個(gè)二級進(jìn)氣閥20通過二級冷卻器18相連接，二級回?zé)崞?0入口與二級進(jìn)氣閥20出口相連，二級回?zé)崞?0的出口通過冷頭12與二級排出器19的入口相連，二級排出器19的出口通過所述二級排氣閥21與壓縮機(jī)二 8出口相連；上述超聲波霧化裝置13置于二級回?zé)崞?0最末端20K溫區(qū)以下部位，通過霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。上述一級回?zé)崞?的出口和一級排出器17的入口通過熱橋6與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B。所述的液氦溫區(qū)制冷機(jī)為回?zé)崾街评錂C(jī)。液氦溫區(qū)段采用了超聲波霧化裝置，霧化器通過陶瓷霧化片的高頻諧振，將液氦分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然飄逸的液氦霧。
[0025]圖3所示，采用超聲波霧化裝置的兩級斯特林制冷機(jī)。它包括預(yù)冷級制冷機(jī)1、熱橋6、超聲波霧化裝置13、液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)7。其中預(yù)冷級制冷機(jī)I包括壓縮機(jī)一 2、一級冷卻器16、一級回?zé)崞?、一級排出器17 ;壓縮機(jī)一 2的出口與一級冷卻器16入口相連，一級冷卻器16出口同時(shí)與一級回?zé)崞?入口和一級排出器17出口相連。液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)7包括壓縮機(jī)二 8、二級冷卻器18、二級回?zé)崞?0、二級排出器19和冷頭12 ;壓縮機(jī)二 8的出口與二級冷卻器18入口相連，二級冷卻器18出口同時(shí)與二級回?zé)崞?0入口和二級排出器19出口相，二級回?zé)崞?0的出口通過冷頭12與二級排出器19的入口相連上述超聲波霧化裝置13置于二級回?zé)崞?0最末端20K溫區(qū)以下部位，通過霧化裝置使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。上述一級回?zé)崞?的出口和一級排出器17的入口通過熱橋6與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B
圖4所示為超聲波霧化裝置，霧化裝置不需加熱或添加任何化學(xué)試劑，通過一定的振蕩電路手段，與壓電陶瓷固有振蕩頻率產(chǎn)生共振，使與壓電陶瓷接觸的液氦霧化為微小氣霧。
[0026]圖5所示為氦的膨脹率隨溫度，從中可以看出隨著溫度的不斷下降，膨脹率逐步減小，采用霧化裝置不僅不需加熱或添加任何化學(xué)試劑，而且可以使制冷機(jī)在滿足液氦溫區(qū)制冷的同時(shí)增大液氦的膨脹率，同時(shí)也可減小回?zé)崞鲀?nèi)的壓力焓損失，不可逆換熱損失和導(dǎo)熱損失。
[0027]本發(fā)明具體的實(shí)施方法是:該回?zé)崾街评錂C(jī)制冷機(jī)采用熱耦合型結(jié)構(gòu)(即分離型結(jié)構(gòu))，各級通過冷量連接而氣體回路相互獨(dú)立，力圖使各級的能量流和質(zhì)量流明確，以利于預(yù)測與分析。該制冷機(jī)通過熱橋連接各級，各熱橋均可拆裝，使得各級的分步加工與測試成為可能。該兩級制冷機(jī)采用兩臺壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)。而兩臺壓縮機(jī)分別采用高精度的變頻電源驅(qū)動(dòng)。當(dāng)制冷劑到達(dá)液氦溫區(qū)制冷機(jī)時(shí)，首先進(jìn)入超聲波霧化器，此時(shí)水位開關(guān)檢測到有液體時(shí)會(huì)自動(dòng)接通振蕩器的工作電源，機(jī)器開始工作，噴霧口看到有液氦霧噴出。
[0028]該制冷機(jī)與其他制冷機(jī)相比，具有制冷效率高、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。通過選用超聲波霧化裝置，可同步實(shí)現(xiàn)液氦溫區(qū)制冷和制冷效率的提高，對于提高脈管制冷機(jī)液氦溫區(qū)的制冷效率具有重要意義。
【權(quán)利要求】
1.一種采用超聲波霧化裝置的脈管制冷機(jī)，包括預(yù)冷級制冷機(jī)(1)、熱橋(6)、超聲波霧化裝置(13)、液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)(7)； 其中預(yù)冷級制冷機(jī)(1)包括壓縮機(jī)一(2)、一級回?zé)崞?4)、一級脈管(5)、一級慣性管(9)和一級氣庫(3);其中壓縮機(jī)一(2)的出口與一級回?zé)崞?4)入口相連，一級脈管(5)出口通過所述一級慣性管(9)與一級氣庫(3)入口相連； 其中液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)(7)包括壓縮機(jī)二(8)、二級回?zé)崞?10)、二級脈管(14)、二級慣性管(15)和二級氣庫(11);其中壓縮機(jī)二(8)的出口與二級回?zé)崞?10)的入口相連，二級回?zé)崞?10)的出口通過冷頭(12)與二級脈管(14)的入口相連，二級脈管(14)的出口通過所述二級慣性管(15 )與二級氣庫(11)入口相連； 上述一級回?zé)崞?4)的出口和一級脈管(5)的入口通過熱橋(6)與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B； 其特征在于:上述二級回?zé)崞?10)最末端20K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置(13)，通過超聲波霧化裝置(13)使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超聲波霧化裝置的脈管制冷機(jī)的制冷方法，其特征在于包括以下過程: 第一級的制冷過程是氣體通過壓縮機(jī)一(2)進(jìn)入一級回?zé)崞?4)熱端，流入一級回?zé)崞?4)的工質(zhì)氣體被一級回?zé)崞鞒浞掷鋮s后，從冷端進(jìn)入一級脈管(5)，一級脈管(5)冷端的氣體質(zhì)量流量與壓力波之間產(chǎn)生一定的相位差，工質(zhì)在一級脈管(5)冷端膨脹產(chǎn)生制冷效應(yīng)，而在一級脈管熱端放熱；兩級之間通過熱耦合使一級為二級提供預(yù)冷，二級的制冷方式與一級相同；上述二級回?zé)崞?10)最末端20K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置(13)，通過超聲波霧化裝置(13)使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
3.一種采用超聲波霧化裝置的G-M制冷機(jī)，它包括預(yù)冷級制冷機(jī)(1)、熱橋(6)、超聲波霧化裝置(13)、液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)(7)； 其中預(yù)冷級制冷機(jī)(1)包括壓縮機(jī)一(2)、兩個(gè)一級進(jìn)氣閥(20)、一級冷卻器(16)、一級回?zé)崞?4)、一級排出器(17)和兩個(gè)一級排氣閥(21);其中壓縮機(jī)一(2)的出口依次經(jīng)過第一個(gè)一級進(jìn)氣閥(20)、一級冷卻器(16)、第二個(gè)一級進(jìn)氣閥(20)與一級回?zé)崞?4)的入口相連，一級排出器(17)的出口依次經(jīng)過所述兩個(gè)一級排氣閥(21)與壓縮機(jī)一(2)出口相連； 其中液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)(7)包括壓縮機(jī)二(8)、兩個(gè)二級進(jìn)氣閥(22)、二級冷卻器(18)、二級回?zé)崞?10)、二級排出器(19)，兩個(gè)二級排氣閥(23)和冷頭(12);其中壓縮機(jī)二(8)的出口依次經(jīng)過第一個(gè)二級排氣閥(20)二級冷卻器(18)、第二個(gè)二級排氣閥(23)與二級回?zé)崞?10)入口相連，二級回?zé)崞?10)的出口通過冷頭(12)與二級排出器(19)的入口相連，二級排出器(19)的出口依次通過所述兩個(gè)二級排氣閥(23)與壓縮機(jī)二(8)出口相連； 上述一級回?zé)崞?4)的出口和一級排出器(17)的入口通過熱橋(6)與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B； 其特征在于:上述二級回?zé)崞?10)最末端20K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置(13)，通過超聲波霧化裝置(13)使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用超聲波霧化裝置的G-M制冷機(jī)的制冷方法，其特征在于包括以下過程: 氣體在壓縮機(jī)一(2)中壓縮，與此同時(shí)打開一級進(jìn)氣閥(20)，氣體經(jīng)一級冷卻器(16)冷卻進(jìn)入一級回?zé)崞?4)，經(jīng)回?zé)崞?4)冷卻進(jìn)入一級排出器(17);—級進(jìn)氣閥(20)關(guān)閉，打開一級排氣閥(21);氣體冷卻回?zé)崞魈盍虾鬁囟壬?，進(jìn)入低壓貯氣罐，然后由壓縮機(jī)一(2)吸入，壓縮后再次進(jìn)入高壓貯氣罐；同時(shí)，推移活塞重新移動(dòng)到氣缸底部，排氣閥關(guān)閉；周而復(fù)始，整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)工作，冷頭溫度逐步降低，連續(xù)不斷地制取冷量；兩級之間通過熱耦合使一級為二級提供預(yù)冷，二級的制冷方式與一級相同；上述二級回?zé)崞?10)最末端20K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置(13)，通過超聲波霧化裝置(13)使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
5.一種采用超聲波霧化裝置的斯特林制冷機(jī)，其特征在于:它包括預(yù)冷級制冷機(jī)(I)、熱橋(6 )、超聲波霧化裝置(13)、液氦溫區(qū)低溫制冷機(jī)(7 ); 其中預(yù)冷級制冷機(jī)(I)包括壓縮機(jī)一(2)、一級冷卻器(16)、一級回?zé)崞?4)、一級排出器(17);壓縮機(jī)一(2)的出口與一級冷卻器(16)入口相連，一級冷卻器(16)出口同時(shí)與一級回?zé)崞?4)入口和一級排出器(17)出口相連； 其中液氦溫區(qū)回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)(7)包括壓縮機(jī)二(8)、二級冷卻器(18)、二級回?zé)崞?10)、二級排出器(19)和冷頭(12);壓縮機(jī)二(8)的出口與二級冷卻器(18)入口相連，二級冷卻器(18)出口同時(shí)與二級回?zé)崞?10)入口和二級排出器(19)出口相，二級回?zé)崞?10)的出口通過冷頭(12)與二級排出器(19)的入口相連；上述一級回?zé)崞?4)的出口和一級排出器(17)的入口通過熱橋(6)與液氦溫區(qū)脈管制冷機(jī)回?zé)崞髦胁肯噙B；其特征在于:二級回?zé)崞?10)最末端 20K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置(13)，通過超聲波霧化裝置(13)使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用超聲波霧化裝置的斯特林制冷機(jī)的制冷方法，其特征在于包括以下過程:第一級的制冷過程是壓縮機(jī)一(2)將工質(zhì)壓縮至高壓，在一級冷卻器(16)中氣體被冷卻，向環(huán)境放出熱量；一級排出器(19)與壓縮機(jī)一(2)活塞機(jī)械相聯(lián),但是它們的運(yùn)動(dòng)維持一定的相位差，以保證工質(zhì)在處于環(huán)境溫度下的壓縮腔與處于低溫下的膨脹腔之間流動(dòng)；當(dāng)工質(zhì)從壓縮機(jī)一(2)經(jīng)過一級回?zé)崞?4)向下端流動(dòng)時(shí)，回?zé)崽盍蠌墓べ|(zhì)中吸取熱量，同時(shí)一級排出器(17)功回收至壓縮機(jī)供壓縮機(jī)使用；兩級之間通過熱耦合使一級為二級提供預(yù)冷，二級的制冷方式與一級相同；上述二級回?zé)崞?10)最末端20K溫區(qū)以下部位安裝有超聲波霧化裝置(13)，通過超聲波霧化裝置(13)使液氦霧化為細(xì)小的氣霧。
【文檔編號】F25B9/14GK103994597SQ201410227530
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】李卓裴, 夏穎, 胡沛, 蔣彥龍 申請人:南京航空航天大學(xué)