專利名稱：高低溫切換閥式脈沖管膨脹機制冷液化流程及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制冷與低溫技術領域，特別是一種高低溫切換閥式脈沖管膨脹機制冷液化流程及裝置。
脈沖管制冷機是近年來得到迅速發(fā)展的一種新的制冷技術，它利用氣體在一根細長的薄壁空管內(nèi)的周期性壓力波動將熱量或功從管的一端傳輸?shù)搅硪欢?，從而在管的一端產(chǎn)生制冷效應，這種管稱為脈沖管。
利用脈沖管的制冷作用來實現(xiàn)液化循環(huán)的流程的關鍵在于提高脈沖管制冷效率，在常規(guī)脈沖管制冷機中，理論上脈沖管冷端的制冷效果主要通過小孔氣庫結構和高壓節(jié)流制冷獲得，相比一般膨脹機效果較差。
本發(fā)明的目的在于，克服上述缺點，提供一種高低溫切換閥式脈沖管膨脹機制冷液化流程及裝置，為改善制冷效率，提出了一種效率與常規(guī)膨脹機基本相同的脈沖管膨脹機，在新結構中去掉了小孔與氣庫，而代之以高溫切換閥。
本發(fā)明的液化流程為1.低溫進氣閥和高溫排氣閥打開，其余閥關閉，高壓通道氣體分層進入脈沖管冷端，脈沖管熱端氣體分層流出至低壓通道，脈沖管內(nèi)壓力維持高壓基本不變；2.低溫進氣閥關閉，脈沖管熱端氣體分層流出，進入低壓通道，脈沖管內(nèi)壓力由高降低，脈沖管冷端氣體實現(xiàn)絕熱膨脹，溫度降低，可帶液膨脹；3.高溫排氣閥關閉，低溫排氣閥打開，高溫進氣閥打開，氣體從脈沖管熱端緩慢進入，推移脈沖管冷端氣體或帶液氣體通過低溫排氣閥排出，脈沖管內(nèi)維持低壓基本不變；4.低溫排氣閥關閉，高溫進氣使得脈沖管內(nèi)壓力升高至高壓。
本發(fā)明高低溫切換閥式脈沖管制冷液化裝置，其中包括，換熱器、汽液分離器一、汽液分離器二、節(jié)流閥、脈沖管和低溫切換閥等，其特征在于，在脈沖管的上端通過管道接有一高溫切換閥，高溫切換閥的進氣閥V3與高壓進氣口相連接，高溫切換閥的排氣閥V4與低壓排氣口相連接。
為改善制冷效率，這里提出了一種效率與常規(guī)膨脹機基本相同的脈沖管膨脹機，在新結構中，去掉了小孔與氣庫，而代之一高溫切換閥。
以下結合附圖對本發(fā)明做進一步說明，其中

圖1為本發(fā)明液化流程示意圖。
圖2為本發(fā)明裝置結構示意圖。
圖3為本發(fā)明循環(huán)壓力與閥門變化示意圖。
首先請參閱圖2，脈沖管膨脹機11由高溫切換閥8、低溫切換閥4和脈沖管6組成，在脈沖管6的兩端分別有層流化元件5、7，兩端的溫度有很大差別，高溫端稱為熱端，與高溫切換閥8相連，高溫切換閥8的進氣閥V3與高壓進氣口HP相連結接，高溫切換閥8的排氣閥V4與低壓排氣口LP相連接，這樣組成典型的高低溫切換閥型脈沖管膨脹機11。
液化過程請參閱圖1、圖2所示，高壓進氣在換熱器1中冷卻到低溫，若部分氣體液化，在汽液分離器一2分離，液體經(jīng)節(jié)流閥3至汽液分離器二9，在汽液分離器一2分離后的氣體進入脈沖管6膨脹，部分氣體液化，汽液混合物流出脈沖管6，在汽液分離器二9內(nèi)分離，低壓氣體在換熱器1中復熱返回。
對于由二切換閥組成的脈沖管膨脹機11，其工作變化過程如圖3所示，同時給出了在不同階段切換閥打開與閉合情況。脈沖管內(nèi)的大溫度梯度主要靠氣體活塞維持，如圖2脈沖管6內(nèi)矩形面積10所示。氣體活塞的位置隨各過程而變化，各變化過程為(如圖3所示)1--2高壓進氣低溫進氣閥V1和高溫排氣閥V4打開，其余關閉，高壓通道氣體分層進入脈沖管6，脈沖管6熱端氣體分層流出至低壓通道，脈沖管6內(nèi)壓力維持高壓基本不變，在此過程中氣體活塞長度基本不變，位置由脈沖管6最冷端向熱端平移至某一位置，此位置與壓比及結構尺寸有關。
2--3絕熱膨脹低溫進氣閥V1關閉，脈沖管6熱端氣體分層由高溫排氣閥V4流出，進入低壓通道，脈沖管6內(nèi)壓力由高降低，脈沖管6冷端氣體實現(xiàn)絕熱膨脹，溫度降低，可為帶液膨脹，也可單相氣體膨脹，在此過程中氣體活塞長度根據(jù)壓比而變長，其位置在過程終了時達到脈沖管6最熱端。
3--4低壓排氣高溫排氣閥V4關閉，低溫排氣閥V2和高溫進氣閥V3打開，氣體從脈沖管6熱端緩慢進入，推移脈沖管6冷端氣體或帶液氣體通過低溫排氣閥V2排出，脈沖管6內(nèi)維持低壓基本不變，在此過程中氣體活塞長度基本不變，位置由脈沖管6最熱端向冷端平移至最冷端。
4--5絕熱壓縮低溫排氣閥V2關閉，高溫進氣使得脈沖管6內(nèi)壓力升高至高壓，在此過程中氣體活塞因絕熱壓縮而長度變短，氣體活塞在最冷端的位置不變，而靠近脈沖管6熱端向冷端壓縮至某一位置。
從上面的過程可看出，在過程2--3中，利用高壓切換閥8實現(xiàn)了絕熱膨脹，從理論上最大程度的得到了制冷量，通過過程3--4膨脹后氣體或汽液混合物進入汽液分離器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，采用高溫切換閥實現(xiàn)了脈沖管內(nèi)的絕熱膨脹過程，其理論效率與現(xiàn)有膨脹機相同，達到了理論上的最大制冷量，使得脈沖管液化循環(huán)的效率達到最高，而結構與現(xiàn)有膨脹機相比簡單可靠。
權利要求
1，一種高低溫切換閥式脈沖管膨脹機制冷液化流程，其特征在于，其液化流程為(1)低溫進氣閥和高溫排氣閥打開，其余閥關閉，高壓通道氣體分層進入脈沖管冷端，脈沖管熱端氣體分層流出至低壓通道，脈沖管內(nèi)壓力維持高壓基本不變；(2)低溫進氣閥關閉，脈沖管熱端氣體分層流出，進入低壓通道，脈沖管內(nèi)壓力由高降低，脈沖管冷端氣體實現(xiàn)絕熱膨脹，溫度降低，可帶液膨脹；(3)高溫排氣閥關閉，低溫排氣閥打開，高溫進氣閥打開，氣體從脈沖管熱端緩慢進入，推移脈沖管冷端氣體或帶液氣體通過低溫排氣閥排出，脈沖管內(nèi)維持低壓基本不變；(4)低溫排氣閥關閉，高溫進氣使得脈沖管內(nèi)壓力升高至高壓。
2，一種高低溫切換閥式脈沖管膨脹機制冷液化裝置，其中包括，換熱器、汽液分離器一、汽液分離器二、節(jié)流閥、脈沖管等，其特征在于，在脈沖管的上端通過管道接有一高溫切換閥，高溫切換閥的進氣閥V3與高壓進氣口相連接，高溫切換閥的排氣閥V4與低壓排氣口相連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于制冷與低溫技術領域,它在現(xiàn)有脈沖管制冷液化流程的裝置中用高溫切換閥代替了小孔和氣庫,工作過程為:高壓氣體經(jīng)換熱器冷卻至低溫;通過脈沖管膨脹機在脈沖管冷端膨脹產(chǎn)生的汽液混合物流到汽液分離器分離,低壓氣通過換熱器復熱排出,液體回收,本發(fā)明的特點為:液化流程中采用高低溫切換閥型式的脈沖管膨脹機,實現(xiàn)氣體在脈沖管內(nèi)的絕熱膨脹,其理論效率與膨脹機相同,而結構與一般膨脹機液化系統(tǒng)相比簡單可靠。
文檔編號F25B9/06GK1186208SQ9611401
公開日1998年7月1日 申請日期1996年12月25日 優(yōu)先權日1996年12月25日
發(fā)明者梁驚濤, 楊魯偉, 卞詩瑤, 周遠 申請人:中國科學院低溫技術實驗中心