脈管式低溫製冷設備的製作方法
2023-05-26 00:10:06 2
專利名稱：脈管式低溫製冷設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種製冷設備，即應用脈管制冷技術設計的製冷設備。
現有的脈管制冷機效率低，因此實際應用的範圍有限。但由於它在低溫區內無運動部件，使機械結構簡單，製造與維修均比較方便。目前隨著脈管制冷技術的發展，其效率已基本接近G－M制冷機的效率。但由於現有的脈管制冷機進氣脈動波形不易控制在最佳狀態，因此還未發揮出主機的最大潛力。如採用曲柄連杆機構驅動活塞，實現氣體脈動波形的可變化性有限。如採用閥門實現進氣脈動波形，則閥門節流影響較大。對於採用脈管與回熱器同軸布置的方案，其脈管熱端進氣口和回熱器熱端進氣口的布局至少其中之一需採用側向進氣。一般採用回熱器熱端側向進氣結構，這樣導致回熱器熱端進氣口周圍環向氣流流動的均勻性及回熱效率會受到影響。現有製冷設備中的換熱器結構複雜，一般效率低，如要提高效率，就要增加氣流阻力，還有主機由於機件均為金屬製件，軸向熱傳導損失大。
本實用新型的目的正是為了克服上述已有技術的不足而提供的一種脈管式低溫製冷設備。它製冷效率高，產生的氣體脈動波形為理想的梯形脈動波形。
本實用新型的目的是由以下措施來實現由主機、冷箱及電控部分構成的低溫製冷設備，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，通過法蘭盤和螺栓與冷箱相連。主機與冷箱之間裝有隔離罩。主機包括主副兩個壓氣機。各自經主副氣管與主機相通。電控部分包括電控板，通過導線來控制隔離罩起閉裝置、主機冷端的熱電偶、冷箱內的熱電偶以及主副壓氣機。
本實用新型與已有技術相比具有如下優點1.由於本方案採用兩組直線電機驅動兩個活塞，分別向脈管的冷熱兩端提供脈動氣體，可以充分利用直線電機具有工作方式去除，可以自調、自控的特點和電機具有能夠同步驅動活塞的結構，使排出氣體能達到特殊波形，如梯形波、矩形波、鋸齒波及特定曲線波等，從而使主機內氣體循環波形達到最佳效率狀態。還可以充分利用直線電機行程可調的優勢，調節活塞的排氣行程，即調節排氣量，使脈管兩側進排氣量達到最佳值，相位也可調整到最佳值。還可免除脈管熱端與回熱器熱端之間的配氣管及調節閥結構。
2.回熱器偏心配氣室結構，提高回熱器回熱效率。
3.主機部件採用複合結構，軸嚮導熱損失小。
4.主機與冷箱採用隔離方案，減小主機停機後內部氣體導熱損失。
以下結合附圖對本實用新型做詳細說明
圖1為製冷設備整體示意圖。圖2為脈管主機與壓氣機及電控部分示意圖。圖3a為脈管機殼結構之一，圖3b為脈管機殼結構之二。圖4a為脈管結構之一，圖4b為脈管結構之二。圖5為回熱器結構。圖6為回熱器熱端氣流通道與偏心配氣室。圖7為換熱器結構。
該製冷設備的冷箱41外層裝有絕熱層。冷箱內上端裝有脈管主機，通過法蘭盤與螺栓49與冷箱連接。冷箱與主機之間裝有隔離罩42。它裝在隔離罩起閉裝置43上，由導線44與電控板39接通。主壓氣機29、副壓氣機19均通過主氣管15、副氣管16與主機相通。脈管1的冷端4與熱端5均裝有整流柵。機架6內加工有回熱器熱端氣流通道7和偏心配氣室8，這樣使回熱器進排氣沿環向分配均勻，減小死角，同時能提高回熱器效率。換熱器採用間隙式換熱器，換熱面積大，氣體容積小。進排水管同軸布置，結構緊湊。走氣間隙內填充有金屬網14，增加換熱面積，增大氣體流動紊流程度。換熱器還包括外殼9，隔流板11，進水管13，排水管12及進排水轉換接頭17。換熱器的外面裝有換熱器蓋10。螺栓40將換熱器蓋與機殼固定連接並密封。主副壓氣機包括冷水套19、29，氣缸20、31，活塞21、32，軸承22、33，軸25、34，電機殼26、35，電機動子24、36，電機定子23、30，及導線27、37。主副壓氣機之間有水連接管28，冷卻水進水管18裝於副壓氣機冷水套19上。出水管38裝於主壓氣機冷水套29上。主機的機殼3可用金屬骨架49內外包覆絕熱層製成，如圖3a，也可採用非金屬材料製成，其冷端內外用螺栓裝金屬散熱器50，如圖3b。脈管1採用金屬環片51與非金屬環片52軸向間隔串疊組裝而成，如圖4a，也可採用金屬短管與非金屬環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。回熱器2採用金屬網或金屬球粒53與非金屬網54軸向間隔組裝而成，如圖5。電控部分包括電控板39，導線46連接主機冷端的熱電偶45，導線48連接冷箱內熱電偶47。導線27連接主副壓氣機。導線44連接隔離罩起閉裝置43。
下面詳細描述製冷設備的工作過程一.初始起動此時隔離罩處於關閉狀態。電控板首先起動主副壓氣機，脈動氣流經主副氣管導入脈管主機。主機殼冷端溫度逐漸下降，並由熱電偶反饋給電控板。當溫度降到一定程度時，電控板控制隔離罩起閉裝置，打開隔離罩，使主機冷端與冷箱相通向冷箱製冷。冷箱內溫度由熱電偶反饋給電控板。當冷箱內溫度達到要求的製冷溫度時，電控板控制關閉壓氣機，同時控制關閉隔離罩。
二.冷箱保溫由於存在各種散熱損失，冷箱內溫度會逐步升高。如果需要恆溫，就得定時起動主機製冷。當冷箱內熱電偶測得溫度高於要求時，即反饋給電控板。電控板即控制啟動主副壓氣機，開動主機工作。此時隔離罩依然處於隔斷狀態。當制冷機工作一定時間後，主機冷端熱電偶測得溫度低於機箱內溫度時，反饋給電控板。電控板則控制隔離罩起閉裝置打開隔離罩，接通主機冷端與冷箱，主機向冷箱製冷。
本方案採用兩組直線電機驅動兩個活塞，分別向脈管的冷熱兩端提供脈動氣體，可以充分利用直線電機具有工作方式去除，可以自調、自控的特點和電機具有能夠同步驅動活塞的結構，使排出氣體能達到特殊波形，如梯形波、矩形波、鋸齒波及特定曲線波等，從而使主機內氣體循環波形達到最佳效率狀態。還可以充分利用直線電機行程可調的優勢，調節活塞的排氣行程，即調節排氣量，使脈管兩側進排氣量達到最佳值，相位也可調整到最佳值。還可免除脈管熱端與回熱器熱端之間的配氣管及調節閥結構。
權利要求1.一種低溫製冷設備，主要包括主機、壓氣機及電控部分，其特徵在於a.冷箱的外層裝有絕熱層；b.冷箱的上端裝有脈管主機，通過法蘭盤與螺栓與冷箱相連，主機與冷箱之間裝有隔離罩；c.與主機相通的壓氣機包括主壓氣機與副壓氣機，各自經主副氣管與主機相通；d.電控部分包括電控板，通過導線控制隔離罩起閉裝置、主機冷端的熱電偶和冷箱內的熱電偶及主副壓氣機。
2.如權利要求1所述的製冷設備，其特徵在於脈管主機包括脈管(1)、回熱器(2)、機殼(3)、機架(6)、換熱器(9)、主副氣管(15)、(16)，機架內加工有回熱器熱端氣流通道(7)與偏心配氣室(8)；換熱器包括外殼(9)、隔流板(11)、排水管(12)、進水管(13)及轉換接頭(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架之間的窄縫空間處填充有金屬網(14)，機殼與換熱器蓋用螺栓(40)固定連接並密封。
3.如權利要求1所述的製冷設備，其特徵在於主、副壓氣機包括冷水套(19)、(29)，氣缸(20)、(31)，活塞(21)、(32)，軸承(22)、(33)，軸(25)、(34)，電機殼(26)、(35)，電機動子(24)、(36)，電機定子(23)、(30)及導線(27)、(37)，主副壓氣機之間有水連接管(28)，副壓氣機冷水套(19)上裝有冷卻水進水管(18)，在主壓氣機冷水套(29)上裝有冷卻水出水管(38)。
4.如權利要求2所述的製冷設備，其特徵在於機殼(3)可用金屬骨架內外包覆絕熱層構成或採用非金屬材料製作，其冷端內外用螺栓裝金屬散熱器。
5.如權利要求2所述的製冷設備，其特徵在於脈管(1)採用金屬環片與非金屬環片軸向間隔串疊組裝而成，或採用金屬短管與非金屬環片軸向間隔串疊組裝，其外圍均包覆有絕熱材料。
6.如權利要求2所述的製冷設備，其特徵在於回熱器(2)採用金屬網或金屬球粒與非金屬網軸向間隔組裝而成。
專利摘要本實用新型涉及一種低溫製冷設備。它包括主機、壓氣機及電控部分。該設備的冷箱包有絕熱層。主機與冷箱之間裝有隔離罩。壓氣機包括主副壓氣機。電控部分通過導線連接隔離罩起閉裝置、主副壓氣機及冷箱內的熱電偶。採用本實用新型製冷效率高，產生的氣體脈動波形為理想的脈動波形。
文檔編號F25B19/02GK2155533SQ9321574
公開日1994年2月9日 申請日期1993年6月15日 優先權日1993年6月15日
發明者鍾曉峰, 徐雲勝, 張英模, 史黎明, 鄒永順, 王立業 申請人:鍾曉峰