高低溫切換閥式脈衝管膨脹機製冷液化流程及裝置的製作方法

2023-12-06 00:15:06 2

專利名稱：高低溫切換閥式脈衝管膨脹機製冷液化流程及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於製冷與低溫技術領域，特別是一種高低溫切換閥式脈衝管膨脹機製冷液化流程及裝置。
脈衝管制冷機是近年來得到迅速發展的一種新的製冷技術，它利用氣體在一根細長的薄壁空管內的周期性壓力波動將熱量或功從管的一端傳輸到另一端，從而在管的一端產生製冷效應，這種管稱為脈衝管。
利用脈衝管的製冷作用來實現液化循環的流程的關鍵在於提高脈衝管制冷效率，在常規脈衝管制冷機中，理論上脈衝管冷端的製冷效果主要通過小孔氣庫結構和高壓節流製冷獲得，相比一般膨脹機效果較差。
本發明的目的在於，克服上述缺點，提供一種高低溫切換閥式脈衝管膨脹機製冷液化流程及裝置，為改善製冷效率，提出了一種效率與常規膨脹機基本相同的脈衝管膨脹機，在新結構中去掉了小孔與氣庫，而代之以高溫切換閥。
本發明的液化流程為1.低溫進氣閥和高溫排氣閥打開，其餘閥關閉，高壓通道氣體分層進入脈衝管冷端，脈衝管熱端氣體分層流出至低壓通道，脈衝管內壓力維持高壓基本不變；2.低溫進氣閥關閉，脈衝管熱端氣體分層流出，進入低壓通道，脈衝管內壓力由高降低，脈衝管冷端氣體實現絕熱膨脹，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，氣體從脈衝管熱端緩慢進入，推移脈衝管冷端氣體或帶液氣體通過低溫排氣閥排出，脈衝管內維持低壓基本不變；4.低溫排氣閥關閉，高溫進氣使得脈衝管內壓力升高至高壓。
本發明高低溫切換閥式脈衝管制冷液化裝置，其中包括，換熱器、汽液分離器一、汽液分離器二、節流閥、脈衝管和低溫切換閥等，其特徵在於，在脈衝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。
為改善製冷效率，這裡提出了一種效率與常規膨脹機基本相同的脈衝管膨脹機，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明做進一步說明，其中

圖1為本發明液化流程示意圖。
圖2為本發明裝置結構示意圖。
圖3為本發明循環壓力與閥門變化示意圖。
首先請參閱圖2，脈衝管膨脹機11由高溫切換閥8、低溫切換閥4和脈衝管6組成，在脈衝管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衝管膨脹機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，液體經節流閥3至汽液分離器二9，在汽液分離器一2分離後的氣體進入脈衝管6膨脹，部分氣體液化，汽液混合物流出脈衝管6，在汽液分離器二9內分離，低壓氣體在換熱器1中復熱返回。
對於由二切換閥組成的脈衝管膨脹機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。脈衝管內的大溫度梯度主要靠氣體活塞維持，如圖2脈衝管6內矩形面積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，其餘關閉，高壓通道氣體分層進入脈衝管6，脈衝管6熱端氣體分層流出至低壓通道，脈衝管6內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，位置由脈衝管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，脈衝管6熱端氣體分層由高溫排氣閥V4流出，進入低壓通道，脈衝管6內壓力由高降低，脈衝管6冷端氣體實現絕熱膨脹，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壓比而變長，其位置在過程終了時達到脈衝管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，氣體從脈衝管6熱端緩慢進入，推移脈衝管6冷端氣體或帶液氣體通過低溫排氣閥V2排出，脈衝管6內維持低壓基本不變，在此過程中氣體活塞長度基本不變，位置由脈衝管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，高溫進氣使得脈衝管6內壓力升高至高壓，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，而靠近脈衝管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實現了絕熱膨脹，從理論上最大程度的得到了製冷量，通過過程3--4膨脹後氣體或汽液混合物進入汽液分離器。
本發明與現有技術相比，採用高溫切換閥實現了脈衝管內的絕熱膨脹過程，其理論效率與現有膨脹機相同，達到了理論上的最大製冷量，使得脈衝管液化循環的效率達到最高，而結構與現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衝管膨脹機製冷液化流程，其特徵在於，其液化流程為(1)低溫進氣閥和高溫排氣閥打開，其餘閥關閉，高壓通道氣體分層進入脈衝管冷端，脈衝管熱端氣體分層流出至低壓通道，脈衝管內壓力維持高壓基本不變；(2)低溫進氣閥關閉，脈衝管熱端氣體分層流出，進入低壓通道，脈衝管內壓力由高降低，脈衝管冷端氣體實現絕熱膨脹，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，氣體從脈衝管熱端緩慢進入，推移脈衝管冷端氣體或帶液氣體通過低溫排氣閥排出，脈衝管內維持低壓基本不變；(4)低溫排氣閥關閉，高溫進氣使得脈衝管內壓力升高至高壓。
2，一種高低溫切換閥式脈衝管膨脹機製冷液化裝置，其中包括，換熱器、汽液分離器一、汽液分離器二、節流閥、脈衝管等，其特徵在於，在脈衝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
本發明屬於製冷與低溫技術領域,它在現有脈衝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:高壓氣體經換熱器冷卻至低溫;通過脈衝管膨脹機在脈衝管冷端膨脹產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,本發明的特點為:液化流程中採用高低溫切換閥型式的脈衝管膨脹機,實現氣體在脈衝管內的絕熱膨脹,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 優先權日1996年12月25日
發明者梁驚濤, 楊魯偉, 卞詩瑤, 周遠 申請人:中國科學院低溫技術實驗中心