回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制冷机制造技术

本发明专利技术公开了一种回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制冷机，包括脉管制冷单元和J-T节流制冷单元，所述脉管制冷单元包括脉管，该脉管内设有与所述脉管内壁滑动且密封配合的活塞，该活塞将脉管内部空间分隔为两部分，分别为压缩腔和脉冲腔；所述J-T节流制冷单元包括压缩机以及与压缩机高压出口连通的高压侧管路，该压缩机高压出口和高压测管路入口，通过一带有进排气阀组的管路与所述压缩腔单向连通。本发明专利技术回收脉管热端声功用于提高J-T节流制冷单元的高压压力，相比现有技术，其整机具备更紧凑的结构，更合理的能量利用和更高的整机制冷性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温制冷系统，具体是涉及一种回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制冷机。
技术介绍
回热式低温制冷技术以斯特林制冷机、G-M制冷机和脉管制冷机为代表，利用气体工质在转变温度以上，压力相对较低时所表现的理想气体性质能够在15K以上温区获得较高的制冷性能，且已成熟应用于地面甚至空间等低温制冷领域。J-T节流利用了气体工质在转变温度以下、压力相对较高时所表现的非理想气体性质得到较高效的制冷效果。因此采用回热式低温制冷机用于预冷J-T节流制冷机，并同时采用氦气作为工质的复合型低温制冷技术，能够实现在15K以下温区，特别是液氦温区的高效制冷。在空间应用和其他一些体积重量和可靠性要求极高的场合，单位体积（质量）的制冷量和使用寿命成为了选用制冷机的限制条件。在这些苛刻的要求下，采用线性压缩机驱动的斯特林制冷机和斯特林型脉管制冷机与J-T节流制冷机组成的复合型低温制冷机已成为主流技术。线性压缩机驱动的斯特林制冷机虽可通过高精度的设计制造，获得较长的使用寿命，且其理想制冷COP为卡诺制冷COP，但其存在的冷端运动部件仍是不可靠因素，两级排出器结构复杂，设计加工成本巨大，并且排出器电机和消除振动的装置占制冷机总体积和总重量的比重相当可观。脉管制冷机结构简单，与J-T节流制冷机组成的复合型制冷系统中只有压缩机和脉管压缩机为运动部件，无冷端运动部件，设计加工相对简单，可靠性容易保证。其缺点是，理想制冷COP为TC/TH，小于斯特林制冷机理想制冷COP=TC/(TH-TC)。目前针对脉管制冷机改进的报道较多，例如申请公布号为CN103216966A的专利文献公开了一种自由活塞式脉管制冷机，包括至少一个制冷单元，所述制冷单元包括依次连接的压缩装置、回热器、冷端换热器、脉管以及脉管热端换热器，所述脉管内置有一个自由活塞系统，所述自由活塞系统包括自由活塞和弹簧，所述自由活塞与脉管间隙配合并通过弹簧与脉管热端换热器相连。上述技术方案在脉管内放置一个自由活塞系统，在脉管中的自由活塞不仅可以取代脉管制冷机中的气体活塞以回收气体的膨胀功从而提高脉管制冷机的本征效率，而且还可以实现相位调节，从而省去了惯性管和气库等结构较为复杂的调相机构，使制冷机的结构更加紧凑。但是，与其他脉管制冷机相同，上述脉管制冷机存在如下技术问题：脉管热端换热器中存在的声功会在调相机构中耗散成等值的热量，这部分能量均没有得到有效利用，造成资源的浪费，同时也限制了脉管制冷机COP的进一步提高。而且，该方案仍无法解决脉管制冷机在15K以下温区实现高效制冷的难题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制冷机，该制冷系统制冷性能高，且同时具备结构紧凑、寿命长和可靠性高等优点。一种回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制冷机，包括脉管制冷单元和J-T节流制冷单元，所述脉管制冷单元包括脉管，该脉管内设有与所述脉管内壁滑动且密封配合的活塞，该活塞将脉管内部空间分隔为两部分，分别为压缩腔和脉冲腔；所述J-T节流制冷单元包括压缩机以及与压缩机高压出口连通的高压侧管路，该压缩机的高压出口和其高压侧管路入口通过一带有进排气阀组的管路与所述压缩腔单向连通。采用上述方案，能够充分利用脉管制冷机中声功，同时提高了J-T节流制冷单元的压比，优化了复合型制冷机整机的能量利用过程，提升了整机性能。下面是对上述技术方案的进一步优选的技术方案：作为优选，所述脉管制冷单元包括压力波发生器、回热器热端换热器、回热器、脉管冷端换热器和脉管；所述压力波发生器出口通过管路依次与回热器热端换热器、回热器、脉管冷端换热器与脉冲腔相连通；所述活塞通过一弹簧与压缩腔内壁相互连接固定。所述弹簧的作用为支撑活塞，并使活塞在脉冲腔的压力波动作用下沿脉管轴线做往复运动。作为优选，所述J-T节流制冷单元包括压缩机、第一级间壁式换热器、第一级预冷换热器、节流前间壁式换热器、节流阀和冷端换热器；按照制冷工质流向，压缩机高压出口通过管路依次与进排气阀组的进气阀、压缩腔、进排气阀组的出气阀、第一级间壁式换热器高压侧管路、第一级预冷换热器、节流前间壁式换热器高压侧管路、节流阀和冷端换热器入口连通，冷端换热器出口通过管路依次与节流前间壁式换热器低压侧管路、第一级间壁式换热器低压侧管路和压缩机低压入口连通。为充分利用脉管制冷机冷量，提高J-T节流制冷单元制冷性能，作为进一步优选，所述第一级预冷换热器与脉管冷端换热器接触换热。为获得更低的制冷温度和相应更大的制冷量，作为优选，所述脉管制冷单元还包括同时与脉管冷端换热器连通的气耦合回热器、以及依次与气耦合回热器连通的气耦合脉管冷端换热器、气耦合脉管、气耦合脉管热端换热器和气耦合调相机构；所述J-T节流制冷单元还包括第二级间壁式换热器和第二级预冷换热器；所述第一级预冷换热器出口先与第二级间壁式换热器高压侧管路和第二级预冷换热器相连后再与节流前间壁式换热器高压侧管路相连；所述节流前间壁式换热器低压侧管路先与第二级间壁式换热器低压侧管路相连后再与第一级间壁式换热器低压侧管路相连；所述第二级预冷换热器与气耦合脉管冷端换热器接触换热。在实际使用中，作为优选，所述气耦合调相机构为与气耦合脉管热端换热器连通的惯性管、或与气耦合脉管热端换热器连通的小孔阀与气库的组合。或者，为进一步回收能量，提高整机性能，所述气耦合调相机构为与所述气耦合脉管热端换热器内壁滑动且密封配合的活塞、以及将该活塞与所述气耦合脉管热端换热器固定的弹簧结构。为提高气耦合脉管换热器处制冷性能，作为优选，所述气耦合调相机构与所述脉管冷端换热器接触换热。此方法有利于解决室温下小声功调相不足的问题，以此提高脉管制冷机性能。在实际运用中，作为优选，压缩机采用线性压缩机、涡旋式压缩机，可以采用二级甚至更多级压缩的形式。线性压缩机和涡旋压缩机中的浮动涡旋式压缩机均能达到长寿命、无振动等要求，线性压缩机是目前空间应用的主流技术，浮动涡旋式压缩机单机可达120以上压比，能效高，在低温制冷机领域很有潜力。在实际使用中，作为优选，压力波发生器可采用线性压缩机或带高低压控制阀（一般为旋转阀，作用是将压缩机输出的直流工质在进入脉管制冷机前转变为交变流动的工质）的涡旋式压缩机（包括浮动涡旋式压缩机）。以带控制阀的涡旋压缩机驱动作为压力波发生器的脉管制冷机，一般频率较低，使回热器换热充分，能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制冷机，包括脉管制
冷单元和J-T节流制冷单元，其特征在于，所述脉管制冷单元包括脉管
（12），该脉管（12）内设有与所述脉管（12）内壁滑动且密封配合的活
塞（13），该活塞将脉管（12）内部空间分隔为两部分，分别为压缩腔（16）
和脉冲腔（17）；所述J-T节流制冷单元包括压缩机（1）以及与压缩机（1）
高压出口连通的高压侧管路，该压缩机的高压出口和其高压侧管路入口通
过一带有进排气阀组（2）的管路与所述压缩腔（16）单向连通。
2.根据权利要求1所述的回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制
冷机，其特征在于，所述脉管制冷单元包括压力波发生器（8）、回热器热
端换热器（9）、回热器（10）、脉管冷端换热器（11）和脉管（12）；所述
压力波发生器（8）出口通过管路依次与回热器热端换热器（9）、回热器
（10）、脉管冷端换热器（11）与脉冲腔（17）相连通；所述活塞通过一
弹簧（14）与压缩腔（16）内壁相互连接固定。
3.根据权利要求1所述的回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制
冷机，其特征在于，所述J-T节流制冷单元包括压缩机（1）、第一级间壁
式换热器（3）、第一级预冷换热器（4）、节流前间壁式换热器（5）、节流
阀（6）和冷端换热器（7）；
按照制冷工质流向，压缩机（1）高压出口通过管路依次与进排气阀
组（2）的进气阀、压缩腔（16）、进排气阀组（2）的出气阀、第一级间
壁式换热器（3）高压侧管路、第一级预冷换热器（4）、节流前间壁式换
热器（5）高压侧管路、节流阀（6）和冷端换热器（7）入口连通，冷端
换热器（7）出口通过管路依次与节流前间壁式换热器（5）低压侧管路、
第一级间壁式换热器（3）低压侧管路和压缩机（1）低压入口连通。
4.根据权利要求3所述的回收声功的脉管和J-T节流复合型低温制
冷机，其特征在于，所述第一级预冷换热器（4）与脉管冷端换热器（11）
接触换热。
5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东立，甘智华，郭永祥，陶轩，邓皓仁，孙潇，王博，王龙一，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：