[发明专利]一种带自动调节气体流量和相位装置的脉管制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及一种带自动调节气体流量和相位装置的低温脉管制冷机，尤其是一种具有自动调节气体流量和相位的脉管制冷机。

背景技术

由于脉管制冷机冷指部分无运动部件，比传统的G-M制冷机和斯特林型制冷机更加可靠，冷指具有无磨损、低振动、低噪声等特点，在商业上具有广泛的应用价值。

脉管制冷机可以看做是用气体活塞代替固体活塞的G-M制冷机的变体，通过高压气体在脉管空腔中的绝热放气膨胀过程获得制冷效应。其工作过程可分为：

1)进气过程。进气阀门开启，高压气体通过阀门流经回热器、冷端回热器和导流器，以层流形式进入脉管，把管内的气体推向封闭端。气体受到挤压后，使脉管封闭端的气体温度达到最大值。

2)换热过程。布置在脉管封闭端的水冷却器将热量带走，使管内气体的温度降低到初始进入到回热器的气体温度。

3)排气过程。排气阀门打开，与低压起源连通，脉管内气体膨胀，产生制冷效应，气体降低到最低温度。

4)回热器过程。膨胀后的低压气体反向流过回热器，吸收填料中的热量，返回压缩机入口，完成一次循环。如图1所示。

气体在脉管内膨胀制冷的制冷量通用表达式可以表示为：

其制冷量的大小由到达脉管中压力p，流量大小以及两者相位关系决定。在G-M型脉管制冷机中压力与流量的相位关系则可理解为气体压缩过程或膨胀过程相对时间的长度。

脉管制冷机冷端无运动部件，无法主动调整进入脉管内气体的流量大小和相位，要在深低温下获得理想的流量大小和相位关系，必须通过主动配气装置来完成，如图2所示的六阀门主动配气的双级脉管制冷机。

传统的配气阀门一般采用平面旋转阀，将阀门设计在一个运动装置上。平面旋转阀一旦设计加工完成，气体流通量大小以及阀门开闭时序就无法再改变，当工况变化引起制冷温度变化时，制冷机无法通过调节气体流量和相位来达到最佳运行参数。另外，在运行过程中，如果粉末进入管道内，如双向进气阀的孔道内，将会改变流量系数，从而改变制冷机内气体流量和相位大小，偏离原始设计的最佳运行参数。

由于脉管制冷机制冷温度易受环境温度变化、内部气体杂质、冷指方向等诸多因素影响，运行过程中易出现不稳定情况。所以，在制冷机运过程中需要根据这些变化因素各自调整进入回热器或脉管气体流量和相位，从而调整制冷机的性能，使得制冷机处于最优化的工作状态，提高制冷机的效率和制冷温度的稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对现有脉管制冷机制性能易受到环境温度以及运行工况的影响，提出一种带自动调节气体流量和相位装置的脉管制冷机，能够根据制冷机工况发生变化，自动调节气体流量和相位，从而调整制冷机的性能，使得制冷机处于最优化的工作状态，提高制冷机的效率和制冷温度的稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种带有自动调节气体流量和相位装置的脉管制冷机，包含氦气压缩机、配气阀、驱动控制器、驱动引线、温度传感器、测温引线、回热器、一级脉管、二级脉管、一级气库以及二级气库，所述配气阀由8个独立的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门组成，相互之间无影响，驱动控制器通过驱动引线将命令信号传递给上述8个独立的阀门，用以控制配气阀中8个独立的阀门的开闭大小和开闭时序；回热器出口分别接有第五阀门和第六阀门，第五阀门和第六阀门分别与氦气压缩机的高压气管和低压气管连接；一级脉管顶部出口分别接有第三阀门、第四阀门和第八阀门，第三阀门和第四阀门分别与氦气压缩机的高压气管和低压气管连接，二级脉管顶部出口分别连接有第一阀门、第二阀门和第七阀门，第一阀门阀门和第二阀门分别与高压气管和低压气管连接，一级脉管底部和二级脉管底部分别通过第二连管和第一连管与一级回热器底部和二级回热器底部连通。

所述的配气阀中的8个阀门的开闭时序和开启的大小受驱动控制器控制，驱动控制器通过驱动引线将控制信号分别传递给8个独立的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门。

所述一级回热器和二级回热器底部上分别贴有第二温度传感器和第一温度传感器，第二温度传感器和第一温度传感器的温度信号输出端通过测温引线连接至驱动控制器的温度信号接收端，并根据温度信号进行调节阀门的开闭的时序和大小。

所述第七阀门独立连接在二级气库与二级脉管之间。

所述第八阀门独立连接在一级气库与一级脉管之间。

本发明的有益效果：