[发明专利]回转式脉管制冷机

说明书

本发明涉及气体制冷机，特别是一种脉管制冷机。

目前的小孔脉管制冷机是在单只脉管冷端装有高压进气阀和低压排气阀，在热端设有小孔和气库系统。脉管的工作过程包括进气过程、静止冷却期和排气过程，如此周而复始地循环。这样在一个工作周期中，进气阀只是间歇打开，高压气体的进气是不连续的，因而气体流量较小，这使得单只脉管的制冷量很小。在需要大制冷量的场合，往往难以满足需要，限制了脉管制冷机的应用范围。欲提高脉管制冷量可以采用加大尺寸的方式。但脉管尺寸越大，紊流混合损失也越大，效率降低。实践证明，管径越小的脉管效率越高，但制冷量也很小。而通过增大脉管体积来增大流量，所需阀门和气库的体积就随之增大，阀门处的死容积也会相应增大，使制冷效率降低。这一难题在脉管制冷中长期未获解决。本发明人在CN93105608中提出了一种高、低压气库脉管制冷机，即在脉管热端接入一个高压气库和一个低压气库，在高、低压气库与脉管之间接有控制阀。该机由于进排气过程是等压的，没有不可逆损失，因而制冷系数高，制冷效率接近100%。但这种制冷机的进气和膨胀过程仍然是不连续的。目前还有一种所谓的热分离器低温制冷机，通过一个中心旋转喷咀依次向周围布置的一组长管子喷射高速气流，利用激波和膨胀波原理制冷，产生冷量后流出管子。这种制冷机的缺点是体积大，流量大，噪音大，效率很低。而在生产中，常常需要一种小流量的膨胀机，其流量比热分离器小，但又比脉管制冷机大，并希望体积小，结构简单，然而至今还没有一种膨胀机能做到这一点。

本发明的目的是要克服现有技术中的上述困难，而提供一种连续进气，连续制冷的脉管制冷机，在保持脉管原有效率的前提下，获得更大的流量和制冷量。

本发明的解决方案是：将一组脉管沿圆周布置于脉管架上，在脉管组冷端设置可相对旋转的阀芯，该阀芯上的高压进气口及低压排气口与脉管组处在同一圆周上，可依次与各脉管的冷端接通;脉管架端面与旋转阀芯的配合面保持动密封;在脉管组热端设有气库。

上面所说的气库可以是各脉管公用的固定气库，也可以是高、低压或高、中、低压多级旋转气库，各级气库都有与脉管组处在同一圆周上的开口与脉管组热端依次接通。

为了进一步提高效率，上述脉管组可以用管径很细的脉管密排成圆环状，充满原来脉管组所占据的环形面积。

以下结合附图详细描述本发明的实施例。

图1是多级气库回转式脉管制冷机的纵剖面图。

图2是图1脉管组的A-A剖面图。

图3是旋转阀芯滑动配合面上的开口示意图。

图4是旋转气库滑动配合面上的开口示意图。

图5是密排式细脉管端面示意图。

如图1所示，在线轮式脉管架8周围设置一组脉管2，各脉管位于以中心轴18为圆心的同一圆周上。脉管组的剖面见图4。脉管架8的上端面与旋转气库5下端面滑动密封。旋转气库内分隔为高压气库，中压气库及低压气库等。旋转气库滑动配合面上有各气库的相应开口，如图中的开口101及103。这些开口与脉管组热端处在同一圆周上。工作时，各气库开口相对于脉管组热端入口旋转，依次接通。当开口与脉管相对时，相当于阀门打开。当离开时，相当阀门关闭。图中脉管架固定不动，旋转气库与穿过脉管架的中心轴18通过键6联为一体。脉管架8下端面与进、排气旋转阀芯16上端面滑动配合。该旋转阀芯通过键17也与中心轴联为一体。中心轴18置于轴承24、25上，由电机26驱动。所以旋转气库和旋转阀芯共同由中心轴18带动旋转。为了避免磨损，在滑动配合面之间可通过轴承保持一个微小的间隙。旋转阀芯16中的高压气道12由转轴中心孔19分两支通入脉管冷端。每支高压气道12的形状是等截面的或略带锥度，以适当提高气流速度。图中旋转阀芯16与冷端封壳14之间形成冷腔22。旋转阀端面高压进气孔32、33及低压排气孔47、48的位置如图2，它们处在同一圆周上，按90°间隔布置。高压进气口和低压排气口也可各有一个，按180°布置。低压排气通道如图中的虚线所示，经两侧与冷腔22相通，再经冷腔壁的孔15与低压气源相通，旋转阀中空转轴45与冷端封壳14之间有迷宫密封20，以防高压气体泄漏到低压冷腔22。同时转轴18与脉管架8之间有密封23，以防冷、热端串气。旋转气库5外围有罩壳4，装于脉管架上，用于密封热端气体。以上所说的滑动配合面之间有很小的间隙，为了提高密封效果，可以采用迷宫或麻点密封结构。