[发明专利]高低温切换阀式脉冲管膨胀机制冷液化流程及装置

说明书

本发明属于制冷与低温技术领域，特别是一种高低温切换阀式脉冲管膨胀机制冷液化流程及装置。

脉冲管制冷机是近年来得到迅速发展的一种新的制冷技术，它利用气体在一根细长的薄壁空管内的周期性压力波动将热量或功从管的一端传输到另一端，从而在管的一端产生制冷效应，这种管称为脉冲管。

利用脉冲管的制冷作用来实现液化循环的流程的关键在于提高脉冲管制冷效率，在常规脉冲管制冷机中，理论上脉冲管冷端的制冷效果主要通过小孔气库结构和高压节流制冷获得，相比一般膨胀机效果较差。

本发明的目的在于，克服上述缺点，提供一种高低温切换阀式脉冲管膨胀机制冷液化流程及装置，为改善制冷效率，提出了一种效率与常规膨胀机基本相同的脉冲管膨胀机，在新结构中去掉了小孔与气库，而代之以高温切换阀。

本发明的液化流程为：

1.低温进气阀和高温排气阀打开，其余阀关闭，高压通道气体分层进入脉冲管冷端，脉冲管热端气体分层流出至低压通道，脉冲管内压力维持高压基本不变；

2.低温进气阀关闭，脉冲管热端气体分层流出，进入低压通道，脉冲管内压力由高降低，脉冲管冷端气体实现绝热膨胀，温度降低，可带液膨胀；

3.高温排气阀关闭，低温排气阀打开，高温进气阀打开，气体从脉冲管热端缓慢进入，推移脉冲管冷端气体或带液气体通过低温排气阀排出，脉冲管内维持低压基本不变；

4.低温排气阀关闭，高温进气使得脉冲管内压力升高至高压。

本发明高低温切换阀式脉冲管制冷液化装置，其中包括，换热器、汽液分离器一、汽液分离器二、节流阀、脉冲管和低温切换阀等，其特征在于，在脉冲管的上端通过管道接有一高温切换阀，高温切换阀的进气阀V3与高压进气口相连接，高温切换阀的排气阀V4与低压排气口相连接。

为改善制冷效率，这里提出了一种效率与常规膨胀机基本相同的脉冲管膨胀机，在新结构中，去掉了小孔与气库，而代之一高温切换阀。

以下结合附图对本发明做进一步说明，其中：

图1为本发明液化流程示意图。

图2为本发明装置结构示意图。

图3为本发明循环压力与阀门变化示意图。

首先请参阅图2，脉冲管膨胀机11由高温切换阀8、低温切换阀4和脉冲管6组成，在脉冲管6的两端分别有层流化元件5、7，两端的温度有很大差别，高温端称为热端，与高温切换阀8相连，高温切换阀8的进气阀V3与高压进气口HP相连结接，高温切换阀8的排气阀V4与低压排气口LP相连接，这样组成典型的高低温切换阀型脉冲管膨胀机11。

液化过程请参阅图1、图2所示，高压进气在换热器1中冷却到低温，若部分气体液化，在汽液分离器一2分离，液体经节流阀3至汽液分离器二9，在汽液分离器一2分离后的气体进入脉冲管6膨胀，部分气体液化，汽液混合物流出脉冲管6，在汽液分离器二9内分离，低压气体在换热器1中复热返回。

对于由二切换阀组成的脉冲管膨胀机11，其工作变化过程如图3所示，同时给出了在不同阶段切换阀打开与闭合情况。脉冲管内的大温度梯度主要靠气体活塞维持，如图2脉冲管6内矩形面积10所示。气体活塞的位置随各过程而变化，各变化过程为(如图3所示)：

1--2高压进气：低温进气阀V1和高温排气阀V4打开，其余关闭，

高压通道气体分层进入脉冲管6，脉冲管6热端气体分层流出至

低压通道，脉冲管6内压力维持高压基本不变，在此过程中气体

活塞长度基本不变，位置由脉冲管6最冷端向热端平移至某一位

置，此位置与压比及结构尺寸有关。

2--3绝热膨胀：低温进气阀V1关闭，脉冲管6热端气体分层由高温

排气阀V4流出，进入低压通道，脉冲管6内压力由高降低，脉

冲管6冷端气体实现绝热膨胀，温度降低，可为带液膨胀，也可

单相气体膨胀，在此过程中气体活塞长度根据压比而变长，其位

置在过程终了时达到脉冲管6最热端。

3--4低压排气：高温排气阀V4关闭，低温排气阀V2和高温进气阀

V3打开，气体从脉冲管6热端缓慢进入，推移脉冲管6冷端气体

或带液气体通过低温排气阀V2排出，脉冲管6内维持低压基本

不变，在此过程中气体活塞长度基本不变，位置由脉冲管6最热

端向冷端平移至最冷端。

4--5绝热压缩：低温排气阀V2关闭，高温进气使得脉冲管6内压力

升高至高压，在此过程中气体活塞因绝热压缩而长度变短，气体

活塞在最冷端的位置不变，而靠近脉冲管6热端向冷端压缩至某

一位置。