盲专网 - 一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2019-09-30

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2020-02-04

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2021-04-30

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2039-09-30

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201910941517.3	申请日	2019-09-30
公开/公告号	CN110645729B	公开/公告日	2021-04-30
授权日	2021-04-30	预估到期日	2039-09-30
申请年	2019年	公开/公告年	2021年
缴费截止日
分类号	F25B9/14 、F25B41/20 、F25B49/02	主分类号	F25B9/14
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	3
权利要求数量	4	非专利引证数量	0
引用专利数量	0	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利		被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	杭州电子科技大学
发明人	周文杰、黄国辉、王剑、夏雨栋、姜周曙、丁强	第一发明人	周文杰
地址	浙江省杭州市下沙高教园区2号大街	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	6
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

杭州君度专利代理事务所

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

杨舟涛

摘要

本发明公开了一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机。传统的惯性管采用单个固定长度和直径的金属管调相，其调相能力灵活性低，不能在频率和输入功率等参数变化的情况下配合调相。本发明包括顺次连接的压缩机、预冷器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、渐缩腔、惯性管组、渐扩腔、气库。惯性管组包括多根并行的惯性管，惯性管为金属圆管；每根惯性管靠近入口位置设置有惯性管入口阀门，靠近出口位置设置有惯性管出口阀门。惯性管入口阀门和惯性管出口阀门可以全部打开，也可以部分打开。本发明结构简单，便于实现，能量利用率高，对脉管制冷机的其他部件没有特殊要求。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2
说明书附图：图3

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2021-04-30	授权
2	2020-02-04	实质审查的生效	IPC(主分类): F25B 9/14 专利申请号: 201910941517.3 申请日: 2019.09.30
3	2020-01-03	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机，其特征在于：
包括顺次连接的压缩机(1)、预冷器(2)、回热器(3)、冷端换热器(4)、脉管(5)、热端换热器(6)、渐缩腔(7)、惯性管组(8)、渐扩腔(9)、气库(10)；
所述的惯性管组(8)包括多根并行的惯性管，惯性管为金属圆管；每根惯性管靠近入口位置设置有惯性管入口阀门(11)，靠近出口位置设置有惯性管出口阀门(12)；
所述的惯性管入口阀门(11)的安装位置距离惯性管入口的距离是惯性管总长度的5～
10﹪，所述的惯性管出口阀门(12)的安装位置距离惯性管出口的距离是惯性管总长度的5～10﹪。

2.如权利要求1所述的一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机，其特征在于：所述的多根惯性管上的惯性管入口阀门(11)全部打开，或部分打开，用来调节脉管制冷机的相位；惯性管出口阀门(12)全部打开，或部分打开，用来调节脉管制冷机的相位；多根惯性管并行进气，并通过阀门调节，起到调相的作用。

3.如权利要求1所述的一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机，其特征在于：所述的渐缩腔(7)和渐扩腔(9)形状为上小下大的圆台形，渐缩腔(7)上端连接惯性管组(8)中每根惯性管的入口，下端连接热端换热器(6)；渐扩腔(9)上端连接惯性管组(8)中每根惯性管的出口，下端连接气库(10)。

4.如权利要求1所述的一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机，其特征在于：经压缩机(1)压缩后的高温高压气体，经过预冷器(2)进入回热器(3)中，被回热器(3)进一步冷却后，吸收冷端换热器(4)的热量，然后进入脉管(5)，脉管热端温度升高，气体经过热端换热器(6)后，再次进行换热，之后经过渐缩腔(7)，然后进入惯性管组(8)，气体同时流经多根惯性管，并通过惯性管入口阀门(11)和惯性管出口阀门(12)调节气量，之后经过渐扩腔(9)，最后进入气库(10)，起到调相的作用。

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于高频脉管低温制冷机领域，涉及一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机。

背景技术

[0002] 未来的空间技术要求提供高效率、低成本和长寿命的新型低温制冷机，以增长探测器及传感器系统的使用时间。但是，低温制冷机的高度可靠性和长寿命运行一直是一个研究的难题。几十年来，低温工作者为此做出了巨大的努力。现有可供应的机械制冷机，例如斯特林制冷机和GM制冷机等均存在低温区运动的排出器，由此造成的磨损、震动及污染等缺点限制了它们的长期不维修运转。斯特林型脉管制冷机的最大的特点是结构简单，没有处于低温下的运动部件，因而运行可靠，震动小，寿命长。然而，由于斯特林型脉管制冷机的致命弱点：热力学效率低，原型机的最低制冷温度只能达到124K，因而自发明以来未被应用。直到后人在脉管的热端引入小孔及气库，取得了突破性的进展，脉管制冷机受到全世界的重视。惯性管作为脉管制冷机的调相单元能够调节回热器内工质的质量流和压力波之间的相位，从而优化脉管制冷机的性能和功热转化效率。常规的惯性管通常采用单根金属管调相，存在着调相能力不足或者不能提供脉管制冷机所需的调相角度的问题。

[0003] 斯特林型脉管制冷机通常采用惯性管和气库作为调相机构，并采用电路模拟对惯性管进行分析是常用的方法。惯性管调相能力对惯性管的几何参数非常敏感。通过分析和实验表明，惯性管可以在较大范围内调节相位，可以用在大功率脉管制冷机中，在小型脉管制冷机中也能满足合适调相的需求。惯性管内气体交变流动，通过电路比拟，气体流阻可以表示为阻力特性，工质的惯性表现为感抗，内部的空容积表现为容阻。

[0004] 惯性管阻抗可以表示为： Re表示管内工质流动的雷诺数，m表示质量流量，L表示惯性管的长度，ρ表示工质气体的密度，D表示惯性管内径。

[0005] 惯性管的感抗可以表示为：

[0006] 惯性管的容阻表示为：

[0007] 气库的容阻表示为：

[0008] 因此，惯性管总阻抗可以表示为：

[0009] 惯性管入口质量流和压力波之间的相位角为：

[0010] 从公式(6)可以看到，惯性管的调相能力和惯性管的阻抗，容抗和感抗密切相关。然而，传统的惯性管采用单个固定长度和直径的金属管调相，其调相能力灵活性低，不能在频率和输入功率等参数变化的情况下配合调相。

发明内容

[0011] 本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机。

[0012] 本发明包括顺次连接的压缩机、预冷器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、渐缩腔、惯性管组、渐扩腔、气库。

[0013] 所述的惯性管组包括多根并行的惯性管，惯性管为金属圆管；每根惯性管靠近入口位置设置有惯性管入口阀门，靠近出口位置设置有惯性管出口阀门。

[0014] 进一步，所述的惯性管入口阀门的安装位置距离惯性管入口的距离是惯性管总长度的5～10﹪，惯性管出口阀门的安装位置距离惯性管出口的距离是惯性管总长度的5～10﹪。

[0015] 进一步，所述的多根惯性管上的惯性管入口阀门全部打开，或部分打开，用来调节脉管制冷机的相位；惯性管出口阀门全部打开，或部分打开，用来调节脉管制冷机的相位；多根惯性管并行进气，并通过阀门调节，起到调相的作用。

[0016] 进一步，所述的渐缩腔和渐扩腔形状为上小下大的圆台形，渐缩腔上端连接惯性管组中每根惯性管的入口，下端连接热端换热器；渐扩腔上端连接惯性管组中每根惯性管的出口，下端连接气库。

[0017] 经压缩机压缩后的高温高压气体，经过预冷器进入回热器中，被回热器进一步冷却后，吸收冷端换热器的热量，然后进入脉管，脉管热端温度升高，气体经过热端换热器后，再次进行换热，之后经过渐缩腔，然后进入惯性管组，气体同时流经多根惯性管，并通过惯性管入口阀门和惯性管出口阀门调节气量，之后经过渐扩腔，最后进入气库，起到调相的作用。

[0018] 本发明采用多个阀门调节脉管制冷机相位，结构简单，便于实现，能量利用率高，对脉管制冷机的其他部件没有特殊要求。采用阀门加并联惯性管的结构，可以有效解决压力波和质量流相位差过大的问题，提升了制冷机整体的制冷能力，可以灵活增减管道和排布使其拥有很大的拓展性。由于惯性管前后采用两个阀门，关闭惯性管进口阀门，可以将这一支并联惯性管关闭；打开惯性管入口阀门，并关闭惯性管出口阀门，这一支惯性管依然并联在系统中，但是这支惯性管不和气库相连，可以阻断这一支并联惯性管的容抗，进而改变系统的相位角。

实施方案

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

[0023] 如图1所示，一种采用多个阀门和金属圆管做并联惯性管的脉管制冷机，包括顺次连接的压缩机1、预冷器2、回热器3、冷端换热器4、脉管5、热端换热器6、渐缩腔7、惯性管组8、渐扩腔9、气库10。惯性管组8包括多根并行的惯性管，惯性管为金属圆管。每根惯性管靠近入口位置设置有惯性管入口阀门11，靠近出口位置设置有惯性管出口阀门12。

[0024] 经压缩机1压缩后的高温高压气体，经过预冷器2进入回热器3中，被回热器3进一步冷却后，吸收冷端换热器4的热量，然后进入脉管5，脉管热端温度升高，气体经过热端换热器6后，再次进行换热，之后经过渐缩腔7，然后进入惯性管组8，气体同时流经多根惯性管，并通过惯性管入口阀门11和惯性管出口阀门12调节气量，之后经过渐扩腔9，最后进入气库10，起到调相的作用。

[0025] 如图2所示，构成惯性管组8的每根惯性管靠近入口位置设置有惯性管入口阀门11，靠近出口位置设置有惯性管出口阀门12。惯性管入口阀门11的安装位置距离惯性管入口的距离是惯性管总长度的5～10﹪，惯性管出口阀门12的安装位置距离惯性管出口的距离是惯性管总长度的5～10﹪。图中各根惯性管上的惯性管入口阀门11可以全开，也可以部分打开，用来调节脉管制冷机的相位。同理，惯性管出口阀门12可以全开，也可以部分打开，用来调节脉管制冷机的相位。多根惯性管并行进气，并通过阀门调节，起到调相的作用。

[0026] 如图1所示，渐缩腔7和渐扩腔9形状为上小下大的圆台形，保证气体顺利流过且能量损失小。渐缩腔7上端连接惯性管组8中每根惯性管的入口，下端连接热端换热器6。渐扩腔9上端连接惯性管组8中每根惯性管的出口，下端连接气库10。

[0027] 如图3所示，采用两根惯性管(管径分别为D1和D2)和两个惯性管入口阀门11、两个惯性管出口阀门12调相的脉管制冷机，在惯性管长度和直径变化，四个阀门自由打开或者关闭的情况下，并行惯性管调相能力变化显著。

附图说明

[0019] 图1为本发明的结构示意图；

[0020] 图2为图1中单根惯性管的结构示意图；

[0021] 图3为两根惯性管不同管径和长度情况下模拟结果图。

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实施方案

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