CN109028631A - 一种使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽 - Google Patents

Abstract

本发明的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，包括恒温槽体和具有制冷机部、导冷部及控制部的制冷装置，制冷机部包括压缩单元、两个冷指单元及功回收单元，膨胀腔分别通过第一膨胀管路与第一热端换热器相连通、通过第二膨胀管路与第二热端换热器相连通，第一功回收腔通过第一功回收管路与第一压缩管路相连通，第二功回收腔通过第二功回收管路与第二压缩管路相连通，第一压缩管路上设置有第一电磁阀，第二压缩管路上设置有第二电磁阀，分别用于控制第一冷指单元和第二冷指单元的工作状态，第一膨胀管路上设置有第三电磁阀，第二膨胀管路上设置有第四电磁阀，分别用于控制功回收部的工作状态，导冷部包括第一导冷单元以及第二导冷单元。

Description

一种使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽

技术领域

本发明属于制冷领域，具体涉及一种使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽。

背景技术

冷冻空调系统中，乙二醇因其性质稳定，可与水混溶的特点，通常水溶液会则为载冷剂，适用的温度范围为0-20℃。而冰河冷媒属于第三代工业载冷剂，LM-4型冷煤不易燃，毒性很小，在100℃以下，其有效成份挥发量微小，防锈性能优良。可以在-30-100℃的温度范围内，做工业载冷剂使用。使用时，应根据工艺要求用水稀释成适当的浓度，浓度60％的冰河冷媒LM-4比重为1.078g/cm³，冰点为-48℃，沸点为110℃，可以作为工业盐、酒精和乙二醇等载冷剂的替代产品，为了保证载冷剂的热物性不发生变化，对它们进行温度控制非常重要。

基本型脉管制冷机是首先由吉福特(Gifford)和朗斯沃斯(Longsworth)在1963年提出的。它有两种理想循环：基本压缩循环和可逆循环。基本压缩循环中采用带有切换阀门的压缩机，故属于G-M型制冷机；可逆循环中采用的是无阀压缩机，属于斯特林型制冷机。脉管制冷机可分为同轴型、U型和直线型三种。基本型脉管制冷机除了压缩气体和切换阀是室温运动部件外，没有在低温下运动的部件。所以脉管制冷机结构简单、运行可靠；但制冷效率不高。

目前所使用的传统型脉管制冷机采用惯性管和气库对系统中的压力波与质量流进行调相，由于脉管热端出口的声功仍然具有做功能力，在惯性管型脉管制冷机中，这些声功会以废热的形式通过惯性管和气库耗散至大气，直接导致惯性管型脉管制冷机的效率低下。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽。

本发明提供了一种使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，具有这样的特征，包括恒温槽体，恒温槽体具有第一恒温槽和第二恒温槽；以及制冷装置，制冷装置包括制冷机部、导冷部以及控制部，其中，制冷机部包括具有压缩腔的压缩单元、两个冷指单元以及功回收单元，第一冷指单元具有第一级后换热器、第一冷端换热器、第一热端换热器，第二冷指单元具有第二级后换热器、第二冷端换热器、第二热端换热器，压缩腔通过第一压缩管路与第一级后换热器相连通、通过第二压缩管路与第二级后换热器相连通；以及功回收单元，具有功回收缸，功回收缸内设置有两个对称布置的功回收活塞以及两个对称布置的位于功回收活塞外侧的固定活塞，功回收活塞、固定活塞以及功回收缸分别构成第一功回收腔和第二功回收腔，两个功回收活塞以及功回收缸构成膨胀腔，膨胀腔分别通过第一膨胀管路与第一热端换热器相连通、通过第二膨胀管路与第二热端换热器相连通，第一功回收腔通过第一功回收管路与第一压缩管路相连通，第二功回收腔通过第二功回收管路与第二压缩管路相连通，第一压缩管路上设置有第一电磁阀，第二压缩管路上设置有第二电磁阀，分别用于控制第一冷指单元和第二冷指单元的工作状态，第一膨胀管路上设置有第三电磁阀，第二膨胀管路上设置有第四电磁阀，分别用于控制功回收部的工作状态，导冷部包括第一导冷单元以及第二导冷单元，第一导冷单元包括具有冷凝段和蒸发段的多根第一脉动热管，第一脉动热管的冷凝段与第一冷端换热器相连，蒸发段设置在第一恒温槽内，第二导冷单元包括具有冷凝段和蒸发段的多根第二脉动热管，第二脉动热管的冷凝段与第二冷端换热器相连，蒸发段设置在第二恒温槽内，控制部包括控制器，控制器与制冷机部相连，用于控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀的开合，从而控制第一恒温槽、第二恒温槽内的温度。

在本发明提供的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽中，还可以具有这样的特征：其中，第一脉动热管的蒸发段设置在第一恒温槽的壁面上，第二脉动热管的蒸发段设置在第二恒温槽的壁面上。

另外，在本发明提供的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽中，还可以具有这样的特征：其中，第一脉动热管的冷凝段与第一冷端换热器的接触处涂有导热硅脂，第二脉动热管的冷凝段与第二冷端换热器的接触处涂有导热硅脂。

另外，在本发明提供的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽中，还可以具有这样的特征：其中，第一脉动热管、第二脉动热管内均充工质R134a。

另外，在本发明提供的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽中，还可以具有这样的特征：其中，第一脉动热管、第二脉动热管的内径均为1.5-2.2mm。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，因为压缩机采用压缩活塞对置布置，确保了轴向力能够得到最大的平衡，极大的减小了振动，增强了可靠性。

进一步地，增加了功回收系统，功回收系统的两个功回收活塞同压缩机一样对称布置，也能减小振动，增强可靠性。

进一步地，可以回收脉管内的气体膨胀功，再用于压缩气体工质，同时也可通过活塞的运动，调整回热器冷端的质量流和压力的相位差，从而获得更高的制冷效率。

进一步地，本发明将一台对置压缩线性压缩机给两台直线型脉管制冷机提供压力波，通过阀门的开闭控制两台直线型脉管制冷机的工作状态，具有效率高、可靠性高、振动低等诸多优点。

附图说明

图1是本发明的实施例中对第一恒温槽降温示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽作具体阐述。

实施例

使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽包括恒温槽体和制冷装置。

恒温槽体呈长方体形状，具有并列设置的第一恒温槽T1和第二恒温槽T2，第一恒温槽T1和第二恒温槽T2的剖面均为矩形，如图1所示，图中左面的为第一恒温槽T1，右面的为第二恒温槽T2，第一恒温槽T1和第二恒温槽T2内均存有乙二醇，第一恒温槽T1和第二恒温槽T2的上部均具有开口，开口上设置有盖。

制冷装置，制冷装置包括制冷机部、导冷部以及控制部。

制冷机部设置在恒温槽体旁。如图1所示，制冷机部包括对置压缩线性压缩机201、第一冷指单元20、第二冷指单元21、功回收单元30。

对置压缩线性压缩机201采用对置方式布置压缩活塞，用于确保线性压缩机的轴向力得到最大的平衡，减少震动。

对置压缩线性压缩机201具有压缩腔，压缩管路501的一端连通压缩腔，另一端连通压缩管路502，压缩管路501与压缩管路502在连接处A相连通，线性电机通电后通过压缩活塞杆带动压缩活塞运动，气体工质被压缩活塞压缩后，由压缩腔进入冷指部分。

第一冷指单元20和第二冷指单元21大小类型相同，对称布置。

第一冷指单元20包括顺次连接的级后换热器301、回热器302、冷端换热器303、脉管304、热端换热器305以及膨胀管路505。

第二冷指单元21包括顺次连接的级后换热器211、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器212。

压缩管路501的一端连通压缩腔，另一端连通压缩管路502，压缩管路502的一端连通第一级后换热器301，另一端连通第二级后换热器211，电磁阀401设置在压缩管路502上，位于级后换热器301与连接处A之间，电磁阀403设置在压缩管路502上，位于级后换热器211与连接处A之间，分别用于控制第一冷指单元20和第二冷指单元21的工作状态。在电磁线圈上施加固定周期的电压脉冲，一个周期内阀开、闭循环一次。负荷大时，脉宽增加，阀打开时间长；负荷低时，脉宽减小，阀打开时间短。断电时，阀完全关闭，还起到电磁截止阀的作用。

由于线性压缩机提供的是交变的压力波，所以气体工质在整个系统中为交变流动。其中，阀门黑色填充为关闭状态，无填充为开启状态。

如图1所示，当电磁阀401开通，电磁阀403关闭，第一冷指单元20工作时，来自压缩腔的高压气体通过级后换热器301、回热器302、冷端换热器303，以层流形式进入脉管304，渐次推挤脉管304管内气体向热端移动，同时使之压缩，管内压力沿管长升高，温度上升，热端换热器305将气体的热量带走，管内气体放热，其温度和压力稍有降低，由于压缩机的往复运动，脉管304中的气体又以层流形式渐次向气源推移扩张，气体膨胀降压而获得低温，热端换热器305通过膨胀管路505与功回收单元30相连通。

功回收单元30包括功回收缸31、两个对称布置的功回收活塞104、两个功回收活塞杆107、两个固定活塞106、两个板弹簧105、功回收管路505以及功回收管路506。

两个功回收活塞104、两个功回收活塞杆107、两个固定活塞106、两个板弹簧105分别对称设置在功回收缸31内，两个功回收活塞104的活塞面相对设置，两个板弹簧105分别位于两个功回收活塞104的外侧，分别与两个功回收活塞104相连的两个功回收活塞杆107位于两个功回收活塞104的外侧，功回收活塞杆107一端与功回收活塞104相连，另一端与板弹簧105相连，两个固定活塞106分别位于功回收活塞104与板弹簧105之间。

两个功回收活塞104以及功回收缸31构成膨胀腔101，功回收活塞104、固定活塞106以及功回收缸31构成功回收腔102，固定活塞106与功回收缸31构成背压腔103。功回收部30具有两个功回收腔102和两个背压腔103。

功回收管路505的一端连通膨胀腔101，另一端连通功回收管路506，功回收管路505与功回收管路506在连接处B相连通。功回收管路506的一端连通热端换热器305，另一端连通热端换热器212，电磁阀402设置在功回收管路506上，位于热端换热器305与连接处B之间，电磁阀404设置在功回收管路506上，位于热端换热器212与连接处B之间，分别用于控制第一冷指单元20和第二冷指单元21进入膨胀腔101的声功流动。

两个功回收腔102分别通过功回收管路503、功回收管路504与压缩管路502相连通，功回收管路503与压缩管路502的连接处位于第一电磁阀401与连接处A之间，功回收管路504与压缩管路502的连接处位于第二电磁阀403与连接处A之间。

功回收单元30采用两个功回收活塞104对置布置的结构，相比于仅设置一个功回收活塞104，其优点一是可以有效的平衡活塞运动产生的振动，二是可以有效的减小每个功回收活塞104的振幅，从而使得板弹簧的105形变减小，有助于减小板弹簧105的应力，保证板弹簧105长寿命运行。同时，两个功回收活塞104对置布置的结构也会产生两个功回收腔102，使得功回收效果更好。

导冷部包括第一导冷单元以及第二导冷单元。第一导冷单元与第一冷指单元20相连，第二导冷单元与第二冷指单元21相连。

第一导冷单元包括第一脉动热管702和第一温度传感器，如图1所示，脉动热管702的冷凝段与冷端换热器303紧密接触，接触处涂有导热硅脂，蒸发段701设置在第一恒温槽T1内。工作时，脉动热管702的蒸发段701吸收热量，第一恒温槽T1内温度下降，脉动热管702内工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向冷凝段，在冷凝段放热，气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于两端间存在压力差以及相邻管子之间存在压力不平衡，使得工质在蒸发段和冷凝段之间震荡流动，从而实现冷量传递，第一温度传感器设置第一恒温槽T1内。实施例中，脉动热管702内充工质R134a，脉动热管内径为1.8mm。蒸发段701设置在第一恒温槽T1的壁面上。

第二导冷单元与第一导冷单元的结构类型相同，第二导冷单元包括第二脉动热管802和第二温度传感器，脉动热管802的冷凝段与冷端换热器213紧密接触，接触处涂有导热硅脂，蒸发段801设置在第二恒温槽T2内。第二导冷单元的第二温度传感器设置在第二恒温槽T2内。

控制部包括控制器，控制器与制冷机部相连，用于控制相关电磁阀的开合以及制冷机的工作状态，第一温度传感器、第二温度传感器分别与控制器相连用于测量第一恒温槽T1和第二恒温槽T2内的温度。控制器还起到控制线性压缩机输入电压的作用，以精确控制制冷温度。

使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽制冷过程。

对置压缩的线性压缩机201提供压力波，产生近似正弦的压力波，高压气体通过级后换热器301，回热器302，冷端换热器303，压缩过程产生的热量由级后换热器301传递至室外环境。随后气体以层流形式进入脉管304，将管内的气体向热端挤压，温度升高，热端换热器305将热量带走，脉管304内气体的温度和压力稍有降低，当线性压缩机201出口处的压力为最低压力时，脉管304中的气体膨胀而获得低温，冷量通过冷端换热器303导出。与热端换热器305相连的是功回收部30，通过热端换热器305的气体仍具有一定的做功能力，进入功回收部30的压缩腔101后对功回收活塞104膨胀做功，功回收腔102内的气体被压缩后通过功回收管503或功回收管504进入压缩机的压缩管路502，起到辅助压缩的效果。

如图1所示，当制冷负荷降低，仅需一台直线型脉管制冷机(左侧)工质时，可将电磁阀403和电磁阀404同时关闭，气体工质只会在一台脉管制冷机及功回收系统内循环，虽然此时仅有一台脉管制冷机在工作，但是功回收部30的两个功回收腔102均在回收声功，回收的声功分别由相应两个功回收管503和功回收管504进入压缩管路502，起到辅助压缩的效果。

同样，仅需一台直线型脉管制冷机(右侧)工质时，可将电磁阀401和电磁阀402同时关闭，两个功回收腔102均在回收声功。

值得注意的是，为了避免气体在整个系统内乱流，必须保证一下几点：

1、电磁阀401、电磁阀402必须为同开同闭。电磁阀403和电磁阀404必须为同开同闭。电磁阀的开闭时间需要相互错开，当两个电磁阀处在开启状态时另两个电磁阀为关闭状态，也就是说，始终保持线性压缩机驱动单台斯特林制冷机进行工作，保证线性压缩机处于最佳工作点，且与斯特林制冷机达到最佳匹配。

2、电磁阀401和电磁阀403必须置于压缩管路502上，且必须分别位于在连接处A与级后换热器之间，否则均会出现气体乱流的现象。

本发明的两台脉管制冷机共用一套功回收单元30，使整机系统更加简单紧凑，并且有效的减小了整个系统的空容积，有利于制冷性能的提升。

进一步地，无论是两台脉管制冷机同时工作还是其中一台工作，功回收单元30的两个功回收腔102均在回收声功，使得功回收效率更高。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，因为压缩机采用压缩活塞对置布置，确保了轴向力能够得到最大的平衡，极大的减小了振动，增强了可靠性。

进一步地，增加了功回收系统，功回收系统的两个功回收活塞同压缩机一样对称布置，也能减小振动，增强可靠性。

进一步地，可以回收脉管内的气体膨胀功，再用于压缩气体工质，同时也可通过活塞的运动，调整回热器冷端的质量流和压力的相位差，从而获得更高的制冷效率。

进一步地，本实施例将一台对置压缩线性压缩机给两台直线型脉管制冷机提供压力波，通过阀门的开闭控制两台直线型脉管制冷机的工作状态，具有效率高、可靠性高、振动低等诸多优点。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，其特征在于，包括：

恒温槽体，所述恒温槽体具有第一恒温槽和第二恒温槽；以及

制冷装置，所述制冷装置包括制冷机部、导冷部以及控制部，

其中，所述制冷机部包括具有压缩腔的压缩单元、两个冷指单元以及功回收单元，

第一冷指单元具有第一级后换热器、第一冷端换热器、第一热端换热器，第二冷指单元具有第二级后换热器、第二冷端换热器、第二热端换热器，所述压缩腔通过第一压缩管路与所述第一级后换热器相连通、通过第二压缩管路与所述第二级后换热器相连通；以及

功回收单元，具有功回收缸，所述功回收缸内设置有两个对称布置的功回收活塞以及两个对称布置的位于所述功回收活塞外侧的固定活塞，

所述功回收活塞、所述固定活塞以及所述功回收缸分别构成第一功回收腔和第二功回收腔，

两个所述功回收活塞以及所述功回收缸构成膨胀腔，

所述膨胀腔分别通过第一膨胀管路与所述第一热端换热器相连通、通过第二膨胀管路与所述第二热端换热器相连通，

所述第一功回收腔通过第一功回收管路与所述第一压缩管路相连通，所述第二功回收腔通过第二功回收管路与所述第二压缩管路相连通，

所述第一压缩管路上设置有第一电磁阀，所述第二压缩管路上设置有第二电磁阀，分别用于控制所述第一冷指单元和所述第二冷指单元的工作状态，

所述第一膨胀管路上设置有第三电磁阀，所述第二膨胀管路上设置有第四电磁阀，分别用于控制所述功回收部的工作状态，

所述导冷部包括第一导冷单元以及第二导冷单元，

所述第一导冷单元包括具有冷凝段和蒸发段的多根第一脉动热管，所述第一脉动热管的冷凝段与所述第一冷端换热器相连，所述蒸发段设置在所述第一恒温槽内，

所述第二导冷单元包括具有冷凝段和蒸发段的多根第二脉动热管，所述第二脉动热管的冷凝段与所述第二冷端换热器相连，所述蒸发段设置在所述第二恒温槽内，

所述控制部包括控制器，所述控制器与制冷机部相连，用于控制第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀的开合，从而控制所述第一恒温槽、所述第二恒温槽内的温度。

2.根据权利要求1所述的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，其特征在于：

其中，所述第一脉动热管的蒸发段设置在所述第一恒温槽的壁面上，所述第二脉动热管的蒸发段设置在所述第二恒温槽的壁面上。

3.根据权利要求1所述的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，其特征在于：

其中，所述第一脉动热管的冷凝段与所述第一冷端换热器的接触处涂有导热硅脂，所述第二脉动热管的冷凝段与所述第二冷端换热器的接触处涂有导热硅脂。

4.根据权利要求1所述的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，其特征在于：

其中，所述第一脉动热管、所述第二脉动热管内均充工质R134a。

5.根据权利要求1所述的使用一拖二功回收型脉管制冷机的双温区恒温槽，其特征在于：

其中，所述第一脉动热管、所述第二脉动热管的内径均为1.5-2.2mm。