CN113566469B - 一种液氮辅助降温的大冷量制冷机及制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液氮辅助降温的大冷量制冷机及制冷方法，包括压缩机、管道、配气腔、液氮储罐、预冷腔，所述压缩机通过管道与配气腔相连通，所述配气腔的内腔安装有阀组，所述阀组通过管道与液氮储罐相连通，所述阀组通过管道与预冷腔相连通，所述预冷腔的下端通过管道贯通连接有膨胀腔，当阀组打开时，液氮储罐与配气腔均与预冷腔相通，当阀组关闭时，液氮储罐与配气腔均与预冷腔相隔断，通过引入液氮，对制冷工质先进行辅助降温，使得进入到膨胀腔的气体温度降低，可以提高制冷量效率，提升有效制冷量，并且通过一个配气阀门，同时控制氦气和液氮进入及排出，有效的提供了工作效率，同时能够有效降低液氮的消耗量，有效的提高了装置的实用性。

Description

一种液氮辅助降温的大冷量制冷机及制冷方法

技术领域

本发明涉及制冷设备领域技术领域，更具体涉及一种液氮辅助降温的大冷量制冷机及制冷方法。

背景技术

制冷机是指将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得冷量的机器，主要性能指标有工作温度(对蒸气压缩式制冷机为蒸发温度和冷凝温度，对气体压缩式制冷机和半导体制冷器为被冷物体的温度和冷却介质的温度)，制冷量(制冷机单位时间内从被冷却物体移去的热量)、功率或耗热量、制冷系数(衡量压缩式制冷机经济性的指标，指消耗单位功所能得到的冷量)以及热力系数(衡量吸收式和蒸汽喷射式制冷机经济性的指标，指消耗单位热量所能得到的冷量)等。

现有的极低温制冷机大多数都是采用绝热膨胀的原理，室温的高纯氦气进入到膨胀腔内进行绝热膨胀，产生制冷量；但是在输入功率不变的前提下，有效的制冷量很难提高，制冷温度越低，实现制冷量的难度也就越大，实际有效的制冷量也就越小。

中国专利公开号CN105716312B，公开了一种超低温制冷机，该装置由超低温制冷机，置换器，主体部，盖部，膨胀空间，缸体，冷却台，蓄冷器，室温室，上端侧整流器，下端侧整流器，上部开口，压缩机，供给阀，回流阀，密封件，排气口，膨胀器等结构组成，该装置通过采用绝热膨胀的原理，使得室温的高纯氦气进入到膨胀腔内进行绝热膨胀，产生制冷量，但是在输入功率不变的前提下，实现制冷量的难度也就越大，实际有效的制冷量也就越小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种能够在保持输入功率不变的前提下，提高有效制冷量的制冷机及其该制冷机的使用方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，包括压缩机、管道、配气腔、液氮储罐、预冷腔，所述压缩机通过管道与配气腔相连通，所述配气腔的内腔安装有阀组，所述阀组通过管道与液氮储罐相连通，所述阀组通过管道与预冷腔相连通，所述预冷腔的下端通过管道贯通连接有膨胀腔，当阀组打开时，液氮储罐与配气腔均与预冷腔相通，当阀组关闭时，液氮储罐与配气腔均与预冷腔相隔断。

本发明通过一个配气阀门，同时控制氦气和液氮进入及排出，有效的提供了工作效率，同时能够有效降低液氮的消耗量。

优选的：所述阀组包括固定阀、旋转阀，所述固定阀的后端开设有两个通孔，且所述通孔均与旋转阀相连通。

优选的：所述固定阀的两侧均开设有至少一个排气孔，所述排气孔均与旋转阀相连通。

优选的：所述旋转阀的内腔开设有两个与通孔相对应的长圆形进气通道；

所述旋转阀的表面相位角开设有与通孔相对应的阀孔，且所述阀孔均与固定阀相连通。

优选的：所述预冷腔包括预冷腔本体，所述预冷腔本体设置为双层结构装置。

优选的：所述预冷腔包括制冷腔，所述预冷腔本体内腔的外围安装有热交换器，所述热交换器位于制冷腔的上端，所述制冷腔的内腔固定连接有氮气储存腔，所述氮气储存腔的下端固定连接有制冷器，所述液氮储罐连接的管道的一端贯穿热交换器并延伸至氮气储存腔的内腔与制冷器相连接。

优选的：所述制冷腔的底端固定连接有隔热板。

优选的：所述预冷腔本体包括氦气储存腔，所述压缩机连接的管道的一端与氦气储存腔相连通。

优选的：所述阀组还包括驱动连接孔，所述配气腔的外侧连接有驱动机构，所述驱动机构的输出端与驱动连接孔相连接。

本发明还提供一种液氮辅助降温的大冷量制冷方法，包括如下步骤：所述压缩机提供的高压高纯氦气进入所述管道的内腔，通过所述阀组进行控制特定的时序，当所述阀组打开时，液氮及高压高纯氦气同时进入到所述预冷腔内腔，通过与所述预冷腔的换热器进行热交换，高压高纯氦气的温度可以降低，高压高纯氦气进入所述膨胀腔的内腔后将所述阀组关闭，液氮停止进入所述预冷腔，高压高纯氦气停止进入所述膨胀腔，高压高纯氦气在所述膨胀腔中做功完成后，产生制冷效应，完成制冷量输出；同时将所述阀组打开低压高纯氦气返回所述压缩机，同时所述预冷腔内部的液氮和液氮挥发产生的氮气进行释放。

本发明的优点在于：在输入功率不变的前提下，通过引入液氮，对制冷工质先进行辅助降温，使得进入到膨胀腔的气体温度降低，可以提高制冷量效率，提升有效制冷量，并且通过一个配气阀门，同时控制氦气和液氮进入及排出，有效的提供了工作效率，同时能够有效降低液氮的消耗量，有效的提高了装置的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机的平面结构示意图；

图2为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机的局部结构立体图；

图3为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机的局部结构立体图；

图4为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机的局部结构正视图；

图5为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机图4的A-A剖视图；

图6为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机图4的B-B剖视图；

图7为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机的局部结构示意图；

图8为本发明实施例一种液氮辅助降温的大冷量制冷机的工作原理图。

图中：1-压缩机；2-管道；3-配气腔；4-阀组；41-固定阀；42-旋转阀；421-进气通道；43-通孔；44-排气孔；45-阀孔；46-驱动连接孔；5-驱动机构；6-液氮储罐；7-预冷腔；71-预冷腔本体；712-氦气储存腔；72-热交换器；73-制冷腔；732-氮气储存腔；734-制冷器；736-隔热板；8-膨胀腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本实施例公开了一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，包括压缩机1、管道2、配气腔3、阀组4、驱动机构5、液氮储罐6、预冷腔7、膨胀腔8。

参阅图1，压缩机1通过管道2与配气腔3相连通，配气腔3的内腔安装有阀组4。

参阅图2-6，阀组4包括固定阀41、旋转阀42，固定阀41、旋转阀42均为圆形结构，且呈一体式构造，固定阀41的后端开设有两个通孔43，且通孔43均与旋转阀42相连通，固定阀41的两侧均开设有至少一个排气孔44，且排气孔44均与旋转阀42相连通；

旋转阀42的内腔开设有与通孔43相对应的长圆形进气通道421，多个进气通道421均与固定阀41、旋转阀42相连通，旋转阀42的表面相位角开设有与通孔43相对应的阀孔45，且阀孔45的角度可以根据实际情况进行调整，且阀孔45均与固定阀41相连通。

本实施例中，阀组4还包括驱动连接孔46，配气腔3的外侧连接有驱动机构5，驱动机构5的输出端与驱动连接孔46相连接，进而带动阀门做周期性运动。

参阅图1，阀组4通过管道2与液氮储罐6相连通，阀组4通过管道2与预冷腔7相连通，通过一个配气阀门4，同时控制氦气和液氮进入及排出，有效的提供了工作效率，同时能够有效降低液氮的消耗量。

参阅图7，预冷腔7包括预冷腔本体71，预冷腔本体71设置为双层结构装置，预冷腔7包括制冷腔73，预冷腔本体71内腔的外围安装有热交换器72，热交换器72位于制冷腔73的上端，制冷腔73的内腔固定连接有氮气储存腔732，氮气储存腔732的下端固定连接有制冷器734，液氮储罐6连接的管道2的一端贯穿热交换器72并延伸至氮气储存腔732的内腔与制冷器734相连接；

预冷腔本体71还包括氦气储存腔712，压缩机1连接的管道2的一端与氦气储存腔712相连通，通过热交换器72和液氮进行热交换，使得高压高纯氦气的温度降低，变成低温氦气。

本实施例中制冷腔73的底端固定连接有隔热板736。

参阅图1，预冷腔7的下端通过管道2贯通连接有膨胀腔8，

本实施例中低温氦气再进入膨胀腔8的内腔，由于进入膨胀腔8的氦气是低温氦气，温度比较低，有效的提高了实际制冷量。

使用上述制冷机进行制冷的方法如下：压缩机1提供的高压高纯氦气进入管道2的内腔，通过阀组4进行控制特定的时序，当阀组4打开时，液氮及高压高纯氦气同时进入到预冷腔7内腔，通过与预冷腔7的换热器进行热交换，高压高纯氦气的温度可以降低，高压高纯氦气进入膨胀腔8的内腔后将阀组4关闭，液氮停止进入预冷腔7，高压高纯氦气停止进入膨胀腔8，高压高纯氦气在膨胀腔8中做功完成后，产生制冷效应，完成制冷量输出；同时将阀组4打开低压高纯氦气返回压缩机1，同时预冷腔7内部的液氮和液氮挥发产生的氮气进行释放。

本实施例的工作原理是：参阅图8，通过启动压缩机1，使得高压高纯氦气进入管道2的内腔，通过驱动机构5开启阀组4，当阀组4的相位角的阀孔45处于打开时，压缩机1提供的氦气依次经过通孔43、进气通道421及排气孔44，进入到预冷腔7的内腔，通过热交换器72和液氮进行热交换，使得高压高纯氦气的温度降低，变成低温氦气，再进入膨胀腔8的内腔，通过引入液氮，对制冷工质先进行辅助降温，可以提高制冷量效率，提升有效制冷量，当阀组4的相位角的阀孔45关闭时，膨胀腔8内部的氦气从通孔43经过关闭的阀门相位角，返回压缩机1的内腔，同理，阀组4在控制氦气的同时，同步控制液氮，本发明通过一个配气阀门，同时控制氦气和液氮进入及排出，有效的提供了工作效率，同时能够有效降低液氮的消耗量，有效的提高了装置的实用性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，其特征在于，包括压缩机（1）、管道（2）、配气腔（3）、液氮储罐（6）、预冷腔（7），所述压缩机（1）通过管道（2）与配气腔（3）相连通，所述配气腔（3）的内腔安装有阀组（4），所述阀组（4）通过管道（2）与液氮储罐（6）相连通，所述阀组（4）通过管道（2）与预冷腔（7）相连通，所述预冷腔（7）的下端通过管道（2）贯通连接有膨胀腔（8），所述预冷腔（7）包括预冷腔本体（71），所述预冷腔本体（71）设置为双层结构装置，所述预冷腔（7）包括制冷腔（73），所述预冷腔本体（71）内腔的外围安装有热交换器（72），所述热交换器（72）位于制冷腔（73）的上端，所述制冷腔（73）的内腔固定连接有氮气储存腔（732），所述氮气储存腔（732）的下端固定连接有制冷器（734），所述液氮储罐（6）连接的管道（2）的一端贯穿热交换器（72）并延伸至氮气储存腔（732）的内腔与制冷器（734）相连接，压缩机（1）提供的高压高纯氦气进入所述管道（2）的内腔，通过所述阀组（4）进行控制特定的时序，当所述阀组（4）打开时，液氮储罐（6）中的液氮及配气腔（3）中的高压高纯氦气同时进入到所述预冷腔（7）内腔，通过与所述预冷腔（7）的换热器进行热交换，高压高纯氦气的温度降低，高压高纯氦气进入所述膨胀腔（8）的内腔后将所述阀组（4）关闭，液氮停止进入所述预冷腔（7），高压高纯氦气停止进入所述膨胀腔（8），高压高纯氦气在所述膨胀腔（8）中做功完成后，产生制冷效应，完成制冷量输出；同时将所述阀组（4）打开低压高纯氦气返回所述压缩机（1），同时所述预冷腔（7）内部的液氮和液氮挥发产生的氮气进行释放。

2.根据权利要求1所述的一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，其特征在于，所述阀组（4）包括固定阀（41）、旋转阀（42），所述固定阀（41）的后端开设有两个通孔（43），且所述通孔（43）均与旋转阀（42）相连通。

3.根据权利要求2所述的一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，其特征在于，所述固定阀（41）的两侧均开设有至少一个排气孔（44），所述排气孔（44）均与旋转阀（42）相连通。

4.根据权利要求2所述的一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，其特征在于，所述旋转阀（42）的内腔开设有两个与通孔（43）相对应的长圆形进气通道（421）；

所述旋转阀（42）的表面相位角开设有与通孔（43）相对应的阀孔（45），且所述阀孔（45）均与固定阀（41）相连通。

5.根据权利要求1所述的一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，其特征在于，所述制冷腔（73）的底端固定连接有隔热板（736）。

6.根据权利要求1所述的一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，其特征在于，所述预冷腔本体（71）包括氦气储存腔（712），所述压缩机（1）连接的管道（2）的一端与氦气储存腔（712）相连通。

7.根据权利要求1所述的一种液氮辅助降温的大冷量制冷机，其特征在于，所述阀组（4）还包括驱动连接孔（46），所述配气腔（3）的外侧连接有驱动机构（5），所述驱动机构（5）的输出端与驱动连接孔（46）相连接。

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