CN114396738A - 一种采用低温驱动器的jt节流制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其中包括预冷机、低温驱动器、换热器、节流元件、蒸发器、冷屏、真空罐、弹性冷链。在该JT系统中，预冷机为JT循环管路中的制冷工质提供预冷，驱动器处于低温环境下，驱动制冷工质进行单向循环，通过节流元件产生制冷效应，在蒸发器中获取冷量。本发明的优点在于用于驱动制冷工质单向循环的低温驱动器空间体积很小，同时预冷机可以通过弹性冷链传导的方式为低温驱动器散热并减振，此布局大大降低了低温驱动器的功耗，提升了JT制冷机性能，满足空间小型化、低功耗制冷机的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于空间用机械式制冷领域，具体设计一种采用低温驱动器的JT节流制冷系统。
背景技术
航空航天是人类认识和改造自然进程中最活跃、最有影响的科学技术领域，也是人类文明高度发展的重要标志。空间探测技术的发展，为人类认识和利用地球以外的事物提供了基础条件。为了降低干扰，提高探测精度，空间探测器必须运行在低温环境中。预冷型焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson，JT)节流制冷机具有高效率、长寿命、小振动等特点，已然成为空间探测任务用制冷系统的优选方案。JT用驱动部件作为节流制冷系统的关键技术，其大压比、高可靠、长寿命的需求为节流制冷机的研制及后续工程应用提供技术保障。
驱动器一般处于常温环境，与JT部件通过管路固连。常温环境下，制冷工质的密度较低，为了获得足够的制冷量，需要较大的驱动器扫气量以满足制冷系统对于质量流量的需求，因此，驱动器的体积会比较大；同时驱动器在运行过程中会产生振动，一定程度上会对制冷系统产生影响。采用低温驱动器，能够解决驱动器体积过大的问题，同时通过减振弹簧，降低低温驱动器振动带来的影响，通过预冷机给低温驱动器散热，提高低温驱动器的输出性能，有利于提升JT制冷系统的效率。
发明内容
针对上述问题及需求，本发明的目的是提供一种采用低温驱动器的JT节流制冷系统及其实现的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种采用低温驱动器的JT节流系统，包括预冷机1、低温驱动器2、换热器3、节流元件4、蒸发器5、冷屏6、真空罐7、弹性冷链8，其特征在于：所述采用低温驱动器的JT节流系统其特征在于预冷机1通过弹性冷链8与低温驱动器2相连，低温驱动器2与换热器3、节流元件4、蒸发器5通过管路连接形成闭式循环，冷屏6及真空罐7通过螺接的方式固定在预冷机1上。
所述的预冷机1包括一级冷头1-1和二级冷头1-2，其采用同轴两级脉管制冷机、热耦合两级脉管制冷机、气耦合两级脉管制冷机、斯特林型两级脉管制冷机、G-M型两级脉管制冷机、两级斯特林制冷机、斯特林脉管复合制冷机或两级G-M制冷机；所述的预冷机1为制冷工质提供预冷，其制冷工质包括氦气、氢气、氖气或其混合工质。
所述的低温驱动器2包括高温区低温驱动器2-1或低温区低温驱动器2-2，其中高温区低温驱动器2-1采用直流线性压缩机组或无油涡旋压缩机组，低温区低温驱动器2-2采用直流线性压缩机组或无油涡旋压缩机组。
所述的换热器3采用林德型换热器或汉普逊型换热器。
所述的节流元件4采用金属孔板，孔径为微米级。
所述的蒸发器5采用狭缝型蒸发器、螺旋管型蒸发器、针肋型蒸发器或多孔填充型蒸发器。
所述的冷屏6的材料为金属，其外形为圆筒形结构，采用螺接的方式固定在预冷机1中一级冷头1-1和二级冷头1-2上。
所述的真空罐7的材料为金属，其外形为圆筒形结构，采用螺接的方式与预冷机1固连。
所述的弹性冷链8由具有很好的弹性模量及传热性能的材料制成，通过其分别将预冷机1中一级冷头1-1和二级冷头1-2与低温驱动器2中的高温区低温驱动器2-1和低温区低温驱动器2-2互连，并为其提供支撑。
与现有技术对比，本发明的优点在于：
(1)将驱动器放置于低温环境下，能够有效减小驱动器的活塞直径和行程，满足小型化的需求；
(2)通过弹性冷链的形式将低温驱动器与预冷机冷头耦合，可以有效地降低低温驱动器运行振动产生的影响，同时能够为低温驱动器提供良好的散热环境；
(3)采用低温驱动器的JT节流制冷系统，所需驱动的功耗较小，相比常温驱动器，提高了系统的效率和经济性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的变形结构1示意图；
图3为本发明的变形结构2示意图；
图中标号示意如下：1为预冷机，1-1为一级冷头，1-2为二级冷头，2为低温驱动器，2-1为高温区低温驱动器，2-2为低温区低温驱动器，3为换热器，4为节流元件，5为蒸发器，6为冷屏，7为真空罐，8为弹性冷链。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述说明。
如图1所示，为本发明的采用低温驱动器的JT节流制冷系统结构图。JT循环中的制冷工质(氦气、氢气、氖气或其混合工质)在预冷机中一级冷头1-1和二级冷头1-2上的管路中被预冷机1预冷，低温驱动器2通过弹性冷链8固定在预冷机1中的一级冷头1-1和二级冷头1-2上，弹性冷链8为其减振和传热。通过低温驱动器2为制冷工质提供单向循环流动，被低温驱动器2中高温区低温驱动器2-1压缩，通过换热器3换热进入低温驱动器2中的低温区低温驱动器2-2再次被压缩，进入换热器3达到一定的低温，在节流元件4的作用下制冷工质产生制冷效应，同时在蒸发器5中获取到一定的制冷量，继而通过低压管路进入换热器3，换热进入低温驱动器2中的高温区低温驱动器2-1，进行下一个循环。安装在预冷机1中一级冷头1-1和二级冷头1-2上的冷屏6，能够减小辐射漏热；真空罐7为JT节流制冷系统提供真空环境。
本发明中低温驱动器2可布置在预冷机1中一级冷板1-1上，或布置在预冷机1中二级冷板1-2上，亦可同时布置，其级数可根据制冷系统需求进行改变，具体的实施方式与上述一致。
最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施案例的限制，上述实施例和说明书描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种采用低温驱动器的JT节流系统，包括预冷机(1)、低温驱动器(2)、换热器(3)、节流元件(4)、蒸发器(5)、冷屏(6)、真空罐(7)、弹性冷链(8)，其特征在于：
所述的预冷机(1)通过弹性冷链(8)与低温驱动器(2)相连，低温驱动器(2)与换热器(3)、节流元件(4)、蒸发器(5)通过管路连接形成闭式循环，冷屏(6)采用螺接的方式固定在预冷机(1)中一级冷头(1-1)和二级冷头(1-2)上，所述的真空罐(7)通过螺接的方式固定在预冷机(1)上；所述的弹性冷链(8)通过其分别将预冷机(1)中一级冷头(1-1)和二级冷头(1-2)与低温驱动器(2)中的高温区低温驱动器(2-1)和低温区低温驱动器(2-2)互连，并为其提供支撑。
2.根据权利要求1所述的采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其特征在于：所述的预冷机(1)包括一级冷头(1-1)和二级冷头(1-2)，其采用同轴两级脉管制冷机、热耦合两级脉管制冷机、气耦合两级脉管制冷机、斯特林型两级脉管制冷机、G-M型两级脉管制冷机、两级斯特林制冷机、斯特林脉管复合制冷机或两级G-M制冷机；所述的预冷机(1)为制冷工质提供预冷，其制冷工质包括氦气、氢气、氖气或其混合工质。
3.根据权利要求1所述的采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其特征在于：所述的低温驱动器(2)包括高温区低温驱动器(2-1)或低温区低温驱动器(2-2)，其中高温区低温驱动器(2-1)采用直流线性压缩机组或无油涡旋压缩机组，低温区低温驱动器(2-2)采用直流线性压缩机组或无油涡旋压缩机组。
4.根据权利要求1所述的采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其特征在于：所述的换热器(3)采用林德型换热器或汉普逊型换热器。
5.根据权利要求1所述的采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其特征在于：所述的节流元件(4)采用金属孔板，孔径为微米级。
6.根据权利要求1所述的采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其特征在于：所述的蒸发器(5)采用狭缝型蒸发器、螺旋管型蒸发器、针肋型蒸发器或多孔填充型蒸发器。
7.根据权利要求1所述的采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其特征在于：所述的冷屏(6)的材料为金属，其外形为圆筒形结构。
8.根据权利要求1所述的采用低温驱动器的JT节流制冷系统，其特征在于：所述的真空罐(7)的材料为金属，其外形为圆筒形结构。
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