低温阀切换式脉冲管制冷原理流程研究

提出了低温阀切换式脉冲管制冷原理流程，分析了脉冲管内部过程和制冷机制，给出了计算程序，测量了脉冲管的等熵膨胀效率，研究了它与压比、工作频率、脉冲管尺寸、小孔开度等一系列参数的关系，在室温进气、工质为空气的情况下获得了等熵膨胀效率达到42%的实验结果。提出了该流程的一种改进方案，即高低温阀切换式脉冲管制冷原理流程。采用GM制冷机压缩机和自行研制的高效紧凑简化式孔板换热器和低温旋转阀，实现了低温阀切换式脉冲管制冷机整机，其最低温度达到167K，在180K有10W以上制冷功率。实验测量了主要工作和结构参数对整机性能的影响。实验结果表明，低温阀切换式脉冲管制冷机在气体液化分离，废能利用、冷藏空调等领域有一定的应用前景。 2100433B

因为低温阀门的特殊结构，低温阀门的安装亦有其特殊要求。因为低温阀门的长颈阀盖结构特点，低温阀门在安装时阀杆阀杆方向必须在垂直向上的 45 度角范围内，且应尽量避免安装在垂直管线上。否则低温介质将充满阀盖的加长部分，造成阀门填料失效，并会将冷量传给阀门手柄，给操作人员带来人身伤害。对于有泄压结构的低温阀门，在安装阀门时，要特别注意阀门泄压方向的要求。阀门泄压的方向应在工艺流程图上标出，并体现在管道轴测图中。

结合脉冲管制冷机发展的前沿方向和国内现阶段对微型低温制冷机的迫切需求，开展100Hz超高频脉冲管制冷机微型化的理论与实验研究。一方面通过理论分析和数值模拟的方法，深入研究超高频和微型化情况下脉冲管制冷机内部气体的工作流程和物理机制，重点针对超高频条件下换热时间短、微型化导致脉冲管直径小、换热面积不足等关键问题，探索在现有50Hz高频脉冲管制冷机基础上向超高频、微型化发展的改进途径，丰富和发展脉冲管制冷机的基本理论；另一方面在理论研究的基础上，研制超高频微型脉冲管制冷机的原理样机，利用理论结果指导制冷机的蓄冷器、脉冲管、换热器及调相机构等关键部件的优化设计，解决因超高频和微型化带来的制冷性能恶化的主要问题，掌握制作更小尺寸脉冲管制冷机的设计能力，同时利用实验结果验证本项目对超高频微型脉冲管制冷机内部气体工作过程及流动、换热等物理机制方面所获得的认识。

主要有两种情况，一是内漏；二是外漏。

低温阀内漏

阀门产生内漏主要原因是密封副在低温状态下产生变形所致。当介质温度下降到使材料产生相变时造成体积变化，使原本研磨精度很高的密封面产生翘曲变形而造成低温密封不良。

低温阀外漏

阀门的外漏：其一是阀门与管路采用法兰连接方式时，由于连接垫料、连接螺栓、以及连接件在低温下材料之间收缩不同步产生松弛而导至泄漏。因此可把阀体与管路的连接方式由法兰连接改为焊接结构，避免了低温泄漏。其二是阀杆与填料处的泄漏。