一种具有两个节流孔的微型汉普逊节流制冷器

技术领域

本发明涉及一种微型汉普逊节流制冷器，具体是涉及一种具有两个节流孔的微型汉普逊节流制冷器。

背景技术

汉普逊节流制冷器的热容小，换热效果强，主要应用于快速制冷场合，例如红外制导系统中红外探测器的冷却多采用微型汉普逊节流制冷器。

发明内容

本发明的目的是提供了一种由一个流量调节器6同时驱动两个节流阀针2调节各自的节流阀的自调式微型汉普逊节流制冷器，其特点在于：消除了侧向调节应力，提高了制冷工作稳定性；并且，在不加大肋片管5的尺寸和节流阀的节流孔直径的条件下，增加了制冷工质流量，有效缩短制冷降温时间。

本发明具有两个节流孔的自调式微型汉普逊节流制冷器是通过下理结构完成的：自调式微型汉普逊节流制冷器由杜瓦管、外芯部件和制冷部件组成，杜瓦管是一个开有凹状开口的夹层状管，杜瓦管的外层为杜瓦外管(13)，杜瓦管的内层为杜瓦内管(10)，杜瓦外管(13)与杜瓦内管(10)之间相互连接构成一个封闭的夹层状管，外芯部件的进气接头(9)安装在夹层状管的凹状开口处，外芯部件由进气接头(9)、外芯轴(8)、内芯轴(7)、前法兰(11)和流量调节器(6)构成，制冷部件由一个阀针座(3)，及位置对称分布的两个肋片管(5)、两个节流阀座(1)和两个节流阀针(2)共同构成；外芯部件中的一个流量调节器(6)同时控制制冷部件中位置对称分布的两个节流阀针(2)，位置对称分布的两个节流阀针(2)各自调节一个节流阀。

所述外芯部件的前法兰(11)上开有两个位置对称分布的安装孔内，两个安装孔内分别装入两个节流阀座(1)，再将两个肋片管(5)的一端分别插入两个节流阀座(1)后，在专用的绕制设备上将两个肋片管(5)同时绕在外芯轴(8)上并固定；然后分别将两个肋片管(5)的另一端插入进气接头(9)的两个出气孔内并焊接，完成两个节流阀座(1)和两个肋片管(5)在外芯部件上的固定和安装。

所述两段肋片管(5)可同步双螺旋绕制在外芯轴(8)上，也可叠成绕制在外芯轴(8)上，两个肋片管(5)的另一端插入进气接头(9)然后都焊接在进气接口输出孔内。

所述阀针座(3)的中间通孔与流量调节器(6)上延伸到前法兰(11)外的流量调节杆(4)同轴对齐并装入内芯轴(7)中，再在阀针座(3)的两个安装孔内分别放入节流阀针(2)，并使两个节流阀针(2)分别与两个节流阀座(1)上的节流孔同轴对齐，然后焊接固定，完成阀针座(3)和两个节流阀针(2)在流量调节杆(4)上的安装。

所述外芯部件的构成和制作与传统微型汉普逊节流制冷器相同。

本发明由流量调节器6同时驱动位置对称的两个节流阀针2向各自对应的两个节流阀座1的节流孔内移动，达到控制节流制冷器工质流量的目的。由于两个节流孔内喷射的高压工质都将在各自的节流阀针2上产生压力，且由于高压工质压力相同喷射时产生的压力也相同，因此在流量调节杆4带动位于两侧位置对称的两个节流阀针2向节流孔移动时仅需要反向力，避免了传统的一个流量调节器驱动一个节流阀针向一个节流阀座上的节流孔移动时不仅需要反向力，还需侧向力以抵消节流阀针和流量调节杆不同轴产生的扭矩，改善了节流制冷器自调工作时的稳定性；同时在不加大肋片管5的几何尺寸和节流阀座1的节流孔直径的条件下，节流制冷器启动时高压工质流量增加了一倍，提高了制冷功率，有效缩短了降温时间。

本发明有益效果是消除了流量调节器驱动节流阀针调节节流阀流量时的侧向应力，改善节流阀工作的稳定性，同时在不加大肋片管尺寸和节流孔直径的条件下，增加了制冷工质流量，有效缩短降温时间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的外芯部件的示意图；

图3是本发明的制冷部件(包含外芯部件)的局部放大示意图。

图中，1—节流阀座、2—节流阀针、3—阀针座、4—流量调节杆、5—肋片管、6—流量调节器、7—内芯轴、8—外芯轴、9—进气接头、10—杜瓦内管、11—前法兰、12—膨胀腔。13—杜瓦外管；14—高压工质入口，15—进气口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：

本发明提供的自调式微型汉普逊节流制冷器由外芯部件和制冷部件组成。其中外芯部件由进气接头9、外芯轴8、内芯轴7、前法兰11和流量调节器6组成；制冷部件由两个肋片管(又称：汉普逊换热器)5、两个节流阀座1、两个节流阀针2和阀针座3组成。

外芯部件的构成和制作与传统微型汉普逊节流制冷器相同。外芯部件制作完成后，在外芯部件的前法兰11上的两个安装孔内，分别装入两个节流阀座1，再将两个肋片管5的一端分别插入两个节流阀座1后，在专用的绕制设备上将两个肋片管5同时绕在外芯轴8上并固定；然后分别将两个肋片管5的另一端插入进气接头9的两个出气孔内并焊接，完成两个节流阀座1和两个肋片管5在外芯部件上的安装。将阀针座3的中间孔与流量调节器6上伸出于前法兰11外的流量调节杆4同轴对齐并装入，再在阀针座3的两个安装孔内分别放入节流阀针2，并使两个节流阀针2分别与两个节流阀座1上的节流孔同轴对齐，然后焊接固定，完成阀针座3和两个节流阀针2在流量调节杆4上的安装。

节流制冷器工作前必须与具有真空绝热性能的杜瓦形成良好的配合。常用的方法是将节流制冷器插入杜瓦内管10并与杜瓦通过螺钉或其他方式连接固定。高压工质经进气接头9进入节流制冷器后，同时分别进入两个肋片管5的毛细管内并经各自的节流阀座1的节流孔节流后，在膨胀腔12内喷出，产生节流制冷效应。节流后的低温、低压工质在杜瓦内管10内壁与外芯轴8之间两个肋片管5形成的环形缝隙中流动，并完成与两个肋片管5内的高压工质的热交换，使高压工质节流前的温度不断降低，直到工质的沸点温度即完成制冷的启动过程。之后由于流量调节器6内的低温温度位移敏感元件到达敏感温度点，流量调节器6将驱动流量调节杆4收缩，带动位于流量调节杆4上的两个节流阀针2同时向两个节流阀座1的节流孔内移动，使得节流孔的高压工质出口面积减小，从而减小的高压工质的流量，节流制冷器进入自调工作状态。

本发明在管径为0.5～1.0毫米、壁厚为0.1～0.2毫米的毛细长管外绕制截面为矩形的细丝后，再把该管绕制在芯轴上形成螺旋盘管并固定，毛细管一端与高压进气接头连接作为高压工质入口，另一端焊接有节流小孔的节流元件，即构成了最简单的微型汉普逊节流制冷器。将微型汉普逊节流制冷器插入杜瓦内管并形成良好配合，高压工质自高压进气接头引入后，微型汉普逊节流制冷器开始工作，高压工质在毛细长管内流动，低压工质在杜瓦管内壁与芯轴间的环形缝隙中回流，形成较长的换热通道，换热效果强，通常从启动到达到最低温度的时间小于1分钟，甚至短至数秒。

在上述的微型汉普逊节流制冷器内，增加低温温度位移敏感元件，通常是温度记忆合金或封装波纹管等，作为流量调节器，在制冷到位后驱动节流孔上方的节流阀针向节流孔移动，使高压出口面积减小，从而减少工质流量。这样制作出来的微型汉普逊节流制冷器称为自调式微型汉普逊节流制冷器。

工作机理：节流制冷器插入杜瓦内管10，并且进气接口9与高压气源正确连接后，开启高压气源，节流制冷器即进入启动状态。高压工质经进气接口9转接后，分别进入两个肋片管5的毛细管内，经各自的节流阀座1的节流孔节流后在膨胀腔12内喷出，产生节流制冷效应；节流后的低温、低压工质在杜瓦内管10内壁与外芯轴8之间的两个肋片管5形成的环形缝隙中流动，完成与两个肋片管5的毛细管内的高压工质的热交换，使高压工质节流前的温度不断降低，直到高压工质节流后达到自身的沸点温度，完成节流制冷器的启动过程。

之后由于流量调节器6内的低温温度位移敏感元件到达敏感温度点，流量调节器6开始工作，使流量调节杆4收缩，带动阀针座3上的两个节流阀针2同时向两个节流阀座1上各自的节流孔移动，使得节流孔处的高压工质出口面积减小，从而减小的高压工质的流量，适时降低制冷功率，节流制冷器开始进入自调工作状态。

如果膨胀腔12内的温度过低而使流量调节杆过于收缩，节流阀针2将过于靠近节流孔而使高压工质出口面积过小，导致高压工质流量过小，不足以维持正常的制冷温度，膨胀腔12内的温度将会升高，导致流量调节器6内的温度位移敏感元件温度也升高，流量调节器6将反向工作使位移量减小，流量调节杆4带动阀针座3上的两个节流阀针2同时离开节流孔，使得节流孔处的高压工质出口面积增加，从而增加的高压工质的流量，提高制冷功率，膨胀腔12内的温度再次降低；上述两个过程反复循环，使节流制冷器处于温度稳定的小流量工作状态，即自调工作状态。

图1节流制冷器插入杜瓦内管10，并且进气接口9与高压气源正确连接后，开启高压气源，节流制冷器即进入启动状态。高压工质经进气接口9转接后，分别进入两个肋片管5的毛细管内，经各自的节流阀座1的节流孔节流后在膨胀腔12内喷出，产生节流制冷效应；节流后的低温、低压工质在杜瓦内管10内壁与外芯轴8之间的两个肋片管5形成的环形缝隙中流动，完成与两个肋片管5的毛细管内的高压工质的热交换，使高压工质节流前的温度不断降低，直到高压工质节流后达到自身的沸点温度，完成节流制冷器的启动过程。

之后由于流量调节器6内的低温温度位移敏感元件到达敏感温度点，流量调节器6开始工作，使流量调节杆4收缩，带动阀针座3上的两个节流阀针2同时向两个节流阀座1上各自的节流孔移动，使得节流孔处的高压工质出口面积减小，从而减小的高压工质的流量，适时降低制冷功率，节流制冷器开始进入自调工作状态。

如果膨胀腔12内的温度过低而使流量调节杆过于收缩，节流阀针2将过于靠近节流孔而使高压工质出口面积过小，导致高压工质流量过小，不足以维持正常的制冷温度，膨胀腔12内的温度将会升高，导致流量调节器6内的温度位移敏感元件温度也升高，流量调节器6将反向工作使位移量减小，流量调节杆4带动阀针座3上的两个节流阀针2同时离开节流孔，使得节流孔处的高压工质出口面积增加，从而增加的高压工质的流量，提高制冷功率，膨胀腔12内的温度再次降低；上述两个过程反复循环，使节流制冷器处于温度稳定的小流量工作状态，即自调工作状态。