一种用于声能制冷机的混合工质充注系统及充注方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于声能制冷机的混合工质充注系统，包括氦气管路、氢气管路、混合工质管路、制冷机充注区和抽真空管路，所述氦气管路和所述氢气管路上分别设有的通过温压测控的氦气高压储气罐和氢气高压储气罐，末端分别设有截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ的氦气管路与氢气管路并联，并交汇于混合工质管路的干路一端，干路上设有调节阀，其支路各端分别与各待充工质制冷机连接，所述制冷机充注区、氦气管路与氢气管路可同时与抽真空管路连通以完成抽真空；以及其充注方法，能够对多批次多组待充工质制冷机进行抽真空和充注混合工质；通过本发明专利技术使得混合工质制备便利、充注快速、精准控制，满足批量化充注的操作需求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于声能制冷机的混合工质充注系统及充注方法
本专利技术是涉及一种用于声能制冷机的混合工质充注系统及充注方法，属于低温制冷机

技术介绍
随着红外技术、超导技术、航空航天技术以及低温医学、低温电子学等科学技术的发展，低温制冷技术得到了很大的发展与应用。声能制冷机作为一种利用膨胀气缸内气体周期性膨胀和压缩来制取冷量的气体机械制冷机，具有结构紧凑、制冷温区广、制冷效率高、节能环保等优点，在各个领域都得到了相应的应用。作为回热式小型低温制冷机，声能制冷机的回热器性能对其制冷效率影响较大，改善回热器性能使其达到或接近理想回热条件也是声能制冷机等小型低温制冷机的关键技术问题之一。不同制冷温区的制冷机对回热性能的要求不同，目前优化其回热性能的主要手段是研制适用于不同温区的回热器。但是某些非理想回热是特定循环中工质本身所固有的,并非由于回热器的不完善性而导致的，因而要减少这种非理想回热的影响,必须从改善工质本身的回热性能着手。当气体工质可视为理想气体或范德瓦耳斯气体时,声能制冷机具有理想回热的条件,其制冷系数可与工作在同样两个热源间卡诺制冷机相同。目前的声能制冷机一般采用氦气为制冷工质，采用单一气体工质时，非理想回热因素是普遍存在的，而采用混合工质可以改善其回热性能，配合以合适的回热器可以使制冷机实现理想回热或接近理想回热条件。由于氢气分子量小、粘度小、导热系数大等原因，在中高温区制冷会比氦气制冷性能更好，本专利技术为了提高制冷性能，提出混合工质作为制冷剂的方法，根据氦气和氢气的热物理特性，在不同的制冷温区，采用不同的工质混合比，可以极大的提高声能制冷机的制冷性能。声能制冷机工作时，另一个对制冷效率影响较大的因素是制冷机的充气压力，提高充气压力时，制冷性能增强，但耗功增大，与此同时共振频率增大，制冷机运行应该接近其共振频率点，此时电机效率最高，功耗最小，所以要综合各项参数的影响来优化选择适合特定工作温区的充气压力。为了提高声能制冷机等回热式小型低温制冷机的回热性能以提高整机的制冷效率，针对不同的工作温区的制冷机，需要充注不同摩尔比的混合工质；为了综合共振频率等各项参数使电机效率较高，制冷性能较好，功耗较小，需要选取最优的充气压力进行充注。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题和需求，本专利技术的目的是提供一种用于声能制冷机的混合工质充注系统及充注方法，混合工质制备便利、充注快速、精准控制，满足批量化充注的操作需求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于声能制冷机的混合工质充注系统，其特征在于：包括氦气管路、氢气管路、混合工质管路、制冷机充注区和抽真空管路，所述氦气管路和所述氢气管路上分别设有的通过温压测控的氦气高压储气罐和氢气高压储气罐，末端设有截止阀Ⅰ的所述氦气管路与末端设有截止阀Ⅱ的所述氢气管路并联，并交汇于所述混合工质管路设有的干路一端，所述干路上设有调节阀，所述混合工质管路设有的支路各端分别与所述制冷机充注区中各待充工质制冷机连接，所述制冷机充注区、所述氦气管路与所述氢气管路可同时与所述抽真空管路连通以完成抽真空。工质在进行混合时，先使截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ处于关闭状态，所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐分别通过温压测控控制各罐中氦气量和氢气量，之后使调节阀处于关闭状态、截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ处于打开状态，进而氦气和氢气在连通的氦气高压储气罐和氢气高压储气罐中完成混合，同时实现混合工质中氦气和氢气摩尔比的控制。作为优选方案，所述氦气高压储气罐上设有氦气压力传感器和氦气温度传感器，所述氢气高压储气罐上设有氢气压力传感器和氢气温度传感器。作为进一步优选方案，所述氦气管路还包括氦气瓶，所述氦气瓶通过设有减压阀Ⅰ的管路与所述氦气高压储气罐可充注连通。作为进一步优选方案，所述氢气管路还包括氢气瓶，所述氢气瓶通过设有减压阀Ⅱ的管路与所述氢气高压储气罐可充注连通。作为优选方案，所述混合工质管路的支路各端分别与各所述待充工质制冷机连接的管路上均设有充注单向阀和充注压力传感器，进而通过监测充注压力进一步精准控制各待充工质制冷机中混合工质充注量。作为优选方案，所述抽真空管路还包括真空泵，所述真空泵通过设有截止阀Ⅳ的管路与所述氦气高压储气罐或/和所述氢气高压储气罐连通；所述抽真空管路还通过设有截止阀Ⅲ的管路与所述制冷机充注区连通。作为进一步优选方案，所述抽真空管路还通过设有截止阀Ⅲ的管路与所述制冷机充注区中连接各待充工质制冷机的各支路连通，在所述连接各待充工质制冷机的各支路首端分别设有抽气单向阀。为保证混合工质的纯净度和混合工质的混合与充注的精准度，在充注前，先对氦气高压储气罐、氢气高压储气罐、混合工质管路和制冷机充注区进行抽真空处理。作为优选方案，所述混合工质在不同温区下，优化回热性能的氦气和氢气混合摩尔比选择方案为：当温区为-20K～20K时，氦气和氢气混合摩尔比n1:n2＝90％:10％；当温区为-100K～-20K时，氦气和氢气混合摩尔比n1:n2＝50％:50％；当温区为-200K～-100K时，氦气和氢气混合摩尔比n1:n2＝20％:80％；当温区为＜-200K时，氦气和氢气混合摩尔比n1:n2＝0％:100％。作为进一步优选方案，根据混合工质工作温区选择相应的氦气和氢气混合摩尔比，通过使用理想气体状态方程pV＝nRT计算所需混合工质中氦气和氢气的混合摩尔比n1:n2对应的所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐中预设压力比p1:p2，并配合观测所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐上设有的压力传感器，进行氦气和氢气的充注与混合。作为优选方案，所述制冷机充注区包括数组并联的待充工质制冷机，所述制冷机充注区通过分别设有的三通将各所述待充工质制冷机与所述混合工质管路和所述抽真空管路连接。作为优选方案，并交汇于所述混合工质管路设有的干路一端的并联管路，不仅限于所述氦气管路和所述氢气管路，可根据混合工质组分的需要设置相应种类和数量的工质管路。本专利技术还提供一种所述的用于声能制冷机的混合工质充注系统的充注方法，在上述混合工质充注系统中进行，具体步骤包括：(1)抽真空处理：通过抽真空管路对氦气高压储气罐、氢气高压储气罐、混合工质管路和制冷机充注区进行抽真空处理；(2)混合工质的配比和混合：首先根据混合工质工作温区选择相应的氦气和氢气混合摩尔比，并通过使用理想气体状态方程pV＝nRT计算所需混合工质中氦气和氢气的混合摩尔比n1:n2对应的所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐中预设压力比p1:p2，按照计算得到的所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐中预设压力比p1:p2分别对所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐进行氦气和氢气的充注后，连通所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐完成混合；(3)对待充工质制冷机进行混合工质的充注：待氦气和氢气混合均匀后，将连通的所述氦气高压储气罐和所述氢气高压储气罐与所述制冷机充注区连通，对所述制冷机充注区中各待充工质制冷机进行混合工质的充注，之后，分别将达到预设充注压力制冷机从所述制冷机充注区中取出，完成该组待充工质制冷机的充注；(4)多组充注：当需要为下一组待充工质制冷机进行混合工质充注时，将下一组待充工质制冷机分别连接在所述制冷机充注区中，然后对待充工质制冷机进行抽真空处理并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于声能制冷机的混合工质充注系统，其特征在于：包括氦气管路、氢气管路、混合工质管路、制冷机充注区和抽真空管路，所述氦气管路和所述氢气管路上分别设有的通过温压测控的氦气高压储气罐和氢气高压储气罐，末端设有截止阀Ⅰ的所述氦气管路与末端设有截止阀Ⅱ的所述氢气管路并联，并交汇于所述混合工质管路设有的干路一端，所述干路上设有调节阀，所述混合工质管路设有的支路各端分别与所述制冷机充注区中各待充工质制冷机连接，所述制冷机充注区、所述氦气管路与所述氢气管路可同时与所述抽真空管路连通以完成抽真空。

【技术特征摘要】
1.一种用于声能制冷机的混合工质充注系统，其特征在于：包括氦气管路、氢气管路、混合工质管路、制冷机充注区和抽真空管路，所述氦气管路和所述氢气管路上分别设有的通过温压测控的氦气高压储气罐和氢气高压储气罐，末端设有截止阀Ⅰ的所述氦气管路与末端设有截止阀Ⅱ的所述氢气管路并联，并交汇于所述混合工质管路设有的干路一端，所述干路上设有调节阀，所述混合工质管路设有的支路各端分别与所述制冷机充注区中各待充工质制冷机连接，所述制冷机充注区、所述氦气管路与所述氢气管路可同时与所述抽真空管路连通以完成抽真空。2.根据权利要求1所述的混合工质充注系统，其特征在于：所述氦气高压储气罐上设有氦气压力传感器和氦气温度传感器，所述氢气高压储气罐上设有氢气压力传感器和氢气温度传感器。3.根据权利要求2所述的混合工质充注系统，其特征在于：所述氦气管路还包括氦气瓶，所述氦气瓶通过设有减压阀Ⅰ的管路与所述氦气高压储气罐可充注连通。4.根据权利要求2所述的混合工质充注系统，其特征在于：所述氢气管路还包括氢气瓶，所述氢气瓶通过设有减压阀Ⅱ的管路与所述氢气高压储气罐可充注连通。5.根据权利要求1所述的混合工质充注系统，其特征在于：所述混合工质管路的支路各端分别与各所述待充工质制冷机连接的管路上均设有充注单向阀和充注压力传感器。6.根据权利要求1所述的混合工质充注系统，其特征在于：所述抽真空管路还包括真空泵，所述真空泵通过设有截止阀Ⅳ的管路与所述氦气高压储气罐或/和所述氢气高压储气罐连通；所述抽真空管路还通过设有截止阀Ⅲ的管路与所述制冷机充注区连通。7.根据权利要求6所述的混合工质充注系统，其特征在于：所述抽真空管路还通过设有截止阀Ⅲ的管路与所述制冷机充注区中连接各待充工质制冷机的各支路连通，在所述连接各待充工质制冷机的各支路首端分别设有抽气单向阀。8.根据权利要求1所述的混合工质充注系统，其特征在于：所述混合工质在不同温区下，优化回热性能的氦气和氢气混合摩尔比选择方案为：当温区为-20K～20K时，氦气和氢气混合摩尔比n1:n2＝90％:10％；当温区为-100K～-20K时，氦气和氢气混合摩尔比n1:n2＝50％:50％；当温区为-200K～-100K时，氦气和氢气混合摩尔比n1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨厚成，陈曦，
申请(专利权)人：杨厚成，
类型：发明
国别省市：陕西,61