一种旁通式叠层快速预冷节流制冷器及控制方法技术

本发明专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器，包括：固定单元，包括上盖板和下盖板，上盖板设有第一总进口和第二总进口，下盖板设有总出口；至少一个制冷单元，设在上盖板与下盖板之间，包括高压板片和低压板片，高压板片包括进口部、快速预冷部、回热节流部及膨胀腔，进口部包括快速预冷进口和正常制冷进口，快速预冷进口与第一总进口及快速预冷部连通，正常制冷进口与第二总进口及回热节流部连通，膨胀腔位于高压板片的尾部、远离进口部并与快速预冷部和回热节流部连通，低压板片设在高压板片下方，包括蒸发腔、回热返流部及出口部，蒸发腔与膨胀腔连通，出口部具有与总出口连通的低压出口，回热返流部一端与蒸发腔连通，另一端与低压出口连通。压出口连通。压出口连通。

【技术实现步骤摘要】
一种旁通式叠层快速预冷节流制冷器及控制方法


[0001]本专利技术属于强化换热节流制冷领域，具体涉及一种旁通式叠层快速预冷节流制冷器及控制方法。

技术介绍

[0002]微型节流制冷器具有结构简单、尺寸较小、快速冷却等特点，广泛应用于红外探测器、冷冻外科探针、导弹制导系统、电子设备冷却等医学、军事、工业等领域。
[0003]绝热条件下，高压气体经过多孔塞、小孔、很小的阀门、微小的槽道、毛细管等流到低压侧的稳定流动过程称为节流过程，这一现象也称为焦耳
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汤姆逊效应。近些年，随着微通道技术的发展，微通道J
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T效应节流制冷器得到了广泛的研究与应用。现有的微通道节流制冷器主要包括以下三部分：入口段、回热及节流结构、蒸发腔。通过将这三部分刻蚀在一个板片上形成高压通道板片与低压通道板片，高压气体通过高压微通道层后，受到相邻低压通道低压回气的预冷降温，在节流段进一步降温后进入蒸发腔，吸收负载热流后，通过低压通道返回。
[0004]微通道节流制冷器本身刻蚀的微小的通道要用于产生压力降、进而产生节流制冷效应，但矛盾的是，这种微小节流通道的结构造成目前的制冷器流量很小，微通道节流制冷器的降温速度极为缓慢，完全不能适应一些需要快速制冷且冷头温度较低的应用场合。虽然微通道节流制冷器刻蚀的单个微小通道可以产生较低的温度，但是其制冷量有限，因此需要多通道并行或多层叠加，但这也会带来较大的试件热容，严重阻碍制冷器的降温速度。综上，目前微通道节流制冷器存在流量小、热容大、降温极其缓慢的问题。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种旁通式叠层快速预冷节流制冷器及控制方法。为此，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种旁通式叠层快速预冷节流制冷器，其特征在于，包括：固定单元，包括上盖板和下盖板，上盖板上设置有用于通入高压气体的第一总进口和第二总进口，下盖板上设有总出口；至少一个制冷单元，设置在上盖板与下盖板之间，包括层叠设置的高压板片和低压板片，高压板片包括进口部、快速预冷部、回热节流部以及膨胀腔，进口部包括快速预冷进口和正常制冷进口，快速预冷进口与第一总进口相连通并且与快速预冷部相连通，正常制冷进口与第二总进口相连通并且与回热节流部相连通，膨胀腔位于高压板片的尾部、远离进口部并分别与快速预冷部和回热节流部相连通，低压板片设置在高压板片的下方，包括蒸发腔、回热返流部以及出口部，蒸发腔与膨胀腔连通，出口部具有与总出口相连通的低压出口，回热返流部一端与蒸发腔连通，另一端与低压出口连通，其中，快速预冷部用于进行快速预冷，回热节流部用于进行常规制冷。
[0007]在本专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器中，还可以具有这样的特征：其中，快速预冷部包括多条平行设置的快速预冷通道，多条快速预冷通道分成两组排布，回热
节流部设置在两组快速预冷通道之间，包括多个并排的回热节流通道，回热返流部对应设置在快速预冷部和回热节流部的下方，包括多条并排的回热返流通道。
[0008]在本专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器中，还可以具有这样的特征：其中，快速预冷通道和回热返流通道均为矩形通道，回热节流通道包括相连通的第一通道段和第二通道段，第一通道段靠近正常制冷进口，第二通道段靠近膨胀腔，第一通道段的截面尺寸大于第二通道段，快速预冷通道的截面尺寸大于第一通道段，回热返流通道的截面尺寸大于快速预冷通道。
[0009]在本专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器中，还可以具有这样的特征：其中，快速预冷通道为矩形槽道，该矩形槽道内还设置有沿长度方向设置的若干个微圆柱或三角针肋。
[0010]在本专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器中，还可以具有这样的特征：其中，快速预冷进口和正常制冷进口均为设置在高压板上的贯穿孔，进口部还包括快速预冷连接部分和正常制冷连接部分，快速预冷连接部分用于连通快速预冷进口和快速预冷通道，正常制冷连接部分用于连通正常制冷进口和回热节流通道，快速预冷连接部分之间预留出预定空间，正常制冷进口和正常制冷连接部分设置在预定空间处，正常制冷连接部分包括具有一定密度的顺排圆柱群。
[0011]在本专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器中，还可以具有这样的特征：其中，进口部还具有排气孔，排气孔为设置在高压板的预定空间处的贯穿孔，低压出口为设置在低压板片上的贯穿孔，低压出口与排气孔对应设置，膨胀腔具有梯形的膨胀通道，该膨胀通道的窄端与快速预冷通道以及回热节流通道相连接，蒸发腔具有与膨胀通道相适配的梯形的蒸发通道，该蒸发通道的窄端与回热返流通道相连接。
[0012]在本专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器中，还可以具有这样的特征：其中，制冷单元设置成多个，多个制冷单元依次叠放设置，低压板片上还设置有两个分别与快速预冷进口和正常制冷进口相对应的贯穿孔，两个贯穿孔分别作为快速预冷连通口和正常制冷连通口，快速预冷连通口用于使进入对应的制冷单元的高压气体通向其下方的另一个制冷单元，从而实现从第一总进口通入的高压气体分别流向各个制冷单元的快速预冷进口，正常制冷连通口用于使进入对应的制冷单元的高压气体通向其下方的另一个制冷单元，从而实现从第二总进口通入的高压气体分别流向各个制冷单元的正常制冷进口，排气孔还用于使来自上方的制冷单元的低压出口的低压气体流向其对应的制冷单元的低压出口，从而实现各个制冷单元流出的低压气体汇聚后从总出口流出。
[0013]在本专利技术提供的旁通式叠层快速预冷节流制冷器中，还可以具有这样的特征：其中，高压板片与低压板片的厚度相等，上盖板、下盖板、高压板片以及低压板片均为不锈钢材料，并且通过原子融合焊接工艺焊接在一起。
[0014]本专利技术提供了一种旁通式叠层快速预冷的控制方法，使用上述任意一项的旁通式叠层快速预冷节流制冷器进行，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，快速旁通预冷阶段，来流高压气体从第一总进口进入，经快速预冷进口流入快速预冷部，与回热返流部换热且自身产生一定的分布式节流效应，快速降温，通过膨胀腔后在蒸发腔返流，并经过回热返流部换热和低压出口由总出口流出制冷器；步骤2，正常制冷阶段，来流高压气体从第二总进口进入，经正常制冷进口，在圆柱群的绕流下，进入回热节流部，与回热返流部换热，通过膨胀
腔后在蒸发腔返流，并经过回热返流部换热和低压出口由总出口流出制冷器。
[0015]专利技术的作用与效果
[0016]本专利技术提供了一种旁通式叠层快速预冷节流制冷器，其特征在于，包括：固定单元，包括上盖板和下盖板，可以支撑稳固整个制冷器，上盖板上设置有用于通入高压气体的第一总进口和第二总进口，下盖板上设有总出口；至少一个制冷单元，设置在上盖板与下盖板之间，包括层叠设置的高压板片和低压板片，高压板片包括进口部、快速预冷部、回热节流部以及膨胀腔，进口部包括快速预冷进口和正常制冷进口，快速预冷进口与第一总进口相连通并且与快速预冷部相连通，正常制冷进口与第二总进口相连通并且与回热节流部相连通，膨胀腔位于高压板片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旁通式叠层快速预冷节流制冷器，其特征在于，包括：固定单元，包括上盖板和下盖板，所述上盖板上设置有用于通入高压气体的第一总进口和第二总进口，所述下盖板上设有总出口；以及至少一个制冷单元，设置在所述上盖板与所述下盖板之间，包括层叠设置的高压板片和低压板片，所述高压板片包括进口部、快速预冷部、回热节流部以及膨胀腔，所述进口部包括快速预冷进口和正常制冷进口，所述快速预冷进口与所述第一总进口相连通并且与所述快速预冷部相连通，所述正常制冷进口与所述第二总进口相连通并且与所述回热节流部相连通，所述膨胀腔位于所述高压板片的尾部、远离所述进口部并分别与所述快速预冷部和所述回热节流部相连通，所述低压板片设置在所述高压板片的下方，包括蒸发腔、回热返流部以及出口部，所述蒸发腔与所述膨胀腔连通，所述出口部具有与所述总出口相连通的低压出口，所述回热返流部一端与所述蒸发腔连通，另一端与所述低压出口连通，其中，所述快速预冷部用于进行快速预冷，所述回热节流部用于进行常规制冷。2.根据权利要求1所述的旁通式叠层快速预冷节流制冷器，其特征在于：其中，所述快速预冷部包括多条平行设置的快速预冷通道，多条所述快速预冷通道分成两组排布，所述回热节流部设置在两组所述快速预冷通道之间，包括多个并排的回热节流通道，所述回热返流部对应设置在所述快速预冷部和所述述回热节流部的下方，包括多条并排的回热返流通道。3.根据权利要求2所述的旁通式叠层快速预冷节流制冷器，其特征在于：其中，所述快速预冷通道和所述回热返流通道均为矩形通道，所述回热节流通道包括相连通的第一通道段和第二通道段，所述第一通道段靠近所述正常制冷进口，所述第二通道段靠近所述膨胀腔，所述第一通道段的截面尺寸大于所述第二通道段，所述快速预冷通道的截面尺寸大于所述第一通道段，所述回热返流通道的截面尺寸大于所述快速预冷通道。4.根据权利要求2所述的旁通式叠层快速预冷节流制冷器，其特征在于：其中，所述快速预冷通道为矩形槽道，该矩形槽道内还设置有沿长度方向设置的若干个微圆柱或三角针肋。5.根据权利要求1所述的旁通式叠层快速预冷节流制冷器，其特征在于：其中，所述快速预冷进口和所述正常制冷进口均为设置在所述高压板上的贯穿孔，所述进口部还包括快速预冷连接部分和正常制冷连接部分，所述快速预冷连接部分用于连通所述快速预冷进口和所述快速预冷通道，所述正常制冷连接部分用于连通所述正常制冷进口和所述回热节流通道，所述快速预冷连接部分之间预留出预定空间，所述正常制冷进口和所述正常制冷连接部分设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：常志昊，崔晓钰，佘海龙，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：