一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器的制造方法
【專利摘要】一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器，高壓氣罐經(jīng)進氣閥和封頭一端的高壓氣體入口相連通，封頭的另一端固定連接有支撐體；位于封頭側(cè)面的氣體出口連通呈螺旋狀纏繞在支撐體上的毛細翅片管，毛細翅片管的出口連接節(jié)流機構(gòu)，封頭設(shè)置在外殼體的一端，外殼體的另一端設(shè)置有冷板；外殼體上設(shè)置有出流口，出流口外連接排氣閥；本發(fā)明利用記憶合金隨溫度變化而表現(xiàn)出來的形狀記憶特性，對制冷器節(jié)流孔進行開度控制，進而實現(xiàn)制冷流量參數(shù)自調(diào)的目的；記憶合金相比于彈性材料、熱膨脹材料和電磁材料等擁有更大變形量，對特定溫區(qū)的相應(yīng)也更為靈敏，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于實現(xiàn)、反復(fù)使用重復(fù)性好，可以實現(xiàn)精確控制溫度的目的。
【專利說明】
一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自調(diào)式節(jié)流制冷器，具體涉及一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器，該節(jié)流制冷器使用記憶金屬合金制造的節(jié)流孔來代替?zhèn)鹘y(tǒng)波紋管結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)制冷量。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫節(jié)流制冷器利用高壓氣體節(jié)流降溫效應(yīng)來實現(xiàn)對被冷卻單元的制冷，廣泛應(yīng)用于低溫醫(yī)療器械、航空航天、軍事紅外制導(dǎo)等民用及國防領(lǐng)域。在氣體液化和低溫制冷技術(shù)中，利用實際氣體絕熱節(jié)流效應(yīng)是一種最常用的方法。早在1895年，一次節(jié)流循環(huán)就用于工業(yè)上的氣體液化，近幾十年來又不斷開發(fā)出以獲得低溫冷量為目的的節(jié)流制冷器。
[0003]目前，節(jié)流制冷器正向微型方向發(fā)展。由于現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，諸如計算機芯片等電子元器件在長時間工作的情況下需要冷卻散熱，而計算機為了獲得所需要的高速度，需把CMOS邏輯電路冷卻到77K，這樣就需要研制一種制冷量少，體積小的微型節(jié)流制冷器來滿足要求。
[0004]自調(diào)節(jié)式節(jié)流制冷器是指工作流量能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能的制冷器。除了具有啟動快、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、無電磁干擾等優(yōu)點外，自調(diào)節(jié)式節(jié)流制冷器還能夠延長工作時間，并可以維持制冷溫度穩(wěn)定。現(xiàn)在傳統(tǒng)的自調(diào)式節(jié)流制冷器主要為波紋管式。波紋管式節(jié)流制冷器以密閉的波紋管作為感溫元件，通過波紋管的伸縮控制閥針在節(jié)流孔中的位置，進而實現(xiàn)制冷器的自調(diào)節(jié)。
[0005]波紋管自調(diào)式節(jié)流制冷機的調(diào)節(jié)機理為:在波紋管封閉腔內(nèi)充以一定壓力的氣體，工作時，封閉腔內(nèi)氣體壓力隨外界溫度的變化而變化，從而帶動針閥機構(gòu)實現(xiàn)制冷流量的自調(diào)。應(yīng)該來說，這種制冷機在技術(shù)上是較為成熟的，應(yīng)用也非常廣泛，但從現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用及統(tǒng)計分析來看，主要存在兩大類問題:第一，壽命問題;按照其設(shè)計原理，設(shè)計壽命期內(nèi)波紋管調(diào)節(jié)機構(gòu)氣體泄漏量必須小于規(guī)定值，由于在裝配中無法對封閉腔內(nèi)的氣體狀況進行精確檢測與控制，因而必然有產(chǎn)品隨著氣囊內(nèi)氣體的泄漏而喪失功能，使產(chǎn)品在壽命上無法保證;第二，穩(wěn)定性問題；由于波紋管本身為一薄壁彈性元件，難以成型，且作為彈性件的固有屬性，自身長度與剛性參數(shù)均易發(fā)生變化，因而不易實現(xiàn)精確控制，且重復(fù)性較差。波紋管自調(diào)節(jié)式節(jié)流制冷器穩(wěn)定性較差，易發(fā)生氣體泄漏，無法保證使用壽命，而且在發(fā)生堵塞后無法強制打開，因而尋找新型調(diào)節(jié)方式的工作一直是自調(diào)式節(jié)流制冷機的重要研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器，制冷器采用記憶合金制作節(jié)流孔，使制冷器可以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)制冷劑流量的功能，最終達到精確控制溫度的目的，該方法具有對低溫條件適應(yīng)好、裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于實現(xiàn)、反復(fù)使用重復(fù)性好等優(yōu)點。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器，包括高壓氣罐10，高壓氣罐10經(jīng)進氣閥8和封頭2—端的高壓氣體入口 I相連通，封頭2的另一端固定連接有支撐體4，位于封頭2側(cè)面的氣體出口連通呈螺旋狀纏繞在支撐體4上的毛細翅片管5，毛細翅片管5的出口連接節(jié)流機構(gòu)6;所述的節(jié)流機構(gòu)6包括圓柱形不銹鋼外殼12，圓柱形不銹鋼外殼12內(nèi)設(shè)置有記憶合金13，記憶合金13為冷漲合金。
[0009]封頭2設(shè)置在外殼體3的一端，外殼體3的另一端設(shè)置有冷板11;外殼體3上設(shè)置有出流口 7，出流口 7外連接排氣閥9。
[0010]記憶合金相比于彈性材料、熱膨脹材料和電磁材料等擁有更大變形量，對特定溫區(qū)的相應(yīng)也更為靈敏。本發(fā)明實際上是利用記憶合金隨溫度變化而表現(xiàn)出來的形狀記憶特性，借此來對制冷器節(jié)流孔進行開度控制，進而實現(xiàn)制冷流量參數(shù)自調(diào)的目的;通過使用記憶合金達到在工作溫區(qū)減小節(jié)流毛細管通流面積的方法來調(diào)節(jié)制冷機流量和制冷量的思路。
[0011]從金屬合金學(xué)可知，在變溫環(huán)境下，按其晶格結(jié)構(gòu)不同，某些金屬通常會發(fā)生奧氏體相變或馬氏體相變。宏觀上馬氏體相變是一種母相晶體通過擬切變產(chǎn)生的相變，通常伴生一定量的形狀變化(或表面浮凸)，且具有逆相變特性，所以產(chǎn)生馬氏體相變的合金變形行為明顯不同于普通金屬和合金的變形行為，而這一現(xiàn)象習(xí)慣上稱為形狀記憶效應(yīng)。通俗地講，記憶合金是一種低溫下變形后，一旦受熱就恢復(fù)到原來形狀的合金。形狀恢復(fù)的驅(qū)動力就是逆相變時母相和馬氏體相之間的自由能差。相比于彈性材料、熱膨脹材料和電磁材料，記憶合金擁有更大變形量，對特定溫區(qū)的相應(yīng)也更為靈敏。
[0012]本發(fā)明工作時穩(wěn)定性更好，壽命長，在實際應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。且本發(fā)明對低溫條件適應(yīng)性好、裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于實現(xiàn)、反復(fù)使用重復(fù)性好，可以實現(xiàn)精確控制溫度的目的。記憶合金相比于彈性材料、熱膨脹材料和電磁材料等擁有更大變形量，對特定溫區(qū)的相應(yīng)也更為靈敏。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為節(jié)流機構(gòu)6正視圖。
[0015]圖3為節(jié)流機構(gòu)6在降溫后記憶合金形狀示意圖。
[0016]圖4為節(jié)流機構(gòu)6在未工作時記憶合金形狀示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0018]參照圖1，一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器，包括高壓氣罐10，高壓氣罐10經(jīng)進氣閥8和封頭2—端的高壓氣體入口 I相連通，封頭2的另一端固定連接有支撐體4，位于封頭2側(cè)面的氣體出口連通呈螺旋狀纏繞在支撐體4上的毛細翅片管5，毛細翅片管5的出口連接節(jié)流機構(gòu)6;封頭2設(shè)置在外殼體3的一端，外殼體3的另一端設(shè)置有冷板11;外殼體3上設(shè)置有出流口 7，出流口 7外連接排氣閥9。
[0019]參照圖2，所述的節(jié)流機構(gòu)6包括圓柱形不銹鋼外殼12，圓柱形不銹鋼外殼12內(nèi)設(shè)置有記憶合金13，記憶合金13為冷漲合金，其特點為在降溫時發(fā)生形變，體積膨脹，溫度升高后體積恢復(fù)。
[0020]使用記憶合金13作為節(jié)流機構(gòu)，根據(jù)工作溫度變化帶來的合金形變來控制節(jié)流孔通流面積達到制冷量自調(diào)節(jié)目的；當(dāng)溫度達到工作要求但仍持續(xù)降低時，冷漲合金朝著減小節(jié)流孔截面面積的方向變形，以減小制冷量。當(dāng)制冷量不足或溫度高于工作要求時，冷漲合金朝著增大節(jié)流孔截面面積的方向變形。
[0021 ]本發(fā)明的工作原理為:參照圖1，開始工作前，高壓氣罐10預(yù)先充灌一定量的氣體。工作時，制冷器采用開式循環(huán)，進氣閥8打開，高壓氣體由高壓氣體入口 I進入位于制冷器后部的封頭2，隨后由封頭2的通道流入毛細翅片管5中。當(dāng)氣體流到毛細翅片管5末端時，會經(jīng)過節(jié)流機構(gòu)6進行節(jié)流，節(jié)流后的低溫氣體將冷板11的溫度降低，冷板11再將冷量傳遞給用冷區(qū)。氣體流經(jīng)冷板11后溫度升高，隨后進入外殼體3中，外殼體3中的部分氣體流經(jīng)毛細翅片管5外側(cè)，與毛細翅片管內(nèi)的高溫來流進行換熱，降低進入節(jié)流機構(gòu)6前的工質(zhì)溫度，進而實現(xiàn)節(jié)流后溫度的進一步降低。隨后外殼體3內(nèi)的氣體由出流口7經(jīng)排氣閥9排出。
[0022]隨后是節(jié)流機構(gòu)6的動作過程，當(dāng)節(jié)流后的氣體溫度降低時，會使節(jié)流機構(gòu)6中的記憶合金13的溫度降低，根據(jù)記憶金屬的冷脹特性，其體積會隨著溫度的降低而增大，參照圖3。由于不銹鋼外殼12的束縛，其變形只能向中心靠攏。這就導(dǎo)致節(jié)流孔的橫截面積會變小，這就會減小工質(zhì)流量，節(jié)流后氣體溫度會進一步減小，但節(jié)流后的冷量也會隨之減小。當(dāng)系統(tǒng)輸出冷量減小到一定程度時，外殼體3內(nèi)的氣體與毛細翅片管5內(nèi)的氣體的換熱會達到一個動態(tài)的平衡。此時溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)，記憶金屬形狀不再變化。如果制冷量開始變小，工作溫度升高時，冷漲合金開始恢復(fù)變形，使節(jié)流孔截面積增大，此時工質(zhì)流量增大，制冷量增大，直至達到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0023]利用以上整個過程，節(jié)流機構(gòu)6可以對節(jié)流制冷器的冷量進行自動調(diào)節(jié)。在自調(diào)節(jié)機構(gòu)動作的過程中，記憶金屬的形變量與溫度的變化量相關(guān)。采用記憶金屬合金制作的自調(diào)式制冷器的節(jié)流機構(gòu)，當(dāng)節(jié)流孔后氣體降溫到達電子元件(冷卻元件)的工作溫度后并且節(jié)流后溫度持續(xù)降低時，冷漲合金開始產(chǎn)生變形，使節(jié)流孔截面積減小，降低制冷量達到維持工作溫度的效果；當(dāng)制冷量開始變小，工作溫度升高時，冷漲合金開始恢復(fù)變形，使節(jié)流孔截面積增大，增大制冷量，使制冷器具有自調(diào)節(jié)的功能。當(dāng)制冷器不工作時，溫度恢復(fù)常溫狀態(tài)，此時記憶合金12的體積會隨著溫度的升高而減小，直至恢復(fù)初始狀態(tài)，參照圖4。
[0024]以上實施實例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選方式，但本發(fā)明并不局限于上述實施方式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器，包括高壓氣罐(10)，高壓氣罐(10)經(jīng)進氣閥(8)和封頭(2)—端的高壓氣體入口(I)相連通，封頭(2)的另一端固定連接有支撐體(4)，位于封頭(2)側(cè)面的氣體出口連通呈螺旋狀纏繞在支撐體(4)上的毛細翅片管(5)，毛細翅片管(5)的出口連接節(jié)流機構(gòu)(6);所述的節(jié)流機構(gòu)(6)包括圓柱形不銹鋼外殼(12)，圓柱形不銹鋼外殼(12)內(nèi)設(shè)置有記憶合金(13 )，記憶合金(13)為冷漲合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用記憶金屬合金的自調(diào)式節(jié)流制冷器，其特征在于，封頭(2)設(shè)置在外殼體(3)的一端，外殼體(3)的另一端設(shè)置有冷板(11);外殼體(3)上設(shè)置有出流口(7)，出流口(7)外連接排氣閥(9)。
【文檔編號】F25B9/14GK106091462SQ201610404251
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】陳雙濤, 張澤, 曹菁, 李家鵬, 陳軍, 侯予
【申請人】西安交通大學(xué)