[发明专利]自由调节输入功和制冷量的单压缩机三冷头脉冲管制冷机

权利要求书

1.一种自由调节输入功和制冷量的单压缩机三冷头脉冲管制冷机，包括数控交流电源(1)、线性压缩机(2)、压力波传输管路组(3)、电控阀门组(4)、脉冲管制冷机冷头组(5)、冷却水系统(6)、用户端低温循环系统(7)和数据采集与控制系统(8)，其特征在于：

所述的数控交流电源(1)用于为线性压缩机(2)提供电力，根据具体应用需求，输出不同电压与电流；所述的线性压缩机(2)用于为后端脉冲管制冷机冷头组(5)提供交变正弦压力波，并且通过数控交流电源(1)的参数调整改变压缩机的输出PV功与压力波形；带有电控阀门组(4)的压力波传输管路组(3)从压缩机出口处引出总传输管路(3-0)，并分成设有电控阀门一(4-1)的分管路一(3-1)、设有电控阀门二(4-2)的分管路二(3-2)和设有电控阀门三(4-3)的分管分管路三(3-3)，用于将线性压缩机(2)的压力波传输到脉冲管制冷机冷头部件中，电控阀门组(4)配合线性压缩机(2)的功率变化进行阀门开度或开闭状态的调整；所述脉冲管制冷机冷头组(5)由三组直线型冷头一(5-1)、冷头二(5-2)和冷头三(5-3)组成，冷头一(5-1)由后冷器一(9-1)、蓄冷器一(10-1)、冷端换热器一(11-1)、脉冲管一(12-1)、热端换热器一(13-1)、惯性管一(14-1)、气库一(15-1)组成，冷头二(5-2)由后冷器二(9-2)、蓄冷器二(10-2)、冷端换热器二(11-2)、脉冲管二(12-2)、热端换热器二(13-2)、惯性管二(14-2)、气库二(15-2)组成，冷头三(5-3)由后冷器三(9-3)、蓄冷器三(10-3)、冷端换热器三(11-3)、脉冲管三(12-3)、热端换热器三(13-3)、惯性管三(14-3)、气库三(15-3)组成；所述脉冲管制冷机冷头组(5)中三组部件均独立工作、任意搭配工作或同时工作，在液氮至液化天然气温区内提供千瓦级制冷量；所述冷却水系统(6)为后冷器一(9-1)、后冷器二(9-2)、后冷器三(9-3)、热端换热器一(13-1)、热端换热器二(13-2)、热端换热器三(13-3)提供恒定温度的水循环以进行换热，并根据需求预留备用的冷却水管路(6-0)接口；所述用户端低温循环系统(7)利用低温循环管路(7-0)，以低温液体为媒介，间接的实现用户端设备与制冷机冷端换热器一(11-1)、冷端换热器二(11-2)、冷端换热器三(11-3)之间的换热，为设备提供低温环境；所述数据采集与控制系统(8)具有采集冷端换热器一(11-1)、冷端换热器二(11-2)、冷端换热器三(11-3)的温度及制冷量等参数和控制电控阀门一(4-1)、电控阀门二(4-2)和电控阀门三(4-3)开度的功能，用于在变功率运行过程中实施监控、调整交流电源输出电参数与制冷机的冷头温度及输出冷量，从而共同形成一种自由调节输入功和制冷量的单压缩机三冷头脉冲管制冷机；

该制冷机低温系统的具体工作过程如下：

数控交流电源(1)为线性压缩机(2)提供可变的电压及电流，线性压缩机(2)中活塞往复运动产生正弦式压力波；活塞正向运动，正压力波依次通过总传输管路(3-0)和分管路一(3-1)、分管路二(3-2)、分管路三(3-3)，分管路一(3-1)、分管路二(3-2)和分管路三(3-3)上分别设置有电控阀门一(4-1)、电控阀门二(4-2)和电控阀门三(4-3)，通过调节各阀门的开闭，控制分管路一(3-1)、分管路二(3-2)和分管路三(3-3)通往相应脉冲管制冷机冷头一(5-1)、冷头二(5-2)和冷头三(5-3)中的质量流量和PV功的大小；脉冲管制冷机冷头组(5)中的后冷器一(9-1)、后冷器二(9-2)、后冷器三(9-3)将分管路一(3-1)、分管路二(3-2)和分管路三(3-3)中输入的高压高温气体与冷却水系统(6)充分换热后，变为高压低温气体进入蓄冷器中进行换热进一步冷却至接近冷端换热器温度，气体在冷端换热器一(11-1)、冷端换热器二(11-2)、冷端换热器三(11-3)中以层流形式进入脉冲管一(12-1)、脉冲管二(12-2)、脉冲管三(12-3)中，实现绝热压缩并将热量随着压力波传输方向传至脉冲管热端换热器一(13-1)、热端换热器二(13-2)、热端换热器三(13-3)与冷却水系统(6)进行热交换；线性压缩机(2)内活塞反向运动时，压缩机腔体内工作气体膨胀，压力变小，脉冲管一(12-1)、脉冲管二(12-2)、脉冲管三(12-3)中实现气体膨胀与振荡制冷，低温气体经过冷端换热器一(11-1)、冷端换热器二(11-2)、冷端换热器三(11-3)为用户端系统提供所需制冷量，随后低温气体会进入蓄冷器一(10-1)、蓄冷器二(10-2)、蓄冷器三(10-3)中实现蓄冷过程，变为高温低压的低温气体经过后冷器一(9-1)、后冷器二(9-2)、后冷器三(9-3)再次冷却后进入线性压缩机(2)压缩腔体，系统又进入下一个循环。