一种JT制冷机

本发明涉及制冷机，尤其是涉及一种jt制冷机。

背景技术：

1、jt制冷机(joule-thomson cooler)是一种典型的间壁式制冷机，在前级使用预冷的情况下，可以作为实现1～4k深低温区制冷的重要技术手段。其前级预冷可采用gm制冷机、斯特林制冷机、gm型脉冲管制冷机或者斯特林型脉冲管制冷机等来预冷，在低温制冷领域有着重要和广泛的应用。

2、4k jt制冷机采用氦气为工质，在4k温区的制冷效率比4k gm制冷机和4k脉管制冷机高，但jt制冷机的jt阀的开度很小，容易堵塞，可靠性很低。随着4k gm制冷机和4k脉管制冷机的发展，小型4k jt制冷机基本上消失了。高流阻换热器的jt制冷机的压降基本由换热器产生，jt阀的压降很小，因而jt阀可采用大的通流面积，不容易堵塞。而换热器的通流面积很大，基本不会堵塞。因此，其可靠性增加。但换热器的阻力很大，降温过程是从室温开始，气体的粘度很大，因此气体流量很小，而各换热器冷却到工作温度则靠气流冷却，因此冷却时间很长，这造成启动时间很长。

3、当采用jt制冷机实现较低温度，比如低于3k时，低压侧的压力很低，造成了低压通道要求通流截面积很大的困境。大的通道不仅使制冷机体积庞大，也造成导热损失和辐射损失增大。一般换热器都有阻力，但具有节流功能的高流阻换热器的阻力需要在不同的温区设置不同的流阻，对于低于3k的温度区间，理论上则不需要阻力，如果全程都采用高流阻换热通道节流，不仅增加了设计的困难，对制冷也不利。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以快速降温，缩短启动时间的jt制冷机。并且在更低制冷温度下也很有效的制冷机。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种jt制冷机，包括压缩机(10)、jt回路(20)、预冷制冷机(30)，所述的jt回路(20)包括多个换热器，多个换热器中最后一级换热器连接预冷制冷机(30)的末级冷头，为高阻力换热器(23)，其特征在于，在高阻力换热器(23)处并联旁通管路(26)，在启动阶段，气流绕过高阻力区，直接通过旁通管路(26)进行大流量流通，使各换热器快速降温。

3、本发明在换热器高阻力区并联小阻力旁通管路，该旁通管路上有旁路阀，在启动阶段，该阀打开，气流绕过高阻力区，从而增大流量，缩短启动时间；在温度降到一定程度后，该阀关闭，系统进入正常模式。

4、进一步地，各换热器内设有至少两条流体通道，其中一条流体通道连接压缩机(10)，一条流体通道连接预冷制冷机(30)。

5、进一步地，所述的旁通管路(26)设置在高阻力换热器外部，或者内部，即旁通管路(26)可以并联在高阻力换热器外部，由于换热器内部阻力高，旁通管路阻力小，在启动时，可以打开旁通管路上的旁路阀，使预冷制冷机中的冷量直接通过旁通管路进入冷量换热器(25)，增大流量。旁通管路(26)还可以设置在换热器内部，即在换热器内部增设一通道，更有利于降温。

6、进一步地，所述的jt回路(20)还包括冷量换热器(25)，所述的高阻力换热器(23)与冷量换热器(25)之间设有节流管道。

7、进一步地，所述的节流管道上设置jt阀(24)，其启动时，关闭jt阀(24)，使流体全部通过旁通管路进入冷量换热器(25)，在正常工作时，关闭旁通管路上的旁路阀，打开jt阀(24)，正常工作，或者不设jt阀(24)，使节流管道的管径小于所述旁通管路(26)的管径，预冷制冷机流出的流体同时进入旁通管路和节流管道，旁通管路会由于管径大，起到主要分流作用，可以增大流量。

8、进一步地，所述的节流管道上还可以设有辅助jt阀(27)和气液分离器(28)，该气液分离器(28)通过中压通道(1121)依次连通各换热器后连接压缩机(10)。气液分离器(28)设置在jt阀(24)和辅助jt阀(27)之间，预冷制冷机流出的流体经高阻力换热器换热后，经辅助jt阀(27)进入气液分离器(28)，进行气液分离，其中液体继续向下流动，经jt阀(24)后进入冷量换热器(25)，气体通过中压通道(1121)经各换热器复热至室温，被压缩机吸入。

9、进一步地，所述的节流管道上还可以设置引射泵(29)，该引射泵(29)通过气体管路连接冷量换热器(25)，将冷量换热器(25)上方的气体引射回引射泵(29)，然后通过中压通道(1121)依次流经各换热器复热后，被压缩机(10)吸入。

10、所述的压缩机(10)与jt回路(20)之间还设有低压通道，该低压通道从冷量换热器引出后，穿过各换热器后连接压缩机(10)。

11、进一步地，所述的压缩机(10)为单级或多级压缩机，各压缩机串联设置在jt回路(20)上，各换热器通过流体通道串联后进入压缩机，经压缩后流经预冷制冷机并返回各换热器，形成回路。

12、其中，所述的压缩机(10)还可以连接预冷制冷机(30)的驱动部，使经过压缩机压缩后的气体作为预冷制冷机的动力。

13、需要更低温度时，低压侧的压力需要降低，太低则气体密度降低太厉害，换热器变得十分大，本发明增加中压通道，采用多级节流多级分流的方式，让在中压节流产生的气体不到低压，从而减小低压气体流量，减小换热器尺寸，也减小了不可逆损失，提高了制冷效率。具体地：

14、本技术还提供另一种jt制冷机，包括压缩机(10)、jt回路(20)、预冷制冷机(30)，所述的jt回路(20)包括多个换热器，多个换热器中连接预冷制冷机(30)的末级冷头的换热器为高阻力换热器(23)，高压气流经各换热器和预冷制冷机(30)预冷后，经高阻力换热器(23)节流后变为中压，部分中压流体沿中压通道(1121)回流，部分中压流体进一步节流变为低压流体，沿低压通道(111)回流。

15、进一步地，所述的高阻力换热器(23)之后设有气液分离器(28)，该气液分离器(28)通过中压通道(1121)依次连通各换热器后连接压缩机(10)。

16、或者在高阻力换热器(23)之后设置机械泵或引射泵，该机械泵或引射泵通过中压通道(1121)依次连通各换热器后连接压缩机(10)。

17、更进一步地，所述的气液分离器(28)，或者机械泵或引射泵，之后还设有过冷器(281)，分离出来的液体经过冷器(281)进一步换热。在高阻力换热器(23)处并联旁通管路(26)。

18、所述的压缩机(10)与预冷制冷机(30)之间设有高压通道(122)，具体地，压缩机包括高压压缩机，所述高压压缩机出口连接高压通道，高压通道依次连接各换热器和预冷制冷机的各级冷头。

19、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

20、1.jt回路产生的冷量很小，冷却靠气流从预冷制冷机的各冷头带走热量，流量越大则冷却速度越快。但最后一级换热器连接预冷制冷机的末级冷头，由于温度很低，而室温下气体粘度远远大于低温时气体粘度，因此最后一级换热器的流道流阻很大，这限制了气流流量，限制了降温速度。本发明在其旁边设置旁通管路可使流体绕过高流阻区，流量加大，降温速度加快。待降到大约20k时，关闭旁通管路上的控制阀，进入正常模式。20k温度以下固体的热容很小，仍然可快速降温。

21、2.本发明设置在旁通管道可以并联在高阻力换热器外部，或者内部，旁通管路设置在换热器内部时，可以与换热器内气体流体进一步换热，因此更有利于降温。

22、3.本发明预冷制冷机可以为斯特林型，如斯特林制冷机或斯特林型脉管制冷机。压缩机则可以是单级，也可以是多级的，如三级或四级。压缩机可以仅设置在jt回路上，也可同时连接预冷制冷机的驱动部，利用压缩机的高压气体驱动预冷制冷机。

23、4.需要更低温度时，低压侧的压力需要降低，太低则气体密度降低太厉害，换热器变得十分大，本发明可以增加中压通道，采用多级节流多级分流的方式，让在中压节流产生的气体不到低压，从而减小低压气体流量，减小换热器尺寸，也减小了不可逆损失，提高了制冷效率。具体地，本发明可以在jt回路各换热器内增设中压通道，在jt阀之前加辅助jt阀和气液分离器，从气液分离器出来的液体进入jt阀，气体则经中压通道被换热器复热至室温，被高压压缩机吸入，即由于预冷制冷机的末级冷头排出的流体为低温液体，流经最后一级换热器的过程中会部分气化，利用气液分离器可将纯液体排入冷量换热器，气体回流依次流经各换热器后被压缩机吸入，使能源利用率更高，效率更高。或者辅助jt阀和气液分离器被引射泵取代，引射泵将低压气体引射至中压，从而省去低压通道和低压压缩机。