CN102748891A - 一种直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机 - Google Patents

Abstract

一种直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其包括冷指和直线压缩机；冷指由行波回路脉冲管制冷机和惯性管组成；活塞将直线压缩机内部空间分成前腔和背腔；动子、定子和板簧位于背腔内；前腔依次与行波回路脉冲管制冷机的主散热器、回热器、冷头、脉管和次散热器相连通；惯性管一端与次散热器相连接，另一端与背腔相连通；本发明利用直线压缩机背腔体积大、压力波动小特点，去除传统气库，将惯性管直接与背腔连通形成行波回路，压缩机背腔起到替代气库的作用；同时可抑制直流流动，还可于背腔内安装将背腔分为背腔前部和背腔后部的弹性膜片，惯性管与背腔后部相连通；以阻断直流通道，保持制冷机制冷性能；使其结构更加紧凑，更有利于实际应用。

Description

一种直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机

发明领域

本发明主要涉及制冷与低温领域的制冷机，特别涉及一种在脉冲管制冷机中采用压缩机背腔替代气库，形成行波回路、减小系统体积的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机。

背景技术

脉冲管制冷机是近年来低温制冷机的热门研究对象，因为它体积小，效率高，结构简单，寿命长的特点，在航天、军事等方面有着非常广泛的应用前景。传统的脉冲管制冷机如图1所示，主要由压缩机和冷指组成。冷指主要包括散热器、回热器、冷头、脉管、次散热器、惯性管、气库等部件；压缩机则主要包括外壳、活塞、动子、定子、板簧等部件。除了气库外，冷指的各部件的体积相对于压缩机来说都是很小的，但是气库的体积却跟压缩机的体积基本相当，因此气库的存在非常影响脉冲管制冷机的结构紧凑性，不利于实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其可有效地减少制冷机的体积，使脉冲管制冷机结构更加简单、紧凑。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机：其包括冷指和直线压缩机；所述的冷指由行波回路脉冲管制冷机和惯性管组成；所述的行波回路脉冲管制冷机由依次相连的主散热器、回热器、冷头、脉管及次散热器构成；所述直线压缩机的活塞将直线压缩机的内部空间分成前腔和背腔；所述直线压缩机的动子、定子和板簧位于所述背腔内；所述直线压缩机的前腔依次与所述行波回路脉冲管制冷机的主散热器、回热器、冷头、脉管和次散热器相连通；其特征在于，其特征在于，所述惯性管一端与所述次散热器相连接，另一端与所述直线压缩机的背腔相连通。

本发明提供的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，还包括安装于所述直线压缩机的背腔5之内将所述背腔分为背腔前部和背腔后部的弹性膜片，所述直线压缩机的动子、定子和板簧位于所述背腔前部内，所述惯性管与所述背腔后部相连通。

所述的直线压缩机为对置式双直线压缩机或非对置的单直线压缩机。

行波回路脉冲管制冷机为直线布置行波回路脉冲管制冷机、并行布置行波回路脉冲管制冷机或同轴布置的行波回路脉冲管制冷机。

在靠近次散热器一端的惯性管上安装与压缩机前腔相连通的双向进气阀。

所述回热器分成两段或者多段；在二段回热器连接处再分别连接另一冷头、另一脉管、另一次散热器和另一惯性管，该另一惯性管与压缩机背腔相连通。

本发明提供的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其优点如下：

本发明利用直线压缩机背腔体积大、压力波动小特点，去除传统气库，将惯性管直接与背腔连通形成行波回路，压缩机背腔起到替代气库的作用；同时为抑制直流流动，还可背腔之内安装将背腔分为背腔前部和背腔后部的弹性膜片，惯性管与背腔后部相连通；以阻断直流通道，保持制冷机制冷性能；使本发明结构更加紧凑，更有利于实际应用。

附图说明

图1为一种传统的脉冲管制冷机的结构示意图。

图2为本发明一实施例的结构示意图。

图3为本发明另一实施例的结构示意图。

图4为本发明再一实施例的结构示意图。

图5为本发明的两段回热器结构的行波回路脉冲管制冷机结构示意图。

图6为本发明实施例5的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图及实施例(图2～图5)进一步描述本发明。

实施例1：

图2所示为本发明实施例1的结构示意图。

本实施例的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其中的直线压缩机为左右对置的双直线压缩机结构，定子7与直线压缩机外壳固定在一起，为非运动部件，板簧4的外圆与压缩机外壳固定在一起，压缩机内圆支撑着动子8及活塞6，动子8通过与定子7之间的电磁力作用与活塞6一起做往复运动，产生压力波并通过压缩机前腔3输入冷指；压缩机对置式布置的结构通过两组运动部件(二个动子和二个活塞)做方向相反的运动以抵消产生的震动，有助于减少制冷机对被冷却负载的影响；两组活塞将两个压缩机的内部空间分成前腔3和背腔5，两个压缩机的背腔连通在一起，前腔直接合并在一起与冷指相连通；冷指从主散热器9开始依次连接回热器10、冷头11、脉管12、次散热器9’和惯性管13；惯性管13的另一端与压缩机的背腔5相连通；由惯性管13流入背腔5的气体在微小压力的作用下可以通过活塞6与压缩机外壳(更准确地说应该是气缸)之间的微小间隙进入前腔3，然后再依次进入主散热器9、回热器10、冷头11、脉管12、次散热器9’和惯性管13最后回到背腔5，这样的直流流动将常温的气体带到冷头11。

以一个制冷温度为77K，制冷量为10W的传统脉冲管制冷机为例，对置式压缩机汽缸的直径约为20cm，长度约为40cm，背腔5容积约为1.3L；回热器直径为30mm，长度为75mm，冷头长度为10mm，脉管直径为20mm，长度为75mm，气库的容积为1L为例；显然，压缩机和气库是系统体积的主要组成部分；本发明通过用压缩机背腔替代气库，可以大大减少系统的体积。

实施例2

本实施例的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，如图3所示，其中的压缩机也为左右对置的双直线压缩机结构，其结构基本同实施例1，与实施例1不同之处是：在背腔5内安装有一块弹性膜片15，这主要是为了抑制制冷机中的直流流动；如果没有这块弹性膜15，由惯性管13流入背腔5的气体在微小压力的作用下就可以通过活塞与压缩机外壳(更准确地说应该是气缸)之间的微小间隙进入前腔3，然后再依次进入散热器、回热器、冷头、脉管、次散热器、惯性管最后回到背腔，这样的直流流动将常温的气体带到冷头处，势必造成冷量的大量损失，因此在背腔内安装该弹性膜片，可以消除该直流流动，只允许气流做往复运动。

本实施例的通过用压缩机背腔替代气库，可以大大减少系统的体积；同时通过弹性膜片消除了可能出现的直流流动，保持制冷机的优异制冷性能。

实施例3：本实施例的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，由图4所示。在本实施例中，冷指的回热器10和脉管12采用了同轴结构设计，二者位于冷头11的同一侧，这样被冷却负载可以方便地安装在冷头的另一个端面上。回热器10设计成环形结构，正好包围在脉管12的外侧，惯性管13穿过压缩机的前腔3与背腔5连通，如果惯性管13较长，还可以直接盘绕在背腔5中。

实施例4：本实施例的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，由图5所示。实施例3中的同轴布置的回热器和脉管，因为脉管12和回热器10之间直接接触，彼此之间将会存在热交换，可能使制冷机的性能变差；因此在本实施例4中，回热器10和脉管12设计成并行结构，二者没有直接接触，避免了彼此之间的换热，同时二者位于冷头11的同一侧，方便被冷却负载的安装；惯性管13也可以方便地与压缩机背腔5连通；实施例1-3所述的对置布置的压缩机结构虽然可以使系统的震动减少，但由于实际上使用了两台压缩机会增加系统的复杂性；在本实施例4中，采用单压缩机结构，结构更加简单，但震动增加，适用于对震动不太敏感的被冷却负载。在该结构中，也可以在压缩机外壳上增加减震机构进行减震。

实施例5：本实施例的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，由图6所示。本实施中直线压缩机采用了左右对置的双直线压缩机结构；回热器10被分成了两段(即回热器10、回热器10’)；采用了二个冷头(冷头11和冷头11’)；二个脉管(脉管12和脉管12’)；二个次散热器(次散热器9’和次散热器9”)；二个弹性膜片(弹性膜片15和弹性膜片15’)。弹性膜片15和弹性膜片15’分别安装在压缩机背腔5两端的内侧；压缩机的前腔3依次连通主散热器9、回热器10、回热器10’、冷头11、脉管12、次散热器9’和惯性管13’，惯性管13’的另一端与压缩机的背腔(背腔5与弹性膜片15’之间的空腔)相连通；

压缩机的前腔3还依次连通主散热器9、回热器10、冷头11’、脉管12’、次散热器9”和惯性管13，惯性管13的另一端与压缩机的背腔(背腔5与弹性膜片15之间的空腔)相连通；在前腔与惯性管之间(前腔3与惯性管13以及前腔3与惯性管13’)的连接管路上分别双向进气阀16和双向进气阀16’。

在该结构中，回热器10分二部分，在二部分回热器中间另外连接冷头、脉管等结构是为了使冷指获得更低的制冷温度，双向进气阀(双向进气阀16和双向进气阀16’)的增加也是为了提高制冷机的制冷性能。

在该结构中回热器也可以进一步分成三段或者更多段，在二段回热器连接处再分别连接另一冷头、另一脉管、另一次散热器和另一惯性管，另一惯性管与压缩机背腔相连通。

Claims (6)

1.一种直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其包括冷指和直线压缩机；所述的冷指由行波回路脉冲管制冷机和惯性管组成；所述的行波回路脉冲管制冷机由依次相连的主散热器、回热器、冷头、脉管及次散热器构成；所述直线压缩机的活塞将直线压缩机的内部空间分成前腔和背腔；所述直线压缩机的动子、定子和板簧位于所述背腔内；所述直线压缩机的前腔依次与所述行波回路脉冲管制冷机的主散热器、回热器、冷头、脉管和次散热器相连通；其特征在于，所述惯性管一端与所述次散热器相连接，另一端与所述直线压缩机的背腔相连通。

2.按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其特征在于，还包括安装于所述直线压缩机的背腔之内将所述背腔分为背腔前部和背腔后部的弹性膜片，所述直线压缩机的动子、定子和板簧位于所述背腔前部内，所述惯性管与所述背腔后部相连通。

3.按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其特征在于，所述的直线压缩机为对置式双直线压缩机或非对置的单直线压缩机。

4.按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其特征在于，所述的行波回路脉冲管制冷机为直线布置行波回路脉冲管制冷机、并行布置行波回路脉冲管制冷机或同轴布置的行波回路脉冲管制冷机。

5.按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其特征在于，在靠近所述次散热器一端的惯性管上安装与压缩机前腔相连通的双向进气阀。

6.按权利要求书1所述的直线压缩机驱动的行波回路脉冲管制冷机，其特征在于，所述回热器分成两段或者多段；在二段回热器连接处再分别连接另一冷头、另一脉管、另一次散热器和另一惯性管，该另一惯性管与压缩机背腔相连通。

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