CN113091342A - 一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，包括压缩机(1)、脉管单元(2)和调相器，所述的调相器包括惯性管调相器(3)和小孔阀调相器(4)。所述压缩机连接在脉管单元的前端，脉管单元包括依次连接的散热器、回热器、冷量换热器和脉管，脉管单元后连接调相机构单元，在惯性管调相的基础上，添加小孔阀结构，作为新型的复合调相器。与现有技术相比，本发明可以使脉管制冷机在宽广的温度范围内调节制冷量，并保持高比卡诺效率，维持效率的稳定。

Description

一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机
技术领域
本发明涉及制冷机技术领域，具体设计一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机。
背景技术
脉管制冷机是一种回热式气体制冷机，低温下无运动部件，结构简单、成本低、可靠性强，在冷冻医疗、低温超导、量子计算机、军用和航空航天等领域应用广泛。
惯性管是具有一定长径比的空管，利用脉管中气体振荡所引起的惯性效应调节压力波和质量流间的相位关系，可较大范围地调节相位，尤其适用于高频、大冷量的脉管。在惯性管脉管制冷机中，脉管热端的膨胀功在惯性管中以热能的形式耗散到空气中。而事实上，惯性管在完成调相的情况下，无需将全部的声功耗散掉，有潜力回收部分声功，从而提高制冷机效率。
虽然脉管制冷机可在40-300K间的宽广范围内制冷，但仅采用惯性管并不能够在全温度区域内调节制冷量，也并不能在全温度区域内得到高的制冷效率。这主要是惯性管的特性引起的。一个给定的惯性管的调相范围基本一定，制冷量的变化范围也有限。特别是在高温区如200K，虽然压缩机可以按额定功率输入功，从而获得更大制冷量，但惯性管却限制了制冷量的提高，因此压缩机也无法输入足够的功，有时甚至达不到额定功率的一半。
发明内容
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冷量调节范围大、应用范围广的惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，包括压缩机、脉管单元和调相器，所述压缩机连接在脉管单元的前端，脉管单元包括依次连接的散热器、回热器、冷量换热器和脉管，脉管单元后连接调相器，所述的调相器包括惯性管调相器和小孔阀调相器。
为了解决单一惯性管调相时限制问题，本发明在惯性管调相的基础上，添加小孔阀结构，作为新型的复合调相器。
添加了小孔阀调相器调相时，开阀后制冷温度降低，制冷量和比卡诺效率提升，比卡诺效率的变化较为平缓。制冷机在高温区也可能通过调节阀的开度实现效率的稳定，为中高温区运行提供新的思路。
进一步地，所述的惯性管调相器和小孔阀调相器并联连接于脉管热端。或者，所述的惯性管调相器和小孔阀调相器串联连接于脉管热端。
进一步地，所述的惯性管调相器包括惯性管和惯性管末端气库。
进一步地，所述的小孔阀调相器与惯性管调相器共用气库。
进一步地，所述的小孔阀调相器包括小孔阀和小孔阀末端气库，该小孔阀通过连接管连接脉管热端。
进一步地，所述的小孔阀直接安装在惯性管调相器的惯性管上。
进一步地，所述的小孔阀可实现无级调节，可以为一个或多个电磁阀组合而成。
进一步地，所述的小孔阀由驱动机构驱动，或由电磁驱动。
进一步地，所述的压缩机与脉管单元之间设有前置级脉管单元。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的改进是在脉管单元末端添加小孔阀和气库调相系统，与惯性管气库调相系统组成复合调相机构。从而大范围地调节制冷量，并且维持高的制冷效率。
2.本发明结构运行灵活性更好，可以根据需要调节小孔阀的开度，从而调节制冷量，也可以使用电磁阀代替小孔阀，通过控制系统高效准确地调相，维持机器以高的性能大范围地调节制冷量，充分发挥制冷机的能力。
3.本发明小孔阀的位置灵活可变动，可以在惯性管上，也可以在气库上，也可以和惯性管调相机构使用同一个气库。能够消耗膨胀功，即可增加制冷量。
4.同样的，当脉管制冷机为2级或2级以上的串列式脉管制冷机时，也可在末端继续添加小孔阀和气库结构，增加其可调性。
5.惯性管加小孔阀的这种复合调相器，制冷机制冷量较大时(如10～100W)，匹配的惯性管过调相，可以采用小直径惯性管使调相适当，同时用阀增加不可逆损失使制冷量增大，而又保持合适的调相。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图；
图4为本发明实施例4的结构示意图；
图5为本发明实施例5的结构示意图；
图6为本发明实施例6的结构示意图；
图7为本发明实施例7的结构示意图；
图8为本发明实施例8的结构示意图；
图中：压缩机1、脉管单元2、散热器21、回热器22、冷量换热器23、脉管24、惯性管调相器3、惯性管31、惯性管末端气库32、小孔阀调相器4、连接管41、小孔阀42、小孔阀末端气库43、驱动机构44、电磁阀45、前置级脉管单元5、前置级散热器51、前置级回热器52、前置级冷量换热器53、前置级脉管54、前置级惯性管调相器6、前置级惯性管61、前置级气库62。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一般一个脉管制冷机按目前的技术其制冷温度可到40K，可在40-300K区间工作。一个给定的惯性管在给定的条件下其调相能力是一定的，消耗的膨胀功也是一定的。如果要达到40K,，需要选择惯性管在40K有较佳的调相能力，并且消耗的功也与40K相配，这样在低温区就有一个较高的制冷效率和合适的制冷量。但在高温区如200K，调相能力则过度，不能使回热器工作在最佳状态，减低了制冷效率。由于消耗的膨胀功基本不变，制冷量的增加幅度不大，进而压缩机只能在低负荷下工作，有时甚至达不到额定输入功的一半。这限制了脉管制冷机在宽广范围的应用，虽然其理论工作范围很宽。
本发明则可克服上述缺点，本发明在常规的脉管制冷机上添加了小孔阀调相器组成复合调相机构的脉管制冷机，其中小孔阀调相器可以是仅为一个阀，将其安装在惯性管上，使小孔阀调相器与惯性管调相器共用气库，也可以是由阀和气库组成的另一套独立调相器，通过连接管并联连接在脉管热端，小孔阀的位置灵活可变动。
本发明使脉管制冷机在全域内保持高效率和大幅度改变制冷量。小孔阀属于第二代调相机构，气体流过小孔阀时产生不可逆损失，从而增大了制冷量。流过小孔阀的气流与压力基本成90度夹角，进而可平衡惯性管的过调相，从而使回热器有合适的相位，提高回热效率，进而提高制冷效率，小孔阀的开度可根据需求调节。
这里小孔阀的意思是调节性能比较好，如节流阀，小孔阀的调节可以采用电磁驱动，从而实现自动控制。
小孔阀可以由几个截止阀组合替代，从而实现阶梯式的调节，而小孔阀一般可实现无级调节。如果是一个截止阀，则调节性能很差，截止阀可以由电磁驱动，从而实现自动调节。
小孔阀可用小孔代替，小孔为固定的阻力元件，可以是一根细管，也可为多孔介质材料。但如果用小孔，虽然也可以，但没有阀的调节性能好。采用小孔时，一般情况下的制冷量较大，惯性管在大范围内处于过调相状态。
实施例1
如图1所示，本实施例为惯性管和小孔阀共同调相的复合调相机构脉管制冷机。该脉管制冷机包括压缩机1、脉管单元2、惯性管调相器3和小孔阀调相器4。
其中，脉管单元2包括散热器21、回热器22、冷量换热器23、脉管24，脉管末端分别连接惯性管调相器3和小孔阀调相器4，其中惯性管调相器3包括惯性管31和惯性管末端气库32，小孔阀调相器4包括连接管41、小孔阀42、小孔阀末端气库43，小孔阀42末端连接小孔阀末端气库43，并通过连接管41连接到脉管24的热端。
压缩机1为脉管单元2供气和输入功，热量从散热器21和惯性管31散出。回热器22回热，气体在脉管24里膨胀做功制冷。小孔阀调相器4可以平衡惯性管调相器3过调相状态，从而使调相合适，提高制冷机效率，并且消耗剩余的膨胀功，增加不可逆损失使制冷量增大。
实施例2
如图2所示，本实施例是将实施例1中的小孔阀末端气库43消除，用惯性管末端气库32同时作为惯性管31和小孔阀42的气库。进一步提高了制冷机结构的紧凑性。其余同实施例1。
实施例3
如图3所示，本实施例是将实施例1中的小孔阀42放置在惯性管31上，和惯性管31共用一个惯性管末端气库32。其余同实施例1。
实施例4
如图4所示，本实施例为在实施例1的基础上，将小孔阀调相器4所包含的连接管41、小孔阀42、小孔阀末端气库43连接到惯性管31上。其余同实施例1。
实施例5
如图5所示，本实施例为在惯性管末端气库32后连接小孔阀调相器4，即在惯性管末端气库32后依次通过连接管41依次连接小孔阀42、小孔阀末端气库43。其余同实施例1。
实施例6
如图6所示，本实施例为两级串列式脉管制冷机中，应用惯性管加小孔阀复合调相的情况。在压缩机1和脉管单元2之间增加前置级脉管单元5，前置级脉管单元5包括前置级散热器51、前置级回热器52、前置级冷量换热器53、前置级脉管54。前置级脉管末端连接前置级惯性管调相器6，包括前置级惯性管61、前置级惯性管末端气库62。其中，前置级脉管54的热端与脉管单元2的散热器21连接，前置级惯性管61连接在散热器21与回热器22之间，前置级惯性管末端气库62连接在前置级惯性管61末端。脉管单元2的末端，一边连接惯性管调相器3，一边连接小孔阀调相器4。
压缩机1为前置级脉管单元5供气和输入功，前置级脉管单元5通过前置级惯性管61调节相位，此时惯性管过调相，有部分声功剩余可以回收用以驱动脉管单元2。制冷量从前置级冷量换热器53和冷量换热器23处获得，热量从前置级散热器51和前置级惯性管61散出，小孔阀调相器4与惯性管调相器3一起调相，从而调节制冷量，并提高制冷机效率。
实施例7
如图7所示，本实施例是将实施例1中的小孔阀42通过驱动机构44进行驱动，实现自动控制。驱动机构可采用步进电机，直线电机等。
实施例8
如图8所示，本实施例是将实施例1中的小孔阀42更换为多个电磁阀45，可以实现阶梯式调节。这样的改进结构相比实施例7更为简单，但是控制精度可能不足。好处是调节方便，只要开闭信号就可使电磁阀开闭。从打开1-n个，或关闭1-n个，就可实现阶梯式调节。如果只有一个电磁阀，也可以达到控制效果，但调节精度太低。

Claims (10)

1.一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，包括压缩机(1)、脉管单元(2)和调相器，其特征在于，所述的调相器包括惯性管调相器(3)和小孔阀调相器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的惯性管调相器(3)和小孔阀调相器(4)并联连接于脉管热端。
3.根据权利要求1所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的惯性管调相器(3)和小孔阀调相器(4)串联连接于脉管热端。
4.根据权利要求1所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的惯性管调相器(3)包括惯性管(31)和惯性管末端气库(32)。
5.根据权利要求1所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的小孔阀调相器(4)与惯性管调相器(3)共用气库。
6.根据权利要求1所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的小孔阀调相器(4)包括小孔阀(42)和小孔阀末端气库(43)，该小孔阀(42)通过连接管(41)连接脉管热端。
7.根据权利要求6所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的小孔阀(42)直接安装在惯性管调相器(3)的惯性管上。
8.根据权利要求6所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的小孔阀(42)由一个或多个电磁阀组合而成。
9.根据权利要求6所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的小孔阀(42)由驱动机构驱动。
10.根据权利要求1所述的一种惯性管和小孔阀共同调相的脉管制冷机，其特征在于，所述的压缩机(1)与脉管单元(2)之间设有前置级脉管单元(5)。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000018741A (ja) * 1998-06-26 2000-01-18 Aisin Seiki Co Ltd パルスチューブ冷凍機
JP2002106992A (ja) * 2000-09-28 2002-04-10 Cryodevice Inc パルス管冷凍機の位相調整手段
CN2884056Y (zh) * 2005-12-20 2007-03-28 中国科学院理化技术研究所 一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置
CN104764238A (zh) * 2015-04-22 2015-07-08 浙江大学 无油低震动gm型脉管制冷机
CN106839491A (zh) * 2017-02-28 2017-06-13 浙江大学 一种脉管制冷机
CN109489300A (zh) * 2018-10-11 2019-03-19 同济大学 一种小孔型脉管热声制冷机
CN109990496A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 同济大学 一种串列式脉管制冷机

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000018741A (ja) * 1998-06-26 2000-01-18 Aisin Seiki Co Ltd パルスチューブ冷凍機
JP2002106992A (ja) * 2000-09-28 2002-04-10 Cryodevice Inc パルス管冷凍機の位相調整手段
CN2884056Y (zh) * 2005-12-20 2007-03-28 中国科学院理化技术研究所 一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置
CN104764238A (zh) * 2015-04-22 2015-07-08 浙江大学 无油低震动gm型脉管制冷机
CN106839491A (zh) * 2017-02-28 2017-06-13 浙江大学 一种脉管制冷机
CN109990496A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 同济大学 一种串列式脉管制冷机
CN109489300A (zh) * 2018-10-11 2019-03-19 同济大学 一种小孔型脉管热声制冷机

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