CN114739040B - 一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，包括驱动压缩机、蓄冷器、脉冲管和调相传递装置；驱动压缩机为双活塞对置布置结构压缩机，其包括驱动压缩机机体，驱动压缩机机体内设有将压缩腔分隔为相互独立的压缩腔一和压缩腔二的腔体隔板，压缩腔一和压缩腔二内分别布置有驱动活塞和主动调相活塞，主动调相活塞产生的压力波经过调相传递装置后，在脉冲管热端产生一落后于质量流量的相位，并与驱动活塞产生的压力波相互影响，以实现对脉冲管制冷机进行相位调节。本发明的脉冲管制冷机，采用单压缩机实现主动调相，有效提升了系统可靠性和紧凑性，有利于主动调相型脉管的应用与普及，极具应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及制冷与低温工程技术领域，涉及一种单压缩机脉冲管制冷机，特别涉及一种采用单压缩机实现主动调相的单级脉冲管制冷机系统。
背景技术
自20世纪60年代美国的Gifford和Longsworth发明基本型脉冲管制冷机以来，脉冲管制冷机的发展经历了小孔-气库型、双向进气型、惯性管型、主动气库型以及双活塞型等多个调相优化阶段。脉冲管制冷机是对回热式低温制冷机的一次重大革新，具有可靠性高、机械振动小、工作寿命长、制冷效率高、电磁噪声低等突出优点，在航空航天、低温电子学、超导工业和低温医疗业等方面都获得了广泛的应用。
惯性管型脉冲管和双向进气型脉冲管是目前使用最广泛的调相型脉冲管制冷机，而它们在制冷温度较低时依旧存在调相能力有限、制冷量小等缺点。而主动调相型脉冲管制冷机如图1所示，是一种双活塞型制冷机，它的基本原理是在室温端增加一个排出器(其可以实现斯特林制冷机中低温气缸中的排出器作用)，并使其与主压缩机以固定相位差进行膨胀和压缩，从而灵活调节脉冲管内的相位。这种结构的优点在减少了调相机构引起的不可逆损失，使得膨胀功可以回收，因此有效提升了制冷机在低温下的制冷效率。由于增加了一个膨胀活塞作为活动部件，脉冲管的可靠性有一定程度的降低；同时由于需要对主动活塞提供一个独立的电源输出，使得制冷机系统整体体积也有所增加。
因此，开发一种体积小且可靠性好的主动调相型脉冲管制冷机结构极具现实意义。
发明内容
由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种体积小且可靠性好的主动调相型脉冲管制冷机结构，克服了现有主动调相型脉冲管制冷机可靠性不佳且主动活塞需主动调相压缩机配合、体积较大的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，包括驱动压缩机、蓄冷器、脉冲管和调相传递装置；
所述驱动压缩机为双活塞对置布置结构压缩机，其包括驱动压缩机机体，驱动压缩机机体内设有将压缩腔分隔为相互独立的压缩腔一和压缩腔二的腔体隔板，所述压缩腔一和压缩腔二内分别布置有驱动活塞和主动调相活塞(驱动活塞和主动调相活塞分置于不同压缩腔，进行完全相对的压缩与膨胀往复运动)且驱动活塞和主动调相活塞相对布置，所述主动调相活塞产生的压力波经过调相传递装置后，在脉冲管热端产生一落后于质量流量的相位，并与驱动活塞产生的压力波相互影响，以实现对脉冲管制冷机进行相位调节，通过调整调相传递装置即可调节相位。
本发明的采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，结构设计合理，将原本单独布置的线性驱动压缩机和主动活塞整合为一台驱动压缩机，在保证脉管制冷机原本制冷效率的同时，减少系统中的活动部件及电控单位的数量，从而有效提高系统可靠性，并减小系统整体体积，使整机结构更为紧凑，极具应用前景。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，所述调相传递装置包括依次连接的调相管一、缓冲气库和调相管二。
调相管内动量守恒方程为：
根据上式，在高频情况下，压力降增加了一个超前质量流量90°的分量，在它的作用下，可以在调相管的一端得到质量流量滞后于压力波的相位关系。由主动活塞产生的压力波会经过由调相管一、缓冲气库以及调相管二组成的调相传递装置后，在脉冲管热端产生一个落后于质量流量的相位，并与驱动活塞产生的压力波相互影响，从而达到对脉冲管制冷机进行相位调节的目的。
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，所述调相管一和调相管二均为长铜管。
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，通过调整调相管一和调相管二的长度和内径以及缓冲气库的容积即可实现主动调相，以使脉冲管制冷机工作在最优相位，从而获得较高的制冷效率。
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，所述驱动活塞和主动调相活塞采用单台单相交流电源控制。
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，所述压缩腔二、调相传递装置、脉冲管、蓄冷器、压缩腔一依次连接。
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，所述腔体隔板为平板结构。
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，所述压缩腔一与压缩腔二的体积相同。
如上所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，所述驱动活塞和主动调相活塞通过布置在驱动压缩机机体内的活塞支撑部件固定限位。
以上技术方案仅为本发明的一种可行的技术方案而已，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求合理调整具体设计。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
(1)本发明的采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，相比于现有的主动调相型脉冲管制冷机取消了主动调相压缩机，采用单台压缩机，压缩机采用双活塞对置布置结构的线性压缩机，相对于单活塞压缩机，其具有振动较小、工作稳定的优点；
(2)本发明的采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，相比于现有的主动活塞调相方式，减少了一个独立的活动部件，能够提高整体系统的稳定性及其长时间工作的可靠性；
(3)本发明的采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，简化了主动调相活塞的电源控制环节，使得整机结构更为紧凑，有利于主动调相型脉冲管制冷机的应用与普及，极具应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是现有技术的利用独立活塞实现主动调相的脉冲管制冷机的结构示意图；
图2是本发明的采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机的结构示意图；
其中，1为驱动压缩机机体，2为活塞支撑部件，3为驱动活塞，4为蓄冷器，5为脉冲管，6为调相管二，7为缓冲气库，8为调相管一，9为主动调相活塞，10为压缩腔二，11为腔体隔板，12为压缩腔一，13为主动调相压缩机。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明中的结构作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
现有的主动调相型脉冲管制冷机如图1所示，其包括驱动压缩机、蓄冷器、脉冲管及主动调相压缩机，利用主动调相压缩机与驱动压缩机在脉冲管形成相位差，通过调整主动调相压缩机即可灵活调节脉冲管内的相位，其存在需主动调相压缩机配合、体积较大、可靠性不佳的问题。
实施例1
一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，如图2所示，其包括驱动压缩机机体1、活塞支撑部件2、驱动活塞3、蓄冷器4、脉冲管5、调相管二6、缓冲气库7、调相管一8、主动调相活塞9、压缩腔二10、腔体隔板11、压缩腔一12。驱动压缩机机体1内设置腔体隔板11，将原本的压缩腔分割为两个相互独立的压缩腔一12和压缩腔二10，调相管一8和调相管二6均为长铜管。驱动活塞3和主动调相活塞9通过单台单相220V交流电源控制，因此分置于不同压缩腔的驱动活塞3和主动调相活塞9进行完全相对的压缩与膨胀往复运动。由主动调相活塞9产生的压力波经过调相管一8、缓冲气库7以及调相管二6后，在脉冲管5热端与质量流量产生一定的相位差。
由主动调相活塞9产生的压力波会经过由调相管一8、缓冲气库7以及调相管二6组成的调相机构后，在脉冲管5热端产生一个落后于质量流量的相位，并与驱动活塞3产生的压力波相互影响，从而达到对脉冲管制冷机进行相位调节的目的。通过调整调相管一8和调相管二6的长度和内径，以及缓冲气库7的容积，可使脉冲管制冷机工作在最优相位，从而获得较高的制冷效率。
本发明的采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，相比于现有的主动调相型脉冲管制冷机取消了主动调相压缩机，采用单台压缩机，压缩机采用双活塞对置布置结构的线性压缩机，相对于单活塞压缩机，其具有振动较小、工作稳定的优点；相比于现有的主动活塞调相方式，减少了一个独立的活动部件，能够提高整体系统的稳定性及其长时间工作的可靠性；简化了主动调相活塞的电源控制环节，使得整机结构更为紧凑，有利于主动调相型脉冲管制冷机的应用与普及，极具应用前景。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于：包括驱动压缩机、蓄冷器(4)、脉冲管(5)和调相传递装置；
所述驱动压缩机为双活塞对置布置结构压缩机，其包括驱动压缩机机体(1)，驱动压缩机机体(1)内设有将压缩腔分隔为相互独立的压缩腔一(12)和压缩腔二(10)的腔体隔板(11)，所述压缩腔一(12)和压缩腔二(10)内分别布置有驱动活塞(3)和主动调相活塞(9)且驱动活塞(3)和主动调相活塞(9)相对布置，所述主动调相活塞(9)产生的压力波经过调相传递装置后，在脉冲管热端产生一落后于质量流量的相位，并与驱动活塞(3)产生的压力波相互影响，以实现对脉冲管制冷机进行相位调节。
2.根据权利要求1所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，所述调相传递装置包括依次连接的调相管一(8)、缓冲气库(7)和调相管二(6)。
3.根据权利要求2所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，所述调相管一(8)和调相管二(6)均为长铜管。
4.根据权利要求3所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，通过调整调相管一(8)和调相管二(6)的长度和内径以及缓冲气库(7)的容积即可实现主动调相。
5.根据权利要求1所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，所述驱动活塞(3)和主动调相活塞(9)采用单台单相交流电源控制。
6.根据权利要求1所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，所述压缩腔二(10)、调相传递装置、脉冲管(5)、蓄冷器(4)、压缩腔一(12)依次连接。
7.根据权利要求1所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，所述腔体隔板(11)为平板结构。
8.根据权利要求7所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，所述压缩腔一(12)与压缩腔二(10)的体积相同。
9.根据权利要求1所述的一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机，其特征在于，所述驱动活塞(3)和主动调相活塞(9)通过布置在驱动压缩机机体(1)内的活塞支撑部件(2)固定限位。
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