CN1619236A - 内置膜式双向进气结构脉管制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种内置膜式双向进气结构脉管制冷机系统。它包括双向进气阀(1)、气库(2)、小孔阀(3)、脉管热端换热器(4)、脉管(6)、脉管冷端换热器(7)、冷头(8)、回热器冷端换热器(9)、回热器(10)、回热器热端换热器(11)；其特征在于所说脉管中还设有弹性隔离膜(5)。该膜不仅能够阻止双向进气结构诱发的直流流动，而且与气流一道参与脉管中功流的传递，从而提高制冷机性能。与目前采用的直流抑制方法相比，具有效果显著、调节简单、稳定性好等优点，有助于推动脉管制冷机的大规模商业应用。

Description

内置膜式双向进气结构脉管制冷机
技术领域
本发明涉及一种内置膜式双向进气结构脉管制冷机。
背景技术
在由简谐运动的压缩机驱动的脉管制冷机中，工作流体是以交变流动为特征的。当脉管制冷机处于双向进气模式工作时，由于阀门流量系数的不对称性，进排气过程中流进和流出双向进气阀的气量不完全相同，在流经脉管、回热器的闭合回路中会引起直流。研究表明，即使直流流动只占交变质量流的很小比例，它所引起的寄生热流却与脉管制冷机的理论制冷量处于同一数量级。这些从热端流向冷端的附加热流，不仅增加了冷端换热器的负载，降低了脉管制冷机的性能，而且还是引起脉管制冷机制冷温度不稳定的一个重要原因。
由于双向进气结构具有其它结构无可比拟的调相和调幅双重功能，为了获得良好的制冷性能应尽可能在保留双向进气结构的基础上，采用附加结构实现对直流的控制，以发挥双向进气结构的调相、调幅优势。为了获得良好的性能，通常利用进排气过程阀门流量系数的不对称型，采用逆流并联或串联布置的双阀双向进气结构，对直流流动进行抑制，以进一步提高脉管制冷机性能。这些方法的共同缺点是：它们对直流的抑制能力强依赖于阀门性能，必须对每台制冷机进行性能调试，对于不同的工况需对阀门开度重新调节，制冷机性能稳定性差。此外，制冷性能复现性也很差。这些问题的存在对于双向进气脉管制冷机的实用化极其不利。为了实现其大规模的商业应用，必须发展更为简单的抑制手段，实现脉管制冷机结构和调节上的双重简单性。
发明内容
本发明的目的旨在针对上述现有技术的不足，提供能克服稳定性差的一种内置膜式双向进气结构脉管制冷机系统。
实现上述目的的内置膜式双向进气结构脉管制冷机，包括气库、通过小孔阀经双向进气阀依次连于脉管热端换热器、脉管、脉管冷端换热器后再经冷头依次连于回热器冷端换热器、回热器、回热器热端换热器后再连于双向进气阀构成闭合回路，其特征在于，还包括在脉管内设置弹性隔离膜。该膜不仅能够阻止双向进气结构诱发的直流流动，而且与气流一道参与脉管中功流的传递，从而提高制冷机性能。与目前采用的直流抑制方法相比，具有效果明显、稳定性好等突出优点，能够很好地克服目前直流抑制方法存在的结构复杂，稳定性差，受工况影响大等缺陷，有利于推动双向进气脉管制冷机的大规模商业化应用。
附图说明
图1是内置膜式双向进气结构脉管制冷机结构示意图；
图2压缩终了时弹性隔离膜状态示意图；
图3膨胀终了时弹性隔离膜状态示意图。
上述图中标号名称：1、双向进气阀，2、气库，3、小孔阀，4、脉管热端换热器，5、弹性隔离膜，6、脉管，7、脉管冷端换热器，8、冷头，9、回热器冷端换热器，10、回热器，11、回热器热端换热器。
具体实施方式
由图1可知，本发明的内置膜式双向进气结构脉管制冷机系统包括双向进气阀1、气库2、小孔阀3、脉管热端换热器4、脉管6、脉管冷端换热器7、冷头8、回热器冷端换热器9、回热器10、回热器热端换热器11；其特征在于所说的脉管制冷机系统在脉管中设有弹性隔离膜(5)。
我们知道在脉管制冷机中只要存在闭合环路，就有可能形成直流。双向进气脉管制冷机中第二进气阀的引入为直流产生提供了条件。而对于小孔型等脉管制冷机中，由于不存在流经脉管、回热器的回路，脉管、换热器等流阻元件中形成的总直流压力降刚好等于消除直流所需的压降，不会产生直流。同样通过采用弹性隔离膜切断双向进气脉管制冷机的闭合回路，也就可以有效地阻断直流产生的途径，避免直流的产生。与此同时，由于弹性隔离膜具有良好的弹性，在阻止气流流动的同时，能够随气流一道参与脉管中功流的传递，获得良好制冷性能所需的压力波和质量流相位角。而不会因为弹性膜的存在而影响制冷机的调相和功流传递性能，从而在实现直流抑制的基础上，获得更高的制冷性能。
有关弹性膜的布置位置，可以通过变质量系统热力学和调相理论求得。为了在实现直流抑制的同时，防止弹性隔离膜破坏气体活塞的层流特性，通常把它布置在离脉管热端约1/4处，如图1所示。在压缩过程中，由于膜片两边存在的压差，使得其在压缩终了时被拉伸至脉管热端，而膨胀终了时则被拉伸至脉管中部，其状态示意图分别如图2和3所示。

Claims (1)

1.一种内置膜式双向进气结构脉管制冷机系统，包括气库(2)、通过小孔阀(3)经双向进气阀(1)依次连于脉管热端换热器(4)、脉管(6)、脉管冷端换热器(7)后再经冷头(8)依次连于回热器冷端换热器(9)、回热器(10)、回热器热端换热器(11)后再连于双向进气阀(1)构成闭合回路，其特征在于，还包括在脉管(6)内设置弹性隔离膜(5)。
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