CN1975289A - 多缸式高频脉管制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多缸式高频脉管制冷机。它包括相连接的冷端组件、回热器、脉管、热端组件，所述的回热器为多个并联的回热器，脉管为多个并联的脉管，多个并联的回热器的热端相互连接，冷端相互连接，并联的脉管的热端相互连接，冷端相互连接。本发明通过分散布置多个脉管和回热器，实现了回热器和脉管内交变气体流动的均匀性，使产生大制冷量成为可能，避免了采用单一脉管和回热器时出现的气流和温度分布的异常，从而提高了脉管制冷机的效率。同时，由于脉管和回热器管中应力分布均匀，冷头的变形也可以得到一定程度的减少。

Description

多缸式高频脉管制冷机
技术领域
本发明涉及高频脉管制冷技术，尤其涉及一种多缸式高频脉管制冷机。
背景技术
脉管制冷机是一种新型的制冷技术，具有高效率、长寿命的特点，广泛应用于低温制冷和常规制冷。图1为常规的脉管制冷机冷头的结构，由1冷端组件，2单个回热器，3单个脉管，4热端组件等组成。
脉管和回热器在冷端相互连接，由压缩机产生的交变压力气体从回热器热端进入回热器，经布置在冷端的连接管进入脉管，热端组件使得脉管内部的气体流动产生一定的相位差，从而在冷端吸收热量产生制冷效应，同时在热端放出热量。
常规脉管制冷技术的冷头具有单个回热器和单个脉管，根据回热器和脉管之间结构安排不同，通常可以布置成U型、直线型和同轴型。这种具有单回热器单脉管的冷头存在着以下缺陷：
1)随着对更大制冷量的需求，回热器和脉管的直径必须设计得很大。对于脉管制冷机来说，回热器和脉管中气体流动的均匀性是非常重要的，理想状况是气体作层状的运动。然而，在大直径的回热器和脉管中，要实现气体的层状流动和气流温度在径向的均匀分布非常困难，因而制冷效率低下。
2)单回热器单脉管的冷头通常采用U型结构。这种结构由于回热器和脉管的非对称布置，冷头中气体压力的波动和管壁温度的变化会使冷端产生不对称的微小变形。回热器和脉管的直径越大，产生的热机械变形越严重。制冷机中构件的变形对于某些应用来说是不利的，对被冷却物产生干扰。
发明内容
本发明的目的是提供为一种多缸式高频脉管制冷机。
它包括相连接的冷端组件、回热器、脉管、热端组件，所述的回热器为多个并联的回热器，脉管为多个并联的脉管，多个并联的回热器的热端相互连接，冷端相互连接，并联的脉管的热端相互连接，冷端相互连接。
所述的多个并联的回热器与多个并联的脉管的布置方式为行星方式、圆形方式或阵列方式。回热器数或脉管数n≈(D/D1)2，其中D为单管的直径，D1为多管的直径。制冷机工作频率为10Hz以上。
本发明的多缸式高频脉管制冷机具有以下特点：
1)对于大制冷量的脉管制冷机，多个回热器或脉管可以使回热器和脉管各自的直径缩小，每个回热器和脉管担负一部份制冷负荷。于是回热器和脉管中的气体容易实现层状流动，制冷机的效率可以得到提高。
2)将回热器和脉管对称布置可以使冷端的不对称变形减小，减少对被冷却物的干扰。
附图说明
图1是常规脉管制冷机冷头示意图；
图2是本发明脉管制冷机冷头示意图；
图3是本发明脉管制冷机冷头实施例I结构示意图；
图4是本发明脉管制冷机冷头实施例II结构示意图；
图5是本发明脉管制冷机冷头实施例III结构示意图；
图中：冷端组件1、回热器2、脉管3、热端组件4、中心管5、行星管6、回热器或脉管7。
具体实施方式
如图2所示，多缸式脉管制冷机包括相连接的冷端组件1、回热器2、脉管3、热端组件4，所述的回热器为多个并联的回热器，脉管为多个并联的脉管，多个并联的回热器的热端相互连接，冷端相互连接，并联的脉管的热端相互连接，冷端相互连接。由压缩机产生的交变压力气体经分配管路均匀分配到各回热器的热端，流经回热器后均匀分配至各脉管。热端组件使各脉管中的气体流动形成合适的相位差，从而在冷端吸收热量而产生制冷效应，同时在热端放出热量。
所述的多个并联的回热器与多个并联的脉管的布置方式为行星方式、圆形方式或阵列方式。回热器数或脉管数n≈(D/D1)2，其中D为单管的直径，D1为多管的直径。所述的制冷机工作频率为10Hz以上。
多缸式高频脉管制冷机的热端与由高导热金属制成的热端组件相连接，所说的热端组件是一个处于室温下的气-固热交换器、工质气体层流器以及由气库、小孔等组成的气体调相机构的组合体。
这种多缸式脉管制冷机的冷端与铜质冷端组件相连接。所说的冷端组件，是一个处于低温下的气-固热交换器、工质气体层流器的组合体。工质产生的有效制冷量由此传递给外加负荷，因此它也是脉管制冷机的冷量传递器。
图3所示的实施例I中回热器和脉管布置成行星方式，各部件分别为1冷端组件，5中心管，6行星管，4热端组件等。可以将中心管作为回热器，将行星管作为脉管，于是该冷头就具有单个回热器和多个脉管。也可以将中心管作为脉管，将行星管作为回热器，于是该冷头就具有单个脉管和多个回热器。
图4所示的实施例II中，各回热器和脉管布置成圆形方式。可以根据需要，将各管子作为回热器或脉管使用。比如，可以将a、c、e作为回热器，将b、d、f作为脉管。
图5所示的实施例III中，各回热器和脉管布置成阵列形式。可以根据需要，将各管子作为回热器或脉管使用。比如，可以将a、c、e作为回热器，将b、d、f作为脉管。

Claims (4)

1.一种多缸式脉管制冷机，它包括相连接的冷端组件(1)、回热器(2)、脉管(3)、热端组件(4)，其特征在于，所述的回热器为多个并联的回热器，脉管为多个并联的脉管，多个并联的回热器的热端相互连接，冷端相互连接，并联的脉管的热端相互连接，冷端相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种多缸式高频脉管制冷机，其特征在于，所述的多个并联的回热器与多个并联的脉管的布置方式为行星方式、圆形方式或阵列方式。
3.根据权利要求1所述的一种多缸式高频脉管制冷机，其特征在于，所述的回热器数或脉管数n≈(D/D1)2，其中D为单管的直径，D1为多管的直径。
4.根据权利要求1所述的一种多缸式高频脉管制冷机，其特征在于，所述的制冷机工作频率为10Hz以上。
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