CN215373024U - 同轴型主动调相功回收脉管制冷机 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种同轴型主动调相功回收脉管制冷机，包括驱动机构、脉管制冷机冷指、同轴型主动调相功回收机构和相位控制系统。脉管制冷机冷指结构与同轴型主动调相功回收机构连通，且同轴型主动调相功回收机构的活塞体与脉管冷指同轴布置，功回收腔与压缩腔通过管路连通。通过主动调相功回收结构，将脉管制冷机冷指热端的声功反馈至压缩腔，实现功回收和主动调相的耦合应用，突破脉管制冷机的理论效率极限，提升脉管制冷机的制冷效率。

Description

同轴型主动调相功回收脉管制冷机

技术领域

本专利属于回热式低温制冷机领域，具体是涉及一种带有同轴型主动调相功回收机构和主动减振机构的脉管制冷机系统。

背景技术

脉管制冷机最先于20世纪60年代被提出，是回热式小型低温制冷机领域重要的分支，其由于冷端无运动部件、结构紧凑、运行可靠等优点，被广泛应用于红外技术、低温电子器件、超导技术等领域。

脉管制冷机内存在交替的压力波和质量流，需要调相机构调节质量流和压力波的相位关系，调相机构包括小孔-气库调相器、双向进气结构、惯性管等。虽然通过调相机构可调节脉管制冷机内相位关系，但脉管制冷机制冷效率仍然较低，限制了脉管制冷机更多的应用场合。脉管制冷机制冷效率低主要由于其冷指热端的声功通过调相机构以热量的形式耗散至环境中，无法像斯特林制冷机中的膨胀活塞或排出器将气体的膨胀功“反馈”至压缩腔。

发明内容

针对上述问题和需求，本专利的目的是提供一种带有主动减振的同轴型功回收脉管制冷机，可大幅度提高脉管制冷机效率并实现低振动输出。

为实现上述目的，本专利采用的技术方案如下：

一种同轴型主动调相功回收脉管制冷机，包括驱动机构、压缩活塞体、压缩腔、压缩管路、脉管制冷机冷指、同轴型主动调相功回收机构、功回收活塞体、膨胀腔、功回收腔、功回收管路和相位控制系统，其特征在于：所述驱动机构中的压缩腔与脉管制冷机冷指通过压缩管路连通，脉管制冷机冷指与同轴型主动调相功回收机构的膨胀腔连通，且同轴型主动调相功回收机构的活塞体与脉管制冷机冷指同轴布置，功回收腔与所述压缩腔通过功回收管路连通，相位控制系统控制调节压缩活塞体与功回收活塞体活塞体的位移相位差。

所述驱动机构包括压缩活塞体、压缩腔和压缩管路，压缩管路连通压缩腔和脉管制冷机冷指。压缩腔通过压缩管路连接脉管制冷机冷指，或压缩腔不经压缩管路直接与脉管冷指耦合。

所述脉管制冷机冷指包括回热器和脉冲管，回热器和脉冲管为同轴型布置，也可直线型或U型布置。

所述同轴型主动调相功回收机构包括功回收活塞体、功回收活塞体支撑机构、活塞气缸体、膨胀腔、功回收腔、功回收活塞体支撑杆、功回收管路和功回收活塞体驱动机构。所述同轴型主动调相功回收机构中的活塞体位于功回收气缸体中，并通过活塞体支撑杆与支撑机构相连。所述功回收活塞体和活塞体支撑杆与活塞气缸体之间为间隙密封，所述功回收活塞体支撑机构包括板弹簧或螺旋弹簧支撑。功回收活塞体驱动机构包括直线电机或其他驱动机构控制功回收活塞体运动，实现功回收和主动调相的耦合，或不添加驱动机构，仅通过支撑结构支撑功回收活塞体。功回收活塞体将气缸体分为两腔体且两腔体均为密闭空间，功回收气缸体中与脉管冷指连通的腔体为膨胀腔，另一部分腔体为功回收腔，所述功回收腔通过功回收管路与压缩管路连通，或直接与驱动机构中的压缩腔连通。

相位控制系统控制调节压缩活塞体和功回收活塞体的振幅和相位关系，脉管制冷机理论制冷量根据

计算，主动调节脉管制冷机冷指内压力波和质量流的相位角，提高制冷量。

与现有技术对比，本专利的优点在于：

(1)同轴型主动调相功回收机构回收冷指热端的声功，进而可大幅提高脉管制冷机效率；

(2)通过驱动机构控制功回收活塞体运动，可调节脉管制冷机冷指内压力波与质量流的相位角，实现主动调相和功回收的耦合应用，通过精确的相位角度调节提高制冷效率；

(3)同轴型主动调相功回收机构与脉管制冷机冷指耦合布置，整机简单紧凑，方便与冷却负载耦合应用；

附图说明

图1为本专利实施例1的结构示意图。

图2为本专利实施例2的结构示意图。

图中标号示意如下：1为主驱动机构，1-1为压缩活塞体，1-2为压缩腔，1-3位压缩管路，2为脉管制冷机冷指，2-1为脉冲管，2-2为回热器，3为同轴型主动调相功回收机构，3-1为功回收活塞体，3-2为活塞体支撑机构，3-3功回收气缸体，3-4为膨胀腔，3-5为功回收腔，3-6为功回收活塞体支撑杆，3-7为功回收管路，3-8为功回收活塞体驱动机构，4为相位控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本专利进行详细描述说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种同轴型主动调相功回收脉管制冷机，包括主驱动机构1，脉管制冷机冷指2，同轴型主动调相功回收机构3和相位控制系统4。其中主驱动机构1包含压缩活塞体1-1、压缩腔1-2和压缩管路1-3，脉管冷指包含脉冲管2-1和回热器2-2，同轴型主动调相功回收机构3包含功回收活塞体3-1、活塞体支撑机构3-2、功回收气缸体3-3、膨胀腔3-4、功回收腔3-5、功回收活塞体支撑杆3-6、功回收管路3-7和功回收活塞体驱动机构3-8。

其中主驱动机构1可为直线电机等可驱动活塞往复运动的机构，压缩腔1-2与脉管冷指2通过压缩管路1-3相连通。功回收活塞支撑机构3-2可为板弹簧或螺旋支撑弹簧，支撑机构3-2支撑功回收活塞体3-1不断往复运动，功回收活塞体驱动机构3-8控制功回收活塞体3-1运动。相位控制系统4可控制调节压缩活塞体和功回收活塞体的振幅和相位关系。功回收腔3-5通过功回收管路3-7与压缩腔管路1-3连接，回收脉管制冷机冷指热端的声功至管路1-3。通过功回收活塞体驱动机构3-8和相位控制系统4，将主动调相与功回收匹配耦合，脉管制冷机可在最佳相位运行并实现冷指热端声功的回收，大幅提高脉管制冷机制冷效率。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种同轴型活塞调相功回收脉管制冷机，包括主驱动机构1，脉管制冷机冷指2，同轴型活塞调相功回收机构3。其中主驱动机构1包含压缩活塞体1-1、压缩腔1-2和压缩管路1-3，脉管冷指包含脉冲管2-1和回热器2-2，同轴型活塞调相功回收机构3包含功回收活塞体3-1、活塞体支撑机构3-2、功回收气缸体3-3、膨胀腔3-4、功回收腔3-5、功回收活塞体支撑杆3-6、功回收管路3-7。

其中主驱动机构1可为直线电机等可驱动活塞往复运动的机构，压缩腔1-2与脉管冷指2通过压缩管路1-3相连通。功回收活塞支撑机构3-2可为板弹簧或螺旋支撑弹簧，支撑机构3-2支撑功回收活塞体3-1不断往复运动，此时功回收活塞体3-1为气动活塞，合适的活塞质量和弹簧刚度可以将压力波和质量流的相位调至要求的角度。功回收腔3-5通过功回收管路3-7与压缩腔管路1-3连接，回收脉管制冷机冷指热端的声功至管路1-3，实现脉管制冷机冷指热端的声功回收，提升脉管制冷机效率。

最后应说明的是：本行业的技术人员应该了解，本专利不受上述实施案例的限制，上述实施例和说明书描述的只是说明本专利的原理，在不脱离本专利精神和范围的前提下，本专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本专利范围内。本专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种同轴型主动调相功回收脉管制冷机，包括驱动机构(1)、压缩活塞体(1-1)、压缩腔(1-2)、压缩管路(1-3)、脉管制冷机冷指(2)、同轴型主动调相功回收机构(3)、功回收活塞体(3-1)、膨胀腔(3-4)、功回收腔(3-5)、功回收管路(3-7)和相位控制系统(4)，其特征在于：

所述驱动机构(1)中的压缩腔(1-2)与脉管制冷机冷指(2)通过压缩管路(1-3)连通，脉管制冷机冷指(2)与同轴型主动调相功回收机构(3)的膨胀腔(3-4)连通，且同轴型主动调相功回收机构(3)的活塞体(3-1)与脉管制冷机冷指(2)同轴布置，功回收腔(3-5)与所述压缩腔(1-2)通过功回收管路(3-7)连通，相位控制系统(4)控制调节压缩活塞体(1-1)与功回收活塞体(3-1)活塞体的位移相位差。

2.根据权利要求1所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：所述驱动机构(1)包括压缩活塞体(1-1)、压缩腔(1-2)和压缩管路(1-3)，压缩管路(1-3)连通压缩腔(1-2)和脉管制冷机冷指(2)。

3.根据权利要求1或2所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：所述的压缩腔(1-2)通过压缩管路(1-3)连接脉管制冷机冷指(2)，或压缩腔(1-2)不经压缩管路(1-3)直接与脉管冷指(2)耦合。

4.根据权利要求1所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：所述的脉管制冷机冷指(2)包括回热器(2-1)和脉冲管(2-2)，回热器(2-1)和脉冲管(2-2)为同轴型布置，或直线型或U型布置。

5.根据权利要求1所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：所述同轴型主动调相功回收机构(3)包括功回收活塞体(3-1)、功回收活塞体支撑机构(3-2)、活塞气缸体(3-3)、膨胀腔(3-4)、功回收腔(3-5)、功回收活塞体支撑杆(3-6)、功回收管路(3-7)和功回收活塞体驱动机构(3-8)。

6.根据权利要求1所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：所述同轴型主动调相功回收机构(3)中的活塞体(3-1)位于功回收活塞体支撑机构(3-2)中，并通过活塞体支撑杆(3-6)与功回收活塞体支撑机构(3-2)相连。

7.根据权利要求5所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：所述功回收活塞体(3-1)和活塞体支撑杆(3-6)与活塞气缸体(3-3)之间为间隙密封，所述功回收活塞体支撑机构(3-2)包括板弹簧或螺旋弹簧支撑。

8.根据权利要求5所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：所述的功回收活塞体驱动机构(3-8)包括直线电机控制功回收活塞体(3-1)运动，实现功回收和主动调相的耦合，或不添加驱动机构，仅通过支撑结构支撑功回收活塞体(3-1)。

9.根据权利要求5所述的同轴型主动调相功回收脉管制冷机，其特征在于：功回收活塞体(3-1)将活塞气缸体(3-3)分为两腔体且两腔体均为密闭空间，功回收气缸体中与脉管冷指连通的腔体为膨胀腔(3-4)，另一部分腔体为功回收腔(3-5)，所述功回收腔(3-5)通过功回收管路(3-7)与压缩管路(1-3)连通，或直接与驱动机构(1)中的压缩腔(1-2)连通。

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