專(zhuān)利名稱(chēng)：一種抑制直流的脈沖管制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠抑制直流的脈沖管制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
無(wú)論是氣體液化、分離、儲(chǔ)存運(yùn)輸、冷凍保存等傳統(tǒng)工業(yè)，還是現(xiàn)代高能物理、凝聚態(tài)物理、空間物理、材料科學(xué)等前沿科學(xué)研究，都與低溫技術(shù)密不可分。最近20年，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、空間技術(shù)、超導(dǎo)電子學(xué)、衛(wèi)星遙感遙測(cè)、低溫醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的興起，低溫技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，而小型低溫制冷機(jī)的研制也成為低溫技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。高效、穩(wěn)定、可靠的小型低溫制冷機(jī)，可以為其相關(guān)的低溫應(yīng)用場(chǎng)所提供有效的冷源和低溫條件。脈沖管制冷機(jī)由于其低溫端無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，具有機(jī)械振動(dòng)小、電磁干擾小、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，因而可以與各種器件配合使用形成小型特種儀器，在軍事武器，超導(dǎo)技術(shù)，科研及工業(yè)，醫(yī)療儀器設(shè)備，移動(dòng)通信基站等領(lǐng)域具有較大的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)用前景。隨著新的結(jié)構(gòu)和流程的不斷提出，脈沖管制冷機(jī)性能大大提高，制冷效率已達(dá)到或接近斯特林制冷機(jī)的水平。脈沖管制冷機(jī)是以氣體工質(zhì)的交變流動(dòng)為特征的，然而脈沖管制冷機(jī)內(nèi)部存在直流，即從脈沖管制冷機(jī)熱端向冷端的質(zhì)量流傳輸。直流既會(huì)降低脈沖管制冷機(jī)的性能，又會(huì)影響其制冷溫度的穩(wěn)定性。Rayleigh流是一種聲功流，主要在氣體邊界層中形成，采用錐形脈沖管可以進(jìn)行一定程度的抑制；Gedeon直流和周遠(yuǎn)等于2009年提出的第三種直流效應(yīng)主要是由于工質(zhì)交變流動(dòng)的特性、制冷機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和阻力不對(duì)稱(chēng)以及工質(zhì)物性變化等原因引起的。Gedeon直流僅存在于雙向進(jìn)氣型的脈沖管制冷機(jī)中，而第三種直流則普遍存在于各種類(lèi)型的脈沖管制冷機(jī)中。由于直流效應(yīng)會(huì)帶來(lái)從脈沖管制冷機(jī)熱端到冷端的附加熱流，引起制冷量的減小、最低制冷溫度的升高，并且使制冷溫度不穩(wěn)定， 所以采用一些方法對(duì)其進(jìn)行抑制顯得非常重要。目前對(duì)Gedeon直流多采用非對(duì)稱(chēng)噴嘴代替雙向進(jìn)氣來(lái)進(jìn)行抑制，而第三種直流還沒(méi)有有效的抑制手段。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何抑制脈沖管制冷機(jī)中的多種直流，從而提高脈沖管制冷機(jī)的性能。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，包括壓力波發(fā)生器和脈沖管制冷機(jī)，所述脈沖管制冷機(jī)包括蓄冷器、脈沖管、調(diào)相元件和氣庫(kù)，所述脈沖管位于所述蓄冷器內(nèi)，蓄冷器的一端通過(guò)第一連接管與所述壓力波發(fā)生器相連，蓄冷器的另一端與脈沖管冷端換熱器相連，脈沖管熱端換熱器與所述調(diào)相元件、氣庫(kù)依次相連，所述壓力波發(fā)生器的背壓腔和氣庫(kù)之間由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接連通。
優(yōu)選地，所述壓力波發(fā)生器為線性壓縮機(jī)或者曲軸式壓縮機(jī)。優(yōu)選地，所述脈沖管制冷機(jī)為U型、同軸或直線布置的單級(jí)脈沖管制冷機(jī)。優(yōu)選地，所述脈沖管制冷機(jī)為U型、同軸、或直線布置的多級(jí)脈沖管制冷機(jī)。優(yōu)選地，調(diào)相元件為節(jié)流閥、慣性管或者雙向進(jìn)氣閥，或者上述三者的任意組合。優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為可調(diào)節(jié)氣體流量和相位的閥門(mén)和/或第二連接管。優(yōu)選地，所述閥門(mén)為非對(duì)稱(chēng)噴嘴、單向閥、流量閥或其組合。優(yōu)選地，所述第二連接管的直徑范圍是1毫米至5厘米。優(yōu)選地，所述第二連接管為等直徑管；或者所述第二連接管包括連接在一起的若干種不同直徑的管子；或者所述第二連接管為直徑連續(xù)變化的變徑管。優(yōu)選地，所述脈沖管制冷機(jī)的頻率為5Hz至300Hz。優(yōu)選地，所述脈沖管制冷機(jī)的制冷溫度范圍為271至1K。(三)有益效果本發(fā)明抑制直流的脈沖管制冷機(jī)能夠抑制脈沖管制冷機(jī)中的多種直流，減小脈沖管制冷機(jī)熱端到冷端的附加熱流，從而提高脈沖管制冷機(jī)的性能，使制冷性能穩(wěn)定。


圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用圖1的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果圖。其中，1 蓄冷器；2 脈沖管；3 調(diào)相元件；4 氣庫(kù)；5 蓄冷器熱端換熱器；6 第一連接管；7 脈沖管冷端換熱器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，包括壓力波發(fā)生器A和脈沖管制冷機(jī)B，脈沖管制冷機(jī)B包括蓄冷器1、脈沖管2、調(diào)相元件3和氣庫(kù)4，脈沖管2位于蓄冷器1內(nèi)，蓄冷器1的一端通過(guò)第一連接管6與所述壓力波發(fā)生器A相連，蓄冷器1的另一端與脈沖管冷端換熱器5相連，脈沖管熱端換熱器7與所述調(diào)相元件3、氣庫(kù)4依次相連，壓力波發(fā)生器的背壓腔和氣庫(kù)4之間由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接連通。壓力波發(fā)生器A可以選擇為線性壓縮機(jī)。脈沖管制冷機(jī)B可以為U型、同軸或直線布置的單級(jí)脈沖管制冷機(jī)；或者脈沖管制冷機(jī)B為U型、同軸、或直線布置的多級(jí)脈沖管制冷機(jī)。調(diào)相元件3為節(jié)流閥、慣性管或者雙向進(jìn)氣閥，或者上述三者的任意組合。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為可調(diào)節(jié)氣體流量和相位的閥門(mén)和/或第二連接管。閥門(mén)為非對(duì)稱(chēng)噴嘴、單向閥、流量閥或其組合。第二連接管的直徑范圍是1毫米至5厘米。第二連接管可以為等直徑管；或者第二連接管包括連接在一起的若干種不同直徑的管子；或者第二連接管為直徑連續(xù)變化的變徑管。脈沖管制冷機(jī)的頻率為 5Hz 至 300Hz ο脈沖管制冷機(jī)B中的蓄冷器是一種多孔介質(zhì)，空容積中貯存著氣體，由于溫度的變化和壓力的波動(dòng)，貯存的氣體會(huì)發(fā)生壓縮和膨脹，因而流過(guò)蓄冷器各截面上的流量并不相等，蓄冷器的內(nèi)部是復(fù)雜的交變流動(dòng)過(guò)程。通過(guò)理論分析可以知道，Gedeon直流和第三種直流效應(yīng)主要是由于工質(zhì)交變流動(dòng)的特性、制冷機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和阻力不對(duì)稱(chēng)以及工質(zhì)物性變化等原因引起的，因此消除制冷機(jī)系統(tǒng)的不對(duì)稱(chēng)性是抑制直流的有效手段。M2 = ρ 0 Δ ρ0+ ( ρ J Δ P1Cos α ) /2在宏觀上，在制冷機(jī)系統(tǒng)特別是蓄冷器內(nèi)熱力學(xué)和力學(xué)不對(duì)稱(chēng)性的積累效應(yīng)體現(xiàn)為壓縮機(jī)背壓腔和氣庫(kù)之間的平均壓力差和壓力波之間的相位差。從上式可以看出，壓力的O階量(平均壓力)和1階量以及密度和壓差之間的相位差是形成直流的主要原因。因此，采用上述的具體實(shí)施方式
可以有效地調(diào)節(jié)壓力波發(fā)生器背壓腔和氣庫(kù)之間的平均壓力差和壓力波之間的相位差，從而抑制直流的形成。采用如圖1所示的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用直線壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)同軸型脈沖管制冷機(jī)，不采用雙向進(jìn)氣，脈沖管內(nèi)徑6. 7mm，蓄冷器的內(nèi)徑為11. 7mm，直接連通脈沖管制冷機(jī)的壓力波發(fā)生器背壓腔和氣庫(kù)的可調(diào)節(jié)氣體流量的閥門(mén)為流量閥。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖加和圖2b所示，通過(guò)調(diào)節(jié)小孔閥開(kāi)度和流量閥開(kāi)度，會(huì)使壓縮機(jī)背壓腔和氣庫(kù)之間的壓差平均值和相位差發(fā)生較大的變化，采用上述的實(shí)施方式后，脈沖管制冷機(jī)的最低制冷溫度有明顯的下降。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，包括壓力波發(fā)生器(A)和脈沖管制冷機(jī)(B)，所述脈沖管制冷機(jī)⑶包括蓄冷器(1)、脈沖管O)、調(diào)相元件(3)和氣庫(kù)，所述脈沖管( 位于所述蓄冷器(1)內(nèi)，蓄冷器(1)的一端通過(guò)第一連接管(6)與所述壓力波發(fā)生器㈧相連，蓄冷器⑴的另一端與脈沖管冷端換熱器(5)相連，脈沖管熱端換熱器(7) 與所述調(diào)相元件(3)、氣庫(kù)(4)依次相連，所述壓力波發(fā)生器(A)的背壓腔和氣庫(kù)(4)之間由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接連通。
2.如權(quán)利要求1所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述壓力波發(fā)生器(A) 為線性壓縮機(jī)或者為曲軸式壓縮機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述脈沖管制冷機(jī)(B) 為U型、同軸或直線布置的單級(jí)脈沖管制冷機(jī)。
4.如權(quán) 利要求1所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述脈沖管制冷機(jī)(B) 為U型、同軸、或直線布置的多級(jí)脈沖管制冷機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，調(diào)相元件(3)為節(jié)流閥、慣性管或者雙向進(jìn)氣閥，或者上述三者的任意組合。
6.如權(quán)利要求1所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為可調(diào)節(jié)氣體流量和相位的閥門(mén)和/或第二連接管。
7.如權(quán)利要求6所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述閥門(mén)為非對(duì)稱(chēng)噴嘴、單向閥、流量閥或其組合。
8.如權(quán)利要求6所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述第二連接管的直徑范圍是0.5毫米至5厘米。
9.如權(quán)利要求8所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述第二連接管為等直徑管；或者所述第二連接管包括連接在一起的若干種不同直徑的管子；或者所述第二連接管為直徑連續(xù)變化的變徑管。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述脈沖管制冷機(jī)(B)的頻率為5Hz至300Hz。
11.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述脈沖管制冷機(jī)(B)的制冷溫度范圍為271至1K。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種抑制直流的脈沖管制冷機(jī)，包括壓力波發(fā)生器A和脈沖管制冷機(jī)B，脈沖管制冷機(jī)B包括蓄冷器、脈沖管、調(diào)相元件和氣庫(kù)，脈沖管位于蓄冷器內(nèi)，蓄冷器的一端通過(guò)第一連接管與所述壓力波發(fā)生器相連，蓄冷器的另一端與脈沖管冷端換熱器相連，脈沖管熱端換熱器與所述調(diào)相元件、氣庫(kù)依次相連，所述壓力波發(fā)生器的背壓腔和氣庫(kù)之間由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接連通。本發(fā)明抑制直流的脈沖管制冷機(jī)能夠抑制脈沖管制冷機(jī)中的多種直流，減小脈沖管制冷機(jī)熱端到冷端的附加熱流，從而提高脈沖管制冷機(jī)的性能，使制冷性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)F25B41/00GK102538271SQ20101060943
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者周遠(yuǎn), 朱文秀, 王俊杰, 薛小代, 金海 , 顧超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所