專利名稱：分置式氣體驅(qū)動斯特林－脈沖管耦合制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種制冷機，特別是一種可直接作為冷源應(yīng)用于航空航天、衛(wèi)星遙感、低溫電子學、高溫超導、低溫生物學以及家用電器等領(lǐng)域的分置式氣體驅(qū)動斯特林-脈沖管耦合制冷機，是屬于低溫制冷工程技術(shù)領(lǐng)域。
脈沖管制冷最早于1964年初由美國學者W.E.Gifford和R.C.Longsworth在Trans.ASME，J.Eng.第86期的“Pulse Tube Refrigeraion”一文中提出。他們對一根一端封閉的細長管交替地加壓和減壓，熱量就由管的一端傳輸?shù)搅硪欢?，在管?nèi)沿軸向建立起可觀的溫度梯度，把這種制冷方式稱為脈沖管制冷。E.I.Mikulin等1984年在Advances in Cryogenic Engineering的第29卷“LowTemperature Expansion Pulse Tubes”一文中介紹了在脈沖管熱端添加了小孔和氣庫進行改進，1990年S.Zhu等在Cryogenics第30卷“Double inlet pulse tuberefrigeratorsan important improvement”一文中介紹了雙向進氣改進方案，使得單級脈沖管制冷機最低溫度可達20-30K。脈沖管制冷具有在低溫下無運動部件、調(diào)相手段多樣、性能調(diào)節(jié)范圍寬等獨特優(yōu)點，但脈沖管制冷效率比較低、工程化開發(fā)相對滯后。
本發(fā)明給出的分置式氣體驅(qū)動斯特林-脈沖管耦合制冷機結(jié)合了分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷機和脈沖管制冷機兩種制冷機的優(yōu)點，使得二者相互補充，同時脈沖管制冷的多種調(diào)節(jié)相位手段，使獲得高使用性能的調(diào)節(jié)范圍進一步擴大，并且可以自動補償分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分性能衰退的弱點，使制冷機制冷效果更好、壽命指標有進一步提高。


及
具體實施例方式
圖1 分置式氣體驅(qū)動斯特林-脈沖管耦合制冷機結(jié)構(gòu)原理示意圖；如圖1所示，本發(fā)明由分置式氣體驅(qū)動斯特林循環(huán)制冷部分I和脈沖管制冷部分II耦合而成，主要包括壓縮機2、冷卻器3、連接軟管4、熱腔5、驅(qū)動桿6、排出器/回熱器7、冷腔8、連接細管9、冷端換熱器10、雙向進氣閥11、脈沖管12、熱端換熱器13、小孔閥14、氣動腔/氣庫15等。分置式氣體驅(qū)動斯特林循環(huán)制冷部分I和脈沖管制冷部分II由同一壓縮機2提供壓力波動氣體，兩者擁有共同的排出器/回熱器7。氣動腔/氣庫15對于分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分I的作用是氣動腔，對于脈沖管制冷部分II的作用是氣庫。脈沖管12為細長的薄壁不銹鋼管，其兩端分別是冷端換熱器(層流化元件)10和熱端換熱器(層流化元件)13。冷腔8通過一連接細管9與冷端換熱器10相連接，熱端換熱器13的氣體通道通過小孔閥14與氣動腔/氣庫15相連接、通過雙向進氣閥門11和連接軟管4與熱腔5相連接。壓縮機1后的冷卻器2通過連接軟管4與熱腔5相連接。
由氣體制冷機通用理論冷量計算公式Q＝∮pdV(Q為冷量，p為冷腔壓力，V為冷腔容積)知，產(chǎn)生冷量的必要條件是1.冷腔壓力波動；2.冷腔容積波動；3.冷腔壓力波動與容積波動保持合理的相位差。
壓縮活塞1通常在直線電機的驅(qū)動下作往復(fù)運動，通過連接軟管4向熱腔5提供交變壓力波動氣體，回熱器與排出器是一體結(jié)構(gòu)，排出器/回熱器7的運動取決于熱腔5、冷腔8、氣動腔/氣庫15中的氣體作用力和自身的阻尼，在合理的機構(gòu)參數(shù)和充氣壓力下，就可以造成冷腔8內(nèi)壓力波動與容積波動并二者保持合理的相位，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。冷腔8的一部分低溫氣體通過連接細管9進入冷端換熱器10，這樣就把分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分I和脈沖管制冷部分II耦合起來。在合理的機構(gòu)參數(shù)和充氣壓力下，就可以造成脈沖管內(nèi)壓力波動與容積波動并二者保持合理的相位，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。二者冷量可以一起輸出，增大制冷效果。
本發(fā)明給出的分置式氣體驅(qū)動斯特林-脈沖管耦合制冷機結(jié)合了分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷機和脈沖管制冷機兩種制冷機的優(yōu)點，使得二者相互補充，同時脈沖管制冷的多種調(diào)節(jié)相位手段，使獲得高的使用性能的調(diào)節(jié)范圍進一步擴大，并且可以自動補償分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分性能衰退的弱點，使制冷機制冷效果更好、壽命指標有進一步提高。
權(quán)利要求
1.一種分置式氣體驅(qū)動斯特林-脈沖管耦合制冷機是由分置式氣體驅(qū)動斯特林循環(huán)制冷部分I和脈沖管制冷部分II耦合而成，主要包括壓縮機(2)、冷卻器(3)、連接軟管(4)、熱腔(5)、驅(qū)動桿(6)、排出器/回熱器(7)、冷腔(8)、連接細管(9)、冷端換熱器(10)、雙向進氣閥(11)、脈沖管(12)、熱端換熱器(13)、小孔閥(14)、氣動腔/氣庫(15)等，其特征在于分置式氣體驅(qū)動斯特林循環(huán)制冷部分I和脈沖管制冷部分II由同一壓縮機(2)提供壓力波動氣體，兩者擁有共同的排出器/回熱器(7)，氣動腔/氣庫(15)對于分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分I的作用是氣動腔，對于脈沖管制冷部分II的作用是氣庫，脈沖管(12)為細長的薄壁不銹鋼管，其兩端分別是冷端換熱器(層流化元件)(10)和熱端換熱器(層流化元件)(13)，冷腔8通過一連接細管(9)與冷端換熱器(10)相連接，熱端換熱器(13)的氣體通道通過小孔閥(14)與氣動腔/氣庫(15)相連接；通過雙向進氣閥門(11)和連接軟管(4)與熱腔(5)相連接，壓縮機(1)后的冷卻器(2)通過連接軟管(4)與熱腔(5)相連接。
全文摘要
分置式氣體驅(qū)動斯特林－脈沖管耦合制冷機是將分置式氣體驅(qū)動斯特林循環(huán)制冷機與脈沖管制冷機耦合而成,由同一壓縮機提供壓力波動氣體,兩者擁有同一個排出器/回熱器,氣動腔/氣庫對于分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分的作用是氣動腔,而對于脈沖管制冷部分的作用是氣庫。分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分的冷腔通過一細管與脈沖管制冷部分的冷端換熱器相連接,脈沖管制冷部分的熱端換熱器通過雙向進氣閥與分置式氣體驅(qū)動斯特林制冷部分的熱腔相連,熱端換熱器還通過小孔閥與氣動腔/氣庫相連。
文檔編號F25B9/14GK1353287SQ01132330
公開日2002年6月12日 申請日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者張存泉, 吳亦農(nóng), 徐烈 申請人:上海交通大學