專利名稱：具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制裝置。
背景技術(shù)：
脈管制冷機由于去除了低溫運動部件——排出器，從而避免了低溫下的滑動密封、機械磨損等問題，可望真正成為低成本、低振動、運行穩(wěn)定可靠的長壽命低溫制冷機。特別是隨著小孔和氣庫、雙向進氣等調(diào)相結(jié)構(gòu)的提出和成功運用，脈管制冷機制冷溫度不斷降低，制冷量和制冷效率也大幅提高，已經(jīng)接近甚至在某些工況下超過傳統(tǒng)的回?zé)崾降蜏刂评錂C(如G-M制冷機、Stirling制冷機等)，已在超導(dǎo)器件和紅外設(shè)備的冷卻，以及低溫流體的液化等方面得以實際應(yīng)用。然而，雙向進氣調(diào)相結(jié)構(gòu)通過管路連通回?zé)崞鬟M氣口和脈管熱端，形成第二進氣，在旁通了部分流經(jīng)回?zé)崞鞯墓べ|(zhì)流量而提高回?zé)崞餍?，增強制冷機內(nèi)部壓力波與速度波相位關(guān)系的調(diào)節(jié)能力，以及強化脈管內(nèi)壓力波振幅的同時，也形成了由回?zé)崞?、脈管和第二進氣構(gòu)成的閉合回路，制冷機運行時，回路中可能出現(xiàn)從回?zé)崞鹘?jīng)冷頭流向脈管或相反方向的附加凈質(zhì)量流，也稱Gedeon直流。Gedeon直流的存在，不僅影響制冷溫度，損耗部分制冷量，而且造成制冷機運行狀態(tài)不穩(wěn)定，阻礙了脈管制冷機的實用化進程。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷裝置。
它包括依次相連接的壓縮機、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器、回?zé)崞鳌⒗漕^、脈管、脈管熱端換熱器、小孔閥、氣庫，在脈管的熱端設(shè)有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)，在回?zé)崞鬟M氣口與脈管的熱端之間設(shè)有毛細管。
所述的波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)為一段一端封閉的波紋管，位于脈管內(nèi)，與脈管呈同軸布置，其開口端緊靠脈管熱端換熱器，并與脈管內(nèi)壁焊接，波紋管內(nèi)腔與脈管熱端換熱器連通。
本實用新型采用波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)，既保證了第二進氣通過分流減小回?zé)崞鲹p失的優(yōu)點，以及對脈管內(nèi)工質(zhì)交變流動壓力波與速度波相位關(guān)系的調(diào)節(jié)能力和對脈管內(nèi)壓力振幅的強化作用，同時又隔斷了循環(huán)于回?zé)崞?、脈管和第二進氣回路的直流流動，進而消除直流對制冷溫度和制冷量的消極影響，解決了傳統(tǒng)雙向進氣型脈管制冷機中由于直流導(dǎo)致的運行穩(wěn)定性問題。
此外，本實用新型采用毛細管代替針閥作為第二進氣結(jié)構(gòu)，避免了由于針閥開度調(diào)節(jié)給用戶使用帶來的不便。


附圖是具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如附圖所示，具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷機包括依次相連接的壓縮機1、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器2、回?zé)崞?、冷頭4、脈管5、脈管熱端換熱器6、小孔閥7、氣庫8，在脈管5的熱端設(shè)有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)9，在回?zé)崞?進氣口與脈管5的熱端之間設(shè)有毛細管10。
所述的波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)9為一段一端封閉的波紋管，位于脈管內(nèi)，與脈管呈同軸布置，其開口端緊靠脈管熱端換熱器，并與脈管內(nèi)壁焊接，波紋管內(nèi)腔與脈管熱端換熱器連通。
具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷機運行時，以壓縮機產(chǎn)生的壓力波作為驅(qū)動源，在往復(fù)的充放氣過程中實現(xiàn)制冷效應(yīng)。具體來講，在充氣過程中，來自壓縮機的高壓氣體在回?zé)崞鬟M氣口分流，一部分流經(jīng)回?zé)崞鳠岫藫Q熱器、回?zé)崞鬟M行預(yù)冷后，通過冷頭進入脈管冷端，另一部分經(jīng)毛細管第二進氣和脈管熱端換熱器進入波紋管內(nèi)腔(其中部分工質(zhì)經(jīng)小孔閥流入氣庫)，推移波紋管封閉端向脈管冷端方向移動，脈管內(nèi)工質(zhì)被壓縮，脈管熱端換熱器將壓縮熱帶出系統(tǒng)。在放氣過程中，回?zé)崞鬟M氣口處于低壓，脈管中工質(zhì)膨脹降溫，脈管冷端的部分工質(zhì)，將冷量傳遞給冷頭后，從回?zé)崞骼涠肆飨驘岫?，冷卻回?zé)崞髦械奶盍?，為下一充氣過程儲備冷量，最后返回到壓縮機；而脈管內(nèi)波紋管封閉端向脈管熱端方向移動，推動波紋管內(nèi)的工質(zhì)經(jīng)脈管熱端換熱器和毛細管第二進氣回到壓縮機(此時，氣庫中的部分工質(zhì)也經(jīng)毛細管第二進氣返回到壓縮機)。如此周而復(fù)始，冷端溫度逐漸下降，直到達到平衡狀態(tài)。
由于第二進氣旁通了部分流經(jīng)回?zé)崞鞯墓べ|(zhì)，減小了回?zé)崞髁鲃訐p失，提高了回?zé)崞餍省２⑶?，根?jù)焓流調(diào)相理論，脈管制冷機的理論制冷量等于流經(jīng)脈管的焓流，而當(dāng)脈管中壓力波與速度波同相時，脈管內(nèi)的焓流最大。在小孔和氣庫調(diào)相結(jié)構(gòu)運行模式下，脈管內(nèi)的壓力波總是滯后于質(zhì)量波，而通過第二進氣向脈管熱端引入的質(zhì)量流，能夠促使在脈管的冷端實現(xiàn)壓力波與速度波同相，甚至于壓力波超前于速度波，從而提供高效脈管制冷過程所需的壓力波與速度波相位關(guān)系。同時，通過第二進氣向脈管熱端引入的質(zhì)量流還可強化脈管內(nèi)工質(zhì)的壓縮膨脹過程，提高其制冷性能。在本實用新型中，一段一端封閉的波紋管被安裝在脈管熱端，波紋管的封閉端在其兩側(cè)壓力差作用下而往復(fù)移動，實現(xiàn)壓力波和速度波的傳遞，同時將脈管內(nèi)空間分隔為兩個部分，阻斷沿回?zé)崞?、脈管和第二進氣管構(gòu)成回路的Gedeon直流，可實現(xiàn)脈管制冷機長期高效、穩(wěn)定運行。必須注意的是，波紋管的尺寸是保證制冷機能夠正常運行的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)計中，需根據(jù)通過第二進氣進入脈管熱端的充放氣量確定波紋管封閉端的掃氣容積，在確保波紋管往復(fù)伸縮過程不與脈管內(nèi)壁發(fā)生摩擦前提下，盡量采用較大直徑的波紋管，以便縮短波紋管的長度和減小其封閉端的行程，同時確保波紋管工作在室溫附近溫區(qū)。這樣既可保證制冷機正常工作，又有利于延長波紋管的壽命。
在本實用新型中，通過實驗優(yōu)化作為第二進氣的毛細管的流阻特性，確定其長度和直徑，用戶無需再對第二進氣做任何調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求1.一種具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷裝置，它包括依次相連接的壓縮機(1)、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器(2)、回?zé)崞?3)、冷頭(4)、脈管(5)、脈管熱端換熱器(6)、小孔閥(7)、氣庫(8)，其特征在于，在脈管(5)的熱端設(shè)有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)(9)，在回?zé)崞?3)進氣口與脈管(5)的熱端之間設(shè)有毛細管(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷裝置，其特征在于，所述的波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)(9)為一段一端封閉的波紋管，位于脈管內(nèi)，與脈管呈同軸布置，其開口端緊靠脈管熱端換熱器，并與脈管內(nèi)壁焊接，波紋管內(nèi)腔與脈管熱端換熱器連通。
專利摘要本實用新型公開了一種具有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)的雙向進氣型脈管制冷裝置。它包括依次相連接的壓縮機、回?zé)崞鳠岫藫Q熱器、回?zé)崞?、冷頭、脈管、脈管熱端換熱器、小孔閥、氣庫，在脈管的熱端設(shè)有波紋管直流阻斷結(jié)構(gòu)，在回?zé)崞鬟M氣口與脈管的熱端之間設(shè)有毛細管。本實用新型既保持了原第二進氣通過分流部分流經(jīng)回?zé)崞鞯墓べ|(zhì)流量而減小回?zé)崞鲹p失，提高制冷機內(nèi)工質(zhì)交變流動壓力波與速度波相位關(guān)系的調(diào)節(jié)能力，強化脈管內(nèi)壓力振幅等優(yōu)點，同時又阻斷了沿回?zé)崞鳌⒚}管和第二進氣回路的直流流動，消除了直流對制冷溫度和制冷量的影響，解決了傳統(tǒng)雙向進氣型脈管制冷機中由于直流導(dǎo)致的運行穩(wěn)定性問題。
文檔編號F25B9/14GK2859382SQ20052001539
公開日2007年1月17日 申請日期2005年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月9日
發(fā)明者陳國邦, 湯珂, 金滔, 顏鵬達 申請人:浙江大學(xué)