專利名稱：：用于慣性管調(diào)相的聲功放大器及其脈管制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及聲功放大器和采用慣性管調(diào)相的脈管制冷機(jī)，尤其涉及一種用于慣性管調(diào)相的聲功放大器及其脈管制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
：脈管制冷機(jī)無低溫下的運(yùn)動(dòng)部件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、機(jī)械振動(dòng)小、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前低溫制冷機(jī)的研究熱點(diǎn)。相比GM型脈管制冷機(jī)，斯特林型脈管制冷機(jī)由于體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，受到廣泛關(guān)注。由焓流調(diào)相理論可知，質(zhì)量流和壓力波之間的相位差對(duì)脈管制冷機(jī)的制冷性能影響很大，所以選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)相機(jī)構(gòu)對(duì)提高脈管制冷機(jī)性能有著重要意義。目前脈管制冷機(jī)根據(jù)調(diào)相方式主要可分為以下三種小孔型、雙向進(jìn)氣型、慣性管型。與小孔型調(diào)相方式相比，慣性管利用細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)振蕩氣流的慣性作用來調(diào)節(jié)相位差，具有更寬的相位調(diào)節(jié)能力和更好的性能。與雙向進(jìn)氣型調(diào)相方式相比，慣性管型結(jié)構(gòu)中沒有環(huán)路，可消除由于直流現(xiàn)象引起的脈管冷端溫度的波動(dòng)，因此，慣性管調(diào)相方式更適用于斯特林型高頻脈管制冷機(jī)。Radebaugh等人的研究表明在交變流動(dòng)中，當(dāng)回?zé)崞髦胁抠|(zhì)量流和壓力波同相的時(shí)候，脈管制冷機(jī)的制冷效率最高，此時(shí)回?zé)崞鳠岫说馁|(zhì)量流約超前壓力波30°，冷端的質(zhì)量流約落后壓力波30°,這就要求在慣性管入口處質(zhì)量流落后壓力波約60°，這就意味著慣性管要有至少60。的調(diào)相能力。對(duì)于冷端PV功較小的脈管制冷機(jī)來說，慣性管入口質(zhì)量流落后壓力波60。是不現(xiàn)實(shí)的，迫切需要提高脈管熱端的聲功，增強(qiáng)慣性管調(diào)相能力，以滿足調(diào)相角度！對(duì)于理想的回?zé)崞?，其熱端聲功與冷端聲功之比正比于熱端溫度與冷端溫度，利用這一原理，在脈管內(nèi)適當(dāng)位置填入回?zé)岵牧希瑢⒕哂袑⒗涠寺暪Ψ糯蟮淖饔?，也即本發(fā)明的核心內(nèi)容，這使得脈管熱端慣性管可獲得所需要的相位調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于慣性管調(diào)相的聲功放大器及其脈管制冷機(jī)。用于慣性管調(diào)相的聲功放大器是金屬管內(nèi)部填充回?zé)岵牧?，它位于距脈管熱端X處，或在脈管內(nèi)距熱端X處填充長(zhǎng)度為L(zhǎng)的回?zé)岵牧希瑵M足X-LX)。一種帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)包括一級(jí)壓縮機(jī)、一級(jí)回?zé)崞?、一?jí)脈管、一級(jí)聲功放大器、一級(jí)慣性管、一級(jí)氣庫(kù)，一級(jí)壓縮機(jī)與一級(jí)回?zé)崞鳠岫讼噙B，一級(jí)回?zé)崞骼涠伺c一級(jí)脈管冷端相連，一級(jí)脈管熱端經(jīng)一級(jí)慣性管與一級(jí)氣庫(kù)相連，一級(jí)聲功放大器位于距一級(jí)脈管內(nèi)距熱端x處，其中一級(jí)聲功放大器距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。一種帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)包括一級(jí)壓縮機(jī)、一級(jí)回?zé)崞?、一?jí)脈管、一級(jí)聲功放大器、一級(jí)慣性管、一級(jí)氣庫(kù)，二級(jí)壓縮機(jī)、二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段、二級(jí)回?zé)崞鞫?、二?jí)脈管、二級(jí)聲功放大器、二級(jí)慣性管、二級(jí)氣庫(kù)，熱橋，一級(jí)壓縮機(jī)與一級(jí)回?zé)崞鳠岫讼噙B，一級(jí)回?zé)崞骼涠伺c一級(jí)脈管冷端相連，一級(jí)脈管熱端經(jīng)一級(jí)慣性管與一級(jí)氣庫(kù)相連，一級(jí)聲功放大器位于距一級(jí)脈管內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。二級(jí)壓縮機(jī)與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段熱端相連，二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段冷端與二級(jí)回?zé)崞鞫螣岫讼噙B，二級(jí)回?zé)崞鞫卫涠伺c二級(jí)脈管冷端相連，二級(jí)脈管熱端經(jīng)二級(jí)慣性管與二級(jí)氣庫(kù)相連，二級(jí)聲功放大器位于距二級(jí)脈管內(nèi)距熱端X處，其中二級(jí)聲功放大器距脈管熱端的距離為X，二級(jí)聲功放大器的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段冷端通過熱橋與一級(jí)冷端相連。一種帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)包括一級(jí)脈管、一級(jí)聲功放大器、一級(jí)慣性管、一級(jí)氣庫(kù)，二級(jí)壓縮機(jī)、二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段、二級(jí)回?zé)崞鞫巍⒍?jí)脈管、二級(jí)聲功放大器、二級(jí)慣性管、二級(jí)氣庫(kù)，熱橋，一級(jí)脈管冷端與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段熱端相通，一級(jí)脈管熱端經(jīng)一級(jí)慣性管與一級(jí)氣庫(kù)相連，一級(jí)聲功放大器位于距一級(jí)脈管內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。二級(jí)壓縮機(jī)與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段熱端相連，二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段冷端與二級(jí)回?zé)崞鞫螣岫讼噙B，二級(jí)回?zé)崞鞫卫涠伺c二級(jí)脈管冷端相連，二級(jí)脈管熱端經(jīng)二級(jí)慣性管與二級(jí)氣庫(kù)相連，二級(jí)聲功放大器位于距二級(jí)脈管內(nèi)距熱端X處，其中二級(jí)聲功放大器距脈管熱端的距離為X，二級(jí)聲功放大器A1的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。本發(fā)明通過在脈管內(nèi)增加聲功放大器，增大脈管熱端的聲功，從而增大慣性管的調(diào)相角度，提高制冷機(jī)的性能。對(duì)于理想的回?zé)崞?，其熱端聲功與冷端聲功之比正比于熱端溫度與冷端溫度，利用這一原理，在脈管內(nèi)適當(dāng)位置增加聲功放大器，將具有將冷端聲功放大的作用，也即本發(fā)明的核心內(nèi)容，這使得脈管熱端慣性管可獲得所需要的相位調(diào)節(jié)。圖1是帶有聲功放大器的單級(jí)脈管制冷機(jī)示意圖，聲功放大器位于脈管適5當(dāng)位置；圖2(a)是帶有聲功放大器的兩級(jí)熱耦合型脈管制冷機(jī)示意圖，一級(jí)和二級(jí)均采用聲功放大器；圖2(b)是帶有聲功放大器的兩級(jí)熱耦合型脈管制冷機(jī)示意圖，僅二級(jí)采用聲功放大器；圖3(a)是帶有聲功放大器的兩級(jí)氣耦合型脈管制冷機(jī)示意圖，一級(jí)和二級(jí)均采用聲功放大器；圖3(b)是帶有聲功放大器的兩級(jí)氣耦合型脈管制冷機(jī)示意圖，僅二級(jí)采用聲功放大器；圖中C1:第一級(jí)線性壓縮機(jī)RG1:第一級(jí)回?zé)崞鱌T1:第一級(jí)脈管Rl:第一級(jí)氣庫(kù)II:第一級(jí)慣性管(室溫)C2:第二級(jí)線性壓縮機(jī)RG21:第二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG22:第二級(jí)回?zé)崞鞴ぷ鞫蜳T2:第二級(jí)脈管R2:第二級(jí)氣庫(kù)(室溫)12:第二級(jí)慣性管(室溫)TB:熱橋具體實(shí)施例方式用于慣性管調(diào)相的聲功放大器是金屬管內(nèi)部填充回?zé)岵牧希挥诰嗝}管熱端X處，或在脈管內(nèi)距熱端X處填充長(zhǎng)度為L(zhǎng)的回?zé)岵牧希琗-L>0。如圖1所示，帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)包括一級(jí)壓縮機(jī)C1、一級(jí)回?zé)崞鱎G1、一級(jí)脈管PT1、一級(jí)聲功放大器A1、一級(jí)慣性管Il、一級(jí)氣庫(kù)Rl，一級(jí)壓縮機(jī)CI與一級(jí)回?zé)崞鱎G1熱端相連，一級(jí)回?zé)崞鱎G1冷端與一級(jí)脈管PT1冷端相連，一級(jí)脈管PT1熱端經(jīng)一級(jí)慣性管II與一級(jí)氣庫(kù)Rl相連，一級(jí)聲功放大器Al位于距一級(jí)脈管PT1內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器Al距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器A1的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。如圖2所示，帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)包括一級(jí)壓縮機(jī)C1、一級(jí)回?zé)崞鱎G1、一級(jí)脈管PT1、一級(jí)聲功放大器A1、一級(jí)慣性管Il、一級(jí)氣庫(kù)Rl，二級(jí)壓縮機(jī)C2、二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21、二級(jí)回?zé)崞鞫蜶G22、二級(jí)脈管PT1、二級(jí)聲功放大器A2、二級(jí)慣性管12、二級(jí)氣庫(kù)R2，熱橋TB，一級(jí)壓縮機(jī)Cl與一級(jí)回?zé)崞鱎G1熱端相連，一級(jí)回?zé)崞鱎G1冷端與一級(jí)脈管PT1冷端相連，一級(jí)脈管PT1熱端經(jīng)一級(jí)慣性管II與一級(jí)氣庫(kù)Rl相連，一級(jí)聲功放大器Al位于距一級(jí)脈管PT1內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器Al距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器Al的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。二級(jí)壓縮機(jī)C2與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21熱端相連，二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21冷端與二級(jí)回?zé)崞鞫蜶G22熱端相連，二級(jí)回?zé)崞鞫蜶G22冷端與二級(jí)脈管PT2冷端相連，二級(jí)脈管PT2熱端經(jīng)二級(jí)慣性管12與二級(jí)氣庫(kù)R2相連，二級(jí)聲功放大器A2位于距二級(jí)脈管PT2內(nèi)距熱端X處，其中二級(jí)聲功放大器A2距脈管熱端的距離為X，二級(jí)聲功放大器Al的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21冷端通過熱橋TB與一級(jí)冷端相連。如圖3所示，帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)包括一級(jí)脈管PT1、一級(jí)聲功放大器Al、一級(jí)慣性管II、一級(jí)氣庫(kù)Rl，二級(jí)壓縮機(jī)C2、二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21、二級(jí)回?zé)崞鞫蜶G22、二級(jí)脈管PT1、二級(jí)聲功放大器A2、二級(jí)慣性管12、二級(jí)氣庫(kù)R2，熱橋TB，一級(jí)脈管PT1冷端與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21熱端相通，一級(jí)脈管PT1熱端經(jīng)一級(jí)慣性管II與一級(jí)氣庫(kù)Rl相連，一級(jí)聲功放大器Al位于距一級(jí)脈管PT1內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器Al距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器Al的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。二級(jí)壓縮機(jī)C2與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21熱端相連，二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段RG21冷端與二級(jí)回?zé)崞鞫蜶G22熱端相連，二級(jí)回?zé)崞鞫蜶G22冷端與二級(jí)脈管PT2冷端相連，二級(jí)脈管PT2熱端經(jīng)二級(jí)慣性管12與二級(jí)氣庫(kù)R2相連，二級(jí)聲功放大器A2位于距二級(jí)脈管PT2內(nèi)距熱端X處，其中二級(jí)聲功放大器A2距脈管熱端的距離為X，二級(jí)聲功放大器A1的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。綜上所述，本發(fā)明包含兩大部分，第一部分是聲功放大器，其特征是內(nèi)部填充回?zé)岵牧系慕饘俟埽梢晕挥诿}管內(nèi)距熱端X處，或在脈管內(nèi)部?jī)?nèi)距熱端X處填充長(zhǎng)度為L(zhǎng)的回?zé)岵牧蠘?gòu)成聲功放大器，滿足X-L>0。第二部分是聲功放大器可同時(shí)或分別用于單級(jí)和多級(jí)熱耦合及氣耦合脈管制冷機(jī)系統(tǒng)，聲功放大器的長(zhǎng)度L可根據(jù)具體要求自由選擇。下面通過計(jì)算比較來說明帶聲功放大器的慣性管調(diào)相方式的優(yōu)勢(shì)取三臺(tái)35K兩級(jí)高頻脈管脈管制冷機(jī)，其中一臺(tái)用常溫慣性管調(diào)相，一臺(tái)用低溫慣性管調(diào)相，另一臺(tái)用帶聲功放大器的常溫慣性管調(diào)相，其中聲功放大器置于脈管中部l/3處。假設(shè)其頻率均為40HZ，充氣壓力1.25MP，熱端絕熱溫度300K，氣庫(kù)無限大，冷端壓比1.15。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由以上計(jì)算比較得知，增加聲功放大器不僅可以大大增加脈管熱端的聲功，而且會(huì)降低壓比，均有利于系統(tǒng)調(diào)相，同時(shí)避免了采用低溫慣性管的復(fù)雜性。權(quán)利要求1.一種用于慣性管調(diào)相的聲功放大器，其特征在于，金屬管內(nèi)部填充回?zé)岵牧?，它位于距脈管熱端X處，或在脈管內(nèi)距熱端X處填充長(zhǎng)度為L(zhǎng)的回?zé)岵牧希瑵M足X-L＞0。2.—種帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)，其特征在于包括一級(jí)壓縮機(jī)(Cl)、一級(jí)回?zé)崞?RG1)、一級(jí)脈管(PT1)、一級(jí)聲功放大器(Al)、一級(jí)慣性管(II)、一級(jí)氣庫(kù)(Rl)，一級(jí)壓縮機(jī)(Cl)與一級(jí)回?zé)崞?RG1)熱端相連，一級(jí)回?zé)崞?RG1)冷端與一級(jí)脈管(PT1)冷端相連，一級(jí)脈管(PT1)熱端經(jīng)一級(jí)慣性管(II)與一級(jí)氣庫(kù)(Rl)相連，一級(jí)聲功放大器(Al)位于距一級(jí)脈管(PT1)內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器(Al)距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器Al的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。3.—種帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)，其特征在于包括一級(jí)壓縮機(jī)(Cl)、一級(jí)回?zé)崞?RG1)、一級(jí)脈管(PT1)、一級(jí)聲功放大器(A1)、一級(jí)慣性管(Il)、一級(jí)氣庫(kù)(Rl)，二級(jí)壓縮機(jī)(C2)、二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)、二級(jí)回?zé)崞鞫?RG22)、二級(jí)脈管(PT1)、二級(jí)聲功放大器(A2)、二級(jí)慣性管(12)、二級(jí)氣庫(kù)(R2)，熱橋(TB)，一級(jí)壓縮機(jī)(Cl)與一級(jí)回?zé)崞?RG1)熱端相連，一級(jí)回?zé)崞?RG1)冷端與一級(jí)脈管(PT1)冷端相連，一級(jí)脈管(PT1)熱端經(jīng)一級(jí)慣性管(II)與一級(jí)氣庫(kù)(Rl)相連，一級(jí)聲功放大器(Al)位于距一級(jí)脈管(PT1)內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器(Al)距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器(Al)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。二級(jí)壓縮機(jī)(C2)與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)熱端相連，二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)冷端與二級(jí)回?zé)崞鞫?RG22)熱端相連，二級(jí)回?zé)崞鞫?RG22)冷端與二級(jí)脈管(PT2)冷端相連，二級(jí)脈管(PT2)熱端經(jīng)二級(jí)慣性管(12)與二級(jí)氣庫(kù)(R2)相連，二級(jí)聲功放大器(A2)位于距二級(jí)脈管(PT2)內(nèi)距熱端X處，其中二級(jí)聲功放大器(A2)距脈管熱端的距離為X，二級(jí)聲功放大器(Al)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0，二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)冷端通過熱橋TB與一級(jí)冷端相連。4.一種帶有聲功放大器的脈管制冷機(jī)，其特征在于包括一級(jí)脈管(PT1)、一級(jí)聲功放大器(Al)、一級(jí)慣性管(11)、一級(jí)氣庫(kù)(Rl)，二級(jí)壓縮機(jī)(C2)、二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)、二級(jí)回?zé)崞鞫?RG22)、二級(jí)脈管(PT1)、二級(jí)聲功放大器(A2)、二級(jí)慣性管(12)、二級(jí)氣庫(kù)(R2)，熱橋(TB)，一級(jí)脈管(PT1)冷端與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)熱端相通，一級(jí)脈管(PT1)熱端經(jīng)一級(jí)慣性管(II)與一級(jí)氣庫(kù)(Rl)相連，一級(jí)聲功放大器(Al)位于距一級(jí)脈管(PT1)內(nèi)距熱端X處，其中一級(jí)聲功放大器(Al)距脈管熱端的距離為X，一級(jí)聲功放大器(Al)的長(zhǎng)度為L(zhǎng),X-L>0。二級(jí)壓縮機(jī)(C2)與二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)熱端相連，二級(jí)回?zé)崞黝A(yù)冷段(RG21)冷端與二級(jí)回?zé)崞鞫?RG22)熱端相連，二級(jí)回?zé)崞鞫?RG22)冷端與二級(jí)脈管(PT2)冷端相連，二級(jí)脈管(PT2)熱端經(jīng)二級(jí)慣性管(12)與二級(jí)氣庫(kù)(R2)相連，二級(jí)聲功放大器(A2)位于距二級(jí)脈管(PT2)內(nèi)距熱端X處，其中二級(jí)聲功放大器(A2)距脈管熱端的距離為X，二級(jí)聲功放大器A1的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，X-L>0。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于慣性管調(diào)相的聲功放大器及其脈管制冷機(jī)。聲功放大器是內(nèi)部填充回?zé)岵牧系慕饘俟?，回?zé)岵牧峡梢允遣讳P鋼絲網(wǎng)，鉛丸、鉛絲絨等所有可用于低溫的蓄冷材料。聲功放大器位于距脈管熱端X處，或在脈管內(nèi)距熱端X處填充長(zhǎng)度為L(zhǎng)的回?zé)岵牧蠘?gòu)成聲功放大器，滿足X-L＞0。本發(fā)明不僅可用于單級(jí)脈管制冷機(jī)，且同時(shí)可用于多級(jí)熱耦合或氣耦合型脈管制冷機(jī)系統(tǒng)。聲功放大器可增大脈管熱端聲功，減小壓比，均有利于慣性管的相位調(diào)節(jié)，從而提高脈管制冷機(jī)的性能，同時(shí)避免了采用低溫慣性管的復(fù)雜性。文檔編號(hào)F25B9/14GK101603743SQ20091010028公開日2009年12月16日申請(qǐng)日期2009年6月29日優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日發(fā)明者甘智華,范炳燕,邱利民,杰陳申請(qǐng)人:浙江大學(xué)