一種串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制冷領(lǐng)域，尤其涉及一種串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]回?zé)崾街评錂C(jī)在航空、航天、軍事、弱電超導(dǎo)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。脈管制冷機(jī)是回?zé)崾街评錂C(jī)的一種典型結(jié)構(gòu)，脈管制冷機(jī)主要由連通的直線壓縮機(jī)和熱聲轉(zhuǎn)換部件組成。熱聲轉(zhuǎn)換部件主要包括主散熱器、回?zé)崞?、低溫?fù)Q熱器、熱緩沖管、次散熱器和調(diào)相部件，其中調(diào)相部件可以是小孔氣庫結(jié)構(gòu)，也可以是慣性管結(jié)構(gòu)。直線壓縮機(jī)利用交流電在線圈內(nèi)感應(yīng)出交變磁場，推動(dòng)其中的活塞做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓力波，將電能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機(jī)械能。聲波進(jìn)入熱聲轉(zhuǎn)換部件后，使工作氣體在低溫?fù)Q熱器內(nèi)膨脹吸熱，氣體吸收熱量后經(jīng)過回?zé)崞髦林魃崞鞑闹魃崞魃⑷氲江h(huán)境當(dāng)中，產(chǎn)生制冷效果。
[0003]隨著對脈管制冷機(jī)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)這種制冷機(jī)的調(diào)相部件需要消耗一定的聲功才能使制冷機(jī)獲得理想的聲場(即在回?zé)崞髦胁揩@得行波相位)，理論上調(diào)相部件消耗的聲功與制冷量相等。以制冷溫度為80K、環(huán)境溫度為300K為例，當(dāng)輸入聲功為1000W時(shí)，如果制冷機(jī)相對為卡諾效率為30%，那么調(diào)相部件消耗的聲功為109W。如果制冷機(jī)的制冷溫度提高到150K，調(diào)相部件消耗的聲功則為300W。如果制冷溫度提高到200K，則消耗聲功為600W?？梢?，隨著制冷溫度的升高，調(diào)相部件消耗的聲功越來越多，因此與別的制冷機(jī)相比較，效率的劣勢越來越明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高效的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)，包括直線壓縮機(jī)和熱聲轉(zhuǎn)換部件，在直線壓縮機(jī)和熱聲轉(zhuǎn)換部件之間設(shè)置有制冷組件和諧振子，從直線壓縮機(jī)至少經(jīng)制冷組件至熱聲轉(zhuǎn)換部件形成聲波傳播通道，制冷組件和諧振子用于使聲波在制冷組件中產(chǎn)生制冷效應(yīng)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，諧振子串聯(lián)在制冷組件的下游側(cè)，從直線壓縮機(jī)經(jīng)制冷組件和諧振子至熱聲轉(zhuǎn)換部件形成聲波傳播通道。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，諧振子以旁通的方式連接在制冷組件的下游側(cè)，從直線壓縮機(jī)經(jīng)制冷組件至熱聲轉(zhuǎn)換部件形成聲波傳播通道。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，制冷組件包括:沿從直線壓縮機(jī)指向熱聲轉(zhuǎn)換部件的方向依次以串聯(lián)方式連通的主散熱器、回?zé)崞?、低溫?fù)Q熱器、熱緩沖管和層流化元件;其中，主散熱器與直線壓縮機(jī)的氣缸連通，層流化元件與諧振子連通，諧振子用于保證回?zé)崞髦胁揩@得行波聲場。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，制冷組件包括:沿從直線壓縮機(jī)指向熱聲轉(zhuǎn)換部件的方向依次以串聯(lián)方式連通的主散熱器、回?zé)崞骱偷蜏負(fù)Q熱器;諧振子包括沿遠(yuǎn)離所述制冷組件的方向依次連接的絕熱段、活塞和彈簧;其中，主散熱器與直線壓縮機(jī)的氣缸連通，諧振子用于保證回?zé)崞髦胁揩@得行波聲場。。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，絕熱段的第一端與活塞連接且第一端的直徑與活塞的直徑相等，絕熱段的與第一端相反的第二端間隔于低溫?fù)Q熱器，并且第二端的直徑小于活塞的直徑。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，諧振子包括活塞和彈簧。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，以一個(gè)制冷組件和與其連通的一個(gè)諧振子為一組制冷組件和諧振子，在直線壓縮機(jī)和熱聲轉(zhuǎn)換部件之間設(shè)置兩組以上的制冷組件和諧振子。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在直線壓縮機(jī)和熱聲轉(zhuǎn)換部件之間設(shè)置兩組或三組的制冷組件和諧振子。
[0016](三)有益效果
[0017]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]本發(fā)明的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)，在直線壓縮機(jī)和熱聲轉(zhuǎn)換部件之間設(shè)置制冷組件和諧振子，二者用于使聲波在制冷組件產(chǎn)生制冷效應(yīng)。直線壓縮機(jī)通過活塞產(chǎn)生的聲波先在制冷組件中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，消耗一部分聲功，剩余的聲功進(jìn)入熱聲轉(zhuǎn)換部件，在熱聲轉(zhuǎn)換部件中部分聲功被消耗進(jìn)一步產(chǎn)生制冷效應(yīng)，剩余部分在調(diào)相部件內(nèi)被耗散。在該制冷機(jī)中，調(diào)相部件的作用仍然是保證熱聲轉(zhuǎn)換部件中的回?zé)崞髦胁磕軌颢@得行波聲場，而諧振子的作用則是保證能夠在制冷組件內(nèi)產(chǎn)生足以使聲波在制冷組件中產(chǎn)生制冷效應(yīng)的行波聲場。因聲波在制冷組件中產(chǎn)生了制冷效應(yīng)，制冷量提高，進(jìn)而效率也得到了提高。
【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖1中:
[0025]11:直線壓縮機(jī);111:活塞；12:熱聲轉(zhuǎn)換部件;121:主散熱器；122:回?zé)崞鳎?23:低溫?fù)Q熱器;124:熱緩沖管；125:次散熱器;126:調(diào)相部件；
[0026]圖2-4 中:
[0027]21:直線壓縮機(jī);211:活塞;22:熱聲轉(zhuǎn)換部件;221:主散熱器;222:回?zé)崞?223:低溫?fù)Q熱器;224:熱緩沖管;225:次散熱器;226:調(diào)相部件;23:制冷組件;231:主散熱器;232:回?zé)崞鳎?33:低溫?fù)Q熱器；234:熱緩沖管；235:層流化元件；24:諧振子；241:活塞；242:彈簧;243:絕熱段。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]參照圖1，在現(xiàn)有技術(shù)中，以回?zé)崾街评錂C(jī)的典型結(jié)構(gòu)一一脈管制冷機(jī)為例。脈管制冷機(jī)主要由連通的直線壓縮11和熱聲轉(zhuǎn)換部件12組成。熱聲轉(zhuǎn)換部件12主要包括主散熱器121、回?zé)崞?22、低溫?fù)Q熱器123、熱緩沖管124、次散熱器125和調(diào)相部件126，其中調(diào)相部件126為小孔氣庫結(jié)構(gòu)。直線壓縮機(jī)11利用交流電在線圈內(nèi)感應(yīng)出交變磁場，推動(dòng)其中的活塞111做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生壓力波，將電能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機(jī)械能。聲波進(jìn)入熱聲轉(zhuǎn)換部件12后，使工作氣體在低溫?fù)Q熱器123內(nèi)膨脹吸熱，攜帶熱量的工作氣體經(jīng)過回?zé)崞?22至主散熱器121并從主散熱器121將熱量散入到環(huán)境當(dāng)中，產(chǎn)生制冷效果。
[0030]與傳統(tǒng)曲軸結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)相比，直線壓縮機(jī)11因?yàn)椴捎冒寤苫蛘邭怏w軸承支撐技術(shù)，活塞111和氣缸之間沒有任何摩擦，所以不但電聲轉(zhuǎn)換效率非常高，而且使用壽命也大為延長;熱聲轉(zhuǎn)換部件12完全由換熱器和管件組成，沒有任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，并且制冷效率較高，因此二者的組合構(gòu)成了一種高效、結(jié)構(gòu)緊湊、長壽命的低溫制冷機(jī)。
[0031]然而，隨著對脈管制冷機(jī)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)這種制冷機(jī)的調(diào)相部件126需要消耗一定的聲功才能使制冷機(jī)獲得理想的聲場(即在回?zé)崞髦胁揩@得行波相位)，理論上調(diào)相部件126消耗的聲功與制冷量相等。以制冷溫度為80K、環(huán)境溫度為300K為例，當(dāng)輸入聲功為1000W時(shí)，如果制冷機(jī)相對為卡諾效率為30%，那么調(diào)相部件126消耗的聲功為109W。如果制冷機(jī)的制冷溫度提高到150K，調(diào)相部件126消耗的聲功則為300W。如果制冷溫度提高到200K，則消耗聲功為600W。可見，隨著制冷溫度的升高，調(diào)相部件126消耗的聲功越來越多，因此與別的制冷機(jī)相比較，效率的劣勢越來越明顯。
[0032]由此，本發(fā)明提供一種高效的串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)。
[0033]實(shí)施例一
[0034]參照圖2，在本實(shí)施例中，串級(jí)回?zé)崾街评錂C(jī)除包括直線壓縮機(jī)21和熱聲轉(zhuǎn)換部件22之外，在直線壓縮機(jī)21和熱聲轉(zhuǎn)換部件22之間還設(shè)置有制冷組件23和諧振子24，從直線壓縮機(jī)21至少經(jīng)制冷組件23至熱聲轉(zhuǎn)換部件22形成聲波傳播通道，制冷組件23和諧振子24用于使聲波在制冷組件23中產(chǎn)生制冷效應(yīng)。其中，熱聲轉(zhuǎn)換部件22主要包括主散熱器221、回?zé)崞?22、低溫?fù)Q熱器223、熱緩沖管224、次散熱器225和調(diào)相部件226，其中調(diào)相部件226為小孔氣庫結(jié)構(gòu)。
[0035]由此，直線壓縮機(jī)21通過活塞211產(chǎn)生的聲波先在制冷組件23中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，消耗一部分聲功，剩余的聲功進(jìn)入熱聲轉(zhuǎn)換部件22，在熱聲轉(zhuǎn)換部件22中部分聲功被消耗并進(jìn)一步產(chǎn)生制冷效應(yīng)，剩余的聲功在調(diào)相部件226內(nèi)被耗散。在該制冷機(jī)中，調(diào)相部件226的作用仍然是保證熱聲轉(zhuǎn)換部件22的回?zé)崞?22中部能夠獲得行波聲場，而諧振子24的作用則是保證能夠在制冷組件23內(nèi)產(chǎn)生足以使聲波在制冷組件23中產(chǎn)生制冷效應(yīng)的行波聲場。因聲波在制冷組件23中產(chǎn)生了制冷效應(yīng)，制冷量提高，進(jìn)而效率也得到了提高。需要指出的是，諧振子24非常重要，如果沒有諧振子24，將制冷組件23與熱聲轉(zhuǎn)換部件22直接連接，二者的制冷性能都會(huì)非常差。
[0036]具體而言，在本實(shí)施例中，直線壓縮機(jī)21和熱聲轉(zhuǎn)換部件22的結(jié)構(gòu)與圖1中示出的相應(yīng)部件相同。假設(shè)活塞211的輸出聲功是1000W，制冷組件23和熱聲轉(zhuǎn)換部件22的相對卡諾效率均為30%，二者的制冷溫度均為150K，則制冷組件23的制冷量為300W，從制冷組件23流出并經(jīng)過諧振子24進(jìn)入熱聲轉(zhuǎn)換部件22的聲功為300W，在熱聲轉(zhuǎn)換部件22中的制冷量為90W，被調(diào)相部件226消耗的聲功為90W?？梢钥闯?，與圖1中示出的制冷機(jī)相比，同樣是從活塞211輸出1000W的聲功，但是總的制冷量增加了90W，因此制冷機(jī)的制冷效率得以提高。如果制冷溫度提高到200K，則制冷組件23的制冷量為600W，熱聲轉(zhuǎn)換部件22的制冷量為360W，效率的提升效果更為明顯。
[0037]進(jìn)一步，參照圖2，諧振子24串聯(lián)在制冷組件23的下游側(cè)，其中，沿聲波的傳播方向定義“上游”與“下游”，即從制冷組件23出來的聲波進(jìn)入諧振子24。由此，在本實(shí)施例中，直線壓縮機(jī)21、制冷組件23、諧振子24和熱聲轉(zhuǎn)換部件22依次以串聯(lián)方式連通，從直線壓縮機(jī)21經(jīng)制冷組件23和諧振子24至熱聲轉(zhuǎn)換部件22形成聲波傳播通道。其中，本文中“以串聯(lián)方式連通”，意為聲波依次穿過前后兩個(gè)器件且前后兩個(gè)器件可以存在連接的物理關(guān)系