[发明专利]一种脉管制冷机

说明书

本发明公开了一种脉管制冷机，包括依次连接的压缩单元、传输管、回热器单元、连接管、脉管单元、惯性管单元和气库，所述惯性管单元包括至少两根相互并联的惯性管；本发明的脉管制冷机，采用并联惯性管进行调相，通过增加支路减小流阻，增大了调相能力，从而提升了制冷机性能；采用并联惯性管进行调相，各支路惯性管可以进行多种组合，增强调相的灵活性，扩大调相的范围。

技术领域

本发明涉及高频脉管低温制冷机领域，特别涉及一种脉管制冷机。

背景技术

随着军事、航天、医学和空间技术的发展，精密的设备和电子器件对于低温冷却技术的可靠性、振动、体积等要求越来越苛刻，这使得冷端无运动部件、结构紧凑和长寿命的脉管制冷机成为低温制冷技术领域的研究热点。传统的低温制冷机(例如斯特林制冷机或G-M制冷机)中，依靠在膨胀气缸中往复运动的排出器为制冷工质提供正确的相位，以实现高效的制冷效应。因此，在脉管制冷机中必须附加有效的调相器来补偿被消除的排出器的功能，才能获得满意的制冷效率。

目前高频脉管制冷机通常采用惯性管1’与气库2’作为调相器，其结构如图1所示。用电模拟方法对惯性管进行分析计算发现惯性管的调相角度主要受工质物性、频率和惯性管1’管径等参数的影响，结构比较简单。而且通过分析和实验表明，惯性管1’可在较大的范围内调节相位，不仅适用于大功率制冷机，也能满足小型制冷系统的需求。另外，对比试验指出，采用惯性管和双向进气阀联合的调相结构可获得最优的制冷性能，是适用于高频脉管制冷机的一种理想调相方式。因此研究惯性管调相很有价值。

由于惯性管内气体的流动阻力表现出阻力特性，工质的惯性表现出感性，内部的空容积表现出容性，因而可以用电路中的电阻、电感和电容的组合来表示。根据电模拟方法，如图2，忽略惯性管容抗，可以得到惯性管入口处调相机构的阻抗为：

式中，Δp＝p_pt-p_r，即脉管热端和气库之间的动态压力差；U_hot为脉管热端气体的体积流量；ω= 2πf，是角频率，其中f为脉管制冷机运转频率；R,L分别为惯性管的流阻和流感；C_r为气库容性。

由于气库容积较大，所以公式可以简化为：

Z＝R+iωL (2)

可以推导出脉管中压力波和质量流之间最大可能相位差为：

其中，μ为工质气体的动力粘度。

但是传统结构惯性管调相范围有限，特别是在深低温区小声功条件下，需要采用低温惯性管加强调相，也由此增加了预冷级负荷；并且这种固定的单管结构调节灵活度低，不能在频率、输入功等运行参数改变的情况下进行配合调相。

发明内容

本发明提供了一种脉管制冷机，通过惯性管的结构改进，提高惯性管的调相能力，从而提升了制冷机性能。

一种脉管制冷机，包括依次连接的压缩单元、传输管、回热器单元、连接管、脉管单元、惯性管单元和气库，所述惯性管单元包括至少两根相互并联的惯性管。

其中，回热器单元包括回热器热端换热器、回热器和回热器冷端换热器；所述连接管为U形；所述脉管单元包括脉管冷端换热器、脉管和脉管热端换热器；所述压缩单元采用线性压缩装置。

惯性管的性能类比电路中的电阻，惯性管并联之后总流阻减小，于是矢量图中的实部阻抗项减小，所以压力波和质量流之间的相角增大，调相能力增强。惯性管的数量可以根据需要进行调整，为了使调相范围更广，适应性更强，作为优选，所述并联惯性管，并联支路可以是两支以上，连接于气库与脉管热端之间。实现多种惯性管组合，适应更多工况条件下的调相要求。