[发明专利]一种装有可调波纹管式惯性管的脉管制冷机

说明书

本发明公开了一种装有可调波纹管式惯性管的脉管制冷机，包括依次连通的压缩机、级后冷却器、回热器、脉管冷端换热器、脉管、脉管热端换热器和调相机构，调相机构包括与脉管热端换热器连通的波纹管式惯性管，以及与波纹管式惯性管另一端连通的气库，波纹管式惯性管为一带有调节装置的波纹管，通过调节装置调整波纹管式惯性管的长度和内径。利用本发明可以灵活匹配不同工况下的脉管制冷机，具有传统惯性管所不具备的调相适应能力，且由于波纹管具有出色的伸缩潜力，其调相的适应范围也非常广。

技术领域

本发明属于低温制冷机领域，特别涉及一种装有可调波纹管式惯性管的脉管制冷机。

背景技术

在现代科学技术中，很多仪器和设备如超导变压器、超导发电机、超导电动机、超导电缆、低温冷凝真空泵的运行都需要低温制冷机来提供冷却条件。脉管制冷机在低温下没有任何运动部件，结构简单，运行可靠，是一种常用的低温制冷机。

基本型脉管制冷机是在20世纪60年代由Gifford和Longsworth发明的。其调相形式有小孔气库型、双向进气型、惯性管型、主动气库型等。其中惯性管可在较大范围内调节相位，不仅适用于大功率制冷机，也能满足小型制冷系统的需求，特别适合于高频脉管制冷机。相比于双向进气型脉管制冷机，惯性管型脉管制冷机没有直流现象引起的制冷性能不稳定，同时调相性能优于小孔型脉管制冷机，结构也比主动气库型脉管制冷机的简单。因此，惯性管对于高频脉管制冷机来说是一种非常好的调相结构。

气体在惯性管中的流动情况可以使用电路中的电阻、电感和电容的特性来表示。流动阻力相当于电路中的电阻，工质的惯性情况可以用感抗来表示，惯性管的内容积产生的效果则为容抗。根据电学理论，可以得到惯性管调相的阻抗为：

其中，

式中j是虚数符号；ω是角频率；R、L是惯性管的流阻和流感；C是惯性管的内容积产生的流容；C_r是气库的流容；f_r是Darcy摩擦因子；是质量流率；l是惯性管长度；ρ是气体平均压力下的密度；d是惯性管内径；γ是气体绝热指数；R是气体常数；T为气体温度；V_r为气库容积。

可以推导出压力波和质量流之间的相位差为：

传统的惯性管是固定长度和内径的管结构，不能根据系统的相角需求来变换长度和内径，更不能在输入功、压力振幅、频率等运行参数改变的情况下调整调相角度。此外，传统的惯性管在制造时已经固定了其弯曲角度，使其不能很好地根据脉管制冷机热端位置和气库位置进行安装。

发明内容

本发明提供了一种装有可调波纹管式惯性管的脉管制冷机，调相非常灵活，调相范围大，可以满足脉管制冷机不同工况下的调相角度需求。

一种装有可调波纹管式惯性管的脉管制冷机，包括依次连通的压缩机、级后冷却器、回热器、脉管冷端换热器、脉管、脉管热端换热器和调相机构，所述的调相机构包括与脉管热端换热器连通的波纹管式惯性管，以及与波纹管式惯性管另一端连通的气库，所述的波纹管式惯性管为一带有调节装置的波纹管，通过调节装置调整波纹管式惯性管的长度和内径。