[发明专利]基于脉管内调相的声功回收型脉管制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉管制冷机，具体是涉及一种基于脉管内调相的声功回收型脉管制冷机。

背景技术

脉管制冷机是制冷机中一种比较新颖的低温制冷机，最早由美国的Gifford教授和Longswoth提出。Gifford教授注意到与气体压缩机相连的铅管在其封闭端会变热，而当采用回热器将管子与压缩机相连时，则可以使得管子的一端制冷而另一端变热，这就是最基本的脉管制冷机。脉管制冷机由于在低温下没有运动部件从而避免了低温下的滑动密封、机械磨损的问题，可望真正成为低成本、低振动、运行稳定可靠的长寿命低温制冷机。特别是随着小孔气库、双向进气、惯性管等调相结构的提出和成功运用，脉管制冷机制冷温度不断降低，制冷量和制冷效率也大幅提高，接近甚至在某些工况下超过传统的回热式低温制冷机(如：G-M制冷机、Stirling制冷机等)，已在超导器件和红外设备的冷却，以及气体液化等方面得到广泛应用。

然而，上述各种结构均需要在脉管热端附加额外调相装置，使得系统结构相比于Stirling制冷机更加复杂；此外，其脉管冷端声功功均无一例外需在调相装置内以热量的形式耗散掉，这也直接导致了其制冷系统的理想效率低于卡诺效率(由于Stirling制冷机通过排除器可将冷端声功得以回收，理想效率与卡诺效率相等)。1988年Matsubara提出了一种带热端膨胀机的双活塞型脉管制冷机，可以回收膨胀功。该制冷机可看做是斯特林制冷机的变种，且结构复杂，未能得到广泛应用。

申请号为CN200610098350.1的专利文献一种吸附调相式脉管制冷机，属脉管制冷机，包括：双向进气阀、脉管热端换热器、脉管、脉管冷端换热器、冷头、回热器冷端换热器、回热器、回热器热端换热器；所述的脉管热端换热器外端设有与其连通的吸附器，利用吸附器良好的容抗和感抗效应，取代传统脉管制冷机中的气库和惯性管，从而达到制冷机工作所需的最佳相移量。与目前采用的气库、惯性管型脉管制冷机相比，该系统具有结构紧凑、调相能力强、稳定性好和能耗低等优点，有助于推动脉管制冷机的大规模商业应用。但是该装置仍无法解决脉管冷端声功在调相装置内以热量的形式耗散掉造成脉管制冷机制冷效率低下的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于脉管内调相的声功回收型脉管制冷机，采用一根1/4波长的细长型脉管作为调相部件调节制冷机内部压力波与体积流之间的相位，省去了原有脉管热端复杂的被动或主动调相装置，提高了脉管制冷机的制冷效率。

一种基于脉管内调相的声功回收型脉管制冷机，包括压缩机、以及与压缩机出口依次连接热端换热器、回热器、冷端换热器和脉管，所述的脉管的热端与所述压缩机和热端换热器之间的管路连通；所述脉管为长度为1/4λ的长颈管；

本发明采用一根1/4波长的脉管作为调相部件，利用其调相及调幅作用，将制冷机回热器冷端体积流落后于压力波的相位，调节至脉管出口体积流领先于压力波的相位，此种相位与压缩机出口处体积流与压力波之间的相位相同，可用于驱动制冷机。同时，通过连接脉管热端与压缩机出口，可将脉管冷端声功得以回收利用，减小了压缩机的功耗，从而提高系统制冷效率。

所述λ由下式得到：

λ=23γRf(Th3/2-Tc3/2)]]>

上式中：γ为工质气体绝热指数，R为工质气体的气体常数，f为系统运行频率，T_h为脉管热端的温度，T_c为脉管冷端的温度。

所述脉管(5)的横截面积A_pt为：