專利名稱：調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置。
對(duì)于封閉循環(huán)制冷機(jī)，脈沖管制冷機(jī)近年來(lái)得到迅速發(fā)展。它利用一股壓力周期性變化的氣流在一根低導(dǎo)熱率的管中振蕩來(lái)完成制冷過(guò)程。與傳統(tǒng)的GM制冷機(jī)和斯特林制冷機(jī)根本區(qū)別在于，脈沖管制冷機(jī)的低溫端沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)活塞或排出器，它以薄壁管內(nèi)振蕩的“氣體活塞”代替冷頭作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的排出器。它們的熱力循環(huán)是類似的，都是通過(guò)一個(gè)室溫工作的壓縮機(jī)產(chǎn)生壓力波和質(zhì)量流，使之通過(guò)一個(gè)填有大比熱多孔介質(zhì)的蓄冷器，通過(guò)調(diào)節(jié)蓄冷器另一端的壓力波和質(zhì)量流之間的相位差，獲得制冷效果。對(duì)于GM制冷機(jī)和斯特林制冷機(jī)，這個(gè)相位差是由冷端機(jī)械運(yùn)動(dòng)活塞或排出器與壓縮機(jī)活塞以一定的相位關(guān)系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而對(duì)于脈沖管制冷機(jī)，這個(gè)相位差是通過(guò)由小孔和氣庫(kù)調(diào)節(jié)“氣體活塞”的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以提高其效率的根本原因在于合適的相位關(guān)系。
脈沖管制冷機(jī)已經(jīng)經(jīng)歷了小孔、雙向進(jìn)氣，雙活塞，多路旁通，第二小孔等多次重大的改進(jìn)，它們都是為了改善脈沖管制冷機(jī)內(nèi)部工質(zhì)氣流壓力和流量之間的相位，在脈沖管制冷機(jī)的熱端布置的各種相移器，這大大提高脈沖管制冷機(jī)效率和制冷性能。根據(jù)已報(bào)導(dǎo)的數(shù)據(jù)，單級(jí)脈沖管制冷機(jī)的制冷性能和效率已達(dá)到GM制冷機(jī)和斯特林制冷機(jī)的水平。但是，對(duì)于液氦溫區(qū)多級(jí)脈沖管制冷機(jī)來(lái)說(shuō)，目前的效率只是GM制冷機(jī)的30％-50％，通過(guò)我們的實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，其中最主要的問(wèn)題是上述熱端相移器雖然可以有效調(diào)節(jié)脈沖管熱端的氣流壓力和流量之間的相位，使之達(dá)到最佳值，但對(duì)于液氦溫區(qū)脈沖管制冷機(jī)冷端的氣流壓力和流量之間的相位調(diào)節(jié)作用不大，因?yàn)榇藭r(shí)冷端的氣體溫度處于液氦溫區(qū)，密度很大，熱端相移器的調(diào)相作用已經(jīng)很小。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述熱端相移器只能調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)熱端相位的不足，而提供一種可調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端的氣流壓力和流量之間的相位，提高液氦溫區(qū)脈沖管制冷機(jī)的效率和制冷性能的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置。
本實(shí)用新型的實(shí)施方案如下本實(shí)用新型提供的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，在脈沖管制冷機(jī)冷端設(shè)置液氦槽，液氦槽由薄壁不銹鋼管連通脈沖管制冷機(jī)的熱端，并通過(guò)脈沖管制冷機(jī)冷端換熱器法蘭盤(pán)上的微孔與脈沖管相連通；所述薄壁不銹鋼管纏繞在脈沖管制冷機(jī)的蓄冷器管壁上；所述脈沖管制冷機(jī)冷端換熱器法蘭盤(pán)上的微孔直徑為0.2～0.3毫米；所述液氦槽的材質(zhì)為紫銅或高純無(wú)氧銅；所述脈沖管制冷機(jī)為小孔型脈沖管制冷機(jī)或雙向進(jìn)氣型脈沖管制冷機(jī)；所述脈沖管制冷機(jī)為單級(jí)脈沖管制冷機(jī)或多級(jí)脈沖管制冷機(jī)，每一脈沖管制冷機(jī)冷端同時(shí)或不同時(shí)設(shè)置有液氦槽；所述液氦槽的體積為與之相連通的脈沖管體積的1/4～1/2。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型提供的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，在現(xiàn)有脈沖管制冷機(jī)的冷端安裝液氦槽，從制冷機(jī)熱端(如壓縮機(jī)高壓氣管道、低壓氣管道、或蓄冷器熱端)，采用一根薄壁不銹鋼管連接，向該冷端的液氦槽引入一股微量氣流，該微量氣流通過(guò)蓄冷器管壁的預(yù)冷進(jìn)入液氦槽中；液氦槽內(nèi)的部分微量氣流通過(guò)脈沖管冷端和液氦槽內(nèi)的壓差進(jìn)入脈沖管制冷機(jī)的冷端，以調(diào)節(jié)脈沖管冷端的工質(zhì)氣流壓力和流量之間的相位，提高制冷機(jī)的制冷量；脈沖管熱端直接通過(guò)管壁的預(yù)冷向脈沖管冷端的液氦槽引入一股微量氣流，在不引入任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，保持脈沖管制冷機(jī)固有特點(diǎn)的情況下，調(diào)節(jié)脈沖管冷端氣流的相位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性及制冷效率均較高。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型附


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為液氦槽與脈沖管相連通的示意圖；其中氦壓縮機(jī)1旋轉(zhuǎn)閥2薄壁不銹鋼管3蓄冷器4、5 真空罩6液氦槽7換熱器8脈沖管9微孔10小孔13、14 雙向進(jìn)氣15、16 氣庫(kù)17、18由圖可知，本實(shí)用新型提供的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，在脈沖管制冷機(jī)冷端設(shè)置液氦槽7，液氦槽7由薄壁不銹鋼管3連通脈沖管制冷機(jī)的熱端，并通過(guò)脈沖管制冷機(jī)冷端換熱器8法蘭盤(pán)上微孔10與脈沖管9相連通；所述薄壁不銹鋼管3纏繞在脈沖管制冷機(jī)的蓄冷器4、5的管壁上；所述脈沖管制冷機(jī)冷端換熱器8的法蘭盤(pán)上的微孔10的直徑為0.2～0.3毫米；所述液氦槽7的材質(zhì)為紫銅或高純無(wú)氧銅；所述脈沖管制冷機(jī)可為小孔型脈沖管制冷機(jī)或雙向進(jìn)氣型脈沖管制冷機(jī)；所述脈沖管制冷機(jī)可為單級(jí)或多級(jí)脈沖管制冷機(jī)，每一級(jí)脈沖管制冷機(jī)冷端同時(shí)或不同時(shí)設(shè)置有液氦槽7。
圖1所示的實(shí)施例為二級(jí)液氦溫區(qū)的脈沖管制冷機(jī)，采用GM型的氦壓縮機(jī)，氦壓縮機(jī)1中的高純氦氣通過(guò)出口的管道與旋轉(zhuǎn)閥2相連，組成壓縮機(jī)供氣系統(tǒng)，向脈沖管制冷機(jī)提供高低壓氦氣；每一級(jí)脈沖管制冷機(jī)的冷端均安裝一個(gè)液氦槽7，脈沖管制冷機(jī)冷端換熱器8為一個(gè)用紫銅制作法蘭盤(pán)，與其相連的液氦槽7為一個(gè)用紫銅制作的體積約為脈沖管9體積的1/4～1/2的圓柱型容積；一根內(nèi)徑為2毫米的薄壁不銹鋼管3將該液氦槽7與制冷機(jī)熱端相連(圖中所示，與脈沖管制冷機(jī)蓄冷器4的熱端相連，也可以與氦壓縮機(jī)高壓氣管道或低壓氣管道連接，效果相同)，向脈沖管9冷端的液氦槽7引入一股微量氣流，該微量氣流通過(guò)蓄冷器4和5的管壁預(yù)冷進(jìn)入液氦槽7中，為獲得良好的熱接觸，薄壁不銹鋼管3可圍繞在蓄冷器4和5的管壁上；冷端換熱器8的法蘭盤(pán)上有一個(gè)直徑為0.2～0.3毫米的微孔10(請(qǐng)參閱圖2)，由于脈沖管9內(nèi)部的工質(zhì)氣體在一周期內(nèi)隨壓縮機(jī)1進(jìn)排氣壓力作周期性波動(dòng)，與液氦槽7中來(lái)自制冷機(jī)熱端的氣體之間存在一壓力差，所以液氦槽7內(nèi)的部分微量氣流通過(guò)冷端換熱器8法蘭盤(pán)上的微孔10進(jìn)入脈沖管9的冷端，從而得以調(diào)節(jié)脈沖管冷端的工質(zhì)氣流壓力和流量之間的相位，提高脈沖管制冷機(jī)的制冷量。
為提高該二級(jí)液氦溫區(qū)脈沖管制冷機(jī)第一級(jí)的制冷量，可以在第一級(jí)脈沖管9的冷端換熱器8下方安裝一個(gè)液氦槽7，液氦槽7的體積約為第一級(jí)脈沖管9體積的1/4～1/2，采用一根薄壁不銹鋼管3將該液氦槽7與制冷機(jī)熱端相連，向液氦槽7中引入一股微量氣流，以調(diào)節(jié)第一級(jí)脈沖管冷端的氣流壓力和流量之間的相位，提高第一級(jí)脈沖管的制冷量；
圖1中還給出了常規(guī)的熱端相移器，包括小孔13，14，雙向進(jìn)氣15，16和氣庫(kù)17，18。它們可與本實(shí)用新型中的液氦槽7共同調(diào)節(jié)脈沖管內(nèi)部工質(zhì)氣流壓力和流量之間的相位，提高制冷機(jī)的制冷量。
圖2為本實(shí)用新型中液氦槽7與脈沖管9相連通的示意圖；脈沖管9是用常規(guī)薄壁不銹鋼管制作的，冷端換熱器8是一個(gè)用紫銅制作的圓形法蘭盤(pán)，該法蘭盤(pán)中心有一個(gè)直徑為0.2～0.3毫米的微小圓孔10，該微孔10使安裝在冷端換熱器8下方的液氦槽7內(nèi)的微量氣體與脈沖管9的工質(zhì)氣體相連通，液氦槽7是一個(gè)用紫銅制作的體積約為與之相連通的脈沖管9體積的1/4～1/2的圓柱型容器，一根內(nèi)徑為2毫米的薄壁不銹鋼管3將該液氦槽7與制冷機(jī)的熱端相連，從而向液氦槽7引入一股微量氣流。
權(quán)利要求1.一種調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，在脈沖管制冷機(jī)冷端設(shè)置液氦槽，液氦槽由薄壁不銹鋼管連通脈沖管制冷機(jī)的熱端，并通過(guò)脈沖管制冷機(jī)冷端換熱器法蘭盤(pán)上的微孔與脈沖管相連通。
2.按權(quán)利要求書(shū)1所述的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，所述薄壁不銹鋼管纏繞在脈沖管制冷機(jī)的蓄冷器管壁上。
3.按權(quán)利要求書(shū)1所述的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，所述脈沖管制冷機(jī)冷端換熱器法蘭盤(pán)上的微孔直徑為0.2～0.3毫米。
4.按權(quán)利要求書(shū)1所述的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，所述的液氦槽的材質(zhì)為紫銅或高純無(wú)氧銅。
5.按權(quán)利要求書(shū)1所述的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，所述脈沖管制冷機(jī)為小孔型脈沖管制冷機(jī)或雙向進(jìn)氣型脈沖管制冷機(jī)。
6.按權(quán)利要求書(shū)1所述的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，所述脈沖管制冷機(jī)為單級(jí)脈沖管制冷機(jī)或多級(jí)脈沖管制冷機(jī)，每一級(jí)脈沖管制冷機(jī)冷端同時(shí)或不同時(shí)設(shè)置有液氦槽。
7.按權(quán)利要求書(shū)1所述的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置，其特征在于，所述液氦槽的體積為與之相連通的脈沖管體積的1/4～1/2。
專利摘要本實(shí)用新型涉及的調(diào)節(jié)脈沖管制冷機(jī)冷端氣流相位的裝置:在現(xiàn)有脈沖管制冷機(jī)冷端設(shè)置液氦槽,液氦槽由薄壁不銹鋼管連通制冷機(jī)熱端,并通過(guò)其冷端換熱器法蘭盤(pán)上微孔與脈沖管相連通,薄壁不銹鋼管圍繞在制冷機(jī)的蓄冷器管壁上,從制冷機(jī)熱端向冷端液氦槽引入經(jīng)預(yù)冷的微量氣流,在不引入任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,保持脈沖管制冷機(jī)固有特點(diǎn)的情況下,調(diào)節(jié)脈沖管冷端工質(zhì)氣流壓力和流量之間的相位,提高制冷機(jī)制冷量,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性高。
文檔編號(hào)F25B9/08GK2465122SQ0120369
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者巨永林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所