[发明专利]分置式气体驱动斯特林－脉冲管耦合制冷机

说明书

技术领域：

本发明涉及的是一种制冷机，特别是一种可直接作为冷源应用于航空航天、卫星遥感、低温电子学、高温超导、低温生物学以及家用电器等领域的分置式气体驱动斯特林-脉冲管耦合制冷机，是属于低温制冷工程技术领域。

背景技术：

在已有技术中，分置式气体驱动斯特林循环低温制冷机最早于1974年由美国陆军夜视实验室(NVL)的S.B.Horn等在Advances in CryogenicEngineering第19卷上发表的“Pneumatically Driven Split-Cycle CryogenicRefrigerator”一文中提出的。这种机器的理论循环是以变质量的膨胀和压缩过程为主要热力过程的循环，由于其中采用高效的回热措施，理论上循环热效率可以达到卡诺循环的水平。近年来随着线性电机驱动压缩机、板弹簧、现代控制等技术的应用，分置式气体驱动斯特林循环低温制冷机的可靠性、寿命、振动噪声等性能指标均得到提高，已经广泛地应用于红外技术和超导电子学等领域产品中，同时这方面的研究工作也是低温领域的一个热点，但由于分置式气体驱动斯特林循环低温制冷机的气动腔内为一定量封闭气体，与热腔通过驱动杆和高质量的密封隔离，不直接参加制冷循环，只起调节流量波和压力波之间的相位的作用，所以该机存在性能衰退不具有自补偿特性、调相手段单一、性能调节范围窄等缺点。

脉冲管制冷最早于1964年初由美国学者W.E.Gifford和R.C.Longsworth在Trans.ASME，J.Eng.第86期的“Pulse Tube Refrigeraion”一文中提出。他们对一根一端封闭的细长管交替地加压和减压，热量就由管的一端传输到另一端，在管内沿轴向建立起可观的温度梯度，把这种制冷方式称为脉冲管制冷。E.I.Mikulin等1984年在Advances in Cryogenic Engineering的第29卷“LowTemperature Expansion Pulse Tubes”一文中介绍了在脉冲管热端添加了小孔和气库进行改进，1990年S.Zhu等在Cryogenics第30卷“Double inlet pulse tuberefrigerators：an important improvement”一文中介绍了双向进气改进方案，使得单级脉冲管制冷机最低温度可达20-30K。脉冲管制冷具有在低温下无运动部件、调相手段多样、性能调节范围宽等独特优点，但脉冲管制冷效率比较低、工程化开发相对滞后。

发明内容：

为克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供一种新的制冷方案---分置式气体驱动斯特林-脉冲管耦合制冷机，是将分置式气体驱动斯特林循环制冷机与脉冲管制冷机耦合而成的。分置式气体驱动斯特林制冷部分按照分置式气体驱动斯特林制冷的工作原理进行制冷；脉冲管制冷部分按照脉冲管制冷的原理进行制冷。分置式气体驱动斯特林制冷部分与脉冲管制冷部分由同一压缩机提供压力波动气体，两者拥有同一个排出器/回热器，气动腔/气库对于分置式气体驱动斯特林制冷部分的作用是气动腔，而对于脉冲管制冷部分的作用是气库。分置式气体驱动斯特林制冷部分的冷腔通过一细管与脉冲管制冷部分的冷端换热器相连接，脉冲管制冷部分的热端换热器通过双向进气阀与分置式气体驱动斯特林制冷部分的热腔相连，热端换热器还通过小孔阀与气动腔/气库相连。

本发明给出的分置式气体驱动斯特林-脉冲管耦合制冷机结合了分置式气体驱动斯特林制冷机和脉冲管制冷机两种制冷机的优点，使得二者相互补充，同时脉冲管制冷的多种调节相位手段，使获得高使用性能的调节范围进一步扩大，并且可以自动补偿分置式气体驱动斯特林制冷部分性能衰退的弱点，使制冷机制冷效果更好、寿命指标有进一步提高。

附图说明及具体实施方式图1 分置式气体驱动斯特林-脉冲管耦合制冷机结构原理示意图；