[发明专利]一种采用新型调相机构的脉管制冷机

说明书

本发明公开了一种采用液体调相装置的脉管制冷机，包括压缩机、级后冷却器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、调相机构和气库，调相机构包括一根U型管以及存在于U型管底部的液体；U型管一端连接热端换热器，另一端连通气库。通过U型管底部的液体对脉管制冷机进行调相，调相能力增强。具有相同调相能力的液体调相装置的管长要比传统的惯性管管长大幅缩短，且调相幅度比传统的惯性管增加，对于脉管制冷机，采用液体调相装置能使得压力波和质量流之间的相角更接近90°，调节能力增加，可以更有效的提高脉管制冷机的效率。

技术领域

本发明涉及低温制冷技术领域，尤其涉及一种采用液体调相装置的脉管制冷机。

背景技术

脉管制冷机于20世纪60年代问世以来，由于其结构简单、低温下无运动部件、机械振动小、运行可靠、寿命长，从而受到广泛关注，成为制冷机领域的研究热点。但其相对于斯特林制冷机以及G-M制冷机而言，由于其冷端质量流和压力波的相位匹配不理想，使得制冷效率低下。

航空航天、太空探测、红外、原子能、超导等技术的迅速发展，推动低温制冷技术的不断发展与进步。脉管制冷机作为低温技术的重要分支，因其冷端无运动部件，结构简单、冷头振动小、可靠性高，在低温制冷领域具有显著的优越性。脉冲管制冷机冷端没有运动部件，通过调相机构来获得所需的质量流和压力波之间的相位关系。惯性管利用细长管内震荡流体的惯性作用来调节相位差，具有相位调节范围宽和不大增加压缩机耗功的优点，不会产生类似双向进气中的直流现象，是高频脉管制冷机目前广泛采用的一种调相方式，其结构亦可被狭缝等阻抗型相位调节装置代替。

用来调节质量流和压力波相位的调相装置，对脉管制冷机性能起着关键的作用。为改善脉管制冷机性能，Mikulin提出小孔-气库调相装置，并经由Radebaugh改进；朱绍伟提出双向进气调相机构；Kanao采用惯性管-气库的调相结构；另有一些并未广泛采用的调相结构如双活塞型、四阀型和主动气库型。几种不同的调相结构均不同程度的提升了脉管制冷机的性能。

但上述的各种调相机构或是存在调相能力不足的缺点，或是体积太过庞大，或是增加了运动部件，或是结构过于复杂，或者同时存在这几个缺点中的多个。因此，为更好的提高脉管制冷机的性能，需要更加有效且结构简单的调相机构。

传统的惯性管调相机构，由于其内部是氦气工质，由于其具有很高的可压缩性、摩擦系数小、惯性效应小，在低质量流下很难获得较高调相能力，给定如下工况：压力2MPa，频率50Hz，压比1.1，质量流800cm³/s的情况下，对管径3mm的惯性管，需要1.2m才能将压力波和质量流之间角度调节为60°左右，而如果质量流减小到400cm³/s，则惯性管长度需增加到8m左右。可见，传统惯性管不仅调相能力差，未能达到90°，而且所需长度过长。

公告号为CN105135736A的中国专利文献公开了了一种整体式脉冲管制冷机调相结构，该结构采用螺旋通道与内气库联合调相，由不同尺寸的螺旋通道附加一个内气库组成，螺旋通道与内气库内嵌于调相机构整体内部。螺旋通道连接脉冲管热端出气口及内气库，且均匀内嵌于整体周边，内气库位于调相机构整体中部。本发明的有益效果在于：将调相装置作为一个整体，提高空间利用率；减少焊接及法兰接口，增加整体气密性；螺旋通道及内气库内嵌于调相机构整体内部，减少惯性管振动所引起的气体扰动，增加制冷机可靠性。

该发明的不足之处在于：虽然其提高了空间利用率，节省了体积，但调相机构过于复杂，对于实际采用时的设计与加工过程都要求较高，不利于推广。且其本质上仍为惯性管气库调相机构，仍会存在调相能力不足的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种采用液体调相装置的脉管制冷机，采用液体调相装置，调相能力增强。

本发明的技术方案如下：