专利名称：分置式气体驱动斯特林－脉冲管耦合制冷机的制作方法
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。
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 tuberefrigeratorsan 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。
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。
及
具体实施例方式
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；如图1所示，本发明由分置式气体驱动斯特林循环制冷部分I和脉冲管制冷部分II耦合而成，主要包括压缩机2、冷却器3、连接软管4、热腔5、驱动杆6、排出器/回热器7、冷腔8、连接细管9、冷端换热器10、双向进气阀11、脉冲管12、热端换热器13、小孔阀14、气动腔/气库15等。分置式气体驱动斯特林循环制冷部分I和脉冲管制冷部分II由同一压缩机2提供压力波动气体，两者拥有共同的排出器/回热器7。气动腔/气库15对于分置式气体驱动斯特林制冷部分I的作用是气动腔，对于脉冲管制冷部分II的作用是气库。脉冲管12为细长的薄壁不锈钢管，其两端分别是冷端换热器(层流化元件)10和热端换热器(层流化元件)13。冷腔8通过一连接细管9与冷端换热器10相连接，热端换热器13的气体通道通过小孔阀14与气动腔/气库15相连接、通过双向进气阀门11和连接软管4与热腔5相连接。压缩机1后的冷却器2通过连接软管4与热腔5相连接。
由气体制冷机通用理论冷量计算公式Q＝∮pdV(Q为冷量，p为冷腔压力，V为冷腔容积)知，产生冷量的必要条件是1.冷腔压力波动；2.冷腔容积波动；3.冷腔压力波动与容积波动保持合理的相位差。
压缩活塞1通常在直线电机的驱动下作往复运动，通过连接软管4向热腔5提供交变压力波动气体，回热器与排出器是一体结构，排出器/回热器7的运动取决于热腔5、冷腔8、气动腔/气库15中的气体作用力和自身的阻尼，在合理的机构参数和充气压力下，就可以造成冷腔8内压力波动与容积波动并二者保持合理的相位，产生制冷效应。冷腔8的一部分低温气体通过连接细管9进入冷端换热器10，这样就把分置式气体驱动斯特林制冷部分I和脉冲管制冷部分II耦合起来。在合理的机构参数和充气压力下，就可以造成脉冲管内压力波动与容积波动并二者保持合理的相位，产生制冷效应。二者冷量可以一起输出，增大制冷效果。
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，使获得高的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。
权利要求
1.一种分置式气体驱动斯特林-脉冲管耦合制冷机是由分置式气体驱动斯特林循环制冷部分I和脉冲管制冷部分II耦合而成，主要包括压缩机(2)、冷却器(3)、连接软管(4)、热腔(5)、驱动杆(6)、排出器/回热器(7)、冷腔(8)、连接细管(9)、冷端换热器(10)、双向进气阀(11)、脉冲管(12)、热端换热器(13)、小孔阀(14)、气动腔/气库(15)等，其特征在于分置式气体驱动斯特林循环制冷部分I和脉冲管制冷部分II由同一压缩机(2)提供压力波动气体，两者拥有共同的排出器/回热器(7)，气动腔/气库(15)对于分置式气体驱动斯特林制冷部分I的作用是气动腔，对于脉冲管制冷部分II的作用是气库，脉冲管(12)为细长的薄壁不锈钢管，其两端分别是冷端换热器(层流化元件)(10)和热端换热器(层流化元件)(13)，冷腔8通过一连接细管(9)与冷端换热器(10)相连接，热端换热器(13)的气体通道通过小孔阀(14)与气动腔/气库(15)相连接；通过双向进气阀门(11)和连接软管(4)与热腔(5)相连接，压缩机(1)后的冷却器(2)通过连接软管(4)与热腔(5)相连接。
全文摘要
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,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。
文档编号F25B9/14GK1353287SQ01132330
公开日2002年6月12日 申请日期2001年11月29日 优先权日2001年11月29日
发明者张存泉, 吴亦农, 徐烈 申请人:上海交通大学