专利名称：一种抑制直流的脉冲管制冷机的制作方法
技术领域：
本发明涉及制冷与低温技术领域，特别是涉及一种能够抑制直流的脉冲管制冷机。
背景技术：
无论是气体液化、分离、储存运输、冷冻保存等传统工业，还是现代高能物理、凝聚态物理、空间物理、材料科学等前沿科学研究，都与低温技术密不可分。最近20年，随着现代信息技术、空间技术、超导电子学、卫星遥感遥测、低温医学等领域的兴起，低温技术得到了蓬勃的发展，而小型低温制冷机的研制也成为低温技术研究领域的热点。高效、稳定、可靠的小型低温制冷机，可以为其相关的低温应用场所提供有效的冷源和低温条件。脉冲管制冷机由于其低温端无机械运动部件，具有机械振动小、电磁干扰小、寿命长的优点，且结构简单、可靠性高，因而可以与各种器件配合使用形成小型特种仪器，在军事武器，超导技术，科研及工业，医疗仪器设备，移动通信基站等领域具有较大的优越性和广泛的应用前景。随着新的结构和流程的不断提出，脉冲管制冷机性能大大提高，制冷效率已达到或接近斯特林制冷机的水平。脉冲管制冷机是以气体工质的交变流动为特征的，然而脉冲管制冷机内部存在直流，即从脉冲管制冷机热端向冷端的质量流传输。直流既会降低脉冲管制冷机的性能，又会影响其制冷温度的稳定性。Rayleigh流是一种声功流，主要在气体边界层中形成，采用锥形脉冲管可以进行一定程度的抑制；Gedeon直流和周远等于2009年提出的第三种直流效应主要是由于工质交变流动的特性、制冷机系统结构和阻力不对称以及工质物性变化等原因引起的。Gedeon直流仅存在于双向进气型的脉冲管制冷机中，而第三种直流则普遍存在于各种类型的脉冲管制冷机中。由于直流效应会带来从脉冲管制冷机热端到冷端的附加热流，引起制冷量的减小、最低制冷温度的升高，并且使制冷温度不稳定， 所以采用一些方法对其进行抑制显得非常重要。目前对Gedeon直流多采用非对称喷嘴代替双向进气来进行抑制，而第三种直流还没有有效的抑制手段。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何抑制脉冲管制冷机中的多种直流，从而提高脉冲管制冷机的性能。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，提供一种抑制直流的脉冲管制冷机，包括压力波发生器和脉冲管制冷机，所述脉冲管制冷机包括蓄冷器、脉冲管、调相元件和气库，所述脉冲管位于所述蓄冷器内，蓄冷器的一端通过第一连接管与所述压力波发生器相连，蓄冷器的另一端与脉冲管冷端换热器相连，脉冲管热端换热器与所述调相元件、气库依次相连，所述压力波发生器的背压腔和气库之间由调节机构直接连通。
优选地，所述压力波发生器为线性压缩机或者曲轴式压缩机。优选地，所述脉冲管制冷机为U型、同轴或直线布置的单级脉冲管制冷机。优选地，所述脉冲管制冷机为U型、同轴、或直线布置的多级脉冲管制冷机。优选地，调相元件为节流阀、惯性管或者双向进气阀，或者上述三者的任意组合。优选地，所述调节机构为可调节气体流量和相位的阀门和/或第二连接管。优选地，所述阀门为非对称喷嘴、单向阀、流量阀或其组合。优选地，所述第二连接管的直径范围是1毫米至5厘米。优选地，所述第二连接管为等直径管；或者所述第二连接管包括连接在一起的若干种不同直径的管子；或者所述第二连接管为直径连续变化的变径管。优选地，所述脉冲管制冷机的频率为5Hz至300Hz。优选地，所述脉冲管制冷机的制冷温度范围为271至1K。(三)有益效果本发明抑制直流的脉冲管制冷机能够抑制脉冲管制冷机中的多种直流，减小脉冲管制冷机热端到冷端的附加热流，从而提高脉冲管制冷机的性能，使制冷性能稳定。
图1是依据本发明实施方式的抑制直流的脉冲管制冷机的结构示意图；图2是采用图1的抑制直流的脉冲管制冷机进行试验的结果图。其中，1 蓄冷器；2 脉冲管；3 调相元件；4 气库；5 蓄冷器热端换热器；6 第一连接管；7 脉冲管冷端换热器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，本发明提供了一种抑制直流的脉冲管制冷机，包括压力波发生器A和脉冲管制冷机B，脉冲管制冷机B包括蓄冷器1、脉冲管2、调相元件3和气库4，脉冲管2位于蓄冷器1内，蓄冷器1的一端通过第一连接管6与所述压力波发生器A相连，蓄冷器1的另一端与脉冲管冷端换热器5相连，脉冲管热端换热器7与所述调相元件3、气库4依次相连，压力波发生器的背压腔和气库4之间由调节机构直接连通。压力波发生器A可以选择为线性压缩机。脉冲管制冷机B可以为U型、同轴或直线布置的单级脉冲管制冷机；或者脉冲管制冷机B为U型、同轴、或直线布置的多级脉冲管制冷机。调相元件3为节流阀、惯性管或者双向进气阀，或者上述三者的任意组合。调节机构为可调节气体流量和相位的阀门和/或第二连接管。阀门为非对称喷嘴、单向阀、流量阀或其组合。第二连接管的直径范围是1毫米至5厘米。第二连接管可以为等直径管；或者第二连接管包括连接在一起的若干种不同直径的管子；或者第二连接管为直径连续变化的变径管。脉冲管制冷机的频率为 5Hz 至 300Hz ο脉冲管制冷机B中的蓄冷器是一种多孔介质，空容积中贮存着气体，由于温度的变化和压力的波动，贮存的气体会发生压缩和膨胀，因而流过蓄冷器各截面上的流量并不相等，蓄冷器的内部是复杂的交变流动过程。通过理论分析可以知道，Gedeon直流和第三种直流效应主要是由于工质交变流动的特性、制冷机系统结构和阻力不对称以及工质物性变化等原因引起的，因此消除制冷机系统的不对称性是抑制直流的有效手段。M2 = ρ 0 Δ ρ0+ ( ρ J Δ P1Cos α ) /2在宏观上，在制冷机系统特别是蓄冷器内热力学和力学不对称性的积累效应体现为压缩机背压腔和气库之间的平均压力差和压力波之间的相位差。从上式可以看出，压力的O阶量(平均压力)和1阶量以及密度和压差之间的相位差是形成直流的主要原因。因此，采用上述的具体实施方式
可以有效地调节压力波发生器背压腔和气库之间的平均压力差和压力波之间的相位差，从而抑制直流的形成。采用如图1所示的抑制直流的脉冲管制冷机进行实验，使用直线压缩机驱动同轴型脉冲管制冷机，不采用双向进气，脉冲管内径6. 7mm，蓄冷器的内径为11. 7mm，直接连通脉冲管制冷机的压力波发生器背压腔和气库的可调节气体流量的阀门为流量阀。部分实验结果如图加和图2b所示，通过调节小孔阀开度和流量阀开度，会使压缩机背压腔和气库之间的压差平均值和相位差发生较大的变化，采用上述的实施方式后，脉冲管制冷机的最低制冷温度有明显的下降。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，包括压力波发生器(A)和脉冲管制冷机(B)，所述脉冲管制冷机⑶包括蓄冷器(1)、脉冲管O)、调相元件(3)和气库，所述脉冲管( 位于所述蓄冷器(1)内，蓄冷器(1)的一端通过第一连接管(6)与所述压力波发生器㈧相连，蓄冷器⑴的另一端与脉冲管冷端换热器(5)相连，脉冲管热端换热器(7) 与所述调相元件(3)、气库(4)依次相连，所述压力波发生器(A)的背压腔和气库(4)之间由调节机构直接连通。
2.如权利要求1所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述压力波发生器(A) 为线性压缩机或者为曲轴式压缩机。
3.如权利要求1所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述脉冲管制冷机(B) 为U型、同轴或直线布置的单级脉冲管制冷机。
4.如权 利要求1所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述脉冲管制冷机(B) 为U型、同轴、或直线布置的多级脉冲管制冷机。
5.如权利要求1所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，调相元件(3)为节流阀、惯性管或者双向进气阀，或者上述三者的任意组合。
6.如权利要求1所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述调节机构为可调节气体流量和相位的阀门和/或第二连接管。
7.如权利要求6所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述阀门为非对称喷嘴、单向阀、流量阀或其组合。
8.如权利要求6所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述第二连接管的直径范围是0.5毫米至5厘米。
9.如权利要求8所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述第二连接管为等直径管；或者所述第二连接管包括连接在一起的若干种不同直径的管子；或者所述第二连接管为直径连续变化的变径管。
10.如权利要求1-9任一项所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述脉冲管制冷机(B)的频率为5Hz至300Hz。
11.如权利要求1-9任一项所述的抑制直流的脉冲管制冷机，其特征在于，所述脉冲管制冷机(B)的制冷温度范围为271至1K。
全文摘要
本发明公开了一种抑制直流的脉冲管制冷机，包括压力波发生器A和脉冲管制冷机B，脉冲管制冷机B包括蓄冷器、脉冲管、调相元件和气库，脉冲管位于蓄冷器内，蓄冷器的一端通过第一连接管与所述压力波发生器相连，蓄冷器的另一端与脉冲管冷端换热器相连，脉冲管热端换热器与所述调相元件、气库依次相连，所述压力波发生器的背压腔和气库之间由调节机构直接连通。本发明抑制直流的脉冲管制冷机能够抑制脉冲管制冷机中的多种直流，减小脉冲管制冷机热端到冷端的附加热流，从而提高脉冲管制冷机的性能，使制冷性能稳定。
文档编号F25B41/00GK102538271SQ20101060943
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者周远, 朱文秀, 王俊杰, 薛小代, 金海 , 顾超 申请人:中国科学院理化技术研究所