一种多级脉管制冷机制造技术

本发明专利技术涉及一种多级脉管制冷机，包括：压缩机：内部设有膨胀腔和压缩腔；脉管单元：包括n级脉管子单元，n为大于等于1的整数，所述脉管单元与所述压缩机的压缩腔连接，每一级脉管子单元包括依次连接的回热器、冷端换热器和脉管，相邻两个脉管子单元通过热桥或气体管路进行连接；惯性管单元：一端与所述脉管单元的脉管连接，另一端气库连接；气库：一端与所述惯性管单元连接，另一端与所述压缩机的膨胀腔连接。与现有技术相比，本发明专利技术能有效回收气体的膨胀功，提高脉管制冷机的工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低温制冷机领域，具体涉及一种多级脉管制冷机。
技术介绍
脉管制冷机是20世纪60年代由美国的Gifford和Longthworth共同的提出的，有广泛的应用前景。脉管制冷机的发展经历了基本型脉管制冷机、小孔型脉管制冷机以及之后的双向进气型、惯性管型、四阀型和双活塞型脉管制冷机等几个发展阶段。现在所使用的脉管制冷机大部分为双向进气型、惯性管型以及两者的混合。然而，无论是双向进气型还是惯性管型脉管制冷机，其膨胀功无法被回收，耗散在惯性管或者气库中，这决定了其理论效率小于卡诺效率这是脉管制冷机的先天不足。虽然有室温推移活塞式可回收脉管的膨胀功，但室温推移活塞的利用意味着多了一个运动部件。需要有一种简单的机构对多级脉管制冷机回收膨胀功。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够回收膨胀功、有效提高制冷效率且只有一个运动部件的多级脉管制冷机。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多级脉管制冷机，该制冷机包括：压缩机：内部设有膨胀腔和压缩腔；脉管单元：包括n级脉管子单元，n为大于等于1的整数，n优选为2，所述脉管单元与所述压缩机的压缩腔连接，每一级脉管子单元包括依次连接的回热器、冷端换热器和脉管，相邻两个脉管子单元通过热桥或气体管路进行连接；惯性管单元：一端与所述脉管单元的脉管连接，另一端气库连接；气库：一端与所述惯性管单元连接，另一端与所述压缩机的膨胀腔连接。本专利技术的原理如下：压缩机内部设有压缩腔和膨胀腔，压缩腔和膨胀腔不相通，但其容积会随活塞运动而变化，从而产生压力波；压缩腔连接脉管单元，将气体送入脉管单元进行换热，高压气体被冷却后膨胀获得冷量，对外界换热，且气体进入惯性管单元，在惯性管单元中，气体的压力相位被改变甚至被反转，惯性管单元通过气库连接膨胀腔，回收膨胀功，从而节省压缩机的能耗，达到了提高制冷机效率的目的。另外，本专利技术的气体依次经过压缩腔、脉管单元、惯性管单元、气库和膨胀腔，即从压缩机出发，经过回路回到压缩机，气体不会在系统内形成直流，从而避免了气体直流产生的能量消耗，提高了整个制冷机的效率。所谓气体直流，指的是在机器内部沿一固定方向运动的气流。所述的压缩机包括驱动单元、阶梯式气缸、阶梯式活塞以及由阶梯式气缸和阶梯式活塞形成的压缩腔和膨胀腔；所述压缩腔与所述脉管单元连接，所述膨胀腔与所述气库连接。所述压缩腔和膨胀腔的数量大于等于1，所述每一级脉管子单元可单独与一个压缩腔连接，也可与其他脉管子单元共同与一个压缩腔连接。所述驱动单元包括电机和热声机。所述驱动单元优选为电机，特别是直线电机。其他的驱动设备如发动机、蒸汽机等，只要该驱动设备能推动活塞做往复运动即可。所述的脉管子单元还可以包括室温换热器或预冷部，所述的室温换热器或预冷部的一端与所述回热器连接，另一端与压缩机连接。所述的预冷部包括依次连接的预冷部室温换热器、预冷部回热器和预冷部冷端换热器，所述预冷部冷端换热器与所述回热器连接，所述预冷部室温换热器与所述压缩机连接。一个脉管子单元的冷端换热器通过热桥与相邻脉管子单元的预冷部冷端换热器连接，此时，这两个脉管子单元均需要通过管路与压缩腔连接；该连接属于热耦合，通过热桥，将冷量从一个脉管子单元传递至相邻脉管子单元，进行内部能量交换，提高脉管制冷机的效率；或者，一个脉管子单元的冷端换热器通过气体管路与相邻脉管子单元的回热器连接，此时，带有冷端换热器的脉管子单元通过管路与压缩腔连接，相邻的脉管子单元仅包含回热器、冷端换热器和脉管，且回热器不与压缩机连接，该连接属于气耦合，将一部分压缩气体从一个脉管子单元输送至相邻脉管子单元，进行进一步冷却，提高能量的利用效率。所述的惯性管单元包括至少一根惯性管，每一根惯性管与一个气库连接；每一级脉管子单元的脉管可单独连接一根惯性管，并在脉管和惯性管之间设置气体均匀器；多个脉管子单元的脉管也可合并后与一根惯性管连接，并在每一根脉管上设置气体均匀器。每一级脉管子单元的各部件同轴排布，相邻脉管子单元同轴分布或异轴分布，形成同轴型脉管单元或直线型脉管单元，采用同轴型脉管单元可以使制冷机的结构更加紧凑。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)压缩机采用阶梯式气缸和活塞，只有一个运动部件，阶梯式气缸和活塞将气缸分成压缩腔和膨胀腔，压缩腔的压缩气体进入脉管单元进行换热后，膨胀获得冷量，并通过惯性管单元及膨胀腔回收膨胀功，大大提高了脉管制冷机的工作效率；(2)从压缩机出发的气体最终全部回到压缩机，气体不会在系统内回流，从而避免了气体回流产生的能量消耗，提高了整个制冷机的效率。附图说明图1为实施例1的结构示意图；图2为实施例2的结构示意图；图3为实施例3的结构示意图；图4为实施例4的结构示意图；图5为实施例5的结构示意图；图6为实施例6的结构示意图。其中，1为压缩机，10为管路a，101为管路b，102为管路c，11为电机，12为阶梯式活塞，13为膨胀腔a，14为阶梯式气缸，15为膨胀腔b，16为压缩腔a，17为压缩腔b，2为第一级脉管单元，20为管路d，21为第一级室温换热器，22为第一级回热器，23为第一级冷端换热器，26为第一级脉管，27为气体均匀器a，271为气体均匀器b，272为气体均匀器c，28为惯性管a，29为气库a，210为热桥，211为气体管路，3为第二级脉管单元，30为管路e，31为预冷部室温换热器，32为预冷部回热器，33为预冷部冷端换热器，34为第二级回热器，35为第二级冷端换热器，36为第二级脉管，361为脉管，37为气体均匀器d，371为气体均匀器e，372为气体均匀器f，38为惯性管b，39为气库b。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，双级脉管制冷机由压缩机1、第一级脉管单元2、第二级脉管单元3、惯性管a 28、惯性管b 38、气库a 29、气库b 39，以及管路a 10、管路b 20和管路c 30、热桥210组成。压缩机1由直线电机11、阶梯式活塞12、阶梯式气缸14组成，其中阶梯式活塞12和阶梯式气缸14形成膨胀腔a 13、膨胀腔b 15和压缩腔a 16。第一级脉管单元2由依次连接的第一级室温换热器21、第一级回热器22、第一级冷端换热器23和第一级脉管26组成，第一级脉管26依次通过气体均匀器a 27和惯性管a 28与气库a 29相连。第二级脉管单元3由依次连接的预冷部室温换热器31、预冷部回热器32、预冷部冷端换热器33、第二级回热器34、第二级冷端换热器35和第二级脉管36组成，第二级脉管36依次通过气体均匀器d 37和惯性管b 38与气库b 39相连。压缩机压缩腔a 16通过管路a 10与第一级室温换热器21和预冷部室温换热器31相连。压缩机膨胀腔a 13通过管路e 30气库b 39相连，压缩机膨胀腔b 15通过管路d 20气库a 29相连。压缩机阶梯式活塞12在电机11的带动下，往复运动，压缩腔a 16、膨胀腔a 13和膨胀腔b 15的容积周期性地变化，产生压力波。压力波通过管路a 10进入脉管单元。进入第一级脉管单元2的气流在冷端换热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级脉管制冷机，其特征在于，该制冷机包括：压缩机：内部设有膨胀腔和压缩腔；脉管单元：包括n级脉管子单元，n为大于等于1的整数，所述脉管单元与所述压缩机的压缩腔连接，每一级脉管子单元包括依次连接的回热器、冷端换热器和脉管，相邻两个脉管子单元通过热桥或气体管路进行连接；惯性管单元：一端与所述脉管单元的脉管连接，另一端气库连接；气库：一端与所述惯性管单元连接，另一端与所述压缩机的膨胀腔连接。

【技术特征摘要】
1.一种多级脉管制冷机，其特征在于，该制冷机包括：压缩机：内部设有膨胀腔和压缩腔；脉管单元：包括n级脉管子单元，n为大于等于1的整数，所述脉管单元与所述压缩机的压缩腔连接，每一级脉管子单元包括依次连接的回热器、冷端换热器和脉管，相邻两个脉管子单元通过热桥或气体管路进行连接；惯性管单元：一端与所述脉管单元的脉管连接，另一端气库连接；气库：一端与所述惯性管单元连接，另一端与所述压缩机的膨胀腔连接。2.根据权利要求1所述的一种多级脉管制冷机，其特征在于，所述的压缩机包括驱动单元、阶梯式气缸、阶梯式活塞以及由阶梯式气缸和阶梯式活塞形成的压缩腔和膨胀腔；所述压缩腔与所述脉管单元连接，所述膨胀腔与所述气库连接。3.根据权利要求2所述的一种多级脉管制冷机，其特征在于，所述压缩腔和膨胀腔的数量大于等于1，所述每一级脉管子单元可单独与一个压缩腔连接，也可与其他脉管子单元共同与一个压缩腔连接。4.根据权利要求2所述的一种多级脉管制冷机，其特征在于，所述驱动单元包括电机和热声机。5.根据权利要求1所述的一种多级脉管制冷机，其特征在于，所述的脉管子单元还可以包括室温换热器或预冷部，所述的室温...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱绍伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31