脉冲管制冷机制造技术

本发明专利技术提供一种小型且没有振动与电噪声的脉冲管制冷机，脉冲管制冷机（１）具有：脉冲管；与脉冲管低温侧连接的蓄冷器；与蓄冷器高温侧连接的振动发生装置；与脉冲管高温侧连接的带节流阀的贮存器。振动发生装置是具有热驱动管（放热用热交换器（４）～放热用热交换器（４ａ））、移相器（７）及反馈通路（６）的热驱动压力波发生装置。通过充分加热加热用热交换器（３），在作功传输管（５）内产生自激振动，通过在作功传输管（５）的作功输出侧设置的移相器（７）和反馈通路（６），返回热驱动管。作功在热驱动管放大后，从作功传输管（５）输出，并供给脉冲管制冷机（１）。从而能够构成小型且没有振动与噪声的脉冲管制冷机用振动发生装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种脉冲管制冷机，特别涉及一种具有通过热能产生压力振动的压力振动发生装置的脉冲管制冷机。
技术介绍
脉冲管制冷机是一种具有脉冲管、与脉冲管低温侧连接的蓄冷器、与蓄冷器高温侧连接的压缩机的制冷机。脉冲管制冷机没有低温可动部件。在使用由马达驱动的压缩机的脉冲管制冷机中，通过交替开闭设置在压缩机与蓄冷器之间的高压阀与低压阀，在脉冲管内产生压力振动。吉福德(Gifford)研制的基本型脉冲管制冷机利用的是表面热泵效应。小孔型(orifice)脉冲管制冷机，在脉冲管高温侧通过节流孔连接有缓冲器(循环箱)。基于脉冲管内的压力振动和脉冲管内的气柱(在脉冲管内形成的假想气体活塞)变位的相位差，产生冷却作用。在双向进气型脉冲管制冷机中，节流孔与脉冲管之间的流路、以及蓄冷器与压缩机之间的流路，是通过另外设有节流孔的旁通流路而连接在一起的。关于斯特林发动机等的热力发动机，图9示出了使用蓄热器将热能转换成气体压力能的装置的能量流的图形。表示了在蓄热器两端的边界条件变化的情况下，能量流的变化情况。这些图形中的(b)与(c)在蓄热器的低温侧端不要求输入功。另一方面，在低温侧，需要有大的扫描(sweep)体积，(c)是更现实的条件，(b)是理想条件。参照图10，说明现有的小孔型脉冲管制冷机。脉冲管制冷机具有脉冲管、与脉冲管低温侧连接的蓄冷器、与脉冲管高温侧连接的缓冲器箱。在蓄冷器的高温侧(室温侧)连接有压缩机。在脉冲管与蓄冷器之间的部分，形成有产生极低温的冷位置。通过将用铜丝编制成网眼状的网状体冲压成圆板状，并将多个该圆板状网状体重叠起来，容置于金属制筒体内，从而构成蓄冷器。根据需要，有时也附加填充铅等球体。假设在脉冲管内有如虚线所示的“气体活塞”，则很容易说明其基本的动作原理。由于始终存在于脉冲管内的气体，气体活塞如进行伸缩的固体活塞那样发挥着作用，因而，命名为气体活塞。人们注意到，因压力振动而经过节流孔的气体带来能量流的变化。当脉冲管内变成高压时，随着压力的下降，气体等焓地流入缓冲器，因此，熵增加。当脉冲管内变成低压时，随着压力的下降，气体等焓地从缓冲器流出，因此，熵也增加。即，只要振动持续，熵就会持续增大，因此，在该部分进行连续的作功的吸收(或消耗)。但是，节流孔内的焓流在循环均衡下为零。结果，有一定的作功通过脉冲管内，气体活塞如膨胀机一样发挥着作用，脉冲管与蓄冷器之间的接合部的温度降低，从而发挥制冷机的作用。因此，冷冻发生的机械装置与基本型脉冲管制冷机不同，是依照GM循环或斯特林循环的冷冻发生机构。在小孔型脉冲管制冷机中，由于原理上不受临界温度梯度的限制，所以，能够获得基本型脉冲管制冷机无法得到的低温温度。但是，在效率方面存在问题。由于膨胀作功全部变换成热能，因此作为作功不能回收，从而，不适合在大容量的冷冻系统中使用。与斯特林循环或GM循环的情况相比，通过蓄冷器的焓流大、冷冻效率低，所以需要大的蓄冷器。所谓理想的蓄冷器，是指这样的一种结构体，即，在有限的空间内具有无限大的比热和无限大的热传递表面积，而且具有在流动的轴向上无限小、而在径向上无限大的热传导率。例如，从蓄冷器两端流入的气体温度分别是300K、30K，如果蓄冷器保持一定的温度梯度，则以300K流入的气体以30K流出，以30K流入的气体以300K流出。换句话说，在流动方向的任意位置上的气体，没有温度振动。另一方面，实际上最普遍的蓄冷器是，将多张冲压加工成圆形的网眼细的金属丝网层叠在薄壁不锈钢管上的蓄冷器。当然，距理想状态还有很大差距，因此，气体产生温度振动，其结果，产生焓的流动，实质上降低了冷冻量。所谓焓的流动，是将流体低压比热、温度及流量之积用一个循环(cycle)积分所得到的值，用<H>表示，为了使给定的蓄冷器的效率得以提高，也就是说，为了减少<H>，只能减少流量。但是，流量的减少会导致作功量的减少。重要的是，应采取什么样的方式，来增大单位流量的作功量。在基本型脉冲管中，由于假设是理想的蓄冷器，因此，蓄冷器内的焓的流动<H>R为零。能量流的下标R表示蓄冷器内，P表示脉冲管内。图10同时示出了蓄冷器的无用(非效率)功实质上与冷冻量的减少之间存在的关系。首先，脉冲管内的能量流，其与基本型脉冲管的情况不同，完全没有相对制冷原点在右方的热流<Q>P。如果使脉冲管内壁完全绝热，就不会有热流，<Q>P＝0，因此，<W>P＝<H>P，但实际上多少存在朝向左方的<Q>P。然而，与基本型脉冲管相比，温度更容易下降的理由是，通过节流孔吸收的作功量明显大于经由脉冲管壁的直接热输送量。换句话说，虽然表面热泵效应受到压缩比的限制，但是，在小孔型的情况下，即使压缩比低，也可以通过对节流孔开度的调整，来控制通过流量，并且能够增大作功吸收量。由于通过节流孔的焓流为零，作功流减少，所以，熵增大。该增大的熵，在热交换器内作为热量而排出。也就是说，将功变成了热。另一方面，从图10可以清楚地理解，实际的冷冻量是通过脉冲管的<H>P减去通过蓄冷器的<H>R的值。在制冷机中存在最低到达温度，这是因为，如果输入一定，则随着温度的下降<H>P减小，同时<H>R增大，最终冷冻量Q变成<H>P-<H>R＝0。因此，如果想降低最低到达温度，则应该在使通过脉冲管的作功流保持一定的同时减少流量，减少<H>R是很重要的。图11是日本特愿2002-179141号提出的压力振动发生装置。在该压力振动发生装置中，通过加热热输入部，在作功传输管内产生自激振动。使共振器共振，并将功输入给热交换器时，该作功通过热交换器放大。该作功传递到作功传输管中，并输出给输出部。输出的作功大于输入的作功。所输出的作功的一部分被用作气缸驱动用能量。仅仅通过加热，就可连续驱动压力振动发生装置。压力振动发生装置可以很小。日本特开平11-182958号公报所公开的“脉冲管制冷机”，是通过缩短热驱动型压缩机的共振管的长度而构成小型且结构紧凑的脉冲管制冷机。通过对封入热驱动型压缩机的共振管内的工作气体进行加热·冷却，使工作气体产生自激振动。来自热驱动型压缩机的工作气体的压力振幅，作用在制冷机本体的脉冲管及蓄冷器上，从而冷却液化容器内的氢等流体。封入共振管内的工作气体使用的是，氦和其他稀有气体的混合气体，并且缩短共振管的长度。特别是，作为混合气体使用He和Xe的混合气体。但是，现有的脉冲管制冷机，在使用马达驱动的压缩机的情况下，存在着振动大、且产生电噪声的问题。使用斯特林循环等的压缩机中存在着共振管的尺寸较大的问题。在利用空心共振器的情况下，也存在着振动大的问题。即使是专利文献1所公开的脉冲管制冷机的热驱动型压缩机，也不能解决这类问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种能够解决上述现有的问题、小型且没有振动与电噪声的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲管制冷机，具有：脉冲管；与所述脉冲管低温侧连接的蓄冷器；与所述蓄冷器高温侧连接的振动发生装置；与所述脉冲管高温侧连接的带节流阀的贮存器，其特征在于，所述振动发生装置是热驱动压力波发生装置，该热驱动压力波发生装置具有：由蓄热器 、加热用热交换器、放热用热交换器及作功传输管构成的热驱动管；一端连接在所述热驱动管输出端上的移相器；以及将所述移相器的另一端与所述热驱动管的输入端连接在一起的反馈通路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：松原洋一，杉田宽之，久志野彰宽，
申请(专利权)人：独立行政法人宇宙航空研究开发机构，学校法人日本大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]