[發明專利]具有1/4波長共振管來代替儲存器的脈沖管制冷機

有效

• 申請號: 200680039308.0
• 申請日: 2006-06-01
• 公開（公告）號: CN101292123A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: D·R·哥迪昂
• 申請（專利權）人: 圣波爾股份有限公司
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 馬洪

技術領域

本發明大體上涉及脈沖管制冷機，更具體地說，涉及一種結構，其可代替用于普通結構的儲存器，因而使成本、工作氣體容積、重量以及冷卻時間均可減小。

背景技術

人們業已認識到，行波脈沖管制冷機具有可冷卻至低溫的所需特性，特別當分級串聯多個制冷機時。它們的發展由將一壓力波施加在一管的一端(管的另一端是封閉的)所得出的冷卻效果的研究開始。如美國專利第3,237,421號中所示般將一再生器加到該管上。從本技術領域中認識到，再生器中的壓力和工作氣體質流速度之間的時間定相對于制冷機的熱傳送效率是十分關鍵。將一孔加到上述管的封閉端，利用這孔通入一相對大容積的儲存器，也可稱為一電涌容積、柔量容積或緩沖區，使在性能方面獲得了巨大的改進。這種小孔型脈沖管制冷機能夠大大改進了再生器的定相，由此使熱傳送的效率增加?，F有技術中有許多小孔型脈沖管制冷機的例子而美國專利第5,794,450號只是其中的一個例子。

該孔和儲存器使管端的聲阻抗改變因而使氣體速度和壓力之間的相位關系改變。在一管的封閉端的壁上，邊界條件速度總是零而壓力波動，因此封閉端有一壓力波腹點和一速度節點。該封閉端給該管造成一接近純無功阻抗，并且壓力和速度相位相差基本上超過90°以及反射能量。然而，一孔當與一大容積連接時，其又大到足以不經受任何顯著的壓力變化，則此孔使氣體能夠在不經受儲存器內一壓力改變的影響下(因為根本沒有)以振動的方向流過該孔以及如果該孔不是太大的話，則穿過孔造成壓力變化。因此，可設計成組合的孔和儲存器向該管提供一電阻性聲阻抗。該電阻性阻抗的特性是氣體在孔上的壓力和速度是同相的。以孔和儲存器代替封閉端的壁使在管端產生相位變化而在儲存器中形成所希望的定相變化，結果使熱傳送的效率提高。

如美國專利第6,256,998號及美國專利申請公開號2004/0000149中所示，脈沖管制冷機業已配置成串接多級。

以一慣性管代替該孔使行波脈沖管制冷機能夠有進一步的改進。美國專利申請公開號2003/0226364中所示為這種結構的例子。慣性管是一長而窄的管，通常有幾米長，管的兩端都開口并且可繞成一盤管。慣性管連接在儲存器和脈沖管之間并且在它們之間插入一無功聲阻抗。當慣性管以這樣的方式與該脈沖管連接以及切到聲波的大約1/4波長時，這種組合向脈沖管的端部提供了一接近電阻性聲阻抗。利用一慣性管代替一孔，設計者可通過改變慣性管的長度而使聲阻抗改變，從而使在脈沖管的端的壓力/速度的定相改變。這使設計者在進一步調整和優化再生器的定相方面有較大的彈性，由此使熱傳送的效率可進一步增加。

然而儲存器也有一些不希望的特性。儲存器必須封裝一大的容積足以使儲存器的氣壓在整個聲周期中沒有明顯的變化。再者，該儲存器必須有足夠的強度使工作氣體將保持在該脈沖管制冷機操作的平均壓力下。必須在結構上配置儲存器，而其表面面積和厚度要足夠大以滿足這些要求。因而，所以，儲存器的質量大，容積大占很大空間，較重而且制作亦較貴。

此外，在多級脈沖管制冷機中，前幾級(在第一級以上的級)在對比溫度下以穩定狀態工作。在一些實施例中，前一級的儲存器和慣性管在其熱區或“端”的溫度工作，即在再前一級的冷區或“端”的溫度。所以，在過渡狀態下當制冷機冷卻到它的工作溫度時，該脈沖管制冷機的級必須使該儲存器以及其它部件冷卻。較大質量的儲存器以及由其而形成的高的蓄熱能力導致大延遲直到制冷機到達其工作溫度。

因此，本發明的一目的是提供一種質量及容積均大為減小的結構來代替一脈沖管制冷機的儲存器，該結構制作相當便宜并且易于由一種普通的輕易可買到的產品來制成以及可更容易地置于一般安放制冷機的外部真空容器內。

發明內容

本發明利用一共振管代替脈沖管制冷機的儲存器，該共振管的長度大致相等于在該共振管的工作頻率、溫度和壓力下的工作氣體中駐波的1/4波長，或其奇整數倍數。該共振管最好與慣性管整體形成為一集兩者功能的單個的組合管。

附圖說明

圖1為現有技術的一脈沖管制冷機的示意圖。

圖2為本發明的一實施例的示意圖。

圖3為本發明的一較佳實施例的部分縱截面的示意圖。