[發明專利]一種無慣性管和氣庫的低溫熱聲制冷機

有效

• 申請號: 201310081891.3
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN104048445A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 張麗敏;羅二倉;胡劍英;戴巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明涉及制冷機技術領域，尤其涉及一種結構緊湊的無慣性管和氣庫的低溫熱聲制冷機。

背景技術

制冷機是一種將被冷卻物體上的熱量轉移到其它介質，對被冷卻物體進行冷卻的設備，其中，低溫熱聲制冷機是一種重要的低溫制冷設備。

圖1和圖2為現有技術低溫熱聲制冷機的結構示意圖。如圖1和2所示，現有低溫熱聲制冷機包括壓力波發生裝置1和制冷部件；所述制冷部件包括依次連接于所述壓力波發生裝置1輸出端的回熱器熱端換熱器2、回熱器3、冷端換熱器4、脈沖管5、脈沖管熱端換熱器6；該低溫熱聲制冷機工作時，壓力波發生裝置1產生壓力波動，并依次傳輸至回熱器熱端換熱器2、回熱器3、回熱器冷端換熱器4、脈沖管5和脈沖管熱端換熱器6；壓力波在回熱器3內往復運動的同時，通過壓縮膨脹將冷端換熱器4處的熱量經回熱器3向回熱器熱端換熱器2輸送，并最終通過回熱器熱端換熱器2散發至外界環境中，從而使冷端換熱器4處獲得低溫，實現對設置在冷端換熱器4處的被冷卻物體的冷卻；與此同時，壓力波的大部分能量在回熱器3中被消耗掉。

圖1所示現有技術中的低溫熱聲制冷機是通過小孔調節閥7和雙向進氣調節閥8與氣庫9來調節內部的聲場相位，以減小壓力波在回熱器內的流動損失，圖1中雙向進氣調節閥8裝于壓力波發生裝置1輸出端與脈沖管熱端換熱器6相連通的管道中，小孔調節閥7和氣庫9依次連接于脈沖管熱端換熱器6出口端。

圖2所示的另一種現有技術中的低溫熱聲制冷機，其是通過依次連接于脈沖管熱端換熱器6的慣性管10和氣庫9來調節內部的聲場相位，理論上要求氣庫9的體積越大越好。在實際的系統中，雖然氣庫體積不是無窮大，但是相對于制冷機來說也占據了較大的空間。另外，圖2所示的制冷機中的慣性管通常也比較長，例如，工作在頻率為50Hz的低溫熱聲制冷機較優的慣性管長度約為2至3米。這就使得現有的低溫熱聲制冷機體積較大，功率密度較低。但是在很多使用環境中都要求低溫熱聲制冷機具有較大的制冷量同時整機的尺寸不能太大，即要求低溫熱聲制冷機具有較高的功率密度。為了提高低溫熱聲制冷機的功率密度，李海冰等人提出了如圖3所示的不包括氣庫的低溫熱聲制冷機（中國專利CN201110312919.0）。該低溫熱聲制冷機雖然不包括氣庫，但是仍然需要用較長的慣性管來調節內部的聲場，其功率密度還是有待進一步提高。

發明內容

本發明目的在于提供一種無慣性管和氣庫的低溫熱聲制冷機，其結構更加緊湊，可以解決現有技術中低溫熱聲制冷機功率密度較低的問題。

本發明提供的無慣性管和氣庫的低溫熱聲制冷機，其包括由壓力波發生裝置1和制冷機部件構成的制冷單元，制冷單元為偶數個或者三個；

每個制冷單元的制冷機部件包括：依次連接于所在制冷單元的壓力波發生裝置1輸出端的回熱器熱端換熱器2、回熱器3、冷端換熱器4、脈沖管5、脈沖管熱端換熱器6和小孔調節閥7，和安裝于連接所在制冷單元的壓力波發生裝置1輸出端與脈沖管熱端換熱器6出口端之間的雙向進氣管上的雙向進氣調節閥8；各制冷單元的小孔調節閥7通過連接管相連接。

為了提高本發明的無慣性管和氣庫的結構緊湊的低溫熱聲制冷機的工作效率，所述制冷機部件還包括安裝于所述回熱器3與脈沖管5間的旁路管，所述旁路管上裝有旁通調節閥11；所述旁路管為一路或者多路。

本發明的無慣性管和氣庫的低溫熱聲制冷機，所述的雙向進氣管或/和旁路管上還可裝有用于抑制環流的阻力元件，所述阻力元件為彈性隔膜元件或者非對稱流道元件。

為了達到更低的制冷溫度，同時在不同溫度下獲得冷量，所述各制冷單元中的回熱器3由兩個串級設置的上子回熱器和下子回熱器組成，在所述上子回熱器和下子回熱器的連接處分別通過管道依次連接第二冷端換熱器4’、第二脈沖管5’、第二脈沖管熱端換熱器6’和第二小孔調節閥7’，各第二小孔調節閥7’之間通過連接管相連接。

所述的小孔調節閥7、雙向進氣調節閥8、旁通調節閥11和第二小孔調節閥7’為針閥、小孔閥、毛細管或拉法爾噴管。所述的拉法爾噴管為漸擴形拉法爾噴管或漸縮型拉法爾噴管。

所述的壓力波發生裝置1為直線壓縮機。

所述的制冷單元為偶數個時，其中半數制冷單元的直線壓縮機的工作相位相同，與另外的半數制冷單元的直線壓縮機的工作相位相反。

所述的制冷單元為三個時，三個制冷單元的壓力波發生裝置1均直線壓縮機，直線壓縮機的工作相位相差120度，采用三相電為所述三個制冷單元的直線壓縮機供電。