[發明專利]一種采用微通道調相裝置的脈管制冷機

有效

• 申請號: 201810359839.2
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108662803B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 尤曉寬;甘智華;邱利民;植曉琴;陶希軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 33224 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種采用微通道調相裝置的脈管制冷機，包括依次連通的壓縮機、級后冷卻器、回熱器、冷端換熱器、脈管、微通道調相裝置和氣庫，微通道調相裝置包括兩端的管道接頭和中間的多根微通道換熱細管。通過采用微通道調相機構，使得制冷機調相能力增強。具有相同調相能力的微通道調相裝置的管長要比慣性管管長大幅縮短，且調相幅度比傳統的慣性管增加，對于脈管制冷機，采用微通道調相裝置能使得壓力波和質量流之間的相位更接近理想調相范圍，且其可以替代熱端換熱器，使結構簡單，可以更有效的提高脈管制冷機的效率。

技術領域

本發明涉及低溫脈管制冷機領域，尤其涉及一種采用微通道調相裝置的脈管制冷機。

背景技術

由于軍事、醫療以及航天技術的發展，各種高精尖儀器對低溫冷卻設備的要求越來越嚴苛，脈管制冷機由于其低溫下無運動部件、機械振動小、結構簡單，從而受到廣泛關注。但由于其冷端質量流和壓力波相位匹配不夠理想，而效率較低，需要附加有效的調相機構才能提升其效率。

目前常用的用來提升性能的調相裝置主要有以下幾種：小孔氣庫調相裝置，由Mikulin發明，后經Radebaugh改進，其是在熱端換熱器后放置一個小孔閥，之后連接氣庫，在小孔閥處可以認為質量流和壓力波同相位，從而實現調相，因其調相能力有限，目前已不常用；雙向進氣調相裝置，由朱紹偉提出，在壓縮機出口和熱端換熱器出口之間連通一個旁通閥，從而使得壓縮機出來的氣體有一部分直接進入脈管熱端，從而使得這部分經過脈管的質量流不經過回熱器預冷，可以抑制脈管熱端質量流相位超前壓力波的現象，在低溫區極大的改善了制冷機的性能；慣性管氣庫調相機構，由Kanao提出，將小孔氣庫調相裝置的小孔閥替換成一根細長的管子，通過管子的感抗和氣庫的容抗結合來對質量流和壓力波進行調節，因其結構簡單，而被廣泛應用，但因其屬于被動的不可以主動調節的調相，調相能力會存在不足的問題；另外還有雙活塞型、四閥型和主動氣庫型等其他不同形式的調相機構，雖然調相能力有一定的改善，但因結構太過復雜不適宜推廣而未能廣泛應用。

因上述各種不同調相機構或是存在調相能力相對不足的缺點，或是增加了運動部件，或是體積過于龐大，或是結構過于復雜，因此，為更好的提高脈管制冷機的性能，需要一種更加有效的并且結構簡單的調相機構。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種采用微通道調相裝置的脈管制冷機，采用微通道調相裝置，調相能力增強，且由于其具有良好的散熱性能，可以取消制冷機中的熱端換熱器。

一種采用微通道調相裝置的脈管制冷機，包括依次連通的壓縮機、級后冷卻器、回熱器、脈管冷端換熱器、脈管、微通道調相裝置和氣庫，所述微通道調相裝置由若干根微通道細管構成。

上述的技術方案中，通過微通道調相機構進行調相，調相能力增強。具有相同調相能力的微通道相對于傳統的慣性管管長大幅縮短，且調相幅度比傳統的慣性管增加。同時，由于微通道調相裝置具有良好的散熱性能，因此可以兼做制冷機中的熱端換熱器，省去了熱端換熱器，使整個脈管制冷機的結構更加緊湊與簡單。

作為優選，所述微通道細管的內管管徑小于1mm。

對于微通道細管來說，因其管徑非常小，在1mm以內，邊界層幾乎充滿整個管子，在此條件下取柱貝塞爾函數的小宗量近似，得到：

其中，為毛細管的阻尼系數，為有效密度，其中，p_a為壓力，x為橫坐標位置，η為粘滯系數，K為經驗系數，a為管徑，為速度均值，ρ₀為平均密度。

在微通道中傳播的聲波，因其管徑非常小，其內部氣體可以認為是等溫過程，而非絕熱過程，因此，聲波的聲速即為等溫聲速，則聲波方程可表示為如下所示：