[發明專利]壓縮機與制冷機冷頭耦合用π型聲學匹配組件及制冷機

有效

• 申請號: 201811196372.0
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN109114837B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 王博;甘智華;王龍一;熊超;趙欽宇;王建軍;趙琳珊;彭杰
• 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: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 黃燕

本發明公開了一種壓縮機與制冷機冷頭耦合用π型聲學匹配組件和制冷機，其中所述壓縮機和制冷機冷頭之間通過干路連接，所述π型聲學匹配組件包括三個聲抗，其中一個聲抗串聯于干路上，位于該聲抗兩側的干路部分各設有一條并聯支路，兩條支路上分別設有另外兩個聲抗；利用所述π型聲學匹配組件將制冷機冷頭入口聲阻抗調節至壓縮機出口聲阻抗。本發明通過引入由純聲抗組成的無功耗π型聲學匹配網絡，可以實現低溫制冷機中壓縮機和制冷機冷頭同時獲得高效的目的，在保證制冷機高可靠性的同時，可大大提高整機制冷效率。

本發明為申請號為2016110324472，發明名稱為：壓縮機與制冷機冷頭耦合用π型聲學匹配組件及制冷機，申請日為2016/11/16的母案的分案申請。

技術領域

本發明屬于低溫制冷機技術領域，具體是涉及一種用于線性壓縮機與低溫制冷機冷頭耦合的π型聲學匹配組件及制冷機。

背景技術

近年來，線性壓縮機驅動的回熱式低溫制冷機，特別是脈管制冷機，由于其冷端無運動部件，可望真正成為低成本、低振動、運行穩定可靠的長壽命低溫制冷機。隨著脈管制冷機結構的不斷改進，其制冷溫度不斷降低，制冷量和制冷效率也大幅提高，已在超導器件和紅外設備的冷卻，以及氣體液化等方面得到廣泛應用。

線性壓縮機與制冷機之間的阻抗匹配對于提高整機效率至關重要，目前大多研究集中于如何調節壓縮機或制冷機內部參數來實現二者之間的匹配，較少有人關注在兩者之間加入額外的匹配結構來實現。

2002年，J.L.Martin提出了空容積匹配法，即在壓縮機與制冷機冷頭之間串聯(或并聯)一個空體積。2010年，德國吉森大學在研究中通過在壓縮機出口與制冷機冷頭之間連接空管子來實現壓縮機運行頻率的降低，其實質就是利用了管子中的空容積解決壓縮機與制冷機冷頭之間的匹配關系。2013年，中科院理化所研究了大功率脈管制冷機冷頭與線性壓縮機之間空體積匹配的影響，發現存在最優空體積使得壓縮機效率最高。浙江大學則通過Sage模型計算了壓縮機與脈管制冷機冷頭之間空體積的影響。

如圖7所示，為現有的采用空體積匹配方法的制冷機的結構示意圖及其等效電路圖；圖8為采用空體積匹配方法時，空體積對阻抗的影響。采用空體積匹配方法的制冷機滿足如下方程：

其中Z_in為制冷機自身阻抗，X為空容積等效容抗，Z_out為壓縮機出口連接處阻抗。由圖7和圖8以及上述分析可知，然而空體積匹配方法只能沿特定線路改變阻抗，無法實現從初始阻抗點到其他任意一阻抗點的調節，即無法實現面上的調整，這也限制了壓縮機效率的進一步提高。

發明內容

本發明提供了一種用于線性壓縮機與低溫制冷機耦合的π型聲學匹配組件，通過引入無功耗的純聲抗部件(如純聲容氣庫、純聲感慣性管)，在不增加系統功耗的前提下，可將制冷機冷頭入口聲阻抗(R_in+jX_in)調節至壓縮機出口聲阻抗(R_out+jX_out)，實現制冷機冷頭與壓縮機二者各自的高效運行，從而使整個系統獲得最高效率。

本發明還提供了一種含有上述π型聲學匹配組件的制冷機。

一種壓縮機與制冷機冷頭耦合用π型聲學匹配組件，其中所述壓縮機和制冷機冷頭之間通過干路連接，所述π型聲學匹配組件包括三個聲抗，其中一個聲抗串聯于干路上，位于該聲抗兩側的干路部分各設有一條并聯支路，兩條支路上分別設有另外兩個聲抗；利用所述π型聲學匹配組件將制冷機冷頭入口聲阻抗調節至壓縮機出口聲阻抗。

本發明包含呈π型連接的三個純聲抗元件，其中第一個聲抗并聯于支路，第二個聲抗串聯于干路，另外第三個聲抗并聯于支路，第二個聲抗串聯于第一個聲抗與第三個聲抗所在支路之間的干路部分。最終實現，第一聲抗與制冷機冷頭呈并聯連接，第二聲抗與制冷機冷頭串聯連接，第三聲感與壓縮機出口并聯連接。