一種可提高制冷效率的可控直流裝置及改進型脈管制冷機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于制冷機技術領域，涉及一種可提高制冷效率的可控直流裝置及改進型脈管制冷機。
【背景技術】
[0002]脈管制冷機是20世紀60年代由美國的Gifford和Longthworth共同提出的，具有緊湊性好、效率高、可靠性高等突出優(yōu)點，在航天、軍事等方面有廣泛的應用前景。脈管制冷機的發(fā)展經(jīng)歷了基本型脈管制冷機、小孔型脈管制冷機、雙向進氣型、慣性管型脈管制冷機等幾個發(fā)展階段?，F(xiàn)在所使用的脈管制冷機大部分為雙向進氣型、慣性管型以及兩者的混合。
[0003]理想的脈管制冷機不存在直流，然而理論和實驗表明，一定流量的正向、負向直流都具有提高脈管制冷機制冷性能的潛力。浙江大學陳國邦教授等首先在液氦溫區(qū)GM型脈管制冷機中引入負向直流，降低了脈管中部溫度，提高了制冷機性能；王超通過數(shù)值分析表明液氦溫區(qū)GM型脈管制冷機中負向直流可以提高脈管制冷機性能，并通過實驗予以證明；揭示脈管制冷機直流產(chǎn)生機理的Gedeon在數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)，負向直流對液氮溫區(qū)的脈管制冷性能也有提升。另一方面，1999年楊魯偉等在GM型脈管制冷機中將氣庫與壓縮機高壓側相連，產(chǎn)生一股正向直流，在20K溫區(qū)制冷效率得到了提高，說明正向直流在一定條件下也可以提高脈管制冷機的效率。負向直流的方向定義為:回熱器熱端-冷端-脈管熱端；正向直流的方向為:脈管熱端-冷端-回熱器熱端。注意到，提高脈管制冷機制冷性能的直流流量很小，大約為交流質(zhì)量流振幅的千分之一量級。(參考文獻:1、Gedeon, D., DC gas flows in Stirling and pulse tube cryocoolers, in Cryocoolers9, R.G.Ross, R.G.Ross'Editors.1997, Plenum Press Div Plenum Publishing Corp:NewYork.p.385 - 392.2、Chen, G., et al., Experimental study on a double - orifice two -stage pulse tube refrigerator.Cryogenics, 1997.37 (5):p.271 - 273.3、Wang, C., G.Thummes and C.Heiden, Effects of DC gas flow on performance of two - stage 4 Kpulse tube coolers.Cryogenics, 1998.38 (6):p.689 -695.4、曹強.液氦溫區(qū)多級斯特林型脈管制冷機理研宄[D].浙江大學，2012.)
[0004]直流因氣體環(huán)路結構而產(chǎn)生。典型的氣體環(huán)路結構為雙向進氣結構，然而雙向進氣結構產(chǎn)生的直流存在不穩(wěn)定和難以控制的問題。直流流量隨溫度、壓力、功率等運行參數(shù)發(fā)生變化，不穩(wěn)定。直流流量不隨閥門開度(一般為兩個非對稱閥門并聯(lián)或串聯(lián))變化而有規(guī)律地變化。事實上，目前的雙向進氣結構中直流的流量是未知的。
[0005]不穩(wěn)定和難以控制的直流對往往會削弱制冷性能、帶來制冷機運行不穩(wěn)定。因為直流流量超過最佳流量后，攜帶的附加焓流會成為冷端熱負荷，直接降低制冷量。因此如何利用直流的關鍵問題在于控制直流的大小和穩(wěn)定性。GM型脈管制冷機由于壓縮機形成高壓側和低壓側，通過管路連接即可解決問題。然而斯特林型脈管制冷機中不存在高壓側和低壓側，該問題變得十分困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了改進現(xiàn)有脈管制冷機的性能，本發(fā)明的目的是提供一種可提高制冷效率的可控直流裝置。
[0007]本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括上述可控直流裝置的改進型脈管制冷機。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0009]本發(fā)明提供了一種可提高制冷效率的可控直流裝置，包括流量控制裝置、恒壓氣庫和單向限壓閥；所述恒壓氣庫位于所述流量控制裝置和所述單向限壓閥之間，通過連接管路進行連接。
[0010]所述流量控制裝置為用于控制流量的具有一定阻力的裝置，優(yōu)選為閥門、毛細管、噴嘴、多孔介質(zhì)形成的阻力元件。
[0011]所述單向限壓閥可以是高壓限壓閥，也可以是低壓限壓閥。相應的，恒壓氣庫內(nèi)形成的可以是高于系統(tǒng)平均壓力的壓力(簡稱高壓)，也可以是低于系統(tǒng)平均壓力的壓力(簡稱低壓)。
[0012]所述恒壓氣庫是一剛性容器。
[0013]所述可提高制冷效率的可控直流裝置的兩端可置于相同的溫度或不相同的溫度。
[0014]本發(fā)明還提供了一種改進型脈管制冷機，包括脈管制冷機和可控直流裝置，所述可控直流裝置兩端分別與所述脈管制冷機的回熱器側和脈管側連接。
[0015]所述回熱器側包括壓縮機、水冷器、回熱器和傳輸管，所述壓縮機通過所述傳輸管與所述水冷器的一端連接，所述水冷器的另一端與所述回熱器的一端連接，所述回熱器的另一端與冷端換熱器通過管道連接。
[0016]所述脈管側包括冷端換熱器、脈管、熱端換熱器、慣性管和氣庫，所述冷端換熱器和所述熱端換熱器分別位于所述脈管的兩端，所述熱端換熱器的另一端通過所述慣性管與所述氣庫連接。
[0017]所述脈管制冷機為斯特林型脈管制冷機；所述脈管制冷機為小孔型脈管制冷機、雙向進氣型脈管制冷機、慣性管型脈管制冷機、活塞調(diào)相型脈管制冷機、雙向進氣與慣性管聯(lián)合調(diào)相型脈管制冷機或活塞與慣性管聯(lián)合調(diào)相型脈管制冷機。
[0018]所述脈管制冷機為單級結構脈管制冷機或多級結構脈管制冷機，包括同軸型、U型、直線型等各種形式的脈管制冷機。
[0019]所述可控直流裝置與回熱器側或脈管側相連的連接管為一定直徑、一定長度的等徑或變徑管。
[0020]本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0021]在脈管制冷機中加入本申請的可控直流裝置之后，能夠在脈管制冷機中形成穩(wěn)定的可控直流，具有提高脈管制冷機制冷效率的優(yōu)點。
[0022]本申請通過單向限壓閥在恒壓氣庫形成穩(wěn)定的低壓或高壓，在脈管制冷機中形成穩(wěn)定的正向或負向直流，通過流量控制裝置調(diào)節(jié)流量。
[0023]本申請的可控直流裝置克服了傳統(tǒng)雙向進氣等裝置產(chǎn)生的直流難以控制，從而使制冷溫度不穩(wěn)定的缺點。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例的可控直流裝置的結構示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例的改進型脈管制冷機的結構示意圖。
[0026]其中:1為壓縮機、2為水冷器、3為回熱器、4為冷端換熱器、5為脈管、6為熱端換熱器、7為慣性管、8為氣庫、9為流量控制裝置、10為恒壓氣庫、11為單向限壓閥、12為傳輸管。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖所示實施