气库型串列式脉管制冷机

1.本发明属于制冷机技术领域，尤其是涉及一种气库型串列式脉管制冷机。


背景技术：

2.串列式脉管制冷机采用一个压缩机驱动二个或二个以上的冷头，使前一个冷头的膨胀功驱动下一个冷头，从而提高制冷效率。但前一个冷头的相位很差，使得其无法取得预期的效果。采用双向进气如旁通调节器和阶梯活塞式虽然可以改善相位，但旁通调节器与阶梯活塞的调相能力有限，很难使前级的相位有大幅度的改善。而且，为了调相，需要加大双向进气的气流量，双向进气的气流量则伴随着行波分量，而行波分量代表着输入功，从而影响功在各冷头间的分配，也就是调相与功分配不能兼顾。


技术实现要素：

3.基于现有技术中串列式脉管制冷机调相与功分配不能兼顾的问题，本发明提供一种气库型串列式脉管制冷机，采用本发明气库型串列式脉管制冷机可以提高调相能力，并且可调节各个冷头之间的功的分配。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.本发明提供一种气库型串列式脉管制冷机，包括压缩机和至少两个串列的冷头，压缩机的压缩腔分别与多个冷头连接，其中一个冷头上连接有调相器，余下的至少一个冷头与压缩机的压缩腔之间设置有气库。
6.在本发明的一个实施方式中，气库型串列式脉管制冷机包括压缩机和两个串列的冷头，两个冷头分别为第一冷头和第二冷头，压缩机的压缩腔分别与第一冷头和第二冷头连接，在压缩机的压缩腔与第一冷头之间设置有第一气库，第二冷头上连接有调相器。
7.在本发明的一个实施方式中，当设置两个串列的冷头时，第二个冷头的脉管的热端可以与单级压缩腔或第一个冷头的脉管的热端相连，并通过旁通调节器调节流量大小和控制直流分量，从而可以对第二个冷头的脉管进一步调相。
8.在本发明的一个实施方式中，气库型串列式脉管制冷机包括压缩机和三个串列的冷头，三个冷头分别为第一冷头、第二冷头和第三冷头，压缩机的压缩腔分别与第一冷头、第二冷头及第三冷头连接，在压缩机的压缩腔与第一冷头之间设置有第一气库，在压缩机的压缩腔与第二冷头之间设置有第二气库，第三冷头上连接有调相器。
9.在本发明的一个实施方式中，可以采用n个冷头串联的形式(n＞3)，此时，需要相应设置n个压缩腔即可。
10.在本发明的一个实施方式中，当设置多个串列的冷头时，也可采用二个冷头的设置方式，通过旁通调节器调节流量大小和控制直流分量，从而可以对多个冷头的脉管进一步调相。
11.在本发明的一个实施方式中，气库连接在压缩机的压缩腔与冷头之间的连接管上或连接于连接管中，或连接于冷头的散热器前，或成为布置于冷头的散热器前的一个死容
积。
12.在本发明的一个实施方式中，压缩机的压缩腔与冷头之间未设置气库的连接管上设置有旁通调节器。
13.在本发明的一个实施方式中，旁通调节器可以是结构不对称的管子，或二个头对头或尾对尾的阀，或用柔性或弹性薄膜隔开的管子。在本发明的一些实施方式中，还可以省略旁通调节器，此时旁通调节器的调节阻力功能可由第二连接管的阻力代替，这可通过改变第二连接管的直径或长度实现。
14.在本发明的一个实施方式中，调相器由惯性管和调相气库组成。
15.在本发明的一个实施方式中，在压缩机的压缩腔与气库之间设置有阻力元件。
16.在本发明的一个实施方式中，压缩机的压缩腔与冷头之间未设置气库的连接管上设置有旁通调节器，阻力元件与旁通调节器共同调节气流与直流分量。
17.在本发明的一个实施方式中，阻力元件可以是调节阀或一段有一定阻力的管子或填充了多孔介质的管子。如果阻力元件选择为管子时，则可通过调节管子直径或长度调节阻力。
18.在本发明的一个实施方式中，压缩机由驱动部、单级活塞和单级气缸组成，单级活塞和单级气缸形成单级压缩腔，单级压缩腔与每一个冷头相连。
19.在本发明的一个实施方式中，压缩机由驱动部、阶梯活塞和阶梯气缸组成，阶梯活塞和阶梯气缸形成与冷头数量相同的压缩腔，每个压缩腔分别连接不同冷头。
20.在本发明的一个实施方式中，冷头由散热器、回热器、冷量换热器、脉管顺次连接而成。其中脉管两端有冷端均流器和热端均流器。
21.在本发明的一个实施方式中，不同冷头的换热器之间通过热桥相接触，这样可以使得一个冷头中冷量换热器获得更低的制冷温度。
22.在本发明的一个实施方式中，在采用阶梯活塞压缩机时，阶梯活塞压缩机的压缩腔的数目可以小于冷头数目，此时有多个冷头公用一个压缩腔，公用压缩腔的冷头采用旁通调节器来调相。
23.本发明方案的原理为：本发明利用气库产生额外的与压力呈90度的气体分量，其流过冷头的回热器时产生的压差与压力呈90度，加上原有的回热器自己产生的与压力呈90度压差，从而使旁通调节器流过更多的与压力呈90度的气流分量，从而提高调相能力，并且可调节各个冷头之间的功的分配。
24.与现有技术相比，本发明提供了一种气库型串列式脉管制冷机，采用本发明气库型串列式脉管制冷机可以提高调相能力，并且可调节各个冷头之间的功的分配。
附图说明
25.图1为实施例1中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
26.图2为实施例2中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
27.图3为实施例3中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
28.图4为实施例4中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
29.图5为实施例5中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
30.图6为实施例6中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
31.图7为实施例7中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
32.图8为实施例8中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图；
33.图9为实施例9中气库型串列式脉管制冷机的结构示意图。
34.图中标号所示：
35.10、第一冷头，11、第一散热器，12、第一回热器，13、第一冷量换热器，14、第一脉管，141、第一冷端均流器，142、第一热端均流器，143、热桥；
36.20、第二冷头，21、第二散热器，22、第二回热器，23、第二冷量换热器，24、第二脉管，241、第二冷端均流器，242、第二热端均流器，25、第二级回热器。26、第二级冷量换热器，22a、第二预冷换热器，22b、第二级回热器；
37.30、第三冷头，31、第三散热器，32、第三回热器，33、第三冷量换热器，34、第三脉管，341、第三冷端均流器，342、第三热端均流器；
38.41、驱动部，42a、单级活塞，43a、单级气缸，44a、单级压缩腔，42、阶梯活塞，43、阶梯气缸；44、第一压缩腔44，45、第二压缩腔，46、第三压缩腔；
39.441、第一连接管，451、第二连接管，441b、阻力元件，461、第三连接管，451a、旁通调节器；
40.51、惯性管，52、调相气库，61、第一气库，61a、第一死容积，61b、第二死容积，62、第二气库。
具体实施方式
41.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
42.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
43.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
46.实施例1
47.参考图1，本实施例提供一种气库型串列式脉管制冷机，包括压缩机和两个冷头，两个冷头分别为第一冷头10和第二冷头20，压缩机的压缩腔分别与第一冷头10和第二冷头20连接，在压缩机的压缩腔与第一冷头10之间设置有第一气库61。
48.本实施例利用气库产生额外的与压力呈90度的气体分量，其流过冷头的回热器时产生的压差与压力呈90度，加上原有的回热器自己产生的与压力呈90度压差，从而使经旁通调节器流过更多的与压力呈90度的气流分量，从而提高调相能力，并且可调节各个冷头之间的功的分配。
49.其中，第一冷头10由第一散热器11、第一回热器12、第一冷量换热器13、第一脉管14顺次连接而成，其中第一脉管14两端有第一冷端均流器141和第一热端均流器142。
50.第二冷头20由第二散热器21、第二回热器22、第二冷量换热器23、第二脉管24顺次连接而成，其中第二脉管24两端有第二冷端均流器241和第二热端均流器242。
51.第二冷头20与第一冷头10串联布置，第一冷头10的脉管热端连接第二冷头20的散热器，即第一脉管14的热端连接第二散热器21，从而可利用第一冷头的膨胀功进一步制冷，从而提高制冷效率。其中，压缩机由驱动部41、单级活塞42a和单级气缸43a组成，单级活塞42a和单级气缸43a形成单级压缩腔44a，单级压缩腔44a与第一散热器11通过第一连接管441连接，单级压缩腔44a还与第一脉管14和第二散热器21通过第二连接管451连接，在第二连接管451上设置有旁通调节器451a。
52.进一步参考图1，本实施例中，单级压缩腔44a是通过第二连接管451连接到第一脉管14的第一热端均流器142上。
53.进一步参考图1，本实施例中，旁通调节器451a可以是结构不对称的管子，或二个头对头或尾对尾的阀，或用柔性或弹性薄膜隔开的管子。
54.进一步参考图1，在本实施例中，第二脉管24还与调相器连接，调相器由惯性管51和调相气库52组成。
55.进一步参考图1，在本实施例中，第一散热器11还连接有第一气库61。
56.进一步参考图1，第一散热器11与第一气库61可以通过第一连接管441相连接。
57.工作时，驱动部41带动单级活塞42a往复运动产生压力波，输入功到第一冷头10。气体在第一脉管14的冷端(即靠近第一冷端均流器141部分，图1中显示为下部)膨胀做功制冷，膨胀功传输到第一脉管14的热端(即靠近第一热端均流器142部分，图1中显示为上部)然后沿第二连接管451输入到第二冷头20。气体在第二脉管24的冷端(即靠近第二冷端均流器241部分，图1中显示为下部)膨胀做功制冷，膨胀功传输到第二脉管24的热端(即靠近第二热端均流器242部分，图1中显示为上部)然后在惯性管51变为热散失掉。
58.采用本实施例的结构，单级压缩腔44a里的气体也通过第二连接管451流向第一脉管14的热端和第二散热器21用于调相。旁通调节器451a用于调节流量并控制直流分量。第一气库61产生与压力呈90度的气流分量，从而增大第一回热器12两端的与压力呈90度的压差的分量，进而增大流过第二连接管451的气流里与压力呈90度的分量，增大调相效果。理想地，流过第二连接管451的气体与压力呈90度的分量越大越好。旁通调节器451a不可能完全控制直流分量，但会抑制直流分量在一定范围内，否则的话，有一股大的气流从第一回热器12经第一脉管14经单级压缩腔44a兜圈子，或反之，从而破坏制冷工况，这股气流被称为直流分量。
59.在本实施例的基础上，在一些替代实施方式中，可以省略旁通调节器451a，此时旁通调节器451a的调节阻力功能可由第二连接管451的阻力代替，这可通过改变第二连接管451的直径或长度实现。
60.通过调节第一气库61的容积就可调节调相能力，理论上当第一气库61容积无穷大时，流过第二连接管451的气体都是与压力呈90度的气流分量，这时单级压缩腔44a只对第一冷头10输入功，第二冷头20的输入功是第一冷头10的膨胀功。当第一气库61容积较小时，流过第二连接管451的气流包含与压力呈0度的气流分量，这部分被称为行波，是单级压缩腔44a对第二冷头20的输入功。控制第一气库61的容积就可控制到第二冷头20的输入功，从而控制第一冷头10与第二冷头20的功的分配，进而控制其制冷量。如果没有第一气库61，则无法在调相与功的分配上协调。
61.另外，在实施例1的基础上，在一些其他实施方式中，第二脉管24的热端可以与单级压缩腔44a或第一脉管14的热端相连，并通过旁通调节器调节流量大小和控制直流分量，从而可以对第二脉管24进一步调相。
62.实施例2
63.参考图2，本实施例提供另一种气库型串列式脉管制冷机，不同于实施例1之处在于，本实施例中，在单级压缩腔44a和第一气库61之间设置有阻力元件441b。
64.参考图2，本实施例中，阻力元件441b用于调节第一气库61与单级压缩腔44a间的阻力，起到隔开第一气库61与单级压缩腔44a的作用。
65.本实施例中，阻力元件441b可以是调节阀或一段有一定阻力的管子或填充了多孔介质的管子。
66.如果阻力元件选择为管子时，则可通过调节管子直径或长度调节阻力。
67.在本实施例的基础上，在一些替代实施方式中，阻力元件441b也可与旁通调节器451a一起辅助调节直流气流分量。如旁通调节器451a是一个阀，阻力元件441b是一个阀，二者头对头或尾对尾布置。
68.其原理是：经旁通调节器451的气流受从单级压缩腔44a到第一冷量换热器14之间的压降控制，如果没有阻力元件441b，则基本变成受从第一散热器11到第一冷量换热器14之间的压降控制，则第一气库61的作用被弱化，如果第一连接管441的阻力很小，则第一气库61的作用甚至没有。
69.实施例3
70.参考图3，本实施例提供另一种气库型串列式脉管制冷机，不同于实施例2之处在于，本实施例中，第一气库61连接于第一连接管441中。
71.在本实施例的基础上，在一些替代实施方式中，第一气库61也可连接于第一散热器11前，或成为布置于第一散热器11前的一个死容积。
72.实施例4
73.参考图4，本实施例提供另一种气库型串列式脉管制冷机，不同于实施例1之处在于，本实施例中，气库型串列式脉管制冷机包括压缩机和两个冷头，两个冷头分别为第一冷头10和第二冷头20，压缩机的压缩腔分别与第一冷头10和第二冷头20连接，在压缩机的压缩腔与第一冷头10之间设置有第一气库61。
74.参考图4，本实施例中，第一冷头10由第一散热器11、第一回热器12、第一冷量换热器13、第一脉管14顺次连接而成，其中第一脉管14两端有第一冷端均流器141和第一热端均流器142。
75.第二冷头20由第二散热器21、第二回热器22、第二冷量换热器23、第二脉管24顺次
连接而成，其中第二脉管24两端有第二冷端均流器241和第二热端均流器242。
76.第二冷头20与第一冷头10串联布置，第一冷头10的脉管热端连接第二冷头20的散热器，即第一脉管14的热端连接第二散热器21，从而可利用第一冷头的膨胀功进一步制冷，从而提高制冷效率。
77.参考图4，本实施例中，压缩机由驱动部41、阶梯活塞42和阶梯气缸43组成，阶梯活塞42和阶梯气缸43形成第一压缩腔44和第二压缩腔45，第一压缩腔44与第一散热器11通过第一连接管441连接，第二压缩腔45与第一脉管14和第二散热器21通过第二连接管451连接。
78.进一步参考图4，本实施例中，第二压缩腔45是通过第二连接管451连接到第一脉管14的第一热端均流器142上。
79.进一步参考图4，本实施例中，第二脉管24与调相器连接，调相器由惯性管51和调相气库52组成。
80.进一步参考图4，本实施例中，第一散热器11还连接有第一气库61。
81.进一步参考图4，第一散热器11与第一气库61可以通过第一连接管441相连接。
82.工作时，驱动部41带动阶梯推移活塞42往复运动产生压力波，输入功到第一冷头10。气体在第一脉管14冷端(即靠近第一冷端均流器141部分，图4中显示为下部)膨胀做功制冷，膨胀功传输到第一脉管14热端(即靠近第一热端均流器142部分，图4中显示为上部)然后沿第二连接管451输入到第二冷头20。气体在第二脉管24冷端(即靠近第二冷端均流器241部分，图4中显示为下部)膨胀做功制冷，膨胀功传输到第二脉管24热端(即靠近第二热端均流器242部分，图4中显示为上部)，然后在惯性管51里变为热散失掉。
83.采用本实施例的结构，压缩腔45里的气体也通过第二连接管451流向第一脉管14的热端和第二散热器21用于调相。同时压缩腔45也对第二冷头20输入功。
84.与图1中的旁通调节器451a相比，本实施例中，第一压缩腔44与第二压缩腔45物理上分离，没有直流分量，运行更加平稳。功的输入到第一冷头10与到第二冷头20的比值理论上是第一压缩腔44与第二压缩腔45的扫气容积比。第二压缩腔45提供的气流里与压力呈90度的气流分量则受气库61的容积控制，容积越大，分量越大。
85.实施例5
86.参考图5，本实施例提供另一种气库型串列式脉管制冷机，不同于实施例4之处在于，本实施例中，气库型串列式脉管制冷机包括压缩机和三个冷头，三个冷头分别为第一冷头10、第二冷头20和第三冷头30。三个冷头串联连接。
87.参考图5，本实施例中，第三冷头30由第三散热器31、第三回热器32、第三冷量换热器33、第三脉管34顺次连接而成，其中第三脉管34两端有第三冷端均流器341和第三热端均流器342。
88.参考图5，本实施例中，压缩机由驱动部41、阶梯活塞42和阶梯气缸43组成，阶梯活塞42和阶梯气缸43形成第一压缩腔44、第二压缩腔45和第三压缩腔46，第一压缩腔44与第一散热器11通过第一连接管441连接，第二压缩腔45与第一脉管14和第二散热器21通过第二连接管451连接；第三压缩腔46与第二脉管24和第三散热器31通过第三连接管461连接。
89.进一步参考图5，本实施例中，第三脉管34与调相器连接，调相器由惯性管51和调相气库52组成。
90.进一步参考图5，本实施例中，第一散热器11还连接有第一气库61。
91.进一步参考图5，第一散热器11与第一气库61可以通过第一连接管441相连接。
92.进一步参考图5，本实施例中，第二散热器21还连接有第二气库62。
93.进一步参考图5，第二散热器21与第二气库62可以通过第二连接管451相连接。
94.本实施例提供的是有三个冷头时的状况。
95.在本实施例的基础上，在一些替代实施方式中，如果采用单级压缩腔，则第三连接管461上也需要设置旁通调节器。
96.本实施例提供了三个冷头串联连接的形式，根据本技术的记载，依次类推，可以采用n个冷头串联的形式(n＞3)，此时，只需相应设置n个压缩腔即可。
97.实施例6
98.参考图6，本实施例提供另一种气库型串列式脉管制冷机，不同于实施例4之处在于，本实施例中，气库型串列式脉管制冷机包括压缩机和两个冷头，两个冷头分别为第一冷头10、第二冷头20，其中第二冷头20是双级的。
99.参考图6，本实施例中，第二冷头20由第二散热器21、第二回热器22、第二预冷换热器22a、第二级回热器22b、第二级冷量换热器23、第二脉管24顺次连接而成，其中第二脉管24两端有第二冷端均流器241和第二热端均流器242。
100.本实施例中，第二预冷换热器22a通过热桥143与第一冷量换热器13相接触，这样第二级冷量换热器23可获得更低的制冷温度。
101.实施例7
102.参考图7，本实施例提供另一种气库型串列式脉管制冷机，不同于实施例4之处在于，本实施例中没有设置第一气库61。
103.本实施例中在第一散热器11前设置第一死容积61a。
104.不同于实施例4，本实施例中第一气库61被接于第一散热器11前的第一死容积61a取代。
105.此外，在本实施例的基础上，在一些替代实施方式中，在不设置第一气库61的情况下，可以将第一连接管441加粗加长使其取代第一气库61。
106.实施例8
107.参考图8，本实施例提供另一种气库型串列式脉管制冷机，不同于实施例4之处在于，本实施例中没有设置第一气库61。
108.本实施例中在第一压缩腔44前设置第二死容积61b。
109.不同于实施例4，本实施例中将第一气库61被接于第一压缩腔44前的第二死容积61b取代。
110.此外，在本实施例的基础上，在一些替代实施方式中，在不设置第一气库61的情况下，可以将第一连接管441加粗加长使其取代第一气库61。
111.实施例9
112.在采用阶梯活塞压缩机时，上述实施例4、5、6、7、8的压缩腔的数目和冷头一样，每个压缩腔连接一个冷头。
113.与上述涉及阶梯活塞压缩机的实施例不同，本实施例中，阶梯活塞压缩机的压缩腔的数目可以小于冷头数目，这样就得有冷头公用一个压缩腔，公用的可采用旁通调节器
来调相。
114.参考图9，与实施例5不同，本实施例中，气库型串列式脉管制冷机包括压缩机和三个冷头，三个冷头分别为第一冷头10、第二冷头20和第三冷头30。三个冷头串联连接。
115.压缩机由驱动部41、阶梯活塞42和阶梯气缸43组成，阶梯活塞42和阶梯气缸43形成第一压缩腔44、第二压缩腔45，第一压缩腔44与第一散热器11通过第一连接管441连接，第二压缩腔45与第一脉管14和第二散热器21通过第二连接管451连接；同时，第二压缩腔45还与第二脉管24和第三散热器31通过第三连接管461连接，第三连接管461上设置有旁通调节器451a。
116.上述实施例中，调相器可以采用其他形式的调相器，如推移活塞，活塞，小孔气库，等。其中，惯性管退化为毛细管则是小孔气库型调相器，惯性管被阀取代也可变为小孔气库型调相器。
117.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。