[发明专利]一种脉管制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种脉管制冷机。

背景技术

脉管制冷机是一种重要的制冷机结构，在航空、航天、军事、弱电超导等领域有着重要的应用。

脉管制冷机要想获得良好的制冷性能，其中的一个关键因素是在回热器内获得理想的相位关系，而调相部件就是为了调节回热器内的相位关系。不同种类的调相部件所能够实现的相位关系的理想程度是不一样的，因此采用不同的调相部件时制冷机所能够达到的性能是不同的。

最早的脉管制冷机没有专门的调相部件，回热器内的声场为驻波，即压力和速度的相位差接近90度，在相同的制冷量情况下，流动损失最大，因此性能最差。

此后人们发明了小孔型脉管制冷机，小孔和气库的联合作用，可以使回热器内的压力和体积流相位角减小，因此流动损失减小，制冷性能获得大幅提升。

图1给出了一种小孔型脉管制冷机的结构，该小孔型脉管制冷机主要由直线压缩机(图中只画出了直线压缩机的活塞1)和热声转换部件组成。热声转换部件主要包括主散热器2、回热器3、低温换热器4、热缓冲管5、次散热器6和调相部件。其中，调相部件为小孔阀9和气库10的组合。

图1中的脉管制冷机，其直线压缩机利用交流电在线圈内感应出交变磁场，推动活塞1做往复直线运动，产生压力波，将电能转化为声波形式的机械能。声波进入热声转换部件后在低温换热器4内吸收热量，之后经过回热器3并在主散热器2内将热量散入环境当中，从而产生制冷效果。

其中，与传统曲轴结构的旋转压缩机相比，直线压缩机因为采用板簧或者气体轴承支撑技术，活塞和气缸之间没有任何摩擦，所以不但电声转换效率非常高，而且使用寿命也大为延长。此外，图1中的脉管制冷机热声转换部件完全由换热器和管件组成，没有任何机械运动部件，并且制冷效率较高，因此二者的组合构成了一种高效、结构紧凑、长寿命的低温制冷机。

但是小孔型脉管制冷机存在的问题是其压力和速度依然存在一定的相位差，从而其制冷性能还有待提高。

在此基础上，后来又有人发明了双向进气型脉管制冷机和惯性管型脉管制冷机，这两种调相方式都可以在回热器内获得行波相位，即压力和速度的相位差为零度。在相同的制冷量情况下，这两种脉管制冷机流动损失最小，因此制冷机性能再次获得提升。但这两种脉管制冷机的调相方式也有自己不足的地方：双向进气型脉管制冷机容易导致直流流动，反而恶化制冷机性能；惯性管型脉管制冷机的惯性管调相能力在其直径比较小时是有限的，在比较小的制冷机中仍然不能实现所需要的相位关系。

综上所述，现有脉管制冷机的调相方式均存在不足，有的难以使回热器获得理想的行波相位，有的虽然可以获得理想的相位关系，但同时会带来其他类似直流、无法适应于较小的制冷机等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提供一种可以相对现有技术进一步提高制冷性能的脉管制冷机，在获得理想的行波相位的同时，避免出现直流或者无法适应于较小的制冷机等问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种脉管制冷机，包括压缩机和热声转换部件，所述热声转换部件包括依次连接的主散热器、回热器和低温换热器，所述低温换热器远离所述回热器的一端通过隔热散热管道连接气缸；所述气缸和声功吸收器连通，且所述气缸内设置有活塞和弹簧；所述活塞通过所述弹簧与所述气缸连接，且在受力时，所述活塞以及所述弹簧沿着所述气缸缸筒的轴向运动。

优选地，所述隔热散热管道包括热缓冲管和次散热器；且所述低温换热器、热缓冲管、次散热器和气缸依次连接。

优选地，所述隔热散热管道包括连接管和隔热散热块；所述连接管的一端和所述低温换热器连接，另一端和所述气缸连接；所述隔热散热块固定在所述活塞靠近所述低温换热器的一侧。

优选地，沿着远离所述低温换热器的方向上，所述气缸被所述活塞的运动行程分为第一区段、第二区段和第三区段；所述活塞运动行程与所述第二区段相对应；所述声功吸收器和所述第一区段连通。

优选地，沿着远离所述低温换热器的方向上，所述气缸被所述活塞的运动行程分为第一区段、第二区段和第三区段；所述活塞运动行程与所述第二区段相对应；所述声功吸收器和所述第三区段连通。

优选地，所述弹簧的数量为一根，且位于所述活塞远离所述低温换热器的一侧。

优选地，所述弹簧的数量为两根，且分别位于所述活塞的两侧。

优选地，所述压缩机为直线压缩机。