[发明专利]基于电涡流阻尼的调相装置、脉管制冷机及调相方法

说明书

本发明公开了一种基于电涡流阻尼的制冷机阻抗调相装置，能够用于脉管制冷机的调相，包括：能与所述脉管制冷机的脉管热端换热器密封连通的壳体；通过弹性件设置在壳体内、且在压力波作用下能够做往复运动的活塞，该活塞为导体；设置在壳体外能够在活塞往复运动时对活塞产生磁场作用力的磁场发生装置。本发明的调相装置引入电涡流阻尼力参与阻抗调节，该电涡流阻尼力的大小可以通过改变磁场发生装置所发出的磁场强度来控制，同时配合活塞面积和弹簧刚度的选择，为脉管制冷机提供较优的阻抗，从而使脉管制冷机可以高效的工作。

技术领域

本发明属于低温制冷机领域，具体是涉及一种基于电涡流阻尼的制冷机阻抗调相装置、使用该调相装置的脉管制冷机以及调相方法。

背景技术

脉管制冷机最早在1963年由Gifford和Longsworth提出，其最重要的特点是冷头部分没有运动部件，具有长寿命、低成本和稳定可靠的优势，十分适合空间超导器件和红外设备的冷却。脉管制冷机通常由压缩装置、级后冷却器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器和调相装置组成。其中，回热器冷端的声阻抗对于脉管制冷机的制冷性能具有至关重要的影响，而调相装置的作用就是为回热器冷端提供合适的声阻抗。事实上，脉管制冷机性能的进步与其调相装置的发展息息相关。从基本型，小孔型，小孔气库型，双向进气型再到惯性管气库型，脉管制冷机的调相装置不断发展，其制冷温度不断降低，制冷量和效率也不断提升。

当前脉管制冷机的主要调相装置为惯性管和气库组合而成，该种组合虽然尺寸较大，但其在较高的制冷温区可以为脉管制冷机提供较优的阻抗。然而，随着制冷温度的降低，惯性管和气库的组合越来越难为脉管制冷机提供足够的阻抗，从而导致当前深低温脉管制冷机的效率低下。因此，高效的深低温调相方法是当前脉管制冷领域的研究热点和难点。同时，在降温过程中脉管制冷机回热器冷端的最优声阻抗是动态变化的，而且在降温过程结束后，受热负荷和环境的变化影响，其运行工况和最优声阻抗也不是固定不变的。然而，传统的调相装置往往在设计好之后就不能变化，这意味着，在脉管制冷机降温过程及运行工况变化时，回热器冷端的声阻抗偏离最优值，脉管制冷机的性能不能达到最佳状态。因此，可以根据实际工况实时调节阻抗的调相装置对于脉管制冷机性能的进一步提高具有重要意义。

此外，为达到实时调节阻抗的目的，申请号为CN201610054685.7的专利文献公开了一种利用波纹管作为可调气库的脉管制冷机。所述波纹管气库的体积可以实时手动或者自动调节，从而达到制冷机的快速降温。然而，由于改变气库体积的同时也会改变系统的压力，该技术在调节阻抗的时候很可能会使制冷机的充气压力显著地偏离最优值，让制冷机的性能反而恶化。

发明内容

为解决上述常用调相方法无法在深低温下为脉管制冷机提供合适的阻抗和根据实际工况实时主动调节阻抗的难题，本发明提供了一种基于电涡流阻尼的制冷机阻抗调相装置，通过合理的设计，该装置能够为脉管制冷机的高效工作提供较优的阻抗，从而使脉管制冷机高效的工作。

一种基于电涡流阻尼的制冷机阻抗调相装置，能够用于脉管制冷机的调相，包括：

能与所述脉管制冷机的脉管热端换热器密封连通的壳体；

通过弹性件设置在壳体内、且在压力波作用下能够做往复运动的活塞，该活塞为导体；

设置在壳体外能够在活塞往复运动时对活塞产生磁场作用力的磁场发生装置。

采用上述方案，可通过仿真实验，确定活塞面积，弹簧以及磁场发生装置的磁场的大小，通过磁场发生装置控制活塞的运动，进而实现较优相位调节。

本发明还可以同时结合传感器和控制器，可以根据实际工况实时主动调节活塞受到的电涡流阻尼力，使得制冷机内位移和压力的相位差始终保持在最优相位差，使制冷机始终保持在最优声阻抗状态。一种基于电涡流阻尼的制冷机阻抗调相装置，包括：

壳体；

通过弹性件设置在壳体内的活塞，该活塞为导体；