[发明专利]致冷装置

说明书

本发明涉及一种致冷（冷却）装置，特别是，但并不局限于一种热-声致冷装置，该种装置的结构范例和工作原理如下列已有技术的文献所述。

1）J.Wheatley和A.Cox：“Natural  Engines”，“今日物理”38卷，第8期（1985年8月）。

2）W.E.Gifford和R.C.Longworth：美国机械工程学会（ASME）冬季年会论文，63-WA-290号，费城，宾夕法尼亚，美国，1963年11月。

3）P.Merkli和H.Thoman：“谐振管中的热-声效应”，“流体力学杂志”，70，161（1975）。

4）J.Wheatley和T.Holler，G.W.Swift，A.Mingliori：“了解一些热-声学在声学热机中应用时的简单现象”，“美国物理杂志”，53卷，第2期，（1985年12月）。

5）R.Radelbough，J.Zimmerman，D.R.Smith和B.Louuse：“三类脉冲管致冷器的比较：用于测量读数60°K时的新方法”，已投稿至“低温工程进展”，31卷。

本发明既涉及上述文献目录中第2篇和第5篇文献主题所述的非谐振的“脉冲管”型装置，也涉及上述第3篇和第4篇文献所述的谐振的“风琴管”型装置。

谐振的“风琴管”致冷装置通过使一种工作流体（即一种气体或蒸汽）在一外壳里作运动、压缩和膨胀而工作。上述工作流体在该致冷装置中的行为与空气在风琴管中的行为有些相似，也就是说，如果不考虑有时放置在该外壳中的一个或多个我们称为换热器的结构所造成的稍许编离，上述工作流体的行为可以用支配空气在一个风琴管中行为相同的物理定律来诠释。对于非共振情况，即脉冲管致冷装置情况，尽管这时简单的风琴管类比并不合适，但可应用同样的物理定律。

换热器是一种热交换器，上述工作流体以往复的方式穿过或经过该换热器。该换热器有这样的作用：即以该工作流体运动、压缩和膨胀的方式，从所述工作流体中吸收热能。暂时将热能储存起来，并再将这些热能放出来。这样，热就从上述换热器的所谓“冷端”的一个部件传至另一端的一个部件。在以Stirling循环方式运转的冷却装置中，换热器也起着类似的作用。

热-声致冷装置的运行，依赖于在上述工作流体强制循环和所述换热器有效地把热能暂时储存起来随后又把热能放给所述气体的过程之间，存在一个时间位相延迟（time  phase  lag）。目前的换热器通常是用大量多孔的金属材料制成，比如，可以做成一堆盘状金属丝网，或者做成一金属纤维的衬套。人们认为，换热器做成这种结构，限制了热-声致冷器的现有性能，本发明的目的就是提供一个在这方面有所改进的换热器。

本发明提供了一种致冷装置，它包括一个换热器和一种工作流体，其中所述工作流体与该换热器相接触并且作压缩和膨胀式运动，以产生一种冷却效果。所述换热器至少确定了一个表面，所述工作流体靠着该表面通过，而且上述表面有许多部分伸出插入上述工作流体中，这是为了在上述工作流体的边界层的流动中造成可控制的局部不连续性。由于改进了在上述换热器和所述工作流体之间的热交换，而且进一步，为了增加所述表面和确定该表面的构件主体之间的热相位延迟（thermal  phase  lag）及增加每个循环中热能所抽运的有效距离，以造成局部热源/冷源部位。

为更好地理解本发明，现在来参考附图的例子。

图1是一热-声致冷器后视示意图。

图2是用于图1中致冷器的换热器的一个剖面图。

图3和图4分别是图2中换热器的一个平板的侧视剖面图和平面图。

图5中的那个管子左端封闭，右端装有一振荡器，该振荡器在该管子中激励起声学效应。

图6示意了在有横向凸缘存在的情况下的气体流线和一个在每个低阶（step-down）附近都出现的初始旋涡状态，上述每个低阶的后面是一个配对的高阶（step-up  pair），前面也伴随着一个所述的高阶。

图7和图8确定了一个换热器平板的几何结构，并且作为一个例子，描绘了一换热器平板中的瞬态温度场。