一种耦合式多级脉管制冷单元及系统的制作方法

本发明涉及脉管制冷，尤其涉及一种耦合式多级脉管制冷单元及系统。

背景技术：

1、热声驱动脉管制冷技术具有广泛的应用前景，可以用于液化天然气、提供车用清洁燃料、实现城市燃气使用的调峰，还可以用于石油气的液化分离、回收利用掩埋式垃圾场料，也可以用于普冷领域的空调以及食品冷冻冷藏等。为了获得更低的制冷温度以及在多温度位提供冷量，多级脉管制冷机应运而生。

2、对于多级脉管制冷机，不可避免地必须考虑级间耦合方式问题。在结构方面，传统的多级耦合方式如下：多级脉管制冷机中，上一级脉管制冷单元的冷端换热器与下一级脉管制冷单元的高温端换热器通过铜片或者铜棒连接，进而实现级间耦合。然而，上述级间耦合方式存在一些缺点，例如：热阻比较大，结构不紧凑，漏热比较大等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种耦合式多级脉管制冷单元及系统，降低了整体热阻，提升了整体换热效率，同时，整体结构更为紧凑，外漏热表面也有所减少。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种耦合式多级脉管制冷单元，包括第一主换热器、第一回热器、第一低温换热器、第一脉管和第一次换热器，第一低温换热器中设有分隔的第一换热通道和第二换热通道，还包括第二回热器、第二低温换热器、第二脉管和第二次换热器，第一主换热器、第一回热器、第一低温换热器中所设第一换热通道、第一脉管和第一次换热器依次连通，且其中通入气体振动工质，构成一级脉管制冷单元，第一低温换热器中所设第二换热通道、第二回热器、第二低温换热器、第二脉管和第二次换热器依次连通，且其中通入气体振动工质，构成二级脉管制冷单元。

4、进一步的，所述第一低温换热器为板翅式换热器或管壳式换热器。

5、进一步的，所述第一低温换热器为板翅式换热器时，其第一换热通道内一级脉管制冷单元的气体振动工质和其第二换热通道内二级脉管制冷单元的气体振动工质均走管程，通过不同的管道进行分隔。

6、进一步的，所述第一低温换热器为管壳式换热器时，其第一换热通道内一级脉管制冷单元的气体振动工质和其第二换热通道内二级脉管制冷单元的气体振动工质流经不同的翅片，通过隔板进行分隔。

7、进一步的，所述第一低温换热器的材料为钢、铸铁、不锈钢、铜、钛、陶瓷、玻璃、石墨中的一种。

8、进一步的，所述气体振动工质为氮气、氦气、二氧化碳、氩气、氢气中的一种气体或者多种气体组成的混合气体。

9、一种耦合式多级脉管制冷系统，包括两声源以及上述一种耦合式多级脉管制冷单元，第一主换热器通过谐振管与其一声源连通，第一低温换热器中所设第二换热通道通过谐振管与另一声源相连。

10、进一步的，所述声源为扬声器或直线发电机。

11、本发明的有益效果为：

12、本发明的多级脉管制冷单元及系统中，一级脉管制冷单元与二级脉管制冷单元采用了气体直接耦合的形式，既实现了一级脉管制冷单元对二级脉管制冷单元的预冷，又杜绝了通过铜片或铜棒耦合所带来的热损失，因而降低了整体热阻，提升了整体换热效率，同时，整体结构更为紧凑，外漏热表面也有所减少。

技术特征：

1.一种耦合式多级脉管制冷单元，其特征在于：包括第一主换热器、第一回热器、第一低温换热器、第一脉管和第一次换热器，第一低温换热器中设有分隔的第一换热通道和第二换热通道，还包括第二回热器、第二低温换热器、第二脉管和第二次换热器，第一主换热器、第一回热器、第一低温换热器中所设第一换热通道、第一脉管和第一次换热器依次连通，且其中通入气体振动工质，构成一级脉管制冷单元，第一低温换热器中所设第二换热通道、第二回热器、第二低温换热器、第二脉管和第二次换热器依次连通，且其中通入气体振动工质，构成二级脉管制冷单元。

2.根据权利要求1所述的一种耦合式多级脉管制冷单元，其特征在于：所述第一低温换热器为板翅式换热器或管壳式换热器。

3.根据权利要求2所述的一种耦合式多级脉管制冷单元，其特征在于：所述第一低温换热器为板翅式换热器时，其第一换热通道内一级脉管制冷单元的气体振动工质和其第二换热通道内二级脉管制冷单元的气体振动工质均走管程，通过不同的管道进行分隔。

4.根据权利要求2所述的一种耦合式多级脉管制冷单元，其特征在于：所述第一低温换热器为管壳式换热器时，其第一换热通道内一级脉管制冷单元的气体振动工质和其第二换热通道内二级脉管制冷单元的气体振动工质流经不同的翅片，通过隔板进行分隔。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种耦合式多级脉管制冷单元，其特征在于：所述第一低温换热器的材料为钢、铸铁、不锈钢、铜、钛、陶瓷、玻璃、石墨中的一种。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的一种耦合式多级脉管制冷单元，其特征在于：所述气体振动工质为氮气、氦气、二氧化碳、氩气、氢气中的一种气体或者多种气体组成的混合气体。

7.一种耦合式多级脉管制冷系统，其特征在于：包括两声源以及利要求1至6任意一项所述的一种耦合式多级脉管制冷单元，第一主换热器通过谐振管与其一声源连通，第一低温换热器中所设第二换热通道通过谐振管与另一声源相连。

8.根据权利要求7所述的一种耦合式多级脉管制冷系统，其特征在于：所述声源为扬声器或直线发电机。

技术总结本发明公开一种耦合式多级脉管制冷单元及系统，其中，耦合式多级脉管制冷单元包括第一主换热器、第一回热器、第一低温换热器、第一脉管和第一次换热器，第一低温换热器中设有分隔的第一换热通道和第二换热通道，还包括第二回热器、第二低温换热器、第二脉管和第二次换热器，第一主换热器、第一回热器、第一低温换热器中所设第一换热通道、第一脉管和第一次换热器依次连通并通入气体振动工质，第一低温换热器中所设第二换热通道、第二回热器、第二低温换热器、第二脉管和第二次换热器依次连通并通入气体振动工质。本发明的多级脉管制冷单元及系统降低了整体热阻，提升了整体换热效率，同时，整体结构更为紧凑，外漏热表面也有所减少。技术研发人员：李青受保护的技术使用者：中科合肥技术创新工程院技术研发日：技术公布日：2024/7/4