脉管制冷机 一、技术领域
本发明涉及一种回热式低温制冷机，特别涉及一种脉管制冷机。二、背景技术
脉管制冷法首先由美国Gifford教授于六十年代发明并获得专利。脉管制冷机没有在低温下工作的部件，可靠性高，可用于空间、军工和高技术中红外探测器、电子探测元件的冷却、生物医学中核磁共振仪和超导等一系列领域。脉管制冷机发展至今，正逐步进入实用化阶段，而微型化和较低的制冷温度这两方面在上述应用背景下显得尤为重要。现有的微型脉管制冷机结构上非常复杂，给实用化带来了很大的困难。
目前，各种不同形式的微型脉管制冷机上几乎全部使用圆柱形脉管。我们通过理论分析和相应的数值计算，发现这种形状的脉管并不能达到最佳的温度梯度，从而影响了其制冷效果。现有的脉管均为一根等截面的圆管，由脉管的制冷原理可知：从回热器流入脉管的流量可分为三部分，一部分为制冷分量，与压力同相；一部分为不制冷分量，与压力导数同相；还有一部分是不定相，由温度的导数所决定，如果是升温过程，则属于制冷分量，否则属于不制冷分量。取脉管中任意微元为分析对象，假设脉管内气体为理想气体且压力和温度均匀，并随时间变化，则有：mout·=mi·-dmdt=mi·-ddt(pVPT)]]>=mi·-AΔxRddt(pT)]]>=mi·-AΔxRTdpdt+AΔxPT2pdTdt]]>=mi·-AΔxRT2(Tdpdt-pdTdt)]]>
＝f(A，T，p)
从上式可知，对任一微元体，管内的温度分布与面积有一定的对应关系，而这个对应关系与压力场和温度场又有直接的关系。第二项不制冷分量和第三项不定项综合起来考虑，这两项制冷与否，由f(T，p，A)的符号所决定，也就是A和T及p之间要满足一定地条件关系，才能使得制冷的项达到最大。而如果采用等截面圆柱管，面积A为常数，这显然与脉管内的压力和温度的分布不能很好地匹配，对于改善脉管制冷机的性能显然是不利的。三、发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种体积小、结构简单、能进一步降低最低制冷温度的脉管制冷机。
为实现上述目的，本发明采用技术方案是：它包括压缩机、回热器、脉管、气库，其特点是，脉管设置在回热器内，脉管为一先渐缩再渐扩的脉管，脉管与回热器之间填充有回热器填料，脉管的上端设置有冷端换热器，在回热器与气库之间设置有金属板，金属板内设置有双向进气口，压缩机通过双向进气口与回热器相联通，在金属板上与脉管相对应处设置有热端换热器，热端换热器通过设置在金属板内的双向进气阀与双向进气口相联通，热端换热器通过设置在金属板内的小孔阀与小孔口相联通，小孔口与设置有金属板下面的气库相联通。
本发明的另一特点是：双向进气阀和小孔阀的两端分别设置有调节阀；脉管由尼龙材料制成，回热器填料为网状填料；金属板表面设置有过双向进气口横截面与回热器相配套的密封槽；回热器与脉管同轴固定安装。
本发明在实现微型化设计的同时，简化了结构，使得微型脉管制冷机实用化，对脉管形状的改进，有利于脉管内温度梯度的形成，提高了脉管制冷机的制冷性能。四、附图说明
图1是本发明的整体结构原理图；
图2是本发明金属板6的结构示意图；
图3是本发明脉管5的结构示意图；
图4是本发明与等截面脉管制冷机的制冷效果对比图。五、具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细的说明。
参照图1、2、3，本发明包括压缩机1、回热器2、脉管5、气库7，脉管5设置在回热器2内，脉管5与回热器2同轴固定安装，脉管5为一先渐缩再渐扩的尼龙脉管，尼龙材料具有低导热率，更有利于形成温度梯度，脉管5与回热器2之间填充有网状回热器填料3，脉管5的上端设置有冷端换热器4，在回热器2与气库7之间设置有金属板6，金属板6表面设置有与回热器2相配套的密封槽14，在金属板6内、密封槽14的下部设置有双向进气口9，压缩机1通过双向进气口9与回热器2相联通，在金属板6上与脉管5相对应处设置有热端换热器10，热端换热器10通过设置在金属板6内的双向进气阀8与双向进气口9相联通，热端换热器10通过设置在金属板6内的小孔阀11与小孔口12相联通，小孔口12与设置有金属板6下面的气库7相联通，在双向进气阀8和小孔阀11的两端分别设置有调节阀13，用于调节小孔口11和双向进气阀8的开度。本发明除了压缩机1以外所有的部件都整合到了一块金属板6上，同时将双向进气口9和小孔口12以及热端换热器10都设置在金属板6内部，因而改善了脉管制冷机的结构布置，简化了结构。同时，设计了调节阀13，可以在脉管制冷机的运行过程中随时调节小孔阀11和双向进气阀8的开度，改善其制冷性能，从而更加实用化。
本发明的工作过程如下：当压缩机1内气压升高时，压缩机1提供振荡气流，一股经过回热器2回热后进入冷端换热器4，吸收热量后进入脉管5，在脉管5中形成较大的温度梯度，然后进入热端换热器10放热；另一股气流经过双向进气口9进入热端换热器10和脉管5，整个气流经过小孔口12进入气库7。当压缩机1内气压降低时，气流由气库7流出，反向流动。本发明能够产生制冷效果的原因在于当脉管5内产生温度梯度时，如果将脉管5的一头——热端换热器10保持在室温左右，则在脉管5的另一头——冷端换热器4可以获得低温。
脉管制冷机中一个重要部件是脉管，正是因为脉管内形成了温度梯度才得以实现制冷效果。
参见图3，本发明在压力为1.3Mpa，频率为14.3HZ时与等截面脉管制冷机的制冷效果对比图，从图中可以明显看出本发明的制冷效果优于等截面脉管制冷机。