氣耦合型多級脈沖管制冷的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，包括：預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)、預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)、低溫級脈沖管制冷機(jī)和低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)；所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)與低溫級脈沖管制冷機(jī)耦合連接，所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)包括：預(yù)冷級熱端換熱器，該預(yù)冷級熱端換熱器與所述預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接，所述低溫級脈沖管制冷機(jī)包括：低溫級熱端換熱器，該低溫級熱端換熱器與所述低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接。本發(fā)明提供的氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，可使減小制冷機(jī)體積，以及減小調(diào)節(jié)難度，使其最低溫度達(dá)到10K以下溫區(qū)。
【專利說明】氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫區(qū)制冷系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，許多高精度的遙感設(shè)備都需要在極低溫，即IOK以下的溫度范圍工作。這些器件通常對振動和電磁干擾等特別敏感，因此，極低溫區(qū)脈沖管制冷機(jī)成為首選方案，從目前研究結(jié)果看來，單級脈沖管制冷機(jī)最低制冷溫度在20K左右，為了達(dá)到IOK以下的低溫，一般采用多級結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有技術(shù)中采用熱耦合方式的多級脈沖管制冷機(jī)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于，系統(tǒng)中采用兩個或更多個壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的數(shù)目由制冷機(jī)的級數(shù)決定。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致兩個明顯的問題，其一，系統(tǒng)龐大，其二，調(diào)節(jié)難度加大，脈沖管制冷機(jī)有較復(fù)雜的調(diào)相機(jī)構(gòu)，如果采用多級熱耦合的方式，每一級都有調(diào)相機(jī)構(gòu)，并且每級之間的調(diào)相機(jī)構(gòu)相互影響，調(diào)節(jié)非常復(fù)雜，很難使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，不能起到多級脈沖管制冷機(jī)應(yīng)有的降溫效果O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，減小調(diào)節(jié)難度和制冷機(jī)體積，使其最低溫度達(dá)到IOK以下溫區(qū)。
[0005](二)技術(shù)方案
[0006]一種氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，包括:預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)、預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)、低溫級脈沖管制冷機(jī)和低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)；所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)與低溫級脈沖管制冷機(jī)耦合連接，所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)包括:預(yù)冷級熱端換熱器，該預(yù)冷級熱端換熱器與所述預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接，所述低溫級脈沖管制冷機(jī)包括:低溫級熱端換熱器，該低溫級熱端換熱器與所述低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接。
[0007]其中，所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)還包括與熱端換熱器連接的一級蓄冷器和一級脈沖管，所述一級蓄冷器和一級脈沖管同軸布置或U型布置。
[0008]其中，所述低溫級脈沖管制冷機(jī)還包括與低溫級熱端換熱器依次連接的二級蓄冷器、二級脈沖管、多路旁通元件、三級蓄冷器、三級脈沖管和冷端換熱器，其中二級蓄冷器和二級脈沖管以及三級蓄冷器和三級脈沖管均同軸布置。
[0009]其中，所述的多路旁通元件布置在二級脈沖管和三級蓄冷器之間，氣體經(jīng)過該多路旁通元件之后進(jìn)行分流，一部分工質(zhì)進(jìn)入三級脈沖管，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；而另一部分工質(zhì)進(jìn)入三級蓄冷器，吸收三級蓄冷器中的冷量后再進(jìn)入三級脈沖管。
[0010]其中，所述預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)包括:與所述預(yù)冷級熱端換熱器依次連接的雙向進(jìn)氣閥、預(yù)冷級慣性管和預(yù)冷級氣庫。
[0011]其中，所述低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)包括:與所述低溫級熱端換熱器依次連接的低溫級慣性管和低溫級氣庫。
[0012]其中，所述多路旁通元件為小孔結(jié)構(gòu)或閥門結(jié)構(gòu)。
[0013]其中，所述一級蓄冷器、二級蓄冷器和三級蓄冷器，呈管狀；其管壁為薄壁，由金屬或非金屬制成。
[0014]其中，所述一級脈沖管、二級脈沖管和三級脈沖管為薄壁管，由金屬或非金屬制成。
[0015](三)有益效果
[0016]本發(fā)明提供的氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，可使減小制冷機(jī)體積，以及減小調(diào)節(jié)難度，使其最低溫度達(dá)到IOK以下溫區(qū)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0020]一種氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)包括:預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)、預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)、低溫級脈沖管制冷機(jī)和低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)；所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)與低溫級脈沖管制冷機(jī)耦合連接，所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)包括:預(yù)冷級熱端換熱器，該預(yù)冷級熱端換熱器與所述預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接，所述低溫級脈沖管制冷機(jī)包括:低溫級熱端換熱器，該低溫級熱端換熱器與所述低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接。所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)還包括與熱端換熱器連接的一級蓄冷器和一級脈沖管，所述一級蓄冷器和一級脈沖管同軸布置或U型布置。所述低溫級脈沖管制冷機(jī)包括還與低溫級熱端換熱器依次連接的二級蓄冷器、二級脈沖管、多路旁通元件、三級蓄冷器、三級脈沖管和冷端換熱器，其中二級蓄冷器和二級脈沖管以及三級蓄冷器和三級脈沖管均同軸布置。所述的多路旁通元件布置在二級脈沖管和三級蓄冷器之間，氣體經(jīng)過該多路旁通元件之后進(jìn)行分流，一部分工質(zhì)進(jìn)入三級脈沖管，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；而另一部分工質(zhì)進(jìn)入三級蓄冷器，吸收三級蓄冷器中的冷量后再進(jìn)入三級脈沖管，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。所述預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)包括:與所述預(yù)冷級熱端換熱器依次連接的與所述預(yù)冷級熱端換熱器依次連接的雙向進(jìn)氣閥、預(yù)冷級慣性管和預(yù)冷級氣庫。所述低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)包括:與所述低溫級熱端換熱器依次連接的低溫級慣性管和低溫級氣庫。所述多路旁通元件為小孔結(jié)構(gòu)或閥門結(jié)構(gòu)。所述一級蓄冷器、二級蓄冷器和三級蓄冷器，呈管狀；其管壁為薄壁，由金屬或非金屬制成。所述一級脈沖管、二級脈沖管和三級脈沖管為薄壁管，由金屬或非金屬制成。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例的氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)由預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)和低溫級脈沖管制冷機(jī)耦合而成，其包括依次流體連通的壓縮機(jī)110，預(yù)冷級熱端換熱器111，一級蓄冷器18，一級脈沖管19，低溫級熱端換熱器17，二級蓄冷器15，二級脈沖管16，多路旁通元件14，三級蓄冷器12，三級脈沖管13和低溫級冷端換熱器11，另外，該氣耦合多級多路旁通型脈沖管制冷機(jī)還設(shè)有與預(yù)冷級熱端換熱器111流體連通的雙向進(jìn)氣閥112、預(yù)冷級慣性管113和預(yù)冷級氣庫114以及與低溫級熱端換熱器17相連的低溫級慣性管115和低溫級氣庫116。在此實(shí)施例中，一級蓄冷器18和一級脈沖管19同軸布置，二級蓄冷器15和二級脈沖管16以及三級蓄冷器12和三級脈沖管13也同軸布置。在此實(shí)施例中，多路旁通元件14為小孔機(jī)構(gòu)，其上設(shè)有不同直徑或相同直徑的小孔，小孔的直徑和數(shù)量可根據(jù)制冷機(jī)內(nèi)部的壓力和流量分配。多路旁通元件采用閥門機(jī)構(gòu)也是可行的，并且其可以由銅、不銹鋼、聚四氟乙烯等材料制成。
[0023]在這里，預(yù)冷級熱端換熱器111是層流化元件，其作用是，使高溫工質(zhì)均勻進(jìn)入一級蓄冷器，減少冷量損失。
[0024]在脈沖管制冷機(jī)中，工質(zhì)流動為交變流動，在壓力波和工質(zhì)流之間存在一個相位角。為了調(diào)節(jié)壓力波和質(zhì)量流之間的相位，與熱端換熱器流體連通的慣性管和氣庫構(gòu)成調(diào)相機(jī)構(gòu)，使得脈沖管制冷機(jī)可以獲得更好的制冷性能。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明中，調(diào)相機(jī)構(gòu)也可以為純慣性管，或是慣性管、小孔和氣庫的組合。
[0025]在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，為了獲得想要的極低溫度，預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)將進(jìn)入低溫級脈沖管制冷機(jī)的工質(zhì)冷卻到60K左右。當(dāng)工質(zhì)流動到多路旁通元件時，該工質(zhì)分成兩部分，其中一部分工質(zhì)通過氣耦合元件上的小孔直接進(jìn)入三級級脈沖管113中，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，使多路旁通元件14處的溫度降低到例如大約40K，而另一部分工質(zhì)進(jìn)入三級蓄冷器12并且吸收三級蓄冷器12中的冷量，溫度進(jìn)一步降低后，流過低溫級冷端換熱器11并進(jìn)入三級脈沖管13，在三級脈沖管13中壓縮膨脹產(chǎn)生制冷效應(yīng)，從而低溫級冷端換熱器11的溫度降低至大約10K。
[0026]實(shí)施例2
[0027]如圖2所示，在本實(shí)施例與實(shí)施例1區(qū)別在于:一級蓄冷器28和一級脈沖管29布置成U形，二級蓄冷器25和二級脈沖管26以及三級蓄冷器22和三級脈沖管23布置成同軸型。在本實(shí)施例中，氣耦合多級多路旁通型脈沖管制冷機(jī)包括依次流體連通的壓縮機(jī)211，預(yù)冷級熱端換熱器210，一級蓄冷器28，一級脈沖管29，低溫級熱端換熱器27，二級蓄冷器25，二級脈沖管26，多路旁通元件24，三級蓄冷器23，三級脈沖管22和低溫級冷端換熱器21。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，為了獲得想要的極低溫度，預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)將進(jìn)入低溫級脈沖管制冷機(jī)的工質(zhì)冷卻到60K左右。當(dāng)工質(zhì)流動到氣耦合元件時，該工質(zhì)分成兩部分，其中一部分工質(zhì)通過多路旁通元件24上的小孔直接進(jìn)入三級脈沖管23中，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，使多路旁通元件24處的溫度降低到例如大約40K，而另一部分工質(zhì)進(jìn)入三級蓄冷器22并且吸收三級蓄冷器22中的冷量，溫度進(jìn)一步降低后，流過冷端換熱器并進(jìn)入三級脈沖管23，在三級脈沖管23中壓縮膨脹產(chǎn)生制冷效應(yīng)，從而使低溫級冷端換熱器21的溫度降低至大約10K。
[0029]在本發(fā)明中，脈沖管和蓄冷器的直徑和長度、以及蓄冷材料的選擇可根據(jù)氣耦合多級多路旁通型脈沖管制冷機(jī)的壓力波幅值的大小發(fā)生變化。另外，所采用的制冷工質(zhì)可以為無毒、無污染且不可燃的氣體，包括但不限于氦氣、氦氣及其混合氣體。
[0030]在上述實(shí)施例中，制冷系統(tǒng)為預(yù)冷級和低溫級，而低溫級包括兩級脈沖管制冷機(jī)，因此，本制冷系統(tǒng)為三級脈沖管制冷機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)實(shí)際需要，也可以采用三級以上的制冷。[0031]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，包括:預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)、預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)、低溫級脈沖管制冷機(jī)和低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)；所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)與低溫級脈沖管制冷機(jī)耦合連接，所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)包括:預(yù)冷級熱端換熱器，該預(yù)冷級熱端換熱器與所述預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接，所述低溫級脈沖管制冷機(jī)包括:低溫級熱端換熱器，該低溫級熱端換熱器與所述低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述預(yù)冷級脈沖管制冷機(jī)還包括與熱端換熱器連接的一級蓄冷器和一級脈沖管，所述一級蓄冷器和一級脈沖管同軸布置或U型布置。
3.如權(quán)利要求1所述的氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述低溫級脈沖管制冷機(jī)還包括與低溫級熱端換熱器依次連接的二級蓄冷器、二級脈沖管、多路旁通元件、三級蓄冷器、三級脈沖管和冷端換熱器，其中二級蓄冷器和二級脈沖管以及三級蓄冷器和三級脈沖管均同軸布置。
4.如權(quán)利要求3所述的氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述的多路旁通元件布置在二級脈沖管和三級蓄冷器之間，氣體經(jīng)過該多路旁通元件之后進(jìn)行分流，一部分工質(zhì)進(jìn)入三級脈沖管，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；而另一部分工質(zhì)進(jìn)入三級蓄冷器，吸收三級蓄冷器中的冷量后再進(jìn)入三級脈沖管。
5.如權(quán)利要求1所述的氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述預(yù)冷級調(diào)相機(jī)構(gòu)包括:與所述預(yù)冷級熱端換熱器依次連接的與所述預(yù)冷級熱端換熱器依次連接的雙向進(jìn)氣閥、預(yù)冷級慣性管和預(yù)冷級氣庫。
6.如權(quán)利要求1所述氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述低溫級調(diào)相機(jī)構(gòu)包括:與所述低溫級熱端換熱器依次連接的低溫級慣性管和低溫級氣庫。
7.如權(quán)利要求3或4所述氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述多路旁通元件為小孔結(jié)構(gòu)或閥門結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求2、3或4所述氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述一級蓄冷器、二級蓄冷器和三級蓄冷器，呈管狀；其管壁為薄壁，由金屬或非金屬制成。
9.如權(quán)利要求2、3或4所述氣耦合型多級脈沖管制冷機(jī)，其特征在于，所述一級脈沖管、二級脈沖管和三級脈沖管為薄壁管，由金屬或非金屬制成。
【文檔編號】F25B9/14GK103673370SQ201210362467
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】楊魯偉, 楊俊玲, 周遠(yuǎn) 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所