專利名稱：一種蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置。
背景技術(shù)：
小型低溫制冷機在軍事、空間技術(shù)、低溫電子學(xué)、低溫醫(yī)學(xué)、低溫生物學(xué)、天然氣液化等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景。近年來，小型低溫制冷技術(shù)在民用科技和國防科技中的重要性日益增加。隨著各種紅外和超導(dǎo)電子學(xué)器件和產(chǎn)品進入實用化階段，小型低溫制冷機得到了迅速發(fā)展，為這些相關(guān)的技術(shù)器件低溫提供有效的低溫冷源，保證其正常工作。
脈沖管制冷機是近年來得到迅速發(fā)展的一種氣體回?zé)崾綑C械制冷機。它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、機械振動小、效率高、壽命長等優(yōu)點。特別是在抗電磁干擾、降低振動和長壽命方面優(yōu)勢明顯。它可與各種器件配合形成小型特種儀器，在軍事武器(如夜視儀)，超導(dǎo)技術(shù)(如SQUID器件)，科研及工業(yè)(如紅外熱像儀)，醫(yī)療儀器設(shè)備(如醫(yī)用局部MRI)，移動通信基站(超導(dǎo)過濾器)等領(lǐng)域具有較大的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)用前景。
脈沖管制冷機主要由壓縮機、蓄冷器、脈沖管和各種熱端調(diào)相機構(gòu)組成。目前主要有3種布置方式，即直線型、并列型(U型)和同軸型。區(qū)別主要在于脈沖管和蓄冷器之間的連接方式和位置不同。直線型脈沖管制冷機的蓄冷器和脈沖管布置在一條直線上，因此流動阻力最小，但由于冷頭位于制冷器的中部，不利于與器件耦合且結(jié)構(gòu)不緊湊；同軸型脈沖管制冷機，將脈沖管套設(shè)在蓄冷器中，兩者同軸布置，其結(jié)構(gòu)緊湊，冷頭可直接與器件耦合，缺點是脈沖管和蓄冷器軸向溫度梯度不一致，使得兩者之間的耦合傳熱增大，另外工質(zhì)流經(jīng)脈沖管冷頭時轉(zhuǎn)向180度，流動阻力較大且流場分布不夠均勻；U型脈沖管制冷機，將脈沖管和蓄冷器并列布置，與直線型相比，其優(yōu)點是冷頭在同一側(cè)，便于與器件耦合，與同軸型相比，效率較高。
通常情況下，單級脈沖管制冷機直接降低到20K以下溫區(qū)存在較大困難。為進一步降低制冷溫度，且滿足不同溫區(qū)制冷量的需要，需采用多級布置方案。
公知的兩級脈沖管的結(jié)構(gòu)方式有以下三種布置方式其一，采用各級脈管的熱端均處于室溫，冷端與同級蓄冷器相聯(lián)，各級蓄冷器為同一氣路，這樣可以減小冷損，稱之為并行結(jié)構(gòu)。但是，這種結(jié)構(gòu)各級之間氣體相互影響，不宜進行氣體的合理分配和運行工作參數(shù)的優(yōu)化。其二，下一級脈沖管制冷機的熱端與上一級脈管制冷機的冷端相連，用前級制冷機直接預(yù)冷后級制冷機的熱端。稱之為串行結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不便于對后級脈沖管制冷機的熱端調(diào)相機構(gòu)的優(yōu)化。其三，采用各級脈沖管制冷機相互獨立，用前級脈沖管制冷機的冷端通過熱橋冷卻下一級回?zé)崞鞯闹胁?。這樣可以避免各級之間的相互干擾，便于分別采用不同的調(diào)相機構(gòu)，頻率，充氣壓力等參數(shù)進行性能優(yōu)化。但是這種布置方案結(jié)構(gòu)不緊湊，而且前后級熱橋連接處不可逆損失比較大，一級冷頭和二級蓄冷器連接處有較大的溫差，不能達到充分預(yù)冷的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了克服已有的兩級脈沖管制冷機布置方案的不足，而提供一種蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置；該制冷裝置不僅能減少一、二級之間的換熱損失，而且還省去了熱橋，結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且可以對一、二級脈沖管制冷機工作參數(shù)和熱端調(diào)相機構(gòu)進行分別優(yōu)化，從而達到更好的制冷效果。
本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型提供的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置，包括一臺或兩臺壓縮機；
一臺通過進氣管2與所述至少一臺壓縮機相連通的熱端換熱器5；和一級制冷機和二級制冷機；其特征在于，所述一級制冷機和二級制冷機并聯(lián)地安裝于熱端換熱器5；所述一級制冷機的脈沖管和蓄冷器采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)或同軸結(jié)構(gòu)；所述二級制冷機的脈沖管和蓄冷器采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)；所述一級制冷機的一級氣庫10通過第一熱端調(diào)相機構(gòu)與一級制冷機的一級脈沖管7相連；所述第一熱端調(diào)相機構(gòu)由串連的第一慣性管9、第一小孔閥4和第一雙向閥3組成；所述二級制冷機的二級氣庫18通過第二熱端調(diào)相機構(gòu)與二級制冷機的二級脈沖管15相連通；所述第二熱端調(diào)相機構(gòu)由串連的第二慣性管17、第二小孔閥16和第二雙向閥11組成。
所述一級制冷機的一級蓄冷器6管內(nèi)充填有緊密疊壓的不銹鋼絲網(wǎng)薄片，其管內(nèi)中部充填紫銅換熱器；所述二級制冷機的二級蓄冷器13管內(nèi)高溫段充填有緊密疊壓的不銹鋼絲網(wǎng)薄片，管內(nèi)低溫段13充填有不銹鋼絲網(wǎng)薄片+小鉛球，高低溫級蓄冷器之間充填紫銅換熱器。所述一級制冷機的一級冷頭8和二級制冷機的二級冷頭14均為紫銅材質(zhì)的冷頭。
所述一級制冷機冷頭也可與二級脈沖管中部相連。
本實用新型的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置，各級脈沖管制冷機具有獨立氣路，脈沖管制冷機由一臺或兩臺壓縮機驅(qū)動，各級蓄冷器同軸布置，利用第一級制冷機對第二級制冷機的高溫段進行預(yù)冷卻，具有級聯(lián)熱損失小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、便于調(diào)節(jié)工作參數(shù)，可以達到更低的制冷溫度和獲得更大的制冷量等優(yōu)點。


圖1為本實用新型的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置(單臺壓縮機驅(qū)動)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置(兩臺壓縮機驅(qū)動)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本實用新型的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置(一級制冷級為同軸結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)示意圖；其中壓縮機1，19 進氣管2 第一雙向閥3第一小孔閥4 熱端換熱器5 一級蓄冷器6一級冷頭8 一級脈沖管7 第一慣性管9第一氣庫10第二雙向閥11級高溫級蓄冷器二級低溫級蓄冷器13二級冷頭14 二級脈沖管15第二小孔閥16 第二慣性管17第二氣庫18具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例進一步描述本實用新型。
圖1和圖2為本實用新型的兩個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；有圖可知，本實用新型提供的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置，包括一臺或兩臺壓縮機；一臺通過進氣管2與所述至少一臺壓縮機相連通的熱端換熱器5；和一級制冷機和二級制冷機；其特征在于，所述一級制冷機和二級制冷機并聯(lián)地安裝于熱端換熱器5；所述一級制冷機的脈沖管和蓄冷器采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)或同軸結(jié)構(gòu)；所述二級制冷機的脈沖管和蓄冷器采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)；所述一級制冷機的一級氣庫10通過第一熱端調(diào)相機構(gòu)與一級制冷機的一級脈沖管7相連；所述第一熱端調(diào)相機構(gòu)由串連的第一慣性管9、第一小孔閥4和第一雙向閥3組成；所述二級制冷機的二級氣庫18通過第二熱端調(diào)相機構(gòu)與二級制冷機的二級脈沖管15相連通；所述第二熱端調(diào)相機構(gòu)由串連的第二慣性管17、第二小孔閥16和第二雙向閥組成。
所述一級制冷機的一級蓄冷器6管內(nèi)充填有緊密疊壓的不銹鋼絲網(wǎng)薄片，其管內(nèi)中部充填紫銅換熱器；所述二級制冷機的二級蓄冷器管內(nèi)高溫段12充填有緊密疊壓的不銹鋼絲網(wǎng)薄片，管內(nèi)低溫段13充填有不銹鋼絲網(wǎng)薄片+小鉛球，高低溫級蓄冷器之間充填紫銅換熱器。所述一級制冷機的一級冷頭8和二級制冷機的二級冷頭14均為紫銅材質(zhì)的冷頭。
圖1本實用新型的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置(單臺壓縮機驅(qū)動)的結(jié)構(gòu)示意圖工質(zhì)從一臺第一壓縮機1中出來，通過進氣管2進入熱端換熱器5，其中一部分工質(zhì)進入一級蓄冷器6，另一部分工質(zhì)進入二級蓄冷器12，一級脈沖管制冷機的一級脈沖管7和一級蓄冷器6采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)，緊密疊壓的不銹鋼絲網(wǎng)薄片同軸填充在一級蓄冷器6和二級蓄冷器13中；其中在兩級蓄冷器管內(nèi)中部還填有導(dǎo)熱性能好的紫銅換熱器；一級脈沖管7后面連接熱端調(diào)相機構(gòu)(小孔+雙向+慣性管+氣庫)。二級脈沖管制冷機也采用U型結(jié)構(gòu)，二級蓄冷器管內(nèi)部是高溫段12由緊密壓制的不銹鋼絲網(wǎng)薄片組成，低溫段13由不銹鋼絲網(wǎng)薄片+小鉛球填充組成。第二級脈沖管后面也連接有熱端調(diào)相機構(gòu)。一、二級冷頭均為紫銅材料。
圖2為本實用新型的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置(兩臺壓縮機驅(qū)動)的結(jié)構(gòu)示意圖對于一級脈沖管制冷機，它由一臺壓縮機1通過進氣管2并經(jīng)過熱端換熱器5和一級脈沖管制冷機的一級蓄冷器6相連，一級脈沖管制冷機的一級脈沖管7和一級蓄冷器6采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)，蓄冷器管內(nèi)部是由緊密壓制的不銹鋼絲網(wǎng)薄片組成，同軸填充在一級蓄冷器6和二級蓄冷器12、13中。其中在兩級蓄冷器中部填有導(dǎo)熱性能好的紫銅換熱器。一級脈沖管7后面連接熱端調(diào)相機構(gòu)(小孔+雙向+慣性管+氣庫)。對于二級脈沖管制冷機，它由另一臺壓縮機11通過連接管并經(jīng)過熱端法蘭與二級脈沖管制冷機的蓄冷器12相連，二級脈沖管制冷機也采用U型結(jié)構(gòu)，二級蓄冷器管內(nèi)部是高溫段由緊密壓制的不銹鋼絲網(wǎng)薄片組成，低溫段由不銹鋼絲網(wǎng)薄片+小鉛球填充組成。二級脈沖管后面也連接有熱端調(diào)相機構(gòu)。一、二級冷頭均為紫銅材料。
圖3為本實用新型的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置(一級制冷機同軸結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)示意圖對于一級脈沖管制冷機，它由一臺壓縮機1通過進氣管2并經(jīng)過熱端換熱器5和一級脈沖管制冷機的一級蓄冷器6相連，一級脈沖管制冷機的一級脈沖管7和一級蓄冷器6采用同軸布置結(jié)構(gòu)，蓄冷器管內(nèi)部是由緊密壓制的不銹鋼絲網(wǎng)薄片組成，同軸填充在一級蓄冷器6和二級蓄冷器12、13中。其中在兩級蓄冷器中部填有導(dǎo)熱性能好的紫銅換熱器。一級脈沖管7后面連接熱端調(diào)相機構(gòu)(小孔+雙向+慣性管+氣庫)。對于二級脈沖管制冷機，它由另一臺壓縮機11通過連接管并經(jīng)過熱端法蘭與二級脈沖管制冷機的蓄冷器12相連，二級脈沖管制冷機采用U型結(jié)構(gòu)，二級蓄冷器管內(nèi)部是高溫段由緊密壓制的不銹鋼絲網(wǎng)薄片組成，低溫段由不銹鋼絲網(wǎng)薄片+小鉛球填充組成。二級脈沖管后面也連接有熱端調(diào)相機構(gòu)。一、二級冷頭均為紫銅材料。
本實用新型的工作原理為，第一級蓄冷器中的溫度要低于第二級蓄冷器的高溫段，采用蓄冷器同軸套設(shè)布置，可以使一、二級蓄冷器沿程換熱，從而減小換熱溫差。即減小換熱不可逆熱損失。從而降低第二級蓄冷器的溫度。使第二級脈沖管制冷機能夠達到一個更低的制冷溫度。
權(quán)利要求1.一種蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置，包括一臺或兩臺壓縮機；一臺通過進氣管(2)與所述至少一臺壓縮機相連通的熱端換熱器(5)；和一級制冷機和二級制冷機；其特征在于，所述一級制冷機和二級制冷機并聯(lián)地安裝于熱端換熱器(5)；所述一級制冷機的脈沖管和蓄冷器采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)或同軸結(jié)構(gòu)；所述二級制冷機的脈沖管和蓄冷器采用并列布置的U型結(jié)構(gòu)；所述一級制冷機的一級氣庫(10)通過第一熱端調(diào)相機構(gòu)與一級制冷機的一級脈沖管(7)相連；所述第一熱端調(diào)相機構(gòu)由串連的第一慣性管(9)、第一小孔閥(4)和第一雙向閥(3)組成；所述二級制冷機的二級氣庫(18)通過第二熱端調(diào)相機構(gòu)與二級制冷機的二級脈沖管(15)相連通；所述第二熱端調(diào)相機構(gòu)由串連的第二慣性管(17)、第二小孔閥(16)和第二雙向閥(11)組成。
2.按權(quán)利要求1所述的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置，其特征在于，所述一級制冷機的一級蓄冷器(6)管內(nèi)充填有緊密疊壓的不銹鋼絲網(wǎng)薄片，其管內(nèi)中部充填紫銅換熱器；所述二級制冷機的二級蓄冷器管內(nèi)高溫段(12)充填有緊密疊壓的不銹鋼絲網(wǎng)薄片，管內(nèi)低溫段(13)充填有不銹鋼絲網(wǎng)薄片+小鉛球，管內(nèi)中部充填紫銅換熱器。
3.按權(quán)利要求1所述的蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置，其特征在于，所述一級制冷機的一級冷頭(8)和二級制冷機的二級冷頭(14)均為紫銅材質(zhì)的冷頭。
專利摘要本實用新型涉及一種蓄冷器同軸布置的兩級脈沖管制冷裝置，包括壓縮機；通過進氣管與壓縮機相連通的熱端換熱器；和一級及二級制冷機；一級和二級制冷機并聯(lián)地安裝于熱端換熱器；一級制冷機的脈沖管和蓄冷器為并列布置的U型或同軸結(jié)構(gòu)；二級制冷機的脈沖管和蓄冷器為并列布置的U型結(jié)構(gòu)；一級氣庫通過第一熱端調(diào)相機構(gòu)與一級脈沖管相連；二級氣庫通過第二熱端調(diào)相機構(gòu)與二級脈沖管相連通；所述熱端調(diào)相機構(gòu)均由串連的慣性管、小孔閥和雙向閥組成。其各級制冷機具有獨立氣路，各級蓄冷器同軸布置，利用一級制冷機對二級制冷機高溫段預(yù)冷卻，具有級聯(lián)熱損失小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、便于調(diào)節(jié)工作參數(shù)，可達到更低制冷溫度和獲得更大制冷量等優(yōu)點。
文檔編號F25B9/14GK2884056SQ20052013654
公開日2007年3月28日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者梁驚濤, 王國平, 靖葳, 蔡京輝, 楊魯偉 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所