CN100533002C - 一种单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机。它包括压缩机、旋转阀、小孔阀、双向进气阀、气库、封盖、法兰、回热器、脉管、铜环、冷屏、冷头和绝热材料，压缩机与旋转阀相连接，旋转阀分别与回热器热端和双向进气阀的一端相连接，气库经小孔阀分别与脉管热端、双向进气阀另一端相连接，在回热器下部30-40K温区位置设有铜环，铜环与冷屏相连接，在冷头和冷屏的外表面包有真空镀铝薄膜绝热材料。本发明将回热器中部的部分冷量移到冷屏上，使冷屏的温度在30-40K之间，降低了冷头所在环境的背景温度；且制冷机冷头附近的真空度也能够得到保证。这样可以减少制冷机在低温下的漏热，以使单级脉管制冷机能达到更低的无负荷制冷温度和有更大的制冷量。
Description
技术领域
本发明涉及制冷与低温技术领域中的小型低温制冷机，尤其涉及一种单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机。
背景技术
脉管制冷机技术在现代低温制冷技术领域中占有举足轻重的地位。因其消除了低温下的排出器，所以要比传统的G-M制冷机和斯特林制冷机更加可靠，无维护运行时间大大延长，因此在航天、军事等方面有着非常广泛的应用前景。
脉管制冷机的基本原理是利用高低压气体对脉管空腔的充放气过程而获得制冷效果的。回热器的作用是累积上一次循环所得的冷量，并传递给下一次循环流入气体而使脉管冷端温度逐渐降低下去，其工作过程如下：
a、高压气体通过被控制的旋转阀流经回热器以层状流动形式进入脉管，渐次推挤管内气体向封闭端移动，同时使之受到挤压，压力升高，温度上升，在脉管封闭端气体的温度达到最高值。
b、布设在脉管热端的换热器将热量带走，使管内气体因放热其温度和压力稍有降低。
c、旋转阀转动使系统内气体与压缩机低压侧直接连通，脉管内气体又以层状流动渐次向压缩机推移扩张，气体膨胀降压而获得低温。
d、旋转阀再次转换，使系统与压缩机高压侧连通，重复上述循环。
在课题组成员的不断努力下，我们研制出了可达到10K温区的单级脉管制冷机，但目前采用的单一真空多层绝热的方法已不适应制冷机的发展需要。经计算分析表明，10K温区的漏热较大，为了能使单级脉管制冷机获得更低的无负荷制冷温度和在20K温区有更大的制冷量，这就需要一种新的绝热技术，本发明由此产生。
目前低温制冷机通常采用的保温方式是真空多层绝热，即在制冷机的冷头、脉管和回热器上分别包多层单面镀铝涤纶，然后将其放入真空腔中，腔内的真空度在10-3—10-4Pa。该种绝热方式存在一个问题：由于绝热材料的层数比较多，因此无法得知制冷机冷头处确切的真空度，由此产生的漏热对制冷机的性能有较大影响。
从其他研究者的工作中，可以看出，在回热器中部引出部分冷量对制冷机冷头的制冷温度和整机功耗几乎没有太大的影响。
发明内容
本发明的目的是为了提高制冷机冷头附近的真空度，同时降低冷头所在环境的背景温度以减少由于导热和辐射漏热引起的冷量损失，提供一种单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机。
它包括压缩机、旋转阀、小孔阀、双向进气阀、气库、封盖、法兰、回热器、脉管、铜环、冷屏、冷头和绝热材料，压缩机与旋转阀相连接，旋转阀分别与回热器热端和双向进气阀的一端相连接，气库经小孔阀分别与脉管热端、双向进气阀另一端相连接，在回热器下部30-40K温区位置设有铜环，铜环与冷屏相连接，在冷头和冷屏的外表面包有真空镀铝薄膜绝热材料。
所述的铜环套在回热器不锈钢管外表面，或者所述的回热器(8)包括两不锈钢管，所述两不锈钢管分别嵌焊在铜环上。
所述的铜环与回热器管壁之间，、铜环(10)与冷屏(11)之间设有铟片。
本发明将回热器中部的部分冷量移到冷屏上，使冷屏的温度在30-40K之间，大大降低了冷头所在环境的背景温度；且制冷机冷头附近的真空度也能够得到保证。这样可以大大减少制冷机在低温下的漏热，以使单级脉管制冷机能达到更低的无负荷制冷温度和有更大的制冷量。
附图说明
图1是用于单级脉管制冷机的单屏真空多层绝热系统示意图；
图2是上下两部分不锈钢管分别嵌套在铜环里面的局部示意图；
图中：压缩机1、旋转阀2、小孔阀3、双向进气阀4、气库5、封盖6、法兰7、回热器8、脉管9、铜环10、冷屏11、冷头12和绝热材料13。
具体实施方式
如图1、2所示，单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机包括压缩机1、旋转阀2、小孔阀3、双向进气阀4、气库5、封盖6、法兰7、回热器8、脉管9、铜环10、冷屏11、冷头12和绝热材料13，压缩机1与旋转阀2相连接，旋转阀2分别与回热器8热端和双向进气阀4的一端相连接，气库5经小孔阀3分别与脉管9热端、双向进气阀4另一端相连接，在回热器8下部30-40K温区位置设有铜环10，铜环10与冷屏11相连接，在冷头12和冷屏11的外表面包有真空镀铝薄膜绝热材料13。
所述的铜环10套在回热器8不锈钢管外表面，或者两不锈钢管分别嵌焊在铜环10上。铜环10与回热器8管壁、铜环与冷屏之间设有铟片，用螺栓紧固。
具体连接方法是，首先在制冷机的冷头包上绝热材料，其次将铜环固定在回热器下部，然后把冷屏连接到铜环上，以上连接均用螺栓紧固，最后再在冷屏外部包上绝热材料。
Claims (3)
1.一种单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机，其特征在于：它包括压缩机(1)、旋转阀(2)、小孔阀(3)、双向进气阀(4)、气库(5)、封盖(6)、法兰(7)、回热器(8)、脉管(9)、铜环(10)、冷屏(11)、冷头(12)和绝热材料(13)，压缩机(1)与旋转阀(2)相连接，旋转阀(2)分别与回热器(8)热端和双向进气阀(4)的一端相连接，气库(5)经小孔阀(3)分别与脉管(9)热端、双向进气阀(4)另一端相连接，在回热器(8)下部30-40K温区位置设有铜环(10)，铜环(10)与冷屏(11)相连接，在冷头(12)和冷屏(11)的外表面包有真空镀铝薄膜绝热材料(13)。
2.根据权利要求1所述的一种单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机，其特征在于，所述的铜环(10)套在回热器(8)不锈钢管外表面，或者所述的回热器(8)包括两不锈钢管，所述两不锈钢管分别嵌焊在铜环(10)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种单屏真空多层绝热的单级脉管制冷机，其特征在于，所述的铜环(10)与回热器(8)管壁之间，铜环(10)与冷屏(11)之间设有铟片。
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