CN101294752B - 一种热耦合多级脉冲管制冷机 - Google Patents

一种热耦合多级脉冲管制冷机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热耦合多级脉冲管制冷机，包括预冷脉冲管制冷机和低温脉冲管制冷机；其特征在于，还包括连接于所述低温脉冲管制冷机的低温脉冲管制冷机回热器和低温脉冲管制冷机室温换热器之间的低温脉冲管制冷机热缓冲管；所述预冷脉冲管制冷机的预冷脉冲管制冷机冷头通过一热桥与所述低温脉冲管制冷机回热器的靠近所述低温脉冲管制冷机热缓冲管的一端相连。与现有技术相比，其关键在于，用热缓冲管连接低温脉冲管制冷机的室温换热器和回热器，减少了其回热器的总长度，因此可以减少回热器内的压力损失和导热损失，提高制冷机效率，获得更低的制冷温度。

Description

一种热耦合多级脉冲管制冷机
发明领域
本发明主要涉及制冷与低温领域，特别涉及一种在热耦合型脉冲管制冷机中的低温脉冲管制冷机的回热器入口安装一热缓冲管，从而减少回热器压降损失和导热损失的方法。
背景技术
脉冲管制冷机按照其耦合方式可以分为气耦合型和热耦合型。热耦合型脉冲管制冷机的典型结构如图1所示，它主要由两部分组成：预冷脉冲管制冷机和低温脉冲管制冷机，预冷脉冲管制冷机的冷头通过热桥跟低温脉冲管制冷机的回热器中部相连，对回热器进行预冷。这样进入低温脉冲管制冷机的工作气流先被预冷到一定的温度，再在冷头产生更低的制冷温度。
这样的结构存在两个不足：第一，低温脉冲管制冷机回热器的入口段也就是从制冷机入口到热桥之间的部分，由于其内部填充了回热器填料，工作气体在流经此段时会产生较大的压力幅值损失，不利于获得更低的制冷温度；第二，入口段回热器内回热器填料的存在增加了导热损失，也不利于提高制冷机性能。鉴于这两点原因，我们提出用一段热缓冲管取代入口段回热器，从而达到减少导热损失和压力损失的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型结构的热耦合多级脉冲管制冷机，减少制冷机的导热损失和压力损失，使脉冲管制冷机可以获得更好的制冷性能。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的热耦合多级脉冲管制冷机，包括预冷脉冲管制冷机A和低温脉冲管制冷机B；其特征在于，还包括连接于所述低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机回热器1和低温脉冲管制冷机室温换热器3之间的低温脉冲管制冷机热缓冲管2；所述预冷脉冲管制冷机A的预冷脉冲管制冷机冷头10通过一热桥9与所述低温脉冲管制冷机回热器1的靠近所述低温脉冲管制冷机热缓冲管2的一端相连。
本发明提供的热耦合多级脉冲管制冷机，还可进一步包括连接于所述低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机入口4和低温脉冲管制冷机脉管热端层流化元件7之间的双向阀。
所述低温脉冲管制冷机B可为多级，其上一级低温脉冲管制冷机的低温脉冲管制冷机冷头通过热桥与下一级低温脉冲管制冷机的低温脉冲管制冷机回热器的靠近该下一级的低温脉冲管制冷机热缓冲管的一端相连。
所述预冷脉冲管制冷机A也可为多级脉冲管制冷机。
所述低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机调相部件8为惯性管结构、连接有气库的惯性管结构或带小孔阀的气库结构。
本发明提供的热耦合多级脉冲管制冷机与现有技术相比，其关键在于，用热缓冲管连接低温脉冲管制冷机的室温换热器和回热器，减少了其回热器的总长度，因此可以减少回热器内的压力损失和导热损失，提高制冷机效率，获得更低的制冷温度。
附图说明
图1为已有技术中的热耦合型脉冲管制冷机的结构示意图。
图2为本发明的热耦合多级脉冲管制冷机(两级热耦合脉冲管制冷机)的结构示意图。
图3为本发明的热耦合多级脉冲管制冷机(三级热耦合脉冲管制冷机)的结构示意图。
图4为本发明的热耦合多级脉冲管制冷机(四级热耦合脉冲管制冷机)的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步描述本发明：
实施例1：图2为本发明的热耦合多级脉冲管制冷机(两级热耦合脉冲管制冷机)的结构示意图。由图可知，预冷脉冲管制冷机A为单级结构，低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机回热器1和低温脉冲管制冷机室温换热器3之间连接有低温脉冲管制冷机热缓冲管2；预冷脉冲管制冷机A的预冷脉冲管制冷机冷头10通过一热桥9与低温脉冲管制冷机回热器1的靠近所述低温脉冲管制冷机热缓冲管2的一端相连；低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机调相部件8为连接有气库的惯性管结构。
本实施例中，预冷脉冲管制冷机A通过热桥9将低温脉冲管制冷机回热器1预冷到60K左右；低温脉冲管制冷机B的工作压力为2.5MPa，工作气流在进入低温脉冲管制冷机回热器1之前的压力幅值为0.25MPa，经过低温脉冲管制冷机回热器1之后，在脉管内的压力幅值仍然能够达到0.21MPa；因为在低温脉冲管制冷机脉管6内较大的压力幅值，同时也因为低温脉冲管制冷机热缓冲管2内较小的导热损失，所以低温脉冲管制冷机B的无负荷制冷温度可以达到15K左右。
实施例2：图3为本发明的热耦合多级脉冲管制冷机(三级热耦合脉冲管制冷机)的结构示意图。由图3可知，它主要由一个预冷脉冲管制冷机A和第一和第二两个低温脉冲管制冷机B和B’组成；预冷脉冲管制冷机A为单级结构，低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机回热器1和低温脉冲管制冷机室温换热器3之间连接有低温脉冲管制冷机热缓冲管2，第二低温脉冲管制冷机B’的第二低温脉冲管制冷机回热器1’和第二低温脉冲管制冷机室温换热器3’之间连接有第二低温脉冲管制冷机热缓冲管2’；预冷脉冲管制冷机A的预冷脉冲管制冷机冷头10通过一热桥9与低温脉冲管制冷机回热器1的靠近所述低温脉冲管制冷机热缓冲管2的一端相连，第一低温脉冲管制冷机B的第一低温脉冲管制冷机冷头5通过第二热桥9’与第二低温脉冲管制冷机B’的第二低温脉冲管制冷机回热器1’的靠近第二低温脉冲管制冷机热缓冲管2’的一端相连；第一和第二低温脉冲管制冷机B和B’的第一和第二低温脉冲管制冷机调相部件8和8’均为惯性管结构。
本实施例中，预冷脉冲管制冷机A通过热桥9将第一低温脉冲管制冷机B的第一低温脉冲管制冷机回热器1预冷到70K左右。第一低温脉冲管制冷机B的第一低温脉冲管制冷机冷头5的制冷温度为18K左右，第二低温脉冲管制冷机B’的第二低温脉冲管制冷机回热器1’的预冷温度也是18K左右。第二低温脉冲管制冷机B’的工作压力为2.0MPa，工作气流在其热缓冲管内压力幅值为0.2MPa，在脉管内的压力幅值仍然能够达到0.16MPa。因为在脉管内较大的压力幅值，同时也因为热缓冲管内较小的导热损失，所以第二低温脉冲管制冷机B’的无负荷制冷温度可以达到4K左右。
实施例3：图4为本发明的热耦合多级脉冲管制冷机(四级热耦合脉冲管制冷机)的结构示意图。由图4可知，它主要由一个预冷脉冲管制冷机A和一个低温脉冲管制冷机B组成。，预冷脉冲管制冷机A为三级气耦合脉冲管制冷机，低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机回热器1和低温脉冲管制冷机室温换热器3之间连接有低温脉冲管制冷机热缓冲管2；预冷脉冲管制冷机A的预冷脉冲管制冷机冷头10通过一热桥9与低温脉冲管制冷机回热器1的靠近所述低温脉冲管制冷机热缓冲管2的一端相连；低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机调相部件8为带小孔阀的气库结构，低温脉冲管制冷机B的低温脉冲管制冷机入口4和低温脉冲管制冷机脉管热端层流化元件7之间安装了双向进气阀17。
本实施例中，在低温脉冲管制冷机回热器1的入口，预冷温度达到7K。低温脉冲管制冷机的工作压力为1.5MPa，工作气流在其热缓冲管内压力幅值为0.15MPa，在脉管内的压力幅值仍然能够达到0.12MPa。因为在脉管内较大的压力幅值，同时也因为热缓冲管内较小的导热损失，所以低温脉冲管制冷机的无负荷制冷温度可以达到2K左右。

Claims (6)

1.一种热耦合多级脉冲管制冷机，包括预冷脉冲管制冷机(A)和低温脉冲管制冷机(B)；其特征在于，还包括连接于所述低温脉冲管制冷机(B)的低温脉冲管制冷机回热器(1)和低温脉冲管制冷机室温换热器(3)之间的低温脉冲管制冷机热缓冲管(2)；所述预冷脉冲管制冷机(A)的预冷脉冲管制冷机冷头(10)通过一热桥(9)与所述低温脉冲管制冷机回热器(1)的靠近所述低温脉冲管制冷机热缓冲管(2)的一端相连。
2.按照权利要求书1所述的热耦合多级脉冲管制冷机，其特征在于，还进一步包括连接于所述低温脉冲管制冷机(B)的低温脉冲管制冷机入口(4)和低温脉冲管制冷机脉管热端层流化元件(7)之间的双向阀(17)。
3.按照权利要求书1所述的热耦合多级脉冲管制冷机，其特征在于，所述低温脉冲管制冷机(B)为多级，其上一级低温脉冲管制冷机的低温脉冲管制冷机冷头通过热桥与下一级低温脉冲管制冷机的低温脉冲管制冷机回热器的靠近该下一级的低温脉冲管制冷机热缓冲管的一端相连。
4.按照权利要求书1所述的一种热耦合多级脉冲管制冷机，其特征在于，所述预冷脉冲管制冷机(A)为多级脉冲管制冷机。
5.按照权利要求书2所述的热耦合多级脉冲管制冷机，其特征在于：所述低温脉冲管制冷机(B)的低温脉冲管制冷机调相部件(8)为惯性管结构或为带小孔阀的气库结构。
6.按照权利要求书5所述的热耦合多级脉冲管制冷机，其特征在于：所述的惯性管结构为连接有气库的惯性管结构。
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