CN107036320B - 冷压缩式脉管制冷机及预冷式制冷机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷压缩式脉管制冷机及预冷式制冷机系统，包括压缩机，冷头和功传输管；所述的压缩机通过功传输管连接冷头，该功传输管将压缩机的压缩功传输到冷头，实现低温压缩。采用前述的冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷系统，所述的预冷系统与冷压缩式脉管制冷机连接，为冷压缩式脉管制冷机的冷头提供预冷冷量。与现有技术相比，本发明可使脉管制冷机采用低于临界压力的充气压力，从而提高了回热器效率理论效率，使得制冷机在液氦温度或更低温度实现高效率。

Description

冷压缩式脉管制冷机及预冷式制冷机系统

技术领域

本发明涉及脉管制冷机技术领域，具体涉及一种采用冷压缩机的脉管制冷机。

背景技术

液氦温区低温制冷机在低温超导、低温物理和医疗等领域有着极其重要的作用，因此，液氦温区低温制冷技术具有重要的研究意义。

脉管制冷机在低温下没有任何运动部件，具有结构简单、机械振动小、寿命长、可靠性高等显著优势，但目前，液氦温区脉管制冷机技术依旧不成熟，液氦温区下的制冷机系统结构复杂且效率很低。

4K脉管制冷机是可工作在液氦温区的制冷机，其工质为氦气。影响脉管制冷机达到液氦温区的原因之一是在4K温区回热器的效率太低。传统的4K脉管制冷机的压力是超临界的，这样在4K温区氦气偏离理想气体很远，回热器的理论效率很低。如采用低于临界压力的充气压力，气体可看作理想气体，回热器的理论效率很高。但低压下回热器的流动阻力很大，这比高充气压力更难实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种回热效率高的采用冷压缩式的脉管制冷机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种采用冷压缩式脉管制冷机，该制冷机包括压缩机，冷头和功传输管，所述的压缩机通过功传输管连接冷头，该功传输管将压缩机的压缩功传输到冷头，实现低温压缩。

所述的压缩机包括电机、压缩活塞、压缩腔，所述的压缩腔通过连接管连接功传输管。

所述的压缩机包括压缩活塞、压缩腔，所述的压缩腔与所述的功传输管空间连通，形成长活塞压缩腔，并在压缩腔上形成从室温到低温的温度梯度，因而自动绕过了室温到低温这一段的回热器阻力大的困难。

进一步地，所述的压缩活塞为长活塞，伸延到功传输管下部，在活塞上形成从室温到低温的温度梯度。

所述的脉管制冷机的工质为处于临界压力下的氦气。

所述的脉管制冷机内部的气体工质处于临界温度下；实现了压缩机在室温下，压缩气在低温下，保证在压缩低于临界温度下的低温气体时，气体阻力较小，这是因为随着气体温度的降低，气体的密度增大，同时，氦气的粘度在低温下也比室温低许多，因而，低于临界压力的回热器的阻力不是很大，因而脉管制冷机能够实现。

所述的冷头包括依次连接的散热器、第一回热器、预冷换热器、第二回热器、冷量换热器，脉管和调相器，脉管两端设置气体均匀器，所述的脉管冷端通过一回热器连接管与所述的冷量换热器相连，气体在所述的脉管内完成制冷效果。所述的脉管末端设置由调相器。散热器的温度较低，一般低于室温，调相器与散热器处于同一温度或温度相差不大。调相器可以是双向进气式，也可以是推移活塞式，也可以是其他形式。

当调相器为推移活塞系统时，推移活塞气缸与脉管合为一体，推移活塞为长推移活塞，伸延到脉管下部，在推移活塞上形成从室温到低温的温度梯度。

进一步地优选方案，第一回热器、预冷换热器、第二回热器退化为一个单级回热器。

所述的散热器与脉管热连接，例如通过一热桥进行连接，利用散热器产生的冷量来预冷脉管，使得脉管导向低温的漏热减小；脉管的热端和调相器处于室温。

制冷机工作时，压缩活塞在室温下压缩气体工质，被压缩后的气体工质进入功传输管，脉管冷端温度维持在低温，如77K，经过冷却的气体工质经回热器进出脉管，在脉管内完成制冷效果，从而在脉管冷端换热器处获得液氦温度。

所述的推移活塞系统包括推移活塞、气缸、推移活塞杆、后盖、片弹簧和推移活塞气库，推移活塞置于气缸内，片弹簧置于推移活塞气库，推移活塞一端支撑在片弹簧上，贯穿后盖，另一端连接推移活塞，推移活塞前端与气缸之间形成推移活塞前工作腔，推移活塞后端与后盖之间形成推移活塞背工作腔，推移活塞前工作腔通过推移活塞前工作腔连接管与冷头相连，推移活塞背工作腔通过推移活塞背工作腔连接管与冷压缩机相连，推移活塞作为调相器的同时，还能回收气体的膨胀功，回收功用于压缩压缩腔中气体。

如果推移活塞系统的气缸与脉管退化为一体，推移活塞伸延到脉管的底部，该制冷机变为斯特林制冷机。

一种采用上述冷压缩脉管制冷机的预冷式制冷机系统，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷系统，所述的预冷系统通过热桥与冷压缩式脉管制冷机连接，为冷压缩式脉管制冷机的冷头提供预冷冷量。

所述的预冷系统可以双级脉管制冷机，也可以为单级脉管制冷机，或其他多级脉管制冷机。

当所述的预冷系统为双级脉管制冷机，所述的双级脉管制冷机包括双级阶梯推移活塞装置、双级预冷系统脉管装置、预冷系统压缩机和预冷系统回热器；所述的双级阶梯推移活塞装置连接双级预冷系统脉管装置，所述的双级预冷系统脉管装置连接预冷系统回热器，所述的预冷系统回热器连接预冷系统压缩机，其中预冷系统回热器包括两级预冷换热器，其中第一级预冷换热器与冷压缩式脉管制冷机的散热器连接，第二级预冷换热器与冷压缩式脉管制冷机的预冷换热器连接。

具体来说：双级脉管制冷机包括双级阶梯推移活塞装置、双级预冷系统脉管装置、预冷系统压缩机和预冷系统回热器；所述的双级阶梯推移活塞装置连接双级预冷系统脉管装置，所述的双级预冷系统脉管装置连接预冷系统回热器，所述的预冷系统回热器连接预冷系统压缩机，且通过热桥连接冷压缩式脉管制冷机。

所述的双级阶梯推移活塞装置包括双级阶梯推移活塞、双级阶梯气缸、阶梯推移活塞杆、阶梯推移活塞后盖、阶梯推移活塞片弹簧和推移活塞气库；所述的双级阶梯推移活塞的前端与所述的双级阶梯气缸之间形成推移活塞第一工作腔、推移活塞第二工作腔和阶梯推移活塞背工作腔；

所述的双级预冷系统脉管装置包括第一级脉管和第二级脉管，所述的第一级脉管顶部设置第一级脉管热端气体均匀器，底部设置第一级脉管冷端气体均匀器，所述的第一级脉管热端气体均匀器通过一连接管与推移活塞第一工作腔相连；所述的第二级脉管顶部设置第二级脉管热端气体均匀器，底部设置第二级脉管冷端气体均匀器，所述的第二级脉管热端气体均匀器通过一连接管与推移活塞第二工作腔相连；

所述的预冷系统压缩机包括预冷压缩活塞和预冷压缩腔，所述的预冷压缩腔下设有推移活塞连接管；阶梯推移活塞背工作腔与预冷压缩腔通过推移活塞连接管相连；

所述的预冷系统回热器包括依次连接的预冷冷却器、预冷第一回热器、第一级预冷换热器、预冷第二回热器和第二级预冷换热器，所述的预冷冷却器通过预冷压缩机连接管与预冷压缩腔相连，所述的第一级预冷换热器通过第一级脉管连接管与第一级脉管相连，所述的第二级预冷换热器通过第二级脉管连接管与第二级脉管相连；

第一级预冷换热器通过第一热桥与所述的散热器相连，第二级预冷换热器通过第二热桥与所述的预冷换热器连接，从而实现对冷压缩式脉管制冷机。

当所述的预冷系统为单级级脉管制冷机，包括单级推移活塞装置、单级预冷系统脉管装置、预冷系统压缩机和预冷系统回热器；所述的单级推移活塞装置连接单级预冷系统脉管装置，所述的单级预冷系统脉管装置连接预冷系统回热器，所述的预冷系统回热器连接预冷系统压缩机，且与冷压缩式脉管制冷机热连接。

其中，所述的单级推移活塞装置包括单级阶梯推移活塞、单气缸、单级推移活塞杆、单级推移活塞后盖、单级推移活塞片弹簧和单级推移活塞气库；所述的单级阶梯推移活塞的前端与所述的单级推移活塞气缸之间形成单级推移活塞工作腔，单级推移活塞背工作腔；

所述的预冷系统压缩机包括预冷压缩活塞和预冷压缩腔，所述的预冷压缩腔下设有推移活塞连接管；单级推移活塞背工作腔与预冷压缩腔通过推移活塞连接管相连；

所述的预冷系统脉管装置包括单级脉管，所述的单级脉管顶部设置单级脉管热端气体均匀器，底部设置单脉管冷端气体均匀器，所述的单级脉管热端气体均匀器通过一连接管与单级推移活塞工作腔相连；

所述的预冷系统回热器包括依次连接的预冷冷却器、预冷第一回热器、第一级预冷换热器，所述的预冷冷却器通过预冷压缩机连接管与预冷压缩腔相连，所述的第一级预冷换热器通过连接管与单级脉管相连；

所述的第一级预冷换热器通过第一热桥与所述的散热器相连，从而实现对冷压缩式脉管制冷机。

当推移活塞装置为双级阶梯推移活塞装置，该双级阶梯推移活塞装置包括双级阶梯推移活塞、双级阶梯气缸、推移活塞杆、后盖、片弹簧和推移活塞气库；所述的双级阶梯推移活塞的前端与所述的双级推移活塞气缸之间形成推移活塞前工作腔和推移活塞背工作腔；

所述的预冷系统脉管装置包括第一级脉管和第二级脉管，所述的第一级脉管顶部设置第一级脉管热端气体均匀器，底部设置第一级脉管冷端气体均匀器，所述的第一级脉管热端气体均匀器通过一连接管与推移活塞前工作腔相连；所述的第二级脉管顶部设置第二级脉管热端气体均匀器，底部设置第二级脉管冷端气体均匀器，所述的第二级脉管热端气体均匀器通过一连接管与推移活塞背工作腔相连，推移活塞装置的使用，有效地提高了制冷机整体系统的工作效率；

所述的预冷系统压缩机包括压缩活塞和压缩腔；

所述的预冷系统回热器包括依次连接的冷却器、第一回热器、预冷换热器、第二回热器和冷量换热器，所述的冷却器通过一压缩机连接管与压缩腔相连，所述的预冷换热器通过第一级脉管连接管和第一热桥分别与所述的第一级脉管冷端气体均匀器和所述的冷压缩脉管制冷机的散热器相连，所述的冷量换热器通过第二级脉管连接管和第二热桥分别与所述的第二级脉管冷端气体均匀器和所述的冷压缩脉管制冷机的预冷换热器连接。

当所述的推移活塞装置为单级推移活塞装置时，其气缸为单气缸，对应的预冷系统脉管装置包含一个脉管，对应的预冷系统回热器包含一个回热器，该回热器下方换热器通过热桥与冷压缩脉管制冷机的散热器相连，

换热器和热桥由导热性能好的材料制成，如铜。回热器和脉管由导热性能差的材料制成，如不锈钢。回热器内填充回热材料，如不锈钢丝网、铜网等。

与现有技术相比，本发明实现了在低于临界温度的温度下压缩气体工质，提高了回热器效率，使得制冷机容易达到液氦温度甚至更低。

附图说明

图1为实施例1中冷压缩式脉管制冷机结构示意图；

图2为实施例2中冷压缩式脉管制冷机结构示意图；

图3为实施例3中冷压缩式脉管制冷机结构示意图；

图4为实施例4中冷压缩式脉管制冷机结构示意图；

图4a为实施例4的一种变形冷压缩式脉管制冷机结构示意图；

图5为实施例5中冷压缩式脉管制冷机结构示意图；

图6为实施例6中采用冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统结构示意图；

图7为实施例7中采用冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统结构示意图；

图8为实施例8中采用冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统结构示意图；

图9为实施例9中采用冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统结构示意图；

其中，111为电机，112为压缩活塞，113为压缩腔，12为连接管，131为功传输管热端气体均匀器，132为功传输管，133为功传输管冷端气体均匀器，201为热桥，211为散热器，212为第一回热器，213为预冷换热器，214为第二回热器，215为冷量换热器，22为回热器连接管，231为脉管冷端气体均匀器，232为脉管，233为脉管热端气体均匀器，234为阀门，235为气库连接管，236为气库，24为旁通，240为调相器，241为一号旁通阀，242为二号旁通阀，331为推移活塞，332为气缸，333为推移活塞杆，334为后盖，335为推移活塞弹簧，336为推移活塞气库，31为推移活塞前工作腔，32为推移活塞背工作腔，34为推移活塞气库空间，35为推移活塞工作腔连接管，36为推移活塞背工作腔连接管，411为第一级脉管热端气体均匀器，412为第一级脉管，413为第一级脉管冷端气体均匀器，414为第一级脉管连接管，421为第二级脉管热端气体均匀器，422为第二级脉管，423为第二级脉管冷端气体均匀器，424为第二级脉管连接管，511为预冷压缩活塞，512为预冷压缩腔，513为预冷压缩机连接管，514为推移活塞连接管，521为预冷冷却器，522为预冷第一回热器，523为第一级预冷换热器，524为第一热桥，525为预冷第二回热器，526为第二级预冷换热器，527为第二热桥，611推移活塞第一工作腔，612为推移活塞第二工作腔，62为阶梯推移活塞背工作腔，631为双级阶梯推移活塞，632为双级阶梯气缸，633为阶梯推移活塞杆，634为阶梯推移活塞后盖，635为阶梯推移活塞片弹簧，636为推移活塞气库，64为推移活塞气库空间；731为单级阶梯推移活塞、732为单气缸、733为单级推移活塞杆、734为单级推移活塞后盖、735为单级推移活塞片弹簧、736为单级推移活塞气库、711为单级推移活塞工作腔、72为单级推移活塞背工作腔、单级脉管70、单级脉管热端气体均匀器71、单脉管冷端气体均匀器73。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，为一种冷压缩式脉管制冷机。该脉管制冷机包括压缩机功传输管和冷头，所述的压缩机通过功传输管连接冷头，该功传输管将压缩机的压缩功传输到冷头，实现低温压缩。

所述的压缩机包括电机111、压缩活塞112、压缩腔113，压缩腔113通过连接管12连接功传输管132；功传输管132上端设有功传输管热端气体均匀器131，下端设有功传输管冷端气体均匀器133；

所述的冷头包括依次连接的散热器211、第一回热器212、预冷换热器213、第二回热器214、冷量换热器215，脉管232，和调相器240。脉管232顶部设置脉管热端气体均匀器233，底部设置脉管冷端气体均匀器231，脉管冷端气体均匀器231通过一回热器连接管22与冷量换热器215相连，脉管冷端气体均匀器231可以是只起气体均匀器作用，也可起一部分冷量换热器的作用。在冷量换热器215处获得液氦温度冷量；气体在所述的脉管232内完成制冷效果；调相器240为双向进气式，旁通24将脉管热端与散热器211相连，在旁通24上设置两个阀，气库236通过气库连接管235与脉管232相连，气库连接管235上有阀门234以调节流量。为了散热方便，气库236也可与散热器211通过热桥连接以散热。

其中，第一回热器212、预冷换热器213、第二回热器214还可以退化为一个单级回热器。

散热器211温度维持在低温，如77K。制冷机工作时，压缩活塞112在室温下进行往复运动，压缩气体工质，被压缩后的气体工质进出功传输管132上部后压缩功传输管132下部的气体，该气体经散热器211冷却后经回热器212进出脉管232，气体在脉管232内完成制冷效果，在冷量换热器215处获得液氦温度。

脉管232内有一团类似活塞的气柱将高温端气体与低温端气体隔开。功传输管132内也有一团类似活塞的气柱将室温端气体与低温端气体隔开，称之为气体活塞。从室温到低温的温度梯度分布在这个气体活塞上。新加入的功传输管132通过其内的气体活塞将压缩功传输到处于靠近低温下的散热器211的气体，该气体在散热器211散热，热量由其他冷源带走。

这里预冷换热器213被外部冷源预冷到比散热器211更低的温度，如20K，从而使第一回热器212的漏热流向预冷换热器213，而不是通过第二回热器214流向冷量换热器215，从而使冷量换热器215的冷量增大。

一般第一回热器212填充丝网，第二回热器214填充稀土蓄热材料，如HoCu2等在4K比热比较大的材料。

如果散热器211的温度很低，预冷换热器213可以不要，第一回热器212和第二回热器214可以合而为一。

实施例2

如图2所示，为一种冷压缩式脉管制冷机。该脉管制冷机在实施例1的基础上，取消了压缩机连接管12，使得原本压缩机的压缩腔113和功传输管132空间相通，压缩活塞112上端处于室温下，压缩空间内形成从室温到低温的温度梯度。散热器211处维持在低温，如77K。其余结构与实施例1相同。

实施例3

如图3所示，为一种冷压缩式脉管制冷机。该脉管制冷机在实施例2的基础上的改进。为方便调节，将脉管232的热端置于室温端，因此旁通24、一号旁通阀241，二号旁通阀242，气库236，连接管235和阀234移到室温环境下。

用热桥201将散热器211和脉管232大约中间部位连接在一起，这样脉管232中中间部位温度降低，从而使得向冷头的轴向导热减小。

其余结构与实施例2相同。

实施例4

如图4所示，为一种冷压缩式脉管制冷机。该脉管制冷机在实施例3的基础上，将双向进气式的调相器240换成推移活塞式，即用推移活塞系统替换气库236和旁通24。推移活塞系统包括推移活塞331、气缸332、推移活塞杆333、后盖334、推移活塞弹簧335和推移活塞气库336。推移活塞331置于气缸332内，推移活塞弹簧335置于推移活塞气库336内，推移活塞弹簧55与推移活塞气库336之间形成推移活塞气库空间34，推移活塞杆333一端支撑在推移活塞弹簧335上，贯穿后盖334，另一端连接推移活塞331，推移活塞331前端与气缸332之间形成推移活塞前工作腔31。推移活塞前工作腔31与脉管热端通过推移活塞工作腔连接管35相连，推移活塞背工作腔32与压缩腔113通过推移活塞背工作腔连接管36相连。推移活塞系统作为调相器的同时，还能回收气体的膨胀功，回收功用于压缩压缩腔113中气体。其余结构与实施例3相同。为了获得间隙密封，推移活塞弹簧335要用片弹簧，其特征为径向刚度很大，轴向刚度适中。一般用弹簧钢板制成。

如果气缸332与脉管232退化为一体，推移活塞331伸延到脉管232的底部，该制冷机变为斯特林制冷机，如图4a所示。

实施例5

如图5所示，为一种冷压缩式脉管制冷机。该脉管制冷机在实施例2的基础上，采用长压缩活塞112，长压缩活塞112伸延到功传输管下部，在活塞上形成从室温到低温的温度梯度，从而实现低温压缩。活塞上端温度为室温，下端处于低温环境。长活塞采用导热系数小的材料，如不锈钢，加布胶木，尼龙等。换热器211处维持在低温，如77K。其余结构与实施例2相同。

上述实施例中，采用了功传输管使压缩气体可在低温下进行，从而免除了室温到散热器211之间的回热器，因而不存在这一段的巨大阻力损失。在低温下，气体的密度提高，粘度降低，因而，回热器212与回热器214的阻力不致太大。回热器214中工作的是低于临界压力的气体，因此理论回热效率很高。

如果预冷温度更低。第一回热器与第二回热器可合而为一，这样预冷换热器213可不要。从而预冷冷源只要一个，可大大简化系统的复杂性。

本实施例的缺点是压缩在低温下进行，需要高效率的预冷制冷机。因而采用高效的预冷制冷机是提高整体效率的一个关键。

实施例6

如图6所示，为一种冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷制冷机，所述的预冷制冷机通过热桥与冷压缩式脉管制冷机连接，为冷压缩式脉管制冷机的冷头提供预冷冷量。

预冷制冷机为一双级脉管制冷机。所述的预冷制冷机通过第一热桥524和第二热桥527分别与脉管制冷机的散热器211和预冷换热器213连接，为冷压缩式脉管制冷机提供预冷冷量。

所述的冷压缩式脉管制冷机的结构与实施例1相同，所述的预冷制冷机包括推移活塞装置、预冷系统脉管装置、预冷系统压缩机和预冷系统回热器；

所述的预冷制冷机压缩机包括预冷压缩活塞511和预冷压缩腔512；

所述的推移活塞装置为双级阶梯推移活塞装置，该双级阶梯推移活塞装置包括双级阶梯推移活塞631、双级阶梯气缸632、阶梯推移活塞杆633、阶梯推移活塞后盖634、阶梯推移活塞片弹簧635和推移活塞气库636；所述的双级阶梯推移活塞631的前端与所述的双级推移活塞气缸632之间形成推移活塞第一工作腔611和推移活塞第二工作腔612，阶梯推移活塞背工作腔62，阶梯推移活塞杆633一端连接双级阶梯推移活塞631，另一端穿过阶梯推移活塞后盖634与阶梯推移活塞片弹簧635连接，阶梯推移活塞片弹簧635置于推移活塞气库636内，并与推移活塞气库636之间形成气库空间64；

所述的预冷系统脉管装置包括第一级脉管412和第二级脉管422，所述的第一级脉管412顶部设置第一级脉管热端气体均匀器411，底部设置第一级脉管冷端气体均匀器413，所述的第一级脉管热端气体均匀器411通过一连接管65与推移活塞前工作腔611相连；所述的第二级脉管422顶部设置第二级脉管热端气体均匀器421，底部设置第二级脉管冷端气体均匀器423，所述的第二级脉管热端气体均匀器421通过一连接管与推移活塞背工作腔612相连。

所述的预冷系统回热器包括依次连接的预冷冷却器521、预冷第一回热器522、第一级预冷换热器523、预冷第二回热器525和第二级预冷换热器526，所述的预冷冷却器521通过预冷压缩机连接管513与预冷压缩腔512相连，所述的第一级预冷换热器523通过第一级脉管连接管414与第一级脉管412相连，所述的第二级预冷换热器526通过第二级脉管连接管424与第二级脉管422相连；

第一级预冷换热器523通过第一热桥524与所述的散热器211相连，第二级预冷换热器526通过第二热桥527与所述的预冷换热器213连接，从而实现对冷压缩式脉管制冷机。

预冷压缩腔512下设有推移活塞连接管514；阶梯推移活塞背工作腔62与预冷压缩腔512通过推移活塞连接管514相连，目的是为了回收膨胀功。

这里热桥由导热率换大的材料如铜，铝制成，用以传导热量。在实际制造中热桥可以不要，而直接将第一级预冷换热器523与散热器211连在一起，使二者热连接，或直接制作在一个铜块上。第二级预冷换热器526与预冷换热器213也可直接连在一起，使二者热连接，或直接制作在一个铜块上。

本实施例中采用阶梯推移活塞双级脉管制冷机预冷的优点是该制冷机的理论效率与卡诺效率一样。而且，采用阶梯推移活塞，既可实现高压缩比又可实现最优的调相，还可以回收膨胀功，从而其实际效率也很高。这样制冷机的整体效率就高。

当然，预冷制冷机可以是其他形式的脉管制冷机，如惯性管脉管制冷机，也可以是其他形式的制冷机，如斯特林制冷机，GM制冷机等。

实施例7

如图7所示，为一种冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷制冷机，所述的冷压缩式脉管制冷机的结构与实施例4相同，所述的预冷机的结构与实施例6相同。

实施例8

如图8所示，为一种冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷制冷机，所述的冷压缩式脉管制冷机的结构与实施例1相同，

所述的预冷机为单脉管制冷机，包括推移活塞装置、预冷系统脉管装置、预冷系统压缩机和预冷系统回热器；

所述的预冷系统压缩机包括预冷压缩活塞511和预冷压缩腔512；在预冷压缩腔512下设有推移活塞连接管514；

所述的推移活塞装置为单级推移活塞装置，该单级推移活塞装置包括单级推移活塞731、单气缸732、单级推移活塞杆733、单级推移活塞后盖734、单级推移活塞片弹簧735和单级推移活塞气库736；所述的单级推移活塞731的前端与所述的单级推移活塞气缸732之间形成单级推移活塞工作腔711，单级推移活塞背工作腔72；单级推移活塞背工作腔72与预冷压缩腔512通过推移活塞连接管514相连；

所述的预冷系统脉管装置包括单级脉管70，所述的单级脉管70顶部设置单级脉管热端气体均匀器71，底部设置单脉管冷端气体均匀器73，所述的单级脉管热端气体均匀器71通过一连接管与单级推移活塞工作腔711相连。

所述的预冷系统回热器包括依次连接的预冷冷却器521、预冷第一回热器522、第一级预冷换热器523，所述的预冷冷却器521通过预冷压缩机连接管513与预冷压缩腔512相连，所述的第一级预冷换热器523通过连接管与单级脉管70相连。

第一热桥524与所述的散热器211相连，从而实现对冷压缩式脉管制冷机。其余同实施例6。

这个实施例适用于冷压缩式脉管制冷机的回热器效率高，或预冷制冷机制冷温度低的场合。这时，第一回热器212和第二回热器214变为一个回热器，预冷换热器213变为分隔不同回热填料的分隔部件。一般回热器上端填丝网，铅丸或其他比热大的材料做成的球，下端填稀土回热材料如HoCu2，两种不同的回热材料中间要有分隔部件。

实施例9

如图9所示，为一种冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷制冷机，所述的冷压缩式脉管制冷机的结构与实施例4相同，所述的预冷制冷机与实施例8相同。

其余同实施例8。

Claims (9)

1.一种冷压缩式脉管制冷机，其特征在于，包括压缩机，冷头和功传输管；所述的压缩机通过功传输管连接冷头，该功传输管将压缩机的压缩功传输到冷头，实现低温压缩；

所述的压缩机包括电机(111)、压缩活塞(112)、压缩腔(113)，所述的压缩腔(113)与所述的功传输管空间连通为一体，形成长活塞压缩腔，并在压缩腔上形成从室温到低温的温度梯度。

2.根据权利要求1所述的一种冷压缩式脉管制冷机，其特征在于，所述的压缩活塞(112)为长活塞，伸延到功传输管下部，在活塞上形成从室温到低温的温度梯度。

3.根据权利要求1所述的一种冷压缩式脉管制冷机，其特征在于，所述的脉管制冷机的工质为低于临界压力的氦气。

4.根据权利要求1所述的冷压缩式脉管制冷机，其特征在于，所述的冷头包括依次连接的散热器(211)、第一回热器(212)、预冷换热器(213)、第二回热器(214)、冷量换热器(215)，脉管(232)，和调相器(240)。

5.根据权利要求1所述的一种冷压缩式脉管制冷机，其特征在于，所述的冷头包括依次连接的散热器(211)、第一回热器(212)、预冷换热器(213)、第二回热器(214)、冷量换热器(215)，脉管(232)，和调相器(240)，调相器(240)为推移活塞系统，推移活塞气缸与脉管合为一体，推移活塞为长推移活塞，伸延到脉管下部，在推移活塞上形成从室温到低温的温度梯度。

6.根据权利要求4或5所述的一种冷压缩式脉管制冷机，其特征在于，所述的第一回热器(212)、预冷换热器(213)、第二回热器(214)退化为一个单级回热器。

7.一种采用如权利要求1～6任一所述的冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统，其特征在于，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷制冷机，所述的预冷制冷机的冷量换热器与冷压缩式脉管制冷机的散热器连接，为冷压缩式脉管制冷机的冷头提供预冷冷量。

8.根据权利要求7所述的一种预冷式制冷机系统，其特征在于，所述的预冷制冷机为双级脉管制冷机，所述的双级脉管制冷机包括第一级预冷换热器和第二级预冷换热器，所述的双级脉管制冷机包括双级阶梯推移活塞装置、双级预冷系统脉管装置、预冷系统压缩机和预冷系统回热器；所述的双级阶梯推移活塞装置连接双级预冷系统脉管装置，所述的双级预冷系统脉管装置连接预冷系统回热器，所述的预冷系统回热器连接预冷系统压缩机，其中预冷系统回热器包括两级预冷换热器，其中第一级预冷换热器与冷压缩式脉管制冷机的散热器连接，第二级预冷换热器与冷压缩式脉管制冷机的预冷换热器连接。

9.根据权利要求7所述的一种预冷式制冷机系统，其特征在于，所述的预冷制冷机为单级脉管制冷机，包括单级推移活塞装置、单级预冷系统脉管装置、预冷系统压缩机和预冷系统回热器；所述的单级推移活塞装置连接单级预冷系统脉管装置，所述的单级预冷系统脉管装置连接预冷系统回热器，所述的预冷系统回热器连接预冷系统压缩机，且与冷压缩式脉管制冷机热连接。

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