CN111928513A - 一种新型脉冲管制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型脉冲管制冷机，包括冷头体和进气管，所述冷头体侧壁上设有进气管，冷头体底部设有一级制冷系统，冷头体内设有盘旋管道和膨胀腔，盘旋管道两端分别与进气管和膨胀腔上端连通，膨胀腔底部与一级制冷系统连通；还包括二级制冷系统。在进气管与膨胀腔之间设置盘旋管道，通过盘旋管道的过渡，避免高压氦气直接陡然由进气管进入膨胀腔内造成涡流损失和总压损失，使得盘旋管内高压氦气的流动接近于绝热等熵流动，流动损失小，从而最大限度地利用高压气源的能量，从而提高制冷的效率；设置有一级制冷系统和二级制冷系统，实现分级制冷，提升制冷效果。
Description
技术领域
本发明涉及制冷机技术领域，具体是一种新型脉冲管制冷机。
背景技术
新型脉冲管制冷机是利用高压气体被绝热抽空而达到制冷的目的。现有的新型脉冲管制冷机在高压氦气进入冷头体后，直接陡然由进气管进入一个大的膨胀空腔内，从而造成极大的涡流损失和总压损失，再加上整个冷头体上部膨胀空腔体积和空间的限制，从而影响制冷效效率；而且受现有冷头空间尺寸的制约，无法直接采用直线逐渐过渡的流动布局，使用起来存在诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型脉冲管制冷机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型脉冲管制冷机，包括冷头体和进气管，所述冷头体侧壁上设有进气管，所述冷头体底部设有一级制冷系统，所述一级制冷系统包括一级蓄热管、一级换热器、一级冷盘和一级脉冲管，一级蓄热管，所述一级蓄热管底部套设有一级换热器，所述一级换热器底部设有一级冷盘，所述一级冷盘上连通有一级脉冲管，所述冷头体顶端设有与一级脉冲管连通的一级气库接头；所述冷头体内设有盘旋管道和膨胀腔，所述盘旋管道两端分别与进气管和膨胀腔上端连通，所述膨胀腔底部与一级蓄热管连通。
作为本发明进一步的方案：还包括二级制冷系统，所述二级制冷系统包括二级蓄热管、二级换热器、二级冷盘和二级脉冲管，所述二级蓄热管与一级冷盘连接，所述二级蓄热管底部套设有二级换热器,所述二级换热器底部设有二级冷盘，所述二级冷盘上连通有二级脉冲管，所述冷头体顶端设有与二级脉冲管连通的二级气库接头。
作为本发明进一步的方案：所述一级冷盘内部设有双向分叉通道，所述双向分叉通道的出口两端分别与一级脉冲管和二级蓄热管连通。
作为本发明进一步的方案：所述冷头体上端设置有冷头盖。
作为本发明进一步的方案：所述一级换热器和二级换热器采用无氧铜板制成。
作为本发明进一步的方案：所述一级换热器和二级换热器由无氧铜板经卷制及软焊而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在进气管与膨胀腔之间设置盘旋管道，通过盘旋管道的过渡，避免高压氦气直接陡然由进气管进入膨胀腔内造成涡流损失和总压损失，使得盘旋管内高压氦气的流动接近于绝热等熵流动，流动损失小，从而最大限度地利用高压气源的能量，从而提高制冷的效率；
2、设置有一级制冷系统和二级制冷系统，实现分级制冷，氦气经过膨胀降温，在一级冷盘可以达到40K温度和相应的制冷量，然后在二级冷盘实现4K温度和所需的制冷量；
3、一级换热器和二级换热器由无氧铜板经卷制及软焊而成，从而增大其换热面积，换热和传导性能佳，可以实现热量的快速传导，提升制冷效果，而且便于制作和加工；
4、由于脉冲管内部没有往复运动的部件，气流的波动和脉动影响较小，从而减小了振动和干扰幅度，有利于提升相关带磁场的精密测量实验的精度。
附图说明
图1为新型脉冲管制冷机外部视图；
图2为新型脉冲管制冷机内部视图。
图中：1、冷头体；2、进气管；3、一级蓄热管；4、一级换热器；5、一级冷盘；6、一级脉冲管；7、一级气库接头；8、盘旋管道；9、膨胀腔；10、二级蓄热管；11、二级换热器；12、二级冷盘；13、二级脉冲管；14、二级气库接头；15、冷头盖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则其仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述，则其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
请参阅图1-2，一种新型脉冲管制冷机，包括冷头体1和进气管2，所述冷头体1侧壁上设有进气管2，所述冷头体1底部设有一级制冷系统，所述一级制冷系统包括一级蓄热管3、一级换热器4、一级冷盘5和一级脉冲管6，一级蓄热管3，所述一级蓄热管3底部套设有一级换热器4，所述一级换热器4底部设有一级冷盘5，所述一级冷盘5上连通有一级脉冲管6，所述冷头体1顶端设有与一级脉冲管6连通的一级气库接头7；所述冷头体1内设有盘旋管道8和膨胀腔9，所述盘旋管道8两端分别与进气管2和膨胀腔9上端连通，所述膨胀腔9底部与一级蓄热管3连通；
经过压缩机压缩后的高压氦气由进气管2进入到冷头体1内的盘旋管道8中，随后流入膨胀腔9内，再流到一级蓄热管3中，接着进入到一级换热器4内，经由一级换热器4流入一级冷盘5；
冷头体1内的盘旋管道8可以减小高压氦气进入管道后造成的总压损失，使高压氦气经盘旋管道8逐渐过渡到膨胀腔9内，从而解决了高压氦气直接陡然由进气管2进入大的膨胀腔9内造成极大的涡流损失和总压损失，使得盘旋管道8内高压氦气的流动接近于绝热等熵流动，流动损失小，可以最大限度地利用高压气源的能量，从而提高制冷的效率；
该新型脉冲管制冷机还包括二级制冷系统，所述二级制冷系统包括二级蓄热管10、二级换热器11、二级冷盘12和二级脉冲管13，所述二级蓄热管10与一级冷盘5连接，所述二级蓄热管10底部套设有二级换热器11,所述二级换热器11底部设有二级冷盘12，所述二级冷盘12上连通有二级脉冲管13，所述冷头体1顶端设有与二级脉冲管13连通的二级气库接头14；
所述一级冷盘5内部设有双向分叉通道，所述双向分叉通道的出口两端分别与一级脉冲管6和二级蓄热管10连通；
经双向分叉通道通往一级脉冲管6的高压氦气从一级脉冲管6另一端的一级气库接头7流入到一级气库内；
经双向分叉通道通往二级蓄热管10内的高压氦气会继续流入二级换热器11，再经过二级冷盘12，随后高压氦气流入到二级脉冲管13内部，最后在二级脉冲管13另一端的二级气库接头14进入二极气库；
为了进一步提升一级换热器4和二级换热器11的换热性能和制冷效果，所述一级换热器4和二级换热器11采用无氧铜板制成，其换热和传导性能佳，可以实现热量的快速传导，提升制冷效果；
所述一级换热器4和二级换热器11的具体制作方式不做限制，本实施例中，优选的，所述一级换热器4和二级换热器11由无氧铜板经卷制及软焊而成，从而增大其换热面积，而且便于制作和加工；
为了保证冷头体1内腔的密封性，避免冷头体1氦气泄漏，所述冷头体1上端设置有冷头盖15。
本实施例的工作原理是：
经过压缩机压缩后的高压氦气由进气管2进入到冷头体1内的盘旋管道8中，随后流入膨胀腔9内，再流到一级蓄热管3中，接着进入到一级换热器4内，经由一级换热器4流入一级冷盘5；经双向分叉通道通往一级脉冲管6的高压氦气从一级脉冲管6另一端的一级气库接头7流入到一级气库内；经双向分叉通道通往二级蓄热管10内的高压氦气会继续流入二级换热器11，再经过二级冷盘12，随后高压氦气流入到二级脉冲管13内部，最后在二级脉冲管13另一端的二级气库接头14进入二极气库。
该新型脉冲管制冷机在进气管2与膨胀腔9之间设置盘旋管道8，通过盘旋管道8的过渡，避免高压氦气直接陡然由进气管2进入膨胀腔9内造成涡流损失和总压损失，使得盘旋管道8内高压氦气的流动接近于绝热等熵流动，流动损失小，从而最大限度地利用高压气源的能量，从而提高制冷的效率；设置有一级制冷系统和二级制冷系统，实现分级制冷，氦气经过膨胀降温，在一级冷盘5可以达到40K温度和相应的制冷量，然后在二级冷盘12实现4K温度和所需的制冷量；一级换热器4和二级换热器11由无氧铜板经卷制及软焊而成，从而增大其换热面积，换热和传导性能佳，可以实现热量的快速传导，提升制冷效果，而且便于制作和加工；由于脉冲管内部没有往复运动的部件，气流的波动和脉动影响较小，从而减小了振动和干扰幅度，有利于提升相关带磁场的精密测量实验的精度。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.一种新型脉冲管制冷机，包括冷头体（1）和进气管（2），所述冷头体（1）侧壁上设有进气管（2），所述冷头体（1）底部设有一级制冷系统，所述一级制冷系统包括一级蓄热管（3）、一级换热器（4）、一级冷盘（5）和一级脉冲管（6），一级蓄热管（3），所述一级蓄热管（3）底部套设有一级换热器（4），所述一级换热器（4）底部设有一级冷盘（5），所述一级冷盘（5）上连通有一级脉冲管（6），所述冷头体（1）顶端设有与一级脉冲管（6）连通的一级气库接头（7）；其特征在于，所述冷头体（1）内设有盘旋管道（8）和膨胀腔（9），所述盘旋管道（8）两端分别与进气管（2）和膨胀腔（9）上端连通，所述膨胀腔（9）底部与一级蓄热管（3）连通。
2.根据权利要求1所述的新型脉冲管制冷机，其特征在于，还包括二级制冷系统，所述二级制冷系统包括二级蓄热管（10）、二级换热器（11）、二级冷盘（12）和二级脉冲管（13），所述二级蓄热管（10）与一级冷盘（5）连接，所述二级蓄热管（10）底部套设有二级换热器（11）,所述二级换热器（11）底部设有二级冷盘（12），所述二级冷盘（12）上连通有二级脉冲管（13），所述冷头体（1）顶端设有与二级脉冲管（13）连通的二级气库接头（14）。
3.根据权利要求2所述的新型脉冲管制冷机，其特征在于，所述一级冷盘（5）内部设有双向分叉通道，所述双向分叉通道的出口两端分别与一级脉冲管（6）和二级蓄热管（10）连通。
4.根据权利要求1所述的新型脉冲管制冷机，其特征在于，所述冷头体（1）上端设置有冷头盖（15）。
5.根据权利要求2或3所述的新型脉冲管制冷机，其特征在于，所述一级换热器（4）和二级换热器（11）采用无氧铜板制成。
6.根据权利要求5所述的新型脉冲管制冷机，其特征在于，所述一级换热器（4）和二级换热器（11）由无氧铜板经卷制及软焊而成。
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