CN112524840B - 一种液氦温区微型节流制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种液氦温区微型节流制冷机，由依次叠设的七层基片焊接成一体结构；第一基片作为盖板，第二基片和第三基片构成一级制冷循环器，第四基片和第五基片构成二级制冷循环器，第六基片和第七基片构成三级制冷循环器；第三基片、第五基片和第七基片上均分别设有依次连通的高压侧通道、节流阀和缓冲室，各高压侧通道的进口端与相应级别的工质进口连通；第二基片、第四基片和第六基片上均分别设有低压侧通道，各低压侧通道的进口端与相应级别的缓冲室连通，各低压侧通道的出口端与相应级别的工质出口连通。本发明结构紧凑，易于大规模生产、成本低、精度高、可重复性强因而可有效提升成品率。

Description

一种液氦温区微型节流制冷机

技术领域

本发明属于微型节流制冷器技术领域，尤其涉及一种液氦温区微型节流制冷机。

背景技术

很多电子器件都在低温环境下工作具有更高的灵敏度，比如应用于航空航天的红外探测器件、射电望远镜中的低噪音放大器、移动通信系统中的滤波器等。此外，对于超导体电子器件而言，只有在低温环境下才能正常工作。随着微机电系统(MEMS)的发展，电子器件的尺寸越来越小，所需的制冷量也很小。而现有的制冷机在大小和制冷量方面都与电子器件的要求不匹配，急需与之匹配的制冷机。微型节流制冷机具有无运动部件，无振动，无电磁干扰，易于微型化等优点，在电子器件冷却方面倍受青睐。微型节流制冷机可通过MEMS加工技术得以实现，但目前的研究主要集中在液氢以上的温区(Cao HS,ter Brake HJM,Progress in and Outlook for Cryogenic Microcooling,Physical Review Applied,2020,14,044044.)，尚未见有基于MEMS技术的液氦温区微型节流制冷机的实验研究。

液氦温区微型节流制冷机之所以难实现，主要原因是氦气的最大节流转化温度太低，只有45K。如果从室温通过节流制冷实现液氦温度，至少需要两级预冷，原因是可通过节流制冷提供45K以下预冷温度的工质只有氖气和氢气，而氖气和氢气的最大节流转化温度分别为250K和205K，所以利用氖气和氢气节流制冷也需要一级预冷。可通过节流实现205K以下制冷温度的工质较多，比如氮气、氧气、氩气和一氧化碳等，并且这几种工质的最大节流转化温度均远高于室温，无需预冷即可通过节流实现制冷。为后文讨论方便，本文将无需预冷可实现节流制冷的工质称为一级工质，氖气和氢气称为二级工质，氦气称为三级工质。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供液氦温区微型节流制冷机。本发明的液氦温区微型节流制冷机结构紧凑，具有易于大规模生产、成本低、精度高、可重复性强因而可有效提升成品率等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，由依次叠设的七层基片焊接成一体结构；第一基片作为盖板，第二基片和第三基片构成一级制冷循环器，第四基片和第五基片构成二级制冷循环器，第六基片和第七基片构成三级制冷循环器；

所述第一基片顶端开设有六个通孔分别作为一级工质进口、二级工质进口、三级工质进口、一级工质出口、二级工质出口和三级工质出口；所述第二基片顶端开设有五个通孔分别作为一级工质进口、二级工质进口、三级工质进口、二级工质出口和三级工质出口；所述第三基片顶端开设有四个通孔分别作为二级工质进口、三级工质进口、二级工质出口和三级工质出口；所述第四基片顶端开设有三个通孔分别作为二级工质进口、三级工质进口和三级工质出口；所述第五基片顶端开设有两个通孔分别作为三级工质进口和三级工质出口；第六基片顶端开设有一个通孔作为三级工质进口；同一类型的工质出口和工质进口在在相应基片上的布设位置相同；

所述第三基片、第五基片和第七基片上均分别设有依次连通的高压侧通道、节流阀和缓冲室，各高压侧通道的进口端与相应级别的工质进口连通；

所述第二基片、第四基片和第六基片上均分别设有低压侧通道，各低压侧通道的进口端与相应级别的缓冲室连通，各低压侧通道的出口端与相应级别的工质出口连通；所述第二基片和第四基片上的低压侧通道均兼具换热器、预冷器以及蒸发器的作用，所述第六基片上的低压侧通道均具换热器和蒸发器的作用。

进一步地，各级制冷循环器中，当低压侧通道位于高压侧通道上方时，缓冲室通过设于低压侧通道底端的条状通孔与低压侧通道的进口端连通；当低压侧通道位于高压侧通道下方时，缓冲室上设有正对低压侧通道进口端的通孔，且低压侧通道完全覆盖缓冲室所在区域。

进一步地，所述第一基片、第二基片和第三基片上均开设一通孔作为附加一级工质进口；

所述第二基片上还设有附加一级低压侧通道，该附加低压侧通道的出口端与第二基片上的低压侧通道进口端连通；

所述第三基片上还设有相连通的附加一级高压侧通道、附加一级节流阀和附加一级缓冲室，所述附加一级高压侧通道顶端通过向上延伸的通道与各附加一级工质进口连通，附加一级缓冲室与所述第二基片上附加一级低压侧通道的进口端连通。

进一步地，所述第一基片、第四基片和第五基片上均开设一通孔作为附加二级工质进口；

所述第四基片上还设有附加二级低压侧通道，该附加二级低压侧通道的出口端与第四基片上的低压侧通道进口端连通；

所述第五基片上还设有相连通的附加二级高压侧通道、附加二级节流阀和附加二级缓冲室，所述附加二级高压侧通道顶端通过向上延伸的通道与各附加二级工质进口连通，附加二级缓冲室与所述第四基片上附加二级低压侧通道的进口端连通。

本发明的特点及有益效果：

本发明提供一种可实现液氦温区制冷温度的微型节流制冷机。该结构的特点包括以下几个方面：1)一级、二级和三级工质的低压侧通道和蒸发器具有相同的通道深度，可通过同种加工方式实现，简化了制冷机的加工工艺，蒸发器内的气液两相强化换热可通过不同的肋片结构矩阵实现；2)一级工质的低压和高压侧通道不仅可实现一级工质自身冷热流体之间的换热，而且还兼具预冷二级和三级工质的作用；3)二级工质的低压和高压侧通道同样不仅可实现二级工质自身冷热流体之间的换热，而且还兼具预冷三级工质的作用；4)一级、二级和三级工质的低压侧通道兼具蒸发器的作用，简化了制冷机的加工工艺，从而可降低加工风险，提高产率。

整体上看，本发明微型节流制冷机将流式换热器、预冷器和蒸发器相集成，制冷机的结构更紧凑，可节约加工成本。此外，各层基片中形成的通道可通过微加工工艺实现，易于实现工业上的大批量生产，且加工尺寸范围更大，精度更高。

附图说明

图1是本发明的一种液氦温区微型节流制冷机的结构分解示意图；

图2的(a)～(e)分别是本发明实施例一的液氦温区微型节流制冷机A中基片1～7的内部结构示意图；

图3的(a)～(e)分别是本发明实施例二的液氦温区微型节流制冷机B中基片1～7的内部结构示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

为了更好地理解本发明，以下详细阐述本发明提出的一种液氦温区微型节流制冷机的应用实例。

实施例一：

参见图1、图2，本发明实施例一的液氦温区微型节流制冷机A由依次叠设的七层基片1～7焊接成一体结构。

基片1作为盖板对其余基片起密封的作用，基片2和3构成一级制冷循环器，基片4和5构成二级制冷循环器，基片6和7构成三级制冷循环器。其中，

基片1顶端设有六个通孔分别作为一级工质进口A1、二级工质进口A3、三级工质进口A5、一级工质出口A2、二级工质出口A4和三级工质出口A6。

基片2顶端设有五个通孔分别作为一级工质进口A1、二级工质进口A3、三级工质进口A5、二级工质出口A4和三级工质出口A6，基片2上还设有一级低压侧通道A11和与该一级低压侧通道A11进口端连通且沿基片2宽度方向开设的一级条状通孔A10，一级低压侧通道A11的出口端与基片1上的一级工质出口A2连通，且一级低压侧通道A11的顶端应避开与基片1上设有一级工质进口A1、二级工质进口A3、三级工质进口A5、二级工质出口A4和三级工质出口A6的相应区域。

基片3顶端设有四个通孔分别作为二级工质进口A3、三级工质进口A5、二级工质出口A4和三级工质出口A6，基片3上还设有依次连通的一级高压侧通道A7、一级节流阀A8和一级缓冲室A9，一级高压侧通道A7的进口端同时与基片1和基片2上的一级工质进口A1连通，且一级高压侧通道A7的顶端应避开与基片1上设有二级工质进口A3、三级工质进口A5、二级工质出口A4和三级工质出口A6的相应区域，一级缓冲室A9与基片2上的一级条状通孔A10连通，且一级缓冲室A9所在区域应完全覆盖一级条状通孔A10所在区域，使得一级工质能顺利流入一级低压侧通道A11而不影响其他工质的循环；一级工质缓冲室A9和条状通孔A10底端至基片底端的距离决定了一级工质高低压两侧通道的换热面积，需根据一级工质的质量流量确定。

基片4顶端设有三个通孔分别作为二级工质进口A3、三级工质进口A5和三级工质出口A6，基片4上还设有二级低压侧通道A16和与该二级低压侧通道A16进口端连通且沿基片4宽度方向开设的二级条状通孔A15，二级低压侧通道A16的出口端同时与基片1、2、3上的二级工质出口A4连通，且二级低压侧通道A16的顶端应避开与基片1上设置一级工质进口A1、二级工质进口A3、三级工质进口A5、一级工质出口A2和三级工质出口A6的相应区域。

基片5顶端设有两个通孔分别作为三级工质进口A5和三级工质出口A6，基片5上还设有依次连通的二级高压微通道A12、二级节流阀A13和二级缓冲室A14，二级高压微通道A12的进口端同时与基片1、2、3上的二级工质进口A3连通，且二级高压侧通道A12的顶端应避开与基片1上设置一级工质进口A1、三级工质进口A5、一级工质出口A2和三级工质出口A6的相应区域，二级缓冲室A14与基片4上的二级条状通孔A15连通，且二级缓冲室A14所在区域应完全覆盖二级条状通孔A15所在区域，使得二级工质能顺利流入二级低压侧通道A16而不影响其他工质的循环；二级工质缓冲室A14和条状通孔A15底端至基片底端的距离决定了二级工质高低压两侧通道的换热面积，需根据二级工质的质量流量确定。

基片6顶端设有一个通孔作为三级工质进口A5，基片6上还设有三级低压侧通道A21和与该三级低压侧通道A21进口端连通且沿基片6宽度方向开设的三级条状通孔A20，三级低压侧通道A21的出口端同时与基片1～5上的三级工质出口A6连通，三级低压侧通道A21的两端应尽可能向基片6的两端延伸，且三级低压侧通道A21的顶端应避开与基片1上设有一级工质进口A1、二级工质进口A3、三级工质进口A5、一级工质出口A2、二级工质出口A4和三级工质进口A5的相应区域。

基片7上设有依次连通的三级高压侧通道A17、三级节流阀A18和三级缓冲室A19，三级高压侧通道A17的进口端同时与基片1～5上的三级工质进口A5连通，且三级高压侧通道A17顶端应避开与基片1上设有一级工质进口A1、二级工质进口A3、一级工质出口A2和二级工质出口A4的相应区域，三级缓冲室A19与基片6上的三级条状通孔A20连通，且三级缓冲室A19所在区域应完全覆盖三级条状通孔A20所在区域，使得三级工质能顺利流入三级低压侧通道内而不影响其他工质的循环。

相应的工质进口和工质出口在各层基片上的布设位置相同。

各级低压侧通道、高压侧通道的宽度均远大于各自通道的深度，宽度与深度的选择取决于通道所能承受的工作介质压力以及制冷机制冷量的要求。各级高、低压侧通道和缓冲室内需布置肋片结构，一方面用于控制通道内的应力分布，使制冷机可承受比较大的压力；另一方面用于调控通道内的流动与换热，提高制冷机的性能；肋片结构的截面形状包括矩形、圆形、椭圆形、菱形和水翼形等，截面尺寸在几微米至几十微米之间；相应的高压侧通道和低压通道构成间壁式换热器，起到热量回收的作用，此外各级低压侧通道还兼具预冷器和蒸发器的作用。

各级缓冲室的深度和相应高压侧通道的深度一致，以便于加工；各级缓冲室的宽度略大于相应基片上条状通孔的宽度即可，便于缓冲室流体通过相应基片的条状通孔。

为降低热端到冷端的导热损失，液氦温区微型节流制冷机A内各层基片选择导热系数小的材料，如玻璃、聚合物和陶瓷等为宜。可选地，各层基片1～7上的各类通道均可通过化学蚀刻加工、电子束微加工、离子束微加工、激光微加工、LIGA加工(即光刻、电铸和注塑加工技术)的方式予以实现。本实施例优选化学蚀刻(化学蚀刻的具体工艺参数可参见(Iliescu C,Tay FEH,Miao JM,Strategies in deep wet etching of Pyrex glass,Sensors and Actuators A Physical,2007,133,395-400.)的方式加工。相比于其他的加工方式，化学蚀刻易于实现工业上大批量生产，且相比较LIGA技术，化学蚀刻可加工尺寸范围更大，精度更高。待通道加工完成后，可通过与所选基片材质相适应的焊接工艺(如玻璃-玻璃间的键合，可采用真空扩散焊；对于硅基-玻璃间的键合，可采用阳极焊；均为本领域的常规加工工艺)将七层基片焊接起来。

本实施例的液氦温区微型节流制冷机A具有三级循环通道：

一级工质为无需预冷可实现节流制冷的工质，一级工质在第一级循环通道内流动，其流动路径为：一级工质进口A1→一级高压侧通道A7→一级节流阀A8→一级缓冲室A9→一级条状通孔A10→一级低压侧通道A11→一级工质出口A2。高压状态的气相一级工质通过基片1和基片2上的一级工质进口A1流入一级高压侧通道A7进行换热，流经一级节流阀A8进行节流膨胀制冷，随后由一级缓冲室A9和一级条状通孔A10流入一级低压侧通道A11与一级高压侧通道A7中的气体进行换热；稳定时，一级低压侧通道A11内的一级工质存在气液两相，其中液相吸热气化以实现制冷和预冷二级和三级工质的目的，气化后的一级工质由一级工质出口A2排出完成一次循环。

二级工质为氖气或氢气，二级工质在第二级循环通道内流动，其流动路径为：二级工质进口A3→二级高压侧通道A12→二级节流阀A13→二级缓冲室A14→二级条状通孔A15→二级低压侧通道A16→二级工质出口A4。高压状态的气相二级工质通过基片1～4上的二级工质进口A3流入二级高压侧通道A12，在二级高压侧通道A12内被一级工质产生的冷量预冷，当二级工质流入二级节流阀A13前的温度低于其转化温度后，二级工质经节流膨胀产生制冷效应，随后由二级缓冲室A14和二级条状通孔A15流入二级低压侧通道A16与二级高压侧通道A12中的气体进行换热；稳定时，二级低压侧通道A16内的二级工质存在气液两相，其中液相吸热气化以实现制冷和预冷三级工质的目的，气化后的二级工质由二级工质出口A4排出完成一次循环。

三级工质为氦气，三级工质在第三级循环通道内，其流动流动路径为：三级工质进口A5→三级高压侧通道A17→三级节流阀A18→三级缓冲室A19→三级条状通孔A20→三级低压侧通道A21→三级工质出口A6。高压状态的气相三级工质通过基片1～6上的三级工质进口A5流入三级高压侧通道A17，在三级高压侧通道A17内被一级和二级工质产生的冷量预冷，当三级工质流入三级节流阀A18前的温度低于其转化温度后，三级工质经节流膨胀产生制冷效应，随后由三级缓冲室A19和三级条状通孔A20流入三级低压侧通道A21与三级高压侧通道A17中的气体进行换热；稳定时，三级低压侧通道A21内的三级工质存在气液两相，其中液相吸热气化以实现制冷的目的，气化后的三级工质由三级工质出口A6排出完成一次循环。

综上所述，该设计使得基片2和4的低压侧通道兼具换热器、预冷器以及蒸发器三重功能，使得基片6的低压侧通道兼具换热器和蒸发器两重功能，制冷机的结构更加紧凑。

实施例二：

图3是本发明实施例二的液氦温区微型节流制冷机B的内部结构示意图，此节流制冷机B由依次叠设的七层基片1～7焊接成一体结构。

基片1作为盖板对其余基片起密封的作用，基片2和3构成一级制冷循环器，基片4和5构成二级制冷循环器，基片6和7构成三级制冷循环器。其中，

基片1顶端设有七个通孔分别作为一级工质进口B1、二级工质进口B3、附加一级工质进口B22、三级工质进口B5、一级工质出口B2、二级工质出口B4和三级工质出口B6。

基片2顶端设有六个通孔分别作为一级工质进口B1、二级工质进口B3、附加一级工质进口B22、三级工质进口B5、二级工质出口B4和三级工质出口B6，基片2上还设有一级低压侧通道B11和与该一级低压侧通道B11进口端连通且沿基片2宽度方向开设的一级条状通孔B10，以及附加一级低压侧通道B23和与该附加一级低压侧通道B23进口端连通且沿基片2宽度方向开设的附加一级条状通孔B24，且附加一级条状通孔B24底端紧靠基片2底端设置；一级低压侧通道B11的出口端与基片1上的一级工质出口B2连通，且一级低压侧通道B11的顶端应避开与基片1上设有一级工质进口B1、附加一级工质进口B22、二级工质进口B3、三级工质进口B5、二级工质出口B4和三级工质出口B6的相应区域。

基片3顶端设有四个通孔分别作为二级工质进口B3、三级工质进口B5、二级工质出口B4和三级工质出口B6，基片3上还设有依次连通的一级高压侧通道B7、一级节流阀B8和一级缓冲室B9，以及附加一级高压侧通道B25、附加一级节流阀B26和紧靠基片3底端设置的附加一级缓冲室B27，一级高压侧通道B7的进口端同时与基片1和基片2上的一级工质进口B1连通，且一级高压侧通道B7的顶端应避开与基片1上设有附加一级工质进口B22、二级工质进口B3、三级工质进口B5、二级工质出口B4和三级工质出口B6的相应区域，一级缓冲室B9与基片2上的一级条状通孔B10连通；附加一级高压侧通道B25的顶端通过向上延伸的通道同时与基片1、基片2和基片3上的附加一级工质进口B22连通，附加一级缓冲室B27与基片2上的附加一级条状通孔B24连通，附加一级条状通孔B24的底端紧靠基片3底端设置。

基片4顶端设有三个通孔分别作为二级工质进口B3、三级工质进口B5和三级工质出口B6，基片4上还设有二级低压侧通道B16和与该二级低压侧通道B16进口端连通且沿基片4宽度方向开设的二级条状通孔B15，二级低压侧通道B16的出口端同时与基片1、2、3上的二级工质出口B4连通，且二级低压侧通道B16的顶端应避开与基片1上设有一级工质进口B1、附加一级工质进口B22、二级工质进口B3、三级工质进口B5、一级工质出口B2和三级工质出口B6的相应区域。

基片5顶端设有两个通孔分别作为三级工质进口B5和三级工质出口B6，基片5上还设有依次连通的二级高压微通道B12、二级节流阀B13和二级缓冲室B14，二级高压微通道B12的进口端同时与基片1、2、3上的二级工质进口B3连通，且二级高压侧通道B12的顶端应避开与基片1上设置一级工质进口B1、附加一级工质进口B22、三级工质进口B5、一级工质出口B2和三级工质出口B6的相应区域，二级缓冲室B14与基片4上的二级条状通孔B15连通。二级工质缓冲室B14和条状通孔B15底端至各自所在基片底端的距离决定了二级工质高低压两侧通道的换热面积，需根据二级工质的质量流量确定。

基片6顶端设有一个通孔作为三级工质进口B5，基片6上还设有三级低压侧通道B21和与该三级低压侧通道B21进口端连通且沿基片6宽度方向开设的三级条状通孔B20，三级低压侧通道B21的出口端同时与基片1～5上的三级工质出口B6连通，三级低压侧通道B21的两端应尽可能向基片6的两端延伸，且三级低压侧通道B21的顶端应避开与基片1上设有一级工质进口B1、附加一级工质进口B22、二级工质进口B3、三级工质进口B5、一级工质出口B2、二级工质出口B4和三级工质进口B5的相应区域。

基片7上设有依次连通的三级高压侧通道B17、三级节流阀B18和三级缓冲室B19，三级高压微通道B17的进口端同时与基片1～5上的三级工质进口B5连通，且三级高压侧通道B17顶端应避开与基片1上设有一级工质进口B1、附加一级工质进口B22、二级工质进口B3、一级工质出口B2和二级工质出口B4的相应区域，三级缓冲室B19与基片6上的三级条状通孔B20连通；三级条状通孔B20和三级缓冲室B19的底端分别紧贴基片6和基片7的底端设置。相应的工质进口和工质出口在各层基片上的布设位置相同。

液氦温区微型节流制冷机B内各部件的具体实现方式参见液氦温区微型节流制冷机A，此处不再赘述。

本实施例的液氦温区微型节流制冷机B具有三级循环通道，二级工质和三级工质分别在第二级循环通道和第三级循环通道流动，且流动路径分别与液氦温区微型节流制冷机A内二级工质和三级工质的流动路径相同，此处不再赘述。

液氦温区微型节流制冷机B中一级工质在第一级循环通道内流动，其流动路径为：一级工质进口B1→高压侧通道B7→一级节流阀B8→一级缓冲室B9→一级条状通孔B10→一级低压侧通道B11→一级工质出口B2，一级工质在附加第一级循环通道内的流动路径为：附加一级工质进口B22→附加一级高压侧通道B25→附加一级节流阀B26→附加一级缓冲室B27→附加一级条状通孔B24→附加一级低压侧通道B23→一级条状通孔B10→一级低压侧通道B11→一级工质出口B2。

相比于液氦温区微型节流制冷机A，液氦温区微型节流制冷机B通过在基片2和基片3上分别增设的附加一级工质附加通道，能够在降温过程中增加一级工质的流量，进而缩短降温时间。当一级工质到达其饱和温度时，将一级工质附加通道内一级工质的质量流量降至0，从而不影响二级工质和三级工质由一级工质的沸点温度降至更低温度。

本发明的其他实施例中，各级制冷循环器中设有高压侧通道和低压侧通道的基片的位置可以对调，即设有高压侧通道的基片可以位于设有低压侧通道的基片的上方。此时，高压侧通道底端的缓冲室上设有正对低压侧通道进口端的通孔，低压侧通道应完全覆盖缓冲室所在区域。

优选地，三级制冷循环器中设有低压侧通道的基片置于最外侧，以减小与被冷器件的热阻。

在本发明的其他实施例中，基片1、基片4和基片5上均开设一通孔作为附加二级工质进口；基片4上还设有附加二级低压侧通道，该附加二级低压侧通道的出口端与基片4上的低压侧通道进口端连通；基片5上还设有相连通的附加二级高压侧通道、附加二级节流阀和附加二级缓冲室，附加二级高压侧通道顶端通过向上延伸的通道与各附加二级工质进口连通，附加二级缓冲室与基片4上附加二级低压侧通道的进口端连通。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，由依次叠设的七层基片焊接成一体结构；第一基片作为盖板，第二基片和第三基片构成一级制冷循环器，第四基片和第五基片构成二级制冷循环器，第六基片和第七基片构成三级制冷循环器；

所述第一基片顶端开设有六个通孔分别作为一级工质进口、二级工质进口、三级工质进口、一级工质出口、二级工质出口和三级工质出口；所述第二基片顶端开设有五个通孔分别作为一级工质进口、二级工质进口、三级工质进口、二级工质出口和三级工质出口；所述第三基片顶端开设有四个通孔分别作为二级工质进口、三级工质进口、二级工质出口和三级工质出口；所述第四基片顶端开设有三个通孔分别作为二级工质进口、三级工质进口和三级工质出口；所述第五基片顶端开设有两个通孔分别作为三级工质进口和三级工质出口；第六基片顶端开设有一个通孔作为三级工质进口；同一类型的工质出口和工质进口在相应基片上的布设位置相同；

所述第三基片、第五基片和第七基片上均分别设有依次连通的高压侧通道、节流阀和缓冲室，各高压侧通道的进口端与相应级别的工质进口连通；

所述第二基片、第四基片和第六基片上均分别设有低压侧通道，各低压侧通道的进口端与相应级别的缓冲室连通，各低压侧通道的出口端与相应级别的工质出口连通；所述第二基片和第四基片上的低压侧通道均兼具换热器、预冷器以及蒸发器的作用，所述第六基片上的低压侧通道均具换热器和蒸发器的作用。

2.根据权利要求1所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，各级制冷循环器中，当低压侧通道位于高压侧通道上方时，缓冲室通过设于低压侧通道底端的条状通孔与低压侧通道的进口端连通；当低压侧通道位于高压侧通道下方时，缓冲室上设有正对低压侧通道进口端的通孔，且低压侧通道完全覆盖缓冲室所在区域。

3.根据权利要求1所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，所述一级制冷循环器和二级制冷循环器位于第一基片与三级制冷循环器之间，且一级制冷循环器和二级制冷循环器的位置可调换。

4.根据权利要求1所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，一级工质为无需预冷即可实现节流制冷的工质；二级工质为氖气或氢气；三级工质为氦气。

5.根据权利要求1所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，各低压侧通道、高压侧通道和缓冲室内分别设有肋片结构。

6.根据权利要求5所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，所述肋片结构的截面形状包括矩形、圆形、椭圆形、菱形和水翼形，截面尺寸在几微米至几十微米之间。

7.根据权利要求1所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，各缓冲室的宽度略大于相应基片上条状通孔的宽度。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，所述第一基片、第二基片和第三基片上均开设一通孔作为附加一级工质进口；

所述第二基片上还设有附加一级低压侧通道，该附加一级低压侧通道的出口端与第二基片上的低压侧通道进口端连通；

所述第三基片上还设有相连通的附加一级高压侧通道、附加一级节流阀和附加一级缓冲室，所述附加一级高压侧通道顶端通过向上延伸的通道与各附加一级工质进口连通，附加一级缓冲室与所述第二基片上附加一级低压侧通道的进口端连通。

9.根据权利要求8所述的液氦温区微型节流制冷机，其特征在于，所述第一基片、第四基片和第五基片上均开设一通孔作为附加二级工质进口；

所述第四基片上还设有附加二级低压侧通道，该附加二级低压侧通道的出口端与第四基片上的低压侧通道进口端连通；

所述第五基片上还设有相连通的附加二级高压侧通道、附加二级节流阀和附加二级缓冲室，所述附加二级高压侧通道顶端通过向上延伸的通道与各附加二级工质进口连通，附加二级缓冲室与所述第四基片上附加二级低压侧通道的进口端连通。

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