CN2272120Y - 双小孔型二级脉管制冷机 - Google Patents

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严鹏达
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Abstract

本实用新型公开了一种双小孔型二级脉管制冷机,它包括压缩机,并依次与第一级回热器、第二级回热器、第二级脉管、第二级小孔阀、第二级气库相连。第一级回热器冷端依次与第一级脉管,第一级小孔阀第一级气库相连。第一级脉管和第二级脉管热端与压缩机进出口之间分别接有第一级环向进气阀和第二级双向进气阀,特征是在第二级气库与压缩机进气管之间接有第二级双小孔阀,采用本实用新型,其制冷温度达11.3K,可以与采用相同回热器填料的二级G－M制冷机相媲美。

Description

双小孔型二级脉管制冷机
本实用新型涉及制冷机，尤其涉及双小孔型二级脉管制冷机。
多级脉管制冷机是获取液氦温区制冷的有效手段。由于脉管制冷机结构简单，冷端无运动部件，因而比较容易实现级联。Longsworth早在1967和1968年就在基本型脉管机的基础上进行了二级和四级实验，最低温度分别达到79K和32K。中科院低温中心周远和法国Tward分别在1988年和1989年进行了二级小孔型脉管实验，都获得了30K左右的低温。以往多级机的布置方式基本相同，即每一级的脉管和回热器的温度边界相同，下一级脉管的热端与上一级脉管的冷端相连，其回热器则位于上一级回热器之下，气体通过回热器进入下一级脉管。松原和高金林在研究4K脉管制冷机时，发现上述多级布置无法达到液氦温区，其主要原因是在这种多级布置中，下一级脉管热端产生的热量必须由上一级脉管的制冷量来抵消，从而减少了上一级脉管的实际制冷量，因此上一级脉管需要附加的制冷量来维持下一级回热器的预冷温度。为此，他们提出一种新的多级布置方式，即各级脉管的热端均处于室温，冷端分别与同级的回热器冷端相连。各级脉管的相移器各自独立，单独调节。利用这种布置方式，二级脉管制冷机的最低温度达到15.6K。
本实用新型的目的是提供一种双小孔型二级脉管制冷机。
为了达到上述目的本实用新型采取下列措施。双小孔型二级脉管制冷机，包括压缩机，并依次与第一级回热器，第二级回热器，第二级脉管，第二级小孔阀，第二级气库相连，第一级回热器冷端依次与第一级脉管，第一级小孔阀，第一级气库相连，第一级脉管和第二级脉管热端与压缩机进出口之间分别接有第一级双向进气阀和第二级双向进气阀，特征是第二级气库与压缩机进气管之间接有第二级双小孔阀。
本实用新型的优点是：经初步实验结果双小孔形脉管制冷机，第一、二级最低制冷温度分别为58K和11.1K，其制冷温度可以与采用相同回热器填料的二级G-M制冷机相媲美。
下面结合附图和实施例作详细说明。
附图是双小孔型二级脉管制冷机结构示意图。
双小孔型二级脉管制冷机包括压缩机，并依次与第一级回热器(1)，第二级回热器(3)，第二级脉管(4)，第二级小孔阀(10)，第二级气库相连，第一级回热器(1)冷端依次与第一级脉管(2)，第一级小孔阀(8)，第一级气库(5)相连，第一级脉管(2)和第二级脉管(4)热端与压缩机进出口之间分别接有第一级双向进气阀(7)和第二级双向进气阀(9)，其特征在于所说的第二级气库(6)与压缩机进气管之间接有第二级双小孔阀(11)。第二级双小孔阀为针形阀。
实施例：
本实用新型主要由氦压缩机、回热器(1，3)，脉管(2，4)、换热器、气库(5，6)、小孔阀(8，10)、双向进气阀(7，9)及第二级双小孔阀(11)等部分组成。压缩机采用G-M制冷机常用的有阀氦压缩机，输入功率约为3.7KW。脉管制冷机的时序通过计算机控制电磁阀实现。脉管和回热器均由0.5mm厚的不锈钢管制成。表1给出了双小孔型二级脉管制冷机的主要结构尺寸及回热器的填充材料。脉管和回热器的热端均为自然冷却。第一、二级的气库体积均为1升。表2给出了双小孔型二级脉管制冷机运行参数。
表1  双子孔型二级脉管制冷机的主要结构尺寸及填充材料
脉管(mm) 回热器(mm)     回热材料
第一级   Φ24×180   Φ59×130   250目磷铜丝网1200片
第二级   Φ10×387+Φ8×17   Φ45×60+Φ19×190   Φ0.3铅丸980g
表2双小孔型二级脉管制冷机的运行参数
  脉管型式   双小孔型
  操作频率(Hz)   1.6
  进排气时间比(s/s)   0.27/0.29
  充气压力(MPa)   1.3
  压比(MPa/MPa)   2.08/0.59
试验发现，开始时冷端降温速度较快，约经过4小时，各级脉管冷端温度均趋向稳定，此时第一、二级脉管冷端的温度分别为58.8K、50K。随后打开第二小孔阀，第二级脉管端的温度迅速下降，第一级脉管冷端温度略有升高。再经约3小时，第一、二级温度趋于稳定，第一、二级脉管冷端温度分别为67.3K和11.1K。
实验中我们发现第二小孔对第二级脉管的降温起着显著作用。这主要因为第一、二级回热器的阻力较大，使得第二级脉管中的压比降低，同时由于第二级脉管较长，在压缩过程中产生的热量难以被气体活塞传递到脉管热端。第二小孔连接于第二级气库与压缩机进气管之间，打开第二小孔并维持微小的开度，使第二级脉管与压机入口开创了一线通路，增强了第二级气库对压缩气体的抽吸作用，使脉管中气体的压缩热尽快带走，从而提高了脉管制冷机的制冷性能。

Claims (2)

1.一种双小孔型二级脉管制冷机，它包括压缩机，并依次与第一级回热器(1)，第二级回热器(3)，第二级脉管(4)，第二级小孔阀(10)，第二级气库相连第一级回热器(1)冷端依次与第一级脉管(2)，第一级小孔阀(8)，第一级气库(5)相连，第一级脉管(2)和第二级脉管(4)热端与压缩机进出口之间分别接有第一级双向进气阀(7)和第二级双向进气阀(9)，其特征在于所说的第二级气库(6)与压缩机进气管之间接有第二级双小孔阀(11)。
2.根据权利要求1所述的一种双小孔型二级脉管制冷机，其特征在于所说的第二级双小孔阀为针形阀。
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