CN2884056Y - 一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置，包括：压缩机；通过进气管与压缩机相连通的热端换热器；和一级及二级制冷机；一级和二级制冷机并联地安装于热端换热器；一级制冷机的脉冲管和蓄冷器为并列布置的U型或同轴结构；二级制冷机的脉冲管和蓄冷器为并列布置的U型结构；一级气库通过第一热端调相机构与一级脉冲管相连；二级气库通过第二热端调相机构与二级脉冲管相连通；所述热端调相机构均由串连的惯性管、小孔阀和双向阀组成。其各级制冷机具有独立气路，各级蓄冷器同轴布置，利用一级制冷机对二级制冷机高温段预冷却，具有级联热损失小、结构简单紧凑、便于调节工作参数，可达到更低制冷温度和获得更大制冷量等优点。

Description

一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置
技术领域
本实用新型属于制冷与低温技术领域，特别涉及一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置。
背景技术
小型低温制冷机在军事、空间技术、低温电子学、低温医学、低温生物学、天然气液化等许多领域有着广泛的应用背景。近年来，小型低温制冷技术在民用科技和国防科技中的重要性日益增加。随着各种红外和超导电子学器件和产品进入实用化阶段，小型低温制冷机得到了迅速发展，为这些相关的技术器件低温提供有效的低温冷源，保证其正常工作。
脉冲管制冷机是近年来得到迅速发展的一种气体回热式机械制冷机。它具有结构简单、运行可靠、机械振动小、效率高、寿命长等优点。特别是在抗电磁干扰、降低振动和长寿命方面优势明显。它可与各种器件配合形成小型特种仪器，在军事武器(如夜视仪)，超导技术(如SQUID器件)，科研及工业(如红外热像仪)，医疗仪器设备(如医用局部MRI)，移动通信基站(超导过滤器)等领域具有较大的优越性和广泛的应用前景。
脉冲管制冷机主要由压缩机、蓄冷器、脉冲管和各种热端调相机构组成。目前主要有3种布置方式，即直线型、并列型(U型)和同轴型。区别主要在于脉冲管和蓄冷器之间的连接方式和位置不同。直线型脉冲管制冷机的蓄冷器和脉冲管布置在一条直线上，因此流动阻力最小，但由于冷头位于制冷器的中部，不利于与器件耦合且结构不紧凑；同轴型脉冲管制冷机，将脉冲管套设在蓄冷器中，两者同轴布置，其结构紧凑，冷头可直接与器件耦合，缺点是脉冲管和蓄冷器轴向温度梯度不一致，使得两者之间的耦合传热增大，另外工质流经脉冲管冷头时转向180度，流动阻力较大且流场分布不够均匀；U型脉冲管制冷机，将脉冲管和蓄冷器并列布置，与直线型相比，其优点是冷头在同一侧，便于与器件耦合，与同轴型相比，效率较高。
通常情况下，单级脉冲管制冷机直接降低到20K以下温区存在较大困难。为进一步降低制冷温度，且满足不同温区制冷量的需要，需采用多级布置方案。
公知的两级脉冲管的结构方式有以下三种布置方式：其一，采用各级脉管的热端均处于室温，冷端与同级蓄冷器相联，各级蓄冷器为同一气路，这样可以减小冷损，称之为并行结构。但是，这种结构各级之间气体相互影响，不宜进行气体的合理分配和运行工作参数的优化。其二，下一级脉冲管制冷机的热端与上一级脉管制冷机的冷端相连，用前级制冷机直接预冷后级制冷机的热端。称之为串行结构。这种结构不便于对后级脉冲管制冷机的热端调相机构的优化。其三，采用各级脉冲管制冷机相互独立，用前级脉冲管制冷机的冷端通过热桥冷却下一级回热器的中部。这样可以避免各级之间的相互干扰，便于分别采用不同的调相机构，频率，充气压力等参数进行性能优化。但是这种布置方案结构不紧凑，而且前后级热桥连接处不可逆损失比较大，一级冷头和二级蓄冷器连接处有较大的温差，不能达到充分预冷的目的。
发明内容
本实用新型的目的是：为了克服已有的两级脉冲管制冷机布置方案的不足，而提供一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置；该制冷装置不仅能减少一、二级之间的换热损失，而且还省去了热桥，结构更加紧凑，并且可以对一、二级脉冲管制冷机工作参数和热端调相机构进行分别优化，从而达到更好的制冷效果。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型提供的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置，包括：
一台或两台压缩机；
一台通过进气管2与所述至少一台压缩机相连通的热端换热器5；和
一级制冷机和二级制冷机；其特征在于，
所述一级制冷机和二级制冷机并联地安装于热端换热器5；
所述一级制冷机的脉冲管和蓄冷器采用并列布置的U型结构或同轴结构；
所述二级制冷机的脉冲管和蓄冷器采用并列布置的U型结构；
所述一级制冷机的一级气库10通过第一热端调相机构与一级制冷机的一级脉冲管7相连；所述第一热端调相机构由串连的第一惯性管9、第一小孔阀4和第一双向阀3组成；
所述二级制冷机的二级气库18通过第二热端调相机构与二级制冷机的二级脉冲管15相连通；所述第二热端调相机构由串连的第二惯性管17、第二小孔阀16和第二双向阀11组成。
所述一级制冷机的一级蓄冷器6管内充填有紧密叠压的不锈钢丝网薄片，其管内中部充填紫铜换热器；所述二级制冷机的二级蓄冷器13管内高温段充填有紧密叠压的不锈钢丝网薄片，管内低温段13充填有不锈钢丝网薄片+小铅球，高低温级蓄冷器之间充填紫铜换热器。所述一级制冷机的一级冷头8和二级制冷机的二级冷头14均为紫铜材质的冷头。
所述一级制冷机冷头也可与二级脉冲管中部相连。
本实用新型的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置，各级脉冲管制冷机具有独立气路，脉冲管制冷机由一台或两台压缩机驱动，各级蓄冷器同轴布置，利用第一级制冷机对第二级制冷机的高温段进行预冷却，具有级联热损失小、结构简单紧凑、便于调节工作参数，可以达到更低的制冷温度和获得更大的制冷量等优点。
附图说明
图1为本实用新型的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置(单台压缩机驱动)的结构示意图；
图2为本实用新型的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置(两台压缩机驱动)的结构示意图；
图3为本实用新型的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置(一级制冷级为同轴结构)的结构示意图；
其中：压缩机1，19           进气管2         第一双向阀3
      第一小孔阀4           热端换热器5     一级蓄冷器6
      一级冷头8             一级脉冲管7     第一惯性管9
      第一气库10            第二双向阀11    级高温级蓄冷器
      二级低温级蓄冷器13    二级冷头14      二级脉冲管15
      第二小孔阀16          第二惯性管17    第二气库18
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步描述本实用新型。
图1和图2为本实用新型的两个实施例的结构示意图；有图可知，本实用新型提供的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置，包括：
一台或两台压缩机；
一台通过进气管2与所述至少一台压缩机相连通的热端换热器5；和
一级制冷机和二级制冷机；其特征在于，
所述一级制冷机和二级制冷机并联地安装于热端换热器5；
所述一级制冷机的脉冲管和蓄冷器采用并列布置的U型结构或同轴结构；
所述二级制冷机的脉冲管和蓄冷器采用并列布置的U型结构；
所述一级制冷机的一级气库10通过第一热端调相机构与一级制冷机的一级脉冲管7相连；所述第一热端调相机构由串连的第一惯性管9、第一小孔阀4和第一双向阀3组成；
所述二级制冷机的二级气库18通过第二热端调相机构与二级制冷机的二级脉冲管15相连通；所述第二热端调相机构由串连的第二惯性管17、第二小孔阀16和第二双向阀组成。
所述一级制冷机的一级蓄冷器6管内充填有紧密叠压的不锈钢丝网薄片，其管内中部充填紫铜换热器；所述二级制冷机的二级蓄冷器管内高温段12充填有紧密叠压的不锈钢丝网薄片，管内低温段13充填有不锈钢丝网薄片+小铅球，高低温级蓄冷器之间充填紫铜换热器。所述一级制冷机的一级冷头8和二级制冷机的二级冷头14均为紫铜材质的冷头。
图1本实用新型的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置(单台压缩机驱动)的结构示意图：工质从一台第一压缩机1中出来，通过进气管2进入热端换热器5，其中一部分工质进入一级蓄冷器6，另一部分工质进入二级蓄冷器12，一级脉冲管制冷机的一级脉冲管7和一级蓄冷器6采用并列布置的U型结构，紧密叠压的不锈钢丝网薄片同轴填充在一级蓄冷器6和二级蓄冷器13中；其中在两级蓄冷器管内中部还填有导热性能好的紫铜换热器；一级脉冲管7后面连接热端调相机构(小孔+双向+惯性管+气库)。二级脉冲管制冷机也采用U型结构，二级蓄冷器管内部是高温段12由紧密压制的不锈钢丝网薄片组成，低温段13由不锈钢丝网薄片+小铅球填充组成。第二级脉冲管后面也连接有热端调相机构。一、二级冷头均为紫铜材料。
图2为本实用新型的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置(两台压缩机驱动)的结构示意图：对于一级脉冲管制冷机，它由一台压缩机1通过进气管2并经过热端换热器5和一级脉冲管制冷机的一级蓄冷器6相连，一级脉冲管制冷机的一级脉冲管7和一级蓄冷器6采用并列布置的U型结构，蓄冷器管内部是由紧密压制的不锈钢丝网薄片组成，同轴填充在一级蓄冷器6和二级蓄冷器12、13中。其中在两级蓄冷器中部填有导热性能好的紫铜换热器。一级脉冲管7后面连接热端调相机构(小孔+双向+惯性管+气库)。对于二级脉冲管制冷机，它由另一台压缩机11通过连接管并经过热端法兰与二级脉冲管制冷机的蓄冷器12相连，二级脉冲管制冷机也采用U型结构，二级蓄冷器管内部是高温段由紧密压制的不锈钢丝网薄片组成，低温段由不锈钢丝网薄片+小铅球填充组成。二级脉冲管后面也连接有热端调相机构。一、二级冷头均为紫铜材料。
图3为本实用新型的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置(一级制冷机同轴结构)的结构示意图：对于一级脉冲管制冷机，它由一台压缩机1通过进气管2并经过热端换热器5和一级脉冲管制冷机的一级蓄冷器6相连，一级脉冲管制冷机的一级脉冲管7和一级蓄冷器6采用同轴布置结构，蓄冷器管内部是由紧密压制的不锈钢丝网薄片组成，同轴填充在一级蓄冷器6和二级蓄冷器12、13中。其中在两级蓄冷器中部填有导热性能好的紫铜换热器。一级脉冲管7后面连接热端调相机构(小孔+双向+惯性管+气库)。对于二级脉冲管制冷机，它由另一台压缩机11通过连接管并经过热端法兰与二级脉冲管制冷机的蓄冷器12相连，二级脉冲管制冷机采用U型结构，二级蓄冷器管内部是高温段由紧密压制的不锈钢丝网薄片组成，低温段由不锈钢丝网薄片+小铅球填充组成。二级脉冲管后面也连接有热端调相机构。一、二级冷头均为紫铜材料。
本实用新型的工作原理为，第一级蓄冷器中的温度要低于第二级蓄冷器的高温段，采用蓄冷器同轴套设布置，可以使一、二级蓄冷器沿程换热，从而减小换热温差。即减小换热不可逆热损失。从而降低第二级蓄冷器的温度。使第二级脉冲管制冷机能够达到一个更低的制冷温度。

Claims (3)

1、一种蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置，包括：
一台或两台压缩机；
一台通过进气管(2)与所述至少一台压缩机相连通的热端换热器(5)；和
一级制冷机和二级制冷机；其特征在于，
所述一级制冷机和二级制冷机并联地安装于热端换热器(5)；
所述一级制冷机的脉冲管和蓄冷器采用并列布置的U型结构或同轴结构；
所述二级制冷机的脉冲管和蓄冷器采用并列布置的U型结构；
所述一级制冷机的一级气库(10)通过第一热端调相机构与一级制冷机的一级脉冲管(7)相连；所述第一热端调相机构由串连的第一惯性管(9)、第一小孔阀(4)和第一双向阀(3)组成；
所述二级制冷机的二级气库(18)通过第二热端调相机构与二级制冷机的二级脉冲管(15)相连通；所述第二热端调相机构由串连的第二惯性管(17)、第二小孔阀(16)和第二双向阀(11)组成。
2、按权利要求1所述的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置，其特征在于，所述一级制冷机的一级蓄冷器(6)管内充填有紧密叠压的不锈钢丝网薄片，其管内中部充填紫铜换热器；所述二级制冷机的二级蓄冷器管内高温段(12)充填有紧密叠压的不锈钢丝网薄片，管内低温段(13)充填有不锈钢丝网薄片+小铅球，管内中部充填紫铜换热器。
3、按权利要求1所述的蓄冷器同轴布置的两级脉冲管制冷装置，其特征在于，所述一级制冷机的一级冷头(8)和二级制冷机的二级冷头(14)均为紫铜材质的冷头。
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