[實(shí)用新型]多屏真空多層絕熱的單級(jí)脈管制冷機(jī)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720184495.3
• 申請(qǐng)日: 2007-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN201110669Y
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫賀;甘智華;董文慶;邱利民;徐烈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B9/14
• 分類號(hào): F25B9/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域中的小型低溫制冷機(jī)，尤其涉及一種多屏真空多層絕熱的單級(jí)脈管制冷機(jī)。

背景技術(shù)

脈管制冷機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代低溫制冷技術(shù)領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。因其低溫端無運(yùn)動(dòng)部件，所以要比傳統(tǒng)的G-M制冷機(jī)和斯特林制冷機(jī)更加可靠，無維護(hù)運(yùn)行時(shí)間大大延長，因此在航天、軍事等方面有著非常廣泛的應(yīng)用前景。

脈管制冷機(jī)的基本原理是利用高低壓氣體對(duì)脈管空腔的充放氣過程而獲得制冷效果的。其制冷過程如下：

1)高壓氣體通過被控制的切換閥流經(jīng)回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器以層狀流動(dòng)形式進(jìn)入脈管，漸次推擠管內(nèi)氣體向封閉端移動(dòng)，同時(shí)使之受到擠壓，壓力升高，溫度上升，在脈管封閉端氣體的溫度達(dá)到最高值。

2)布置在封閉端的熱端換熱器將熱量帶走，使管內(nèi)氣體因放熱其溫度和壓力稍有降低。

3)切換閥轉(zhuǎn)動(dòng)使系統(tǒng)內(nèi)氣體與氣源低壓側(cè)直接聯(lián)通，脈管內(nèi)的氣體又以層狀流動(dòng)漸次向氣源推移擴(kuò)張，氣體膨脹降壓而獲得低溫。

4)切換閥再次轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)與氣源高壓側(cè)連通，重復(fù)上述循環(huán)。

目前單級(jí)脈管制冷機(jī)的性能取得了大幅提升。在課題組成員的不斷努力下，我們研制出了可達(dá)到10K溫區(qū)的單級(jí)脈管制冷機(jī)，但目前采用的單一真空多層絕熱的方法已不適應(yīng)制冷機(jī)的發(fā)展需要。目前低溫制冷機(jī)通常采用的絕熱技術(shù)是真空多層絕熱，即在制冷機(jī)的冷頭、脈管和回?zé)崞魃戏謩e包多層單面鍍鋁滌綸薄膜，然后將其放入真空腔中，腔內(nèi)的真空度在10^-3-10^-4Pa。該種絕熱方式存在一個(gè)問題：由于絕熱材料的層數(shù)比較多，而且間隙比較小，很難使脈管制冷機(jī)冷端所處的空間即絕熱材料包住的空間，達(dá)到很高的真空度，因此無法得知制冷機(jī)冷端所處的確切真空度，由此產(chǎn)生的漏熱對(duì)制冷機(jī)的性能有較大影響。經(jīng)計(jì)算分析表明，10K溫區(qū)的漏熱較大，為了能使單級(jí)脈管制冷機(jī)獲得更低的無負(fù)荷制冷溫度以及在20K溫區(qū)有更大的制冷量，這就需要一種新的絕熱技術(shù)，本實(shí)用新型由此產(chǎn)生。

從其他研究者的工作中，可以看出，在回?zé)崞髦胁恳霾糠掷淞繉?duì)制冷機(jī)冷頭的制冷溫度和整機(jī)功耗幾乎沒有太大的影響。這就使從回?zé)崞魃弦隼淞康嚼淦辽暇哂锌尚行浴?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種多屏真空多層絕熱的單級(jí)脈管制冷機(jī)。

它包括脈管、回?zé)崞鳌嚎s機(jī)、平面旋轉(zhuǎn)閥、雙向進(jìn)氣閥、小孔閥、氣庫、冷端換熱器、熱端換熱器，壓縮機(jī)經(jīng)平面旋轉(zhuǎn)閥分別與回?zé)崞鳠岫恕㈦p向進(jìn)氣閥一端相連接，氣庫經(jīng)小孔閥分別與脈管熱端、雙向進(jìn)氣閥另一端相連接，在回?zé)崞魃?0-40K和70-80K溫區(qū)位置分別引出兩個(gè)冷屏，或者在回?zé)崞魃?0-40K、70-80K和150-160K溫區(qū)位置分別引出三個(gè)冷屏；冷屏通過固定在回?zé)崞鞲鳒貐^(qū)位置的銅環(huán)相連接。

所述的冷屏外側(cè)設(shè)有多層絕熱材料。

本實(shí)用新型改變了傳統(tǒng)單級(jí)脈管制冷機(jī)的真空多層絕熱方式。采用一種多屏真空多層絕熱技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過將冷屏置于脈管制冷機(jī)冷頭與絕熱材料之間，可使脈管制冷機(jī)冷頭真正處于高真空狀態(tài)下，可減少多層絕熱材料含有的殘余氣體帶來的漏熱損失；

2)引入不同溫度的多層冷屏，可有效減少輻射漏熱損失；

3)將多層冷屏與多層絕熱材料交替布置，可顯著提高多層絕熱材料之間的真空度，同樣可有效減少漏熱損失。

附圖說明

附圖是用于單級(jí)脈管制冷機(jī)的多屏真空多層絕熱系統(tǒng)示意圖。

圖中：脈管1、回?zé)崞?、冷屏3、銅環(huán)4、壓縮機(jī)5、平面旋轉(zhuǎn)閥6、雙向進(jìn)氣閥7、小孔閥8、氣庫9、冷端換熱器10、熱端換熱器11。

具體實(shí)施方式

如附圖所示，多屏真空多層絕熱的單級(jí)脈管制冷機(jī)包括脈管1、回?zé)崞?、壓縮機(jī)5、平面旋轉(zhuǎn)閥6、雙向進(jìn)氣閥7、小孔閥8、氣庫9、冷端換熱器10、熱端換熱器11，壓縮機(jī)5經(jīng)平面旋轉(zhuǎn)閥6分別與回?zé)崞?熱端、雙向進(jìn)氣閥7一端相連接，氣庫9經(jīng)小孔閥8分別與脈管1熱端、雙向進(jìn)氣閥7另一端相連接，在回?zé)崞?上30-40K和70-80K溫區(qū)位置分別引出兩個(gè)冷屏3，或者在回?zé)崞?上30-40K、70-80K和150-160K溫區(qū)位置分別引出三個(gè)冷屏3；冷屏3通過固定在回?zé)崞?各溫區(qū)位置的銅環(huán)4相連接。所述的冷屏3外側(cè)設(shè)有多層絕熱材料。

利用脈管制冷機(jī)回?zé)崞魃系臏囟忍荻龋诨責(zé)崞?上30-40K和70-80K溫區(qū)位置分別引出兩個(gè)冷屏3，或者在回?zé)崞?上30-40K、70-80K和150-160K溫區(qū)位置分別引出三個(gè)冷屏3；冷屏3通過固定在回?zé)崞?各溫區(qū)位置的銅環(huán)4相連接，能夠有效的將回?zé)崞魃系睦淞恳氲嚼淦辽希姑總€(gè)冷屏保持在一定溫度，最內(nèi)層冷屏溫度最低，向外依次升高，形成一個(gè)溫度梯度。在脈管制冷機(jī)冷端與冷屏之間布置2-3層絕熱材料，冷屏外側(cè)也包絕熱材料，形成冷屏與絕熱材料間隔布置的形式。