[發明專利]基于光纖技術的微型脈管制冷機

無效

• 申請號: 201010143694.6
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101806512A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 金滔;湯珂;沈崴;黃迦樂
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及制冷機，尤其涉及一種基于光纖技術的微型脈管制冷機。

背景技術

脈管制冷機由于去除了低溫運動部件——排出器，從而避免了低溫下的滑 動密封、機械磨損等問題，可望真正成為低成本、低振動、運行穩定可靠的長 壽命低溫制冷機。特別是隨著小孔和氣庫、雙向進氣等調相結構的提出和成功 運用，脈管制冷機制冷溫度不斷降低，制冷量和制冷效率也大幅提高，已經接 近甚至在某些工況下超過傳統的回熱式低溫制冷機(如：G-M制冷機、Stirling 制冷機等)，已在超導器件和紅外設備的冷卻，以及低溫流體的液化等方面得以 實際應用。然而，對于那些對空間尺寸有嚴格限制的場合，則必須解決其小型 化乃至微型化問題，對系統結構提出了極大的挑戰。譬如航天器紅外探測裝置、 衛星電子器件冷卻等，由于被冷卻器件本身就非常小，甚至小至厘米量級以下， 顯然在制冷機尺度的要求方面就會非常嚴格，至少也要在厘米以下量級。傳統 的脈管制冷機多采用金屬材料制成，包括回熱器和脈管采用不銹鋼管，回熱器 材料則采用金屬絲網或者金屬小球，其他如閥門、換熱器或者連接管道也多采 用不銹鋼或者銅制部件。這些材料在傳熱、力學等性能方面都具有非常優良的 特性，但是對于微型脈管系統，它們都需要進行在尺度上的微型化，這給加工 帶來了極大的困難，雖然近年來發展了一些諸如光刻、化學腐蝕、鍍膜等技術， 但是在成本、成品率和維修性等方面都還存在很多困難。多孔光纖技術是近年 來發展起來的新技術，在光電信息領域具有很大的應用潛力而受到極大關注， 該領域所利用的則是該種新型光纖對于光電信號的傳播特性。實際上，某些類 型的多孔光纖和空心光纖本身就是一根多孔或者單孔毛細管，如果把它們的這 一特性用于脈管制冷機中，來替代傳統脈管制冷機所采用的金屬管件，就可以 實現這些器件的微型化，進而構成微型脈管制冷機系統。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于光纖技術的微型脈管 制冷機。

基于光纖技術的微型脈管制冷機包括壓力波發生器、回熱器熱端換熱器、 回熱器、冷端換熱器、脈管、脈管熱端換熱器、慣性管、氣庫、第二進氣管； 壓力波發生器與回熱器熱端換熱器、回熱器、冷端換熱器、脈管、脈管熱端換 熱器、慣性管、氣庫依次相連，在回熱器熱端換熱器進氣口與脈管熱端換熱器 之間設有第二進氣管，第二進氣管與慣性管和氣庫構成制冷機的雙向進氣調相 機構。

所述的回熱器是一段多孔光纖。所述的脈管、慣性管和第二進氣管是一段 空心光纖。所述的壓力波發生器是壓電式聲波發生器。

本發明采用多孔光纖制成回熱器，空心光纖制成脈管，以及更小直徑的空 心光纖代替常規的毛細管作為雙向進氣和慣性管，從而實現整體系統的微型化， 彌補了傳統金屬材料在微加工方面的困難。此外，本發明中的壓力波發生器采 用壓電式聲波發生器替代傳統的活塞式壓縮機，能提高系統運行的穩定性，解 決了密封、磨損等帶來的問題。同時，制冷機中的各關鍵部件采用的都是電絕 緣材料，可以極大地減少制冷機本身產生的電磁干擾。

附圖說明

圖1是基于光纖技術的微型脈管制冷機結構示意圖；

圖2是本發明的多孔光纖截面示意圖；

圖3是本發明的空心光纖截面示意圖。

圖中：壓力波發生器1、回熱器熱端換熱器2、回熱器3、冷端換熱器4、脈 管5、脈管熱端換熱器6、慣性管7、氣庫8、第二進氣管9。

具體實施方式

如圖1～3所示，基于光纖技術的微型脈管制冷機包括壓力波發生器1、回熱 器熱端換熱器2、回熱器3、冷端換熱器4、脈管5、脈管熱端換熱器6、慣性管 7、氣庫8、第二進氣管9；壓力波發生器1與回熱器熱端換熱器2、回熱器3、 冷端換熱器4、脈管5、脈管熱端換熱器6、慣性管7、氣庫8依次相連，在回 熱器熱端換熱器2進氣口與脈管熱端換熱器6之間設有第二進氣管9，第二進氣 管9與慣性管7和氣庫8構成制冷機的雙向進氣調相機構。

所述的回熱器3是一段多孔光纖。利用其孔徑為1μm～100μm的空孔做為回 熱器流道，起到強化換熱與減小壓降的作用。同時增大了氣體換熱的比表面積， 從而減小回熱器尺寸，使得裝置微型化。