[發明專利]冷壓縮式脈管制冷機及預冷式制冷機系統

有效

• 申請號: 201610080618.2
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN107036320B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 朱紹偉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F25B31/02;F25B40/06
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種冷壓縮式脈管制冷機及預冷式制冷機系統，包括壓縮機，冷頭和功傳輸管；所述的壓縮機通過功傳輸管連接冷頭，該功傳輸管將壓縮機的壓縮功傳輸到冷頭，實現低溫壓縮。采用前述的冷壓縮式脈管制冷機的預冷式制冷機系統，包括冷壓縮式脈管制冷機和預冷系統，所述的預冷系統與冷壓縮式脈管制冷機連接，為冷壓縮式脈管制冷機的冷頭提供預冷冷量。與現有技術相比，本發明可使脈管制冷機采用低于臨界壓力的充氣壓力，從而提高了回熱器效率理論效率，使得制冷機在液氦溫度或更低溫度實現高效率。

技術領域

本發明涉及脈管制冷機技術領域，具體涉及一種采用冷壓縮機的脈管制冷機。

背景技術

液氦溫區低溫制冷機在低溫超導、低溫物理和醫療等領域有著極其重要的作用，因此，液氦溫區低溫制冷技術具有重要的研究意義。

脈管制冷機在低溫下沒有任何運動部件，具有結構簡單、機械振動小、壽命長、可靠性高等顯著優勢，但目前，液氦溫區脈管制冷機技術依舊不成熟，液氦溫區下的制冷機系統結構復雜且效率很低。

4K脈管制冷機是可工作在液氦溫區的制冷機，其工質為氦氣。影響脈管制冷機達到液氦溫區的原因之一是在4K溫區回熱器的效率太低。傳統的4K脈管制冷機的壓力是超臨界的，這樣在4K溫區氦氣偏離理想氣體很遠，回熱器的理論效率很低。如采用低于臨界壓力的充氣壓力，氣體可看作理想氣體，回熱器的理論效率很高。但低壓下回熱器的流動阻力很大，這比高充氣壓力更難實現。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種回熱效率高的采用冷壓縮式的脈管制冷機。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種采用冷壓縮式脈管制冷機，該制冷機包括壓縮機，冷頭和功傳輸管，所述的壓縮機通過功傳輸管連接冷頭，該功傳輸管將壓縮機的壓縮功傳輸到冷頭，實現低溫壓縮。

所述的壓縮機包括電機、壓縮活塞、壓縮腔，所述的壓縮腔通過連接管連接功傳輸管。

所述的壓縮機包括壓縮活塞、壓縮腔，所述的壓縮腔與所述的功傳輸管空間連通，形成長活塞壓縮腔，并在壓縮腔上形成從室溫到低溫的溫度梯度，因而自動繞過了室溫到低溫這一段的回熱器阻力大的困難。

進一步地，所述的壓縮活塞為長活塞，伸延到功傳輸管下部，在活塞上形成從室溫到低溫的溫度梯度。

所述的脈管制冷機的工質為處于臨界壓力下的氦氣。

所述的脈管制冷機內部的氣體工質處于臨界溫度下；實現了壓縮機在室溫下，壓縮氣在低溫下，保證在壓縮低于臨界溫度下的低溫氣體時，氣體阻力較小，這是因為隨著氣體溫度的降低，氣體的密度增大，同時，氦氣的粘度在低溫下也比室溫低許多，因而，低于臨界壓力的回熱器的阻力不是很大，因而脈管制冷機能夠實現。

所述的冷頭包括依次連接的散熱器、第一回熱器、預冷換熱器、第二回熱器、冷量換熱器，脈管和調相器，脈管兩端設置氣體均勻器，所述的脈管冷端通過一回熱器連接管與所述的冷量換熱器相連，氣體在所述的脈管內完成制冷效果。所述的脈管末端設置由調相器。散熱器的溫度較低，一般低于室溫，調相器與散熱器處于同一溫度或溫度相差不大。調相器可以是雙向進氣式，也可以是推移活塞式，也可以是其他形式。

當調相器為推移活塞系統時，推移活塞氣缸與脈管合為一體，推移活塞為長推移活塞，伸延到脈管下部，在推移活塞上形成從室溫到低溫的溫度梯度。

進一步地優選方案，第一回熱器、預冷換熱器、第二回熱器退化為一個單級回熱器。

所述的散熱器與脈管熱連接，例如通過一熱橋進行連接，利用散熱器產生的冷量來預冷脈管，使得脈管導向低溫的漏熱減小；脈管的熱端和調相器處于室溫。