[发明专利]一种预冷式多级脉管制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉管制冷机，尤其是涉及一种预冷式多级脉管制冷机。

背景技术

多级脉管制冷机是为获得低温，如20-4K制冷温度的制冷机，在空间、液氢、低温泵等方面有重要的应用。实践证明预冷式多级脉管制冷机具有稳定性高的特性，因为每一级靠热桥连接，互相影响小。在预冷式脉管制冷机中，在脉管的热端有相移器，其作用是让脉管冷端的气体的流量与压力有一个最佳相位角，从而使脉管制冷机的效率最高。现有的预冷式多级脉管制冷机中，相移器一般是双向进气型或惯性管型。惯性管型或双向进气型在小冷量时，效果并不好，并不能让脉管冷端的气体的流量与压力工作在最佳相位角，而且，工作压力不能太高，这又限制了功率密度。而在更低低温下，相移器非常重要，这就是为什么现在35K以下温度的开发进展缓慢的原因。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预冷式多级脉管制冷机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种预冷式多级脉管制冷机，包括压缩机、n级冷头及n级阶梯推移活塞系统，其中，n为大于1的整数，每一级冷头均包括冷却器、回热器、冷量换热器及脉管，相邻冷头之间通过热桥连接，第n级冷头中的冷量换热器作为第n级的冷量输出端；所述的压缩机的压缩腔分别与每一级冷头中的冷却器连接，所述的n级阶梯推移活塞系统的推移活塞工作腔分别与脉管连接，所述的n级阶梯推移活塞系统的推移活塞背工作腔与压缩机的压缩腔连通。

至少一级冷头中的脉管热端通过调节阀或小孔连接气库。

压缩腔容积呈周期性变化，从而使气体压力基本呈正弦波变化，气体在压缩腔、各级冷头及推移活塞工作腔之间往复流动，流动速度基本呈正弦波，至少一级冷头中的脉管热端通过调节阀或小孔连接气库；打开阀门或小孔则气库与脉管连接管之间连通，调节阀门或小孔的大小可调节每一级冷头的冷量，关闭阀门或小孔则断开气库与脉管连接管之间的连通。

第n级冷头中含有n个回热器及n-1个预冷换热器，所述的回热器及预冷换热器依次交替连接在冷却器与冷量换热器之间。

各预冷换热器与同级冷量换热器之间通过热桥连接；第n级冷头中的脉管与前级冷头中的冷量换热器通过热桥连接。

进一步地，第n级冷头中的脉管的相应部位与前级各冷头中的冷量换热器通过热桥连接。

所述的压缩机由压缩活塞、压缩气缸、直线电机及压缩机连接管组成，所述的压缩活塞设在压缩气缸内部，并与位于压缩气缸外部的直线电机连接，所述的压缩活塞和压缩气缸形成压缩腔，所述的压缩机连接管与压缩腔连接。

进一步地，所述的压缩机共设有两个，且对称设置，两个压缩机的直线电机之间通过连接管连接，两个压缩机的压缩腔之间通过压缩机连接管连通后，再分别与每一级冷头中的冷却器通过连接管连接。

所述的n级阶梯推移活塞系统由n级阶梯推移活塞、n级阶梯气缸、推移活塞杆、后盖、片弹簧及推移活塞气库组成，所述的n级阶梯气缸与推移活塞气库之间通过后盖阻隔，所述的n级阶梯推移活塞设在n级阶梯气缸内部，所述的片弹簧设在推移活塞气库内，所述的推移活塞杆贯穿后盖，推移活塞杆的一端支撑在片弹簧上，另一端与n级阶梯推移活塞相接，所述的n级阶梯推移活塞的前端与n级阶梯气缸之间形成n个推移活塞工作腔，n级阶梯推移活塞的后端与后盖之间形成推移活塞背工作腔。

进一步地，所述的n级阶梯推移活塞系统共设有两个，且对称设置，两个n级阶梯推移活塞系统的推移活塞背工作腔之间通过连接管连通后，再与压缩机的压缩腔连通，两个n级阶梯推移活塞系统的推移活塞气库之间通过连接管连通，两个n级阶梯推移活塞系统的相同的推移活塞工作腔之间连通后再分别与脉管连接管连接。

所述的片弹簧由其他弹簧取代。

作为优选，n=2或3。

与现有技术相比，本发明在预冷式多级脉管制冷机中采用阶梯推移活塞作为相移器，从而使每一级脉管冷端的气体的流量与压力工作在最佳相位角，而且，可采用高压缩比，使功率密度增大，效率提高，并且，膨胀功可回收，理论效率与卡诺机一样。本发明的优点是既保持了预冷式多级脉管制冷机稳定的特点，又提高了效率和功率密度。

附图说明

图1为实施例1中三级脉管制冷机的结构示意图；

图2为实施例2中三级脉管制冷机的结构示意图；

图3为实施例2中三级脉管制冷机的带脉管热桥的结构示意图；

图4为实施例3中二级脉管制冷机的结构示意图；

图5为实施例4中二级脉管制冷机的结构示意图；