[发明专利]一种气耦合型高频脉冲管制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及低温技术领域，特别是涉及一种气耦合型高频脉冲管制冷机。

背景技术

脉冲管制冷机按照蓄冷器和脉冲管的布置方式可分为直线型，同轴型和U型三大种类，直线型布置脉冲管和蓄冷器处于一条直线上，最大限度的降低了工质的流动阻力，制冷效率最高，但是结构尺寸较大，冷头处于中间部位，不利于与器件耦合；同轴型脉冲管处于蓄冷器里边，工质在冷头需要转180°，流动阻力大，效率三者里最低，但是结构最为紧凑，易于与器件耦合；U型布置脉冲管和蓄冷器并列，效率处于上述两者之间。

高频脉冲管制冷机可以分为单级结构和多级结构，单级结构只需要一个线性压缩机驱动，一套调相系统，系统简单，结构紧凑，但单级结构不易获得深低温，目前单级结构所能获得的无负荷最低温度为14K，在小于300W输入电功下，单级结构的高频脉冲管制冷机能够提供的制冷量约为0.2-0.6W/35K；多级结构，比如二级结构，相对于单级结构，机械结构较为复杂，但更易获得深低温，目前，二级结构的无负荷最低温度为12.8K，所报道的无负荷最低温度为四级结构的3.8K。为了获得10K以下的深低温，通常采用多级结构。多级结构可以分为热耦合和气耦合两种形式：热耦合一般需要多台压缩机驱动，结构复杂，若使用单台压缩机驱动，则存在着压缩机出口气量分配的问题，另外，级间的热耦合关系是通过热桥的热量传递而建立的，低温热桥的热传导存在温差，也存在着不可逆损失；气耦合，通常使用一个压缩机驱动，结构较为简单，但是系统内的气量分配需要精心的优化。

对于多级结构，比如二级结构，通常把二级的调相机构置于一级冷头处，一方面，这种结构将双向进气、长径管气库等调相装置置于冷端，相位的调节与实验优化过程存在一定的难度；另一方面，通过一级蓄冷器以及二级蓄冷器后，工质气体的压力波动大幅度衰减，冷端脉冲管内会出现压力比不足的情况，致使二级的制冷性能受到影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何在单级制冷机的基础上进一步获得更低的制冷温度，同时又保持单级结构系统简单、易于与负载耦合和便于调节优化的特点。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种气耦合型高频脉冲管制冷机，其包括第一蓄冷器、第一脉冲管、第二蓄冷器、冷端过渡段、第二脉冲管、线性压缩机、第一热端调相装置、第二热端调相装置和双向进气装置；所述第一脉冲管同轴设置在所述第一蓄冷器中；所述第二蓄冷器的热端耦合在所述第一蓄冷器的冷端，所述冷端过渡段的一端与第二蓄冷器的冷端连接，其另一端与第二脉冲管的一端连接，所述第二脉冲管的另一端延伸到室温端；所述线性压缩机的出口通过管路与所述第一蓄冷器连接，所述线性压缩机的出口通过所述双向进气装置与所述第二脉冲管相连；所述第一热端调相装置与所述第一脉冲管连接，所述第二热端调相装置与所述第二脉冲管连接。

其中，还可以包括传冷结构，所述传冷结构的一端与所述第一蓄冷器或第二蓄冷器的外壁连接，所述传冷结构的另一端与所述第二脉冲管的外壁连接。

优选地，所述传冷结构为热桥。

其中，所述双向进气装置可以为喷嘴、针阀、毛细管或小孔中的一种或多种的组合。

其中，所述第一热端调相装置和第二热端调相装置可以为多路旁通、双向进气阀、小孔阀、长颈管、气库或主动活塞中的一种或多种的组合。

其中，所述第一蓄冷器和与其同轴设置的第一脉冲管可以为变截面型结构。

其中，所述第一蓄冷器内可以设有一路旁通或多路旁通；所述第一蓄冷器的下端可以设有与所述线性压缩机的出口连通的双向进气阀。

其中，所述第一蓄冷器的冷端与第二蓄冷器的热端之间可以设有小孔、毛细管或阀门元件。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：