[发明专利]多级脉管制冷机

说明书

本发明涉及一种多级脉管制冷机，包括多级冷头、惯性管系统及压缩机，每一级冷头由冷却器、回热器、冷量换热器及脉管顺次连接而成，所述的压缩机具有由阶梯活塞形成的多个压缩腔，每一级冷头连接不同的压缩腔，所述的惯性管系统由惯性管和气库顺次连接组成，每一级冷头的脉管与惯性管相连。与现有技术相比，本发明的多级脉管制冷机克服了多级脉管制冷机第二级及第二级以上调相不足的困难和压比过低的困难。

技术领域

本发明涉及一种制冷机，尤其是涉及一种多级脉管制冷机。

背景技术

双级脉管制冷机中预冷式脉管制冷机是最先成功进入实际应用的。第一级脉管由于膨胀功比较大，惯性管的调相能力足够，但第二级脉管由于膨胀功很小，调相能力不足，而且，第二级脉管的回热器有两个，采用一个压缩腔时，第二级脉管的压比小于第一级脉管。而制冷温度较低时，压比高了对回热器效率提高有利。如果提高第二级脉管的压比，第一级脉管的压比将会高于理想范围。因此到目前为止，双级脉管制冷机在制冷温度35K范围适合，20K或低于20K仍然在研究当中。

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多级脉管制冷机。

本发明采用的压缩机具有同相的压缩腔，每一级冷头与不同的压缩腔相连，每一级冷头的脉管共用一个惯性管，这样，每一级冷头的脉管的压比可一样，因此第二级脉管的第二级回热器可处在较高压比下，效率较高。同时，每一级冷头的脉管共用一个惯性管，使得第一级冷头的调相能力自动补充第二级冷头，使第二级冷头也达到好的调相水平。这样，第二级冷头的制冷能力从理论上得以提高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多级脉管制冷机，包括多级冷头、惯性管系统及压缩机，每一级冷头由冷却器、回热器、冷量换热器及脉管顺次连接而成，所述的压缩机具有由阶梯活塞形成的多个压缩腔，每一级冷头连接不同的压缩腔，所述的惯性管系统由惯性管和气库顺次连接组成，每一级冷头的脉管与惯性管相连。

进一步地，压缩腔与冷头之间设有调相气库。

进一步地，所述的调相气库可以是冷头与压缩腔之间的死容积，也可以是其间的连接管。

进一步地，所述的阶梯活塞下部设置活塞环槽，从而使阶梯活塞与阶梯气缸间的间隙密封长度可控。或，所述的阶梯气缸上设置气缸环槽，从而使阶梯活塞与阶梯气缸间的间隙密封长度可控。再或者，所述的阶梯活塞下部设置活塞环槽的同时所述的阶梯气缸上也设置气缸环槽，从而使阶梯活塞与阶梯气缸间的间隙密封长度可控。

本发明中，压缩机由阶梯活塞与阶梯气缸形成的多个压缩腔可由多个串联在一根轴上的压缩腔替代。

进一步地，所述的压缩机设有两个，对置式设置，每个压缩机的每个压缩腔分别与每一级冷头的冷却器相连接，采用对置式压缩机，以减小制冷机的振动。

进一步地，所述的多级脉管制冷机采用被动式或主动式平衡块的方式减小振动。

进一步地，当多级脉管制冷机具体为二级脉管制冷机时，二级脉管制冷机包括第一级冷头、第二级冷头、惯性管系统及压缩机；第一级冷头由第一级冷却器、第一级回热器、第一级冷量换热器、第一级脉管顺次连接而成；第二级冷头由第二级冷却器、第二级第一回热器、第二级预冷换热器、第二级第二回热器、第二级冷量换热器、第二级脉管顺次连接而成；第一级预冷热桥与第一级冷量换热器和第二级预冷换热器热连结；惯性管系统由惯性管和气库顺次连接组成，第一级脉管和第二级脉管同时与惯性管相连；压缩机由阶梯活塞、阶梯气缸及驱动机构构成，形成第一压缩腔与第二压缩腔；第一压缩腔与第一级冷头的第一级冷却器相连接，第二压缩腔与第二级冷头的第二级冷却器相连接。