[发明专利]一种同轴型脉管制冷机

说明书

本发明涉及一种同轴型脉管制冷机。

在现有同轴型脉管制冷机(它的回热器同轴套设在脉冲管之外)的发展中，人们一直在不断谋求提高它的制冷性能与进一步实现微小型尺寸，其中有不少改进方案是涉及脉冲管与回热器的结构及其配制的。中国专利CN2062805U在设计一种“带小孔和气库的同轴脉管制冷机”的同时，提出为了减少传热，提高制冷效率，采用低热导率的材料制造脉冲管，使在脉冲管与回热器之间建立起隔热层。王超等人在“Miniaturization of a co-axialpulse tube cooler with linear motor drivecompressor”(Cryogenic Engineering Conference and International CryogenicMaterials conference，Columbus，USA，July，1995)一文中发表了一项实验结果，他们在用不锈钢和尼龙两种不同热导率材料制造脉冲管时，在其他条件均相同的情况下，后者可以达到更低的冷端温度，可见在同轴脉管制冷机的脉冲管与回热器之间建立隔热层的有效性。然而，除了脉冲管的壁面传热因素之外，对于现有具有脉冲管与回热器等长结构的同轴型脉管制冷机来说，还应考虑到脉冲管与回热器处于同一冷端情况下产生的传热因素，这一传热因素也同样制约着制冷机的性能提高。中国专利CN2094008U针对这种缺陷提高了采用脉冲管冷端和热端均伸出于回热器之外形成不等长的改进结构。根据前述王超等人文中发表的脉冲管与回热器温度分布的数值模拟结果，在等长结构的冷端传热现象尤为显著。因而使脉冲管冷端伸出回热管之外就更具有有意义。然而，与此同时，中国专利CN2094008U却又认为该专利的不等长结构“使回热器从热端到冷端的温度都比同位置处的脉冲管内气体的平均温度高”，并提出要使“回热器的填料与脉管的外壁紧贴着”(该专利权利要求1特征部分)，让“热量可以从回热器传向脉管”，也就是要促进脉冲管的管壁传热。显然，按照前述的实验结果表明，这种传热措施，非但无助于降低冷端温度与提高制冷性能，而且是明显有害的。

本发明的目的是在吸取上述现有技术有效经验的同时克服它们的缺陷，寻求脉冲管与回热器的最佳结构与配置，设计一种尽可能避免在脉冲管与回热器之间产生耦合传热，建立两者之间合适的温度匹配，从而实现高效制冷的同轴型脉管制冷机。

实现本发明目的的技术措施为，一种同轴型脉管制冷机，包括：脉冲管、同轴套设在脉冲管之外的回热器、在所述脉冲管与同轴套设在其管外的回热器之间有隔热层、散热器、小孔和气库。其中，所述脉冲管的冷端及其周围设置的隔热层伸出所述回热器的冷端之外，具有高热导率的一个冷端罩盖将所述脉冲管的冷端端口与所述回热器的冷端端口均罩盖其中，冷端罩盖的边缘与所述回热器冷端外壁的边缘封接，由冷端罩盖与伸出所述回热器的隔热层壁面组成所述制冷机的冷端换热器。所述脉冲管热端设置所述散热器，经所述小孔使其与所述气库连通。

由于本发明在同轴设置的脉冲管与回热器之间，无论是在管壁间或是在冷端，均采取了避免传热的有效措施，从而具有提高制冷效率以及降低冷端温度的积极效果。

下面结合附图与实施例对本发明同轴型脉管制冷机进行详细描述。

图1为本发明第一项实施例在带小孔与气库的同轴型脉管制冷机中实施本发明的结构示意图。

图2为本发明中冷端换热器剖面结构的三种实施例示意图，其中a)为丝网夹层，b)为带径向切缝的金属管环，c)为狭窄空隙。

图3为本发明第二项实施例在多路旁通的同轴型脉管制冷机中实施本发明的结构示意图。

图4为本发明第三项实施例在双活塞同轴型脉管制冷机中实施本发明的结构示意图。

图5为本发明第四项实施例在四阀同轴型脉管制冷机中实施本发明的结构示意图。