[实用新型]并行结构双级低温制冷机

说明书

本实用新型涉及一种低温制冷机，特别涉及运行于120K以下温度区间的并行结构双级低温制冷机。

G-M型低温制冷机是利用西蒙膨胀制冷原理工作的制冷机。它主要由压缩机系统、驱动机构、汽缸、活塞、蓄冷器及换热器等组成。目前，通常使用的双级G-M型低温制冷机均为同轴式结构，即一、二级活塞和汽缸同轴、直线型排列，活塞内置于汽缸中并与蓄冷器耦合。它的结构比较紧凑，但存在着如下致命的弱点：

1.由于蓄冷器和活塞耦合，因此汽缸和活塞的形状及尺寸便决定了蓄冷器的形状和尺寸。这样蓄冷器的容积大小、长度和直径比无法自由调节，往往导致蓄冷器容积不够、流动阻力偏大等缺陷；

2.由于二级活塞的密封环处于低温环境，低温下密封材料的收缩、变性(变硬，变脆)，失去弹性，导致了制冷机的泄漏损失，造成其运行不稳定，冷头温度波动大的缺陷；

3.一、二级汽缸直线排列，汽缸偏长，导致加工困难，加工周期延长，加工精度低；

本实用新型的目的在于克服上述同轴结构双级G-M型制冷机存在的缺陷，提供一种并行结构双级低温制冷机。该结构的制冷机采用两台单级G-M型制冷机并行放置，其中一台作为预冷级制冷机；另一台作为低温级制冷机。预冷级制冷机为低温级制冷机补偿常规损失。预冷级和低温级制冷机均为单级G-M型制冷机，它们的活塞环均处于室温状态，这样就消除了由于材料低温变性造成的制冷机运行不稳定的因素。同时由于是单级G-M型制冷机，汽缸长度短，降低了加工难度。该并行结构双级G-M型低温制冷机具有运行稳定、加工要求低、设计限制少等优点。

本实用新型实施方案如下：

本实用新型提供的并行双级低温制冷机，包括压缩机、驱动机构、汽缸、活塞、蓄冷器及换热器，其特征在于：整机包括并行放置于真空腔内的一台作为预冷级的单级G-M型制冷机和一台作为低温级的单级G-M型制冷机，这两台G-M型制冷机采用不同压缩机和驱动机构分别驱动，预冷级和低温级制冷机的蓄冷器可内置或外置于汽缸，低温级蓄冷器和汽缸之中安装有冷桥换热器，与预冷级制冷机冷头相连的固体冷桥和位于低温级制冷机的蓄冷器及汽缸之中的冷桥换热器接触性硬连接，由此，预冷级制冷机为低温级制冷机补偿冷量，承担低温级制冷机的常规损失。低温级制冷机通过冷头换热器输出冷量，来冷却超导磁体和低温电子元件等。

本实用新型提供的并行结构双级G-M型低温制冷机具有以下的优点：

1.预冷级制冷机和低温级制冷机的压缩机和驱动机构是各自独立的，因此可以根据它们各自的工作性能独立设计。可针对其不同的操作性能改变其运行参数，使其在各自的最佳操作参数下运行，从而提高整机的制冷性能。

2.预冷级和低温级制冷机活塞的密封环处于室温环境，而室温环境的密封技术比较成熟，消除了现有技术中影响双级G-M型低温制冷机运行稳定性的最主要的因素，并降低了制冷机的加工难度。

3.预冷级和低温级制冷机的蓄冷器均可以采取外置于汽缸的结构。这样，蓄冷器的尺寸和形状不受汽缸和活塞的限制，可以根据需要随时调整蓄冷器；装拆及更换填料方便，还可以方便地测量蓄冷器外壁温度分布；可采用不同的冷头换热器结构形式，提高换热效率，减少冷头不完全换热器损失。

下面结合附图和实施例进一步描述本实用新型：

附图1为本实用新型第一实施例的结构示意图。

附图2为本实用新型第二实施例的结构示意图。

附图3为本实用新型第三实施例的结构示意图。

图中1--预冷级驱动机构 2--预冷级活塞环 3--预冷级活塞4--预冷级蓄冷器 5--预冷级汽缸 6--预冷级冷头换热器 7--固体冷桥8--低温级蓄冷器 9--低温级冷头换热器 10--低温级驱动机构 11--支撑板 12--低温级活塞环 13--低温级活塞 14--低温级汽缸 15--冷桥换热器 16--真空罩