[实用新型]带有孔板式换热器的脉冲管制冷机

说明书

本实用新型涉及制冷与低温技术领域的脉冲管制冷机，特别是涉及一种带有孔板式换热器的多级脉冲管制冷机。

脉冲管制冷机是近年来得到迅速发展的一种新的制冷设备，它的最大优点是结构简单，低温下无运动部件，运转可靠、无振动且寿命长。

最初的脉冲管由Gifford和Longsworth于1963年发明，他们利用一股气体在薄壁管内做周期性振荡产生制冷效果，发明了基本型脉冲管制冷机，单级最低制冷温度只能达到124K的温度。1984年前苏联的Mikulin在基本型脉冲管制冷机的热端作出重大改进，加上了气库和阀门，形成小孔型脉冲管制冷机，大大提高了脉冲管制冷机的制冷能力，取得了64K的最低制冷温度。1990年西安交通大学的朱绍伟提出了双向进气型脉冲管制冷机，用气体分配器(紫铜管加上可调节的小孔)把一股气流从压缩机的出口接到脉冲管热端，获得了42K的最低制冷温度。

单级脉冲管温度直接降到液氦温区存在很大困难，为进一步降低脉冲管制冷机的制冷温度，人们采用多级脉冲管制冷方案。1967年美国的Longsworth采用二级基本型脉冲管制冷机获得79K的低温。1988年中科院低温中心周远等研制了小孔型两级脉冲管制冷机，获得31K的最低温度。1990年美国的Tward采用串联型两级脉冲管制冷机获得26K的最低温度。1994年日本的Matsubara等人采用磁性蓄冷材料和回热管结构，首次研制成功一台获得液氦温度的三级脉冲管制冷机，最低温度为3.5K。

上述二级或三级脉冲管制冷机，如图1和2所示，包括压缩机、脉冲管、蓄冷器、旋转阀、双向进气阀、小孔、气库，压缩机1通过旋转阀6与一级蓄冷器A热端相连，并通过双向进气阀3连接各级脉冲管的热端；一级蓄冷器A冷端与一级脉冲管I冷端相连接；低温区二级蓄冷器B冷端与二级脉冲管II冷端相连，三级蓄冷器C的冷端分别与三级脉冲管III冷端相连，各级脉冲管的热端分别通过小孔2与相应的脉冲管气库相连，一级蓄冷器A交替填入铜丝网和不锈钢丝网，低温级蓄冷器II、III中填入铅球、磁性蓄冷材料和不锈钢丝网。

多级脉冲管制冷机的低温循环在整机循环中起着产生冷量的作用，而低温蓄冷器在低温循环中有着举足轻重的作用。上述的多级脉冲管在低温区一般采用Er₃Ni、ErNi、ErNi₂、ErNi_0.9Co_0.1等磁性填料作为蓄冷器材料，而磁性蓄冷材料有以下缺点：一、尽管在磁相变过程低温下比热出现峰值，但或者峰值发生的温度范围较窄，或者在较宽的温度范围内峰值较低，且在较高温度(＞15K)下其比热较小，另外磁性蓄冷材料在低温下热容随温度而变化，将影响制冷机效率；二、磁性蓄冷材料在气体交变流动中易出现粉末化现象，产生的粉末会进入流道，污染制冷系统，使制冷机性能恶化；三、磁性蓄冷材料对超导及红外设备等的性能会产生很大影响，因此限制了脉冲管制冷机的使用范围。

本实用新型的目的在于克服上述多级脉冲管制冷机存在的诸多缺点，提出一种在低温区不使用磁性填料带有孔板式换热器的脉冲管制冷机，即提供一种可提高制冷效率，对称布置的带有孔板式换热器的多级制冷机。对称布置结构相同的两个二级或三级脉冲管的压力波反相，在孔板换热器中相互预冷对方的第二或三级脉冲管进气，从而达到提高制冷效率的功效。

本实用新型的实施方案如下：本实用新型提供的带有孔板式换热器的多级脉冲管制冷机，包括压缩机、脉冲管、蓄冷器、旋转阀、双向进气阀、小孔和脉冲管气库，旋转阀连通压缩机和一级蓄冷器热端，与脉冲管气库相连通的双向进气阀和各级脉冲管热端及一级蓄冷器热端相连，各级蓄冷器冷端与相应的脉冲管冷端相连，各级脉冲管热端分别通过小孔与相应的脉冲管气库相连通，以构成二级或三级脉冲管制冷单元，其特征在于两组结构相同、压力波反相的二级或三级脉冲管制冷单元对称连接于压缩机两侧，两侧的二级或三级脉冲管制冷单元通过旋转阀分别和压缩机两侧相连通，两侧的二级或三级制冷单元的一级或二级蓄冷器冷端与孔板式换热器的一端相连，两侧的二级或三级制冷单元的二级或三级脉冲管的冷端和孔板式换热器的另一端相连；孔板式换热器为已有技术中由多层孔板和不锈钢隔片相间叠合而成的孔板式换热器。