CN110145884A - 一种低温制冷机的多温度冷源获取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制冷机技术领域，具体涉及一种低温制冷机的多温度冷源获取装置，包括热交换器，与振荡波发生装置相连，以在内部形成温度梯度；主冷头，连通设置在所述热交换器的出口端；至少一个副冷头，通过一导热结构设置在所述热交换器的出口端以外的预定位置，以将所述预定位置的热量传递给所述副冷头。本发明提供的低温制冷机的多温度冷源获取装置能在同一时间获取不同温度，且结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及制冷机技术领域，具体涉及一种低温制冷机的多温度冷源获取装置。
背景技术
目前低温制冷机在航空航天、医疗卫生及科学仪器等领域广泛应用，但是由于低温制冷机冷头封装比较完善，因此在同一时间只能提供一种温度的冷源。例如中国专利文献CN101726131A公开了一种低温热声制冷机，包括震荡波产生部件和制冷部件，制冷部件包括依次连通设置的第一散热器、回热器、冷头、热缓冲管、第二散热器、惯性管和气库。上述低温热声制冷机的制冷部件只设置有一个冷头，只能提供一种温度的冷源。
中国专利文献CN1851355A公开了一种双冷头狭缝冷指同轴脉管制冷机，线形压缩机通过进气管路并经由热端气体分配法兰与同轴套设在脉管外的蓄冷器的热端相连，脉管的冷端伸出蓄冷器的冷端之外，伸出部分的外壁紧密配合一狭缝型冷指，该狭缝型冷指的底面和外壁沿轴向对称的开有槽道，并用一个高热导率材料制成的冷端外套将狭缝型冷指与蓄冷器的冷端罩盖其中，冷端外套的边缘与蓄冷器的冷端外壁的边缘焊接，由此开有外槽道的狭缝型冷指和冷端外套就构成了双冷头换热器。上述双冷头狭缝冷指同轴脉管制冷机虽然设置了双冷头，能够增强工作气体与冷头的换热能力，并且提高制冷机的性能，但其并不能满足利用一台设备同时提供不同温度的冷源的实际需求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的低温制冷机只能提供一种温度的冷源，不能满足实际需求的技术缺陷，从而提供一种结构简单，操作方便，且能在同一时间获取不同温度的低温制冷机的多温度冷源获取装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种低温制冷机的多温度冷源获取装置，包括热交换器，与振荡波发生装置相连，以在内部形成温度梯度；主冷头，连通设置在所述热交换器的出口端；至少一个副冷头，通过一导热结构设置在所述热交换器的出口端以外的预定位置，以将所述预定位置的热量传递给所述副冷头。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述导热结构通过锁紧结构可移动地设置在所述热交换器的不同预定位置上，所述预定位置为沿所述热交换器的轴向变化的位置。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述导热结构包括导热支架和导热部件，所述导热支架的一端与所述副冷头固定连接，另一端与所述导热部件固定连接，所述导热部件固定套设在所述热交换器上。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述锁紧结构为成型在所述导热部件上的一对紧固件。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述导热部件相对的两侧设置有一凸起部，所述紧固件为成型在所述凸起部上的螺纹孔和与所述螺纹孔适配的螺栓。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述导热支架的轴向与所述热交换器的轴向平行设置，且与所述副冷头连接的一端高出所述主冷头设置。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述导热支架与所述导热部件通过紧固结构可拆卸地固定连接在一起，所述紧固结构为成型在所述导热支架与所述导热部件上相对应的螺纹孔和与所述螺纹孔适配的螺栓。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述热交换器为冷机脉冲管或回热器。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述导热结构粘贴或焊接在所述热交换器的不同预定位置上。
上述低温制冷机的多温度冷源获取装置中，所述导热部件为环形，所述热交换器为圆柱体，所述导热部件的内径与所述热交换器的外径相等。本发明的技术方案相比现有技术，具有如下优点：
1.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，包括热交换器，与振荡波发生装置相连，以在内部形成温度梯度；主冷头，连通设置在所述热交换器的出口端；至少一个副冷头，通过一导热结构设置在所述热交换器的出口端以外的预定位置，以将所述预定位置的热量传递给所述副冷头。这样的结构设计能够使导热结构与热交换器连接位置的热量通过导热结构传递给副冷头，即副冷头直接从热交换器上获取冷量，避免了主冷头高品位冷源的占用和浪费，对主冷头的温度影响较小，且由于导热结构设置在热交换器上的预定位置不同于主冷头在热交换器上的设置位置，从而实现了在同一时间获取多种不同温度的技术效果，且这样的结构设计简单，操作方便。
2.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，所述导热结构通过锁紧结构可移动地设置在所述热交换器的不同预定位置上，所述预定位置为沿所述热交换器的轴向变化的位置。这样的结构设计可通过调节导热结构在热交换器上的位置来获取所需要的目标温度，当不需获取多种温度时，可将导热结构以及副冷头通过锁紧结构从热交换器上取下，以减小低温制冷机的占用空间，从而增强了多温度冷源获取装置的使用灵活性。
3.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，所述导热结构包括导热支架和导热部件，所述导热支架的一端与所述副冷头固定连接，另一端与所述导热部件固定连接，所述导热部件固定套设在所述热交换器上。这样的结构设计使导热部件与热交换器接触的面积更大，使热交换器将接触位置上的热量依次通过导热部件、导致支架传递给副冷头的效果更好，使副冷头达到恒定目标温度的时间更短。
4.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，所述锁紧结构为成型在所述导热部件上的一对紧固件。所述导热部件相对的两侧设置有一凸起部，所述紧固件为成型在所述凸起部上的螺纹孔和与所述螺纹孔适配的螺栓。这样的结构既能使导热部件与热交换器之间的连接更牢固，又能使导热部件通过紧固件从热交换器上拆卸后取下，同时能够调节导热部件在热交换器上的位置，紧固件这样的结构设计操作简单，加工方便且生产成本低。
5.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，所述导热支架的轴向与所述热交换器的轴向平行设置，且与所述副冷头连接的一端高出所述主冷头设置。这样的结构设计能够使导热部件无论移动至热交换器的哪个预定位置，导热支架都不会与热交换器产生接触，副冷头也不会与主冷头之间产生接触，避免了副冷头的温度受到除预定位置温度之外的温度影响。
6.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，所述导热支架与所述导热部件通过紧固结构可拆卸地固定连接在一起，所述紧固结构为成型在所述导热支架与所述导热部件上相对应的螺纹孔和与所述螺纹孔适配的螺栓。这样的结构设计使导热结构从热交换器上取下时，导热支架与导热部件可以通过紧固结构拆分为两部分，以便缩小占用空间，收纳方便。
7.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，所述导热结构粘贴或焊接在所述热交换器的不同预定位置上。在能够确定预定位置且不需改变预定位置的情况下，通过粘贴或焊接的连接方式能够使导热结构与热交换器之间的连接更加牢固。
8.本发明的低温制冷机的多温度冷源获取装置，所述导热部件为环形，所述热交换器为圆柱体，所述导热部件的内径与所述热交换器的外径相等。这样的设计使导热部件能够与热交换器之间形成紧密配合的结构，从而使热交换器上预定位置的热量传递给导热部件的效果更好，进而将热量传递给副冷头的效果更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的低温制冷机的多温度冷源获取装置的主视图；
图2为图1所示的低温制冷机的多温度冷源获取装置的性能测试曲线图，其中曲线a为副冷头温度随时间变化的曲线，曲线b为主冷头温度随时间变化的曲线；
附图标记说明：
1-副冷头；2-主冷头；3-导热支架；4-导热部件；41-凸起；411-螺纹孔；5-热交换器；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，是本发明所涉及的低温制冷机的多温度冷源获取装置的一种具体实施方式，所述低温制冷机的多温度冷源获取装置包括热交换器5、主冷头2和至少一个副冷头1。热交换器5与振荡波发生装置相连，由于震荡波的作用，在热交换器5的内部形成温度梯度，即热交换器5不同位置上的温度不同。主冷头2通过螺纹配合连通设置在所述热交换器5的出口端，用以获取低温。副冷头1通过一导热结构设置在所述热交换器5的出口端以外的预定位置，以将所述预定位置的热量传递给所述副冷头1，此时副冷头1获取的温度高于主冷头2获取的温度。
在本实施例中，所述副冷头1和所述导热结构的数量均为一个，且均为圆柱体。进一步地，所述副冷头1和所述导热结构所使用的导热材料均为铝合金。所述铝合金的导热性能好且造价相对较低。
在本实施例中，所述导热结构通过锁紧结构可移动地设置在所述热交换器5的不同预定位置上，所述预定位置为沿所述热交换器5的轴向变化的位置。这是由于热交换器5出口端的温度最低，而越靠近进口端温度越高，即从出口端到进口端热交换器5内部的温度逐渐升高，因此导热结构的安装位置是沿热交换器5的轴向变化的。锁紧结构在导热结构的位置确定后将其安装紧固，以防止在使用过程中导热结构的突然滑落导致最终获取的温度不准确。
进一步地，所述导热结构包括导热支架3和导热部件4，所述导热支架3的一端与所述副冷头1固定连接，另一端与所述导热部件4固定连接，所述导热部件4固定套设在所述热交换器5上。进一步地，所述导热部件4为环形，所述热交换器5为一圆柱体，所述导热部件4的内径与所述热交换器5的外径相等，从而形成紧密配合结构。所述导热支架3与所述导热部件4通过紧固结构固定连接在一起，所述紧固结构为成型在所述导热支架3与所述导热部件4上相对应的螺纹孔和与所述螺纹孔适配的螺栓。所述导热支架3的轴向与所述热交换器5的轴向平行设置，且所述导热支架3与所述副冷头1连接的一端高出所述主冷头2设置。
进一步地，所述锁紧结构为成型在所述导热部件4上的一对紧固件。所述导热部件4相对的两侧设置有一凸起部41，凸起部41与导热部件4一体成型，所述紧固件为成型在所述凸起部上的螺纹孔411和与所述螺纹孔适配的螺栓。凸起部41的形成不仅便于螺栓的安装与固定，同时使得与凸起部41连接的导热支架3和热交换器5之间形成一定的间隙，减少二者的相互干扰。
在本实施例中，所述低温制冷机为脉管制冷机。所述脉管制冷机的原理是利用高压气体被绝热抽空而达到制冷的目的，所述脉管的一端封闭，另一端接着制冷器，当所述高压气体进入所述脉管时，呈现层流状，这样在充气时，由于压缩而在所述脉管中形成温度梯度，封闭端的温度最高，压缩热被冷却水或其他冷却介质带走，这样在所述脉管中高压气体被抽空时，在所述脉管的出口端，形成低温制冷区。进一步地，所述脉管制冷机为热声驱动型脉管制冷机。热声制冷机技术是利用热声逆效应实现通过声波将热量从低温输送到高温的泵热过程，最终会维持一个恒定的温度梯度而产生制冷效应。进一步地，所述脉管制冷机为U型脉管制冷机。所述U型脉管制冷机的结构具有较好的紧凑性，且回流损失相对较小。
进一步地，所述热交换器5为冷机脉冲管。所述冷机脉冲管与振荡波发生装置组成封闭式结构。
如图2所示，是本发明所涉及的低温制冷机的多温度冷源获取装置中的所述副冷头1通过所述导热结构设置在所述热交换器5上的某一预定位置时的性能测试曲线图，当所述主冷头2的温度达到-150℃左右时，所述副冷头1的温度能够稳定在-50℃左右，图中数据显示所述副冷头1能够在较短时间内达到恒定温度，说明了所述多温度冷源获取装置具有较好的可操作性和实用性。
作为替代的实施方式，所述导热结构还可以粘贴或焊接在所述热交换器5的不同预定位置上，例如通过粘合剂粘贴固定或高温焊接固定。
作为替代的实施方式，所述导热部件4还可以通过弹性夹紧或其他锁紧结构紧固在所述热交换器5的不同预定位置上，只要所述导热部件4能够固定在所述热交换器5上即可。
作为替代的实施方式，所述导热部件4还可以为方形或其他形状，只要所述热交换器5上预定位置的热能能够传递给所述导热部件4即可。
作为替代的实施方式，所述导热支架3的轴向与所述热交换器5的轴向还可以为其他方向设置，所述导热支架3与所述副冷头1连接的一端还可以不高于所述主冷头2设置，只要所述副冷头1与所述导热支架3不会与所述热交换器5以及主冷头2接触，即不受到主冷头2以及热交换器5上除了预定位置之外的温度影响即可。
作为一种替代的实施方式，所述副冷头1、所述导热支架3与所述导热部件4为一体成型设计。这样的结构设计使所述副冷头1、导热支架3与导热部件4之间的连接更牢固，并且节省了安装时间，同时避免了因零部件丢失而导致所述多温度冷源获取装置不能使用的情况。
作为替代的实施方式，所述导热结构和所述副冷头1所使用的材料还可以为铜或其他导热性能好的材料。
作为替代的实施方式，所述副冷头1和导热结构的数量还可以为两个个或两个以上，多个导热结构分别固定在热交换器5沿轴向的不同位置上，可以同时获取多个不同的温度。
作为一种替代的实施方式，所述脉管制冷机为同轴型脉管制冷机，所述同轴型脉管制冷机的结构最为紧凑，适用于对空间尺寸有特殊要求的场合。进一步地，所述热交换器5为回热器。所述回热器内部填充有金属丝网或直径很小的金属球等填料。
作为一种替代的实施方式，按布置方式的不同所述脉管制冷机还可以为直线型脉管制冷机。
作为替代的实施方式，按驱动方式的不同所述脉管制冷机还可以为GM型脉管制冷机或斯特林型脉管制冷机。
作为替代的实施方式，所述低温制冷机还可以为斯特林制冷机、维勒米尔制冷机、吉福特－麦克马洪制冷机、苏尔威制冷机或其他回热式制冷机。所述低温制冷机只要最终能维持一个恒定的温度梯度而产生制冷效应即可。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，包括：
热交换器(5)，与振荡波发生装置相连，以在内部形成温度梯度；
主冷头(2)，连通设置在所述热交换器(5)的出口端；
至少一个副冷头(1)，通过一导热结构设置在所述热交换器(5)的出口端以外的预定位置，以将所述预定位置的热量传递给所述副冷头(1)。
2.根据权利要求1所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述导热结构通过锁紧结构可移动地设置在所述热交换器(5)的不同预定位置上，所述预定位置为沿所述热交换器(5)的轴向变化的位置。
3.根据权利要求2所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述导热结构包括导热支架(3)和导热部件(4)，所述导热支架(3)的一端与所述副冷头(1)固定连接，另一端与所述导热部件(4)固定连接，所述导热部件(4)固定套设在所述热交换器(5)上。
4.根据权利要求3所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述锁紧结构为成型在所述导热部件(4)上的一对紧固件。
5.根据权利要求4所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述导热部件(4)相对的两侧设置有一凸起部(41)，所述紧固件为成型在所述凸起部上的螺纹孔(411)和与所述螺纹孔适配的螺栓。
6.根据权利要求3-5任一项所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述导热支架(3)的轴向与所述热交换器(5)的轴向平行设置，且与所述副冷头(1)连接的一端高出所述主冷头(2)设置。
7.根据权利要求3-6任一所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述导热支架(3)与所述导热部件(4)通过紧固结构可拆卸地固定连接在一起，所述紧固结构为成型在所述导热支架(3)与所述导热部件(4)上相对应的螺纹孔和与所述螺纹孔适配的螺栓。
8.根据权利要求1-7任一所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述热交换器(5)为冷机脉冲管或回热器。
9.根据权利要求1所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述导热结构粘贴或焊接在所述热交换器(5)的不同预定位置上。
10.根据权利要求3-8任一项所述的低温制冷机的多温度冷源获取装置，其特征在于，所述导热部件(4)为环形，所述热交换器(5)为圆柱体，所述导热部件(4)的内径与所述热交换器(5)的外径相等。
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