CN2062805U

CN2062805U - 带小孔和气库的同轴脉冲管制冷机

Info

Publication number: CN2062805U
Application number: CN89217187U
Authority: CN
Inventors: 周远; 王俊杰; 朱文秀; 张平生
Original assignee: Cryogenic Laboratory of CAS
Current assignee: Key Laboratory of Cryogenics of CAS
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1990-09-26

Abstract

带小孔和气库的同轴脉冲管制冷机，属于气体制冷机领域。本实用新型提供一种结构紧凑，低温下无运动部件，长寿命的液氮和液氮以下温区的制冷机。其主要特征是同轴脉冲管制冷机带小孔和气库，使得制冷温度降低。用低热导率材料解决了脉冲管和蓄冷器之间的隔热和漏热问题。采用配气装置解决了气流分配不均匀的问题。本实用新型解决了脉冲管制冷机的实际应用问题，特别是在军事和空间技术，以及高温超导体领域。

Description

带小孔和气库的同轴脉冲管制冷机。本实用新型是用于产生温度从室温到50K的低温温度范围，适用于航天、军事、高温超导及实验室等需要用低温的地方。本实用新型属气体制冷机领域。

获得从室温到50K低温的制冷方法，已经有许多文献和专利报导。它们是斯特林〈Stirling〉制冷机、吉福特－－麦克马洪〈Gifford－－Mcmahon〉制冷机、索尔文〈Solvay〉制冷机、维勒米尔〈Vuillemier〉制冷机、焦耳－－汤姆森〈Joule－－Thomson〉节流制冷机，以及各种透平式膨胀机和活塞式膨胀机的制冷循环。除了焦耳－－汤姆森〈Joule－－Thomson〉节流制冷机外，上述其他制冷方式都需要在低温下有运动部件，这就要增加成本和降低可靠性，特别是在航天、军事及空间技术上涉及的低温红外装置中所要求长寿命、高可靠性、无振动和无干涉的情况下，希望有一种简单可靠的制冷方法，能够获得液氮温区或液氮温区以下的低温。而焦耳－－汤姆森〈Joule－－Thomson〉节流制冷机虽然在低温下无运动部件，但在低温下节流小孔或节流毛细管容易因杂质冷动而堵塞，而且在工作中还需要一个高压〈150Bar以上〉钢瓶，并在使用一段时间后就更换，很不方便。1963年由美国人吉福特〈Gifford〉发明，1984年由苏联人米库林〈Mikulin〉改进的带小孔和气库的脉冲管制冷机有着许多实际的应用前景，该制冷机是由九个部件组成的，如图1示。其中，〔1〕是压力波发生器；〔2〕是蓄冷器；〔3〕是冷端热交换器；〔4〕和〔6〕是导流器；〔5〕是脉冲管；〔7〕是热端热交换器；〔8〕是节流小孔；〔9〕是气库。在现有技术中；大部分制冷机的脉冲管和蓄冷器是分开的，如图1示；只有极少数制冷机的脉冲管和蓄冷器是同轴的，如图2示。但是，非同轴脉冲管制冷机由于尺寸较大，难于实际应用；而且，现有的同轴脉冲管制冷机由于没带节流小孔和气库；也没有考虑脉冲管和蓄冷器之间的温度分布不同；而且气体进出脉冲管时只有一个入口，这样就使气体进出蓄冷器时流动不均匀，从而增加了脉冲管和蓄冷器长度方向上温度分布的不均匀性，而增加漏冷，使得脉冲管制冷机效率低，制冷量小。这样在实际应用中受到了很大的限制。

本实用新型的目的是通过改进结构，使气体均匀流动，减少各种漏冷，使脉冲管制冷机技术更加实用化；而且，使结构更紧凑，适用于许多占地很小的航天、军事和仪器设备上使用。

本实用新型的具体结构结合图3加以说明。其中，〔1〕是压力波发生器；〔2〕是蓄冷器；〔3〕是冷端热交换器；〔4〕和〔6〕是导流器；〔5〕是脉冲管；〔7〕是热端热交换器；〔8〕是节流小孔；〔9〕是气库；〔10〕是配气装置。

本实用新型的特征在于该制冷机包含：1.同轴脉冲管制冷机增加了节流小孔和气库，如图3中的〔8〕和〔9〕示。这样可以使制冷温度降低，达到液氮或液氮以下温区；2.脉冲管的外壳和蓄冷器的外壳，如图3中的〔5〕和〔2〕示，采用低热导率的材料制作。例如：尼龙、聚四氟乙烯、石英、玻璃钢、陶瓷、夹木胶布等。脉冲管本身采用低热导率材料制作，不仅能减少漏热，而且热渗透深度小，蓄冷作用小，有利于制冷温度的不同分布，而起到隔热作用；3.由许多小管和均匀分布的小孔或在进气的环形空间中增加若干个隔板所组成的集气管做成的配气装置，如图3中的〔10〕示，可以使气体均匀地进出蓄冷器，从而提高制冷机的效率；4.节流小孔可以根据阻力的大小而予先做好一段压扁的金属管装进去，或者用一段管子和一个烧结的金属块代替，如图3中〔8〕示，这样使得工艺简单，实施方便；5.脉冲管和蓄冷器除采用低热导材料制做外，还可以采用真空绝热的方法，如图4示。其中，〔11〕是蓄冷器外壳；〔12〕是脉冲管外壳；〔13〕是蓄冷器内壳；〔14〕是真空空间，该空间可以和蓄冷器以外的真空相连接，也可以成为单独的真空绝热***；6.蓄冷器的填充方法使按照温度不同而填充目数不同的铜丝网、不锈钢丝网或尼龙网，目数范围可在80目到300目之间变化；7.气库的体积是脉冲管体积的10倍以上，如图3中〔9〕示；8.本实用新型虽然是针对获得从室温到50K温区的带节流小孔和气库的同轴脉冲管制冷机，但是对于能够获得更低温度〈20K左右〉的多级同轴脉冲管制冷机或者不带节流小孔和气库的基本同轴脉冲管制冷机以及非同轴脉冲管制冷机，本实用新型也包括在内。对于技术上熟练的人，对本实用新型作各种修正亦属本实用新型的范围。

本实用新型与现有技术相比，有着结构紧凑，制冷温度低，制冷量大，制冷效率高的优点。

Claims

1、用于产生温度从室温到50k的低温范围，适用于航天、军事、高温超导和电子冷却等的同轴脉冲管制冷机，其特征在于它具有一个节流小孔或调节阀门；一个体积是脉冲管体积10倍以上的气库；一个在脉冲管和蓄冷器之间的绝热层，一个在蓄冷器入口处的配气装置，以及一个按温度分布不同而填充不同丝网的蓄冷器。

2、按权利要求1所述的制冷机，其特征在于同轴脉冲管和节流小孔及气库结合在一起。

3、按权利要求1所述的制冷机，其特征在于脉冲管和蓄冷器之间有一用低热导率材料制作的绝热层或真空层，起着隔热的作用。

4、按权利要求1所述的制冷机，其特征在于脉冲管外壳和蓄冷器外壳用低热导率材料制作，防止漏热。

5、按权利要求1所述的制冷机，其特征在于在蓄冷器入口处有由许多小管和均匀分布的小孔或在进气的环形空间中增加若干个隔板所做成的配气装置，使气体均匀进出蓄冷器中。

6、按权利要求1所述的制冷机，其特征在于节流小孔可以根据阻力的大小而予先做好一段压遍的金属管或者是由一段管子和烧结的金属块制成。

7、按权利要求1所述的制冷机，其特征在于蓄冷器按温度分布不同而填充目数范围在80目到300目之间不同的铜丝网、不锈钢丝网或尼龙网。