[发明专利]冷压缩式脉管制冷机及预冷式制冷机系统

说明书

本发明涉及一种冷压缩式脉管制冷机及预冷式制冷机系统，包括压缩机，冷头和功传输管；所述的压缩机通过功传输管连接冷头，该功传输管将压缩机的压缩功传输到冷头，实现低温压缩。采用前述的冷压缩式脉管制冷机的预冷式制冷机系统，包括冷压缩式脉管制冷机和预冷系统，所述的预冷系统与冷压缩式脉管制冷机连接，为冷压缩式脉管制冷机的冷头提供预冷冷量。与现有技术相比，本发明可使脉管制冷机采用低于临界压力的充气压力，从而提高了回热器效率理论效率，使得制冷机在液氦温度或更低温度实现高效率。

技术领域

本发明涉及脉管制冷机技术领域，具体涉及一种采用冷压缩机的脉管制冷机。

背景技术

液氦温区低温制冷机在低温超导、低温物理和医疗等领域有着极其重要的作用，因此，液氦温区低温制冷技术具有重要的研究意义。

脉管制冷机在低温下没有任何运动部件，具有结构简单、机械振动小、寿命长、可靠性高等显著优势，但目前，液氦温区脉管制冷机技术依旧不成熟，液氦温区下的制冷机系统结构复杂且效率很低。

4K脉管制冷机是可工作在液氦温区的制冷机，其工质为氦气。影响脉管制冷机达到液氦温区的原因之一是在4K温区回热器的效率太低。传统的4K脉管制冷机的压力是超临界的，这样在4K温区氦气偏离理想气体很远，回热器的理论效率很低。如采用低于临界压力的充气压力，气体可看作理想气体，回热器的理论效率很高。但低压下回热器的流动阻力很大，这比高充气压力更难实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种回热效率高的采用冷压缩式的脉管制冷机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种采用冷压缩式脉管制冷机，该制冷机包括压缩机，冷头和功传输管，所述的压缩机通过功传输管连接冷头，该功传输管将压缩机的压缩功传输到冷头，实现低温压缩。

所述的压缩机包括电机、压缩活塞、压缩腔，所述的压缩腔通过连接管连接功传输管。

所述的压缩机包括压缩活塞、压缩腔，所述的压缩腔与所述的功传输管空间连通，形成长活塞压缩腔，并在压缩腔上形成从室温到低温的温度梯度，因而自动绕过了室温到低温这一段的回热器阻力大的困难。

进一步地，所述的压缩活塞为长活塞，伸延到功传输管下部，在活塞上形成从室温到低温的温度梯度。

所述的脉管制冷机的工质为处于临界压力下的氦气。

所述的脉管制冷机内部的气体工质处于临界温度下；实现了压缩机在室温下，压缩气在低温下，保证在压缩低于临界温度下的低温气体时，气体阻力较小，这是因为随着气体温度的降低，气体的密度增大，同时，氦气的粘度在低温下也比室温低许多，因而，低于临界压力的回热器的阻力不是很大，因而脉管制冷机能够实现。

所述的冷头包括依次连接的散热器、第一回热器、预冷换热器、第二回热器、冷量换热器，脉管和调相器，脉管两端设置气体均匀器，所述的脉管冷端通过一回热器连接管与所述的冷量换热器相连，气体在所述的脉管内完成制冷效果。所述的脉管末端设置由调相器。散热器的温度较低，一般低于室温，调相器与散热器处于同一温度或温度相差不大。调相器可以是双向进气式，也可以是推移活塞式，也可以是其他形式。

当调相器为推移活塞系统时，推移活塞气缸与脉管合为一体，推移活塞为长推移活塞，伸延到脉管下部，在推移活塞上形成从室温到低温的温度梯度。

进一步地优选方案，第一回热器、预冷换热器、第二回热器退化为一个单级回热器。

所述的散热器与脉管热连接，例如通过一热桥进行连接，利用散热器产生的冷量来预冷脉管，使得脉管导向低温的漏热减小；脉管的热端和调相器处于室温。