气耦合型多级脉冲管制冷机

1.本实用新型涉及低温制冷技术领域，尤其涉及一种气耦合型多级脉冲管制冷机。


背景技术：

2.单级脉冲管制冷机根据回热器和脉冲管布置的相对位置不同可以分为直线型、u型和同轴型。基于单级脉冲管制冷机构建多级脉冲管制冷机时，现有的方案均存在整体结构较大、结构之间的连接关系较为松散，各部件之间存在传热性能差等问题，进而制约了使用的便捷性和制冷性能的提高。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供一种气耦合型多级脉冲管制冷机，用以解决现有技术中脉冲管制冷机结构松散、传热性能差等因素导致制冷性能无法进一步提高的技术问题。
4.本实用新型实施例提供一种气耦合型多级脉冲管制冷机，包括：预冷级脉冲管制冷机，包括预冷级蓄冷器和设于所述预冷级蓄冷器内侧的预冷级脉冲管，所述预冷级蓄冷器和所述预冷级脉冲管的冷侧连接有预冷级导流器；
5.热端，与所述预冷级导流器远离所述预冷级蓄冷器侧连接，所述热端内开设有低温级气库；
6.低温级脉冲管制冷机，包括低温级蓄冷器和设于所述低温级蓄冷器内侧的低温级脉冲管，所述低温级脉冲管顶部设有低温级惯性管，所述低温级惯性管一端伸入至所述低温级气库内侧；其中，
7.所述热端还开设有多个第一通气长孔和多个第二通气长孔，所述第一通气长孔分别连通所述预冷级导流器和所述低温级蓄冷器，所述第二通气长孔分别连接所述预冷级导流器和所述低温级脉冲管。
8.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述低温级脉冲管制冷机包括多个依次首尾连接的低温级脉冲管制冷单元，每一所述低温级脉冲管制冷单元均包括一个所述低温级蓄冷器和设于所述低温级蓄冷器内侧的所述低温级脉冲管。
9.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述预冷级蓄冷器与所述预冷级脉冲管同轴设置；
10.所述低温级蓄冷器与所述低温级脉冲管同轴设置。
11.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述低温级脉冲管和所述低温级蓄冷器的冷侧连接有低温级导流器，所述低温级导流器外侧设有低温级冷头。
12.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述第一通气长孔和所述第二通气长孔的轴向方向上的横截面形状为圆形。
13.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述第一通气长孔的数量为6-30个。
14.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述预冷级蓄冷器和
所述低温级蓄冷器均呈管状。
15.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述预冷级脉冲管和低温级脉冲管为薄壁管。
16.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述预冷级蓄冷器一端通过连管与压缩机连通，用于接收所述压缩机侧的气体；
17.所述预冷级脉冲管一端通过长颈管与一级气库连接。
18.根据本实用新型一个实施例的气耦合型多级脉冲管制冷机，所述低温级惯性管置于所述热端内部且至少部分延伸至所述低温级气库内。
19.本实用新型实施例提供的气耦合型多级脉冲管制冷机，将热端置于预冷级脉冲管制冷机和低温级脉冲管制冷机之间，且在热端开设低温级气库，并在低温级气库内设置低温级惯性管配合气库作为调相机构，如此使得整机系统结构更加紧凑，热量在传递的过程中散失量更少，进而有利于提高系统的制冷性能。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
21.图1为本实用新型实施例气耦合型多级脉冲管制冷机的结构示意图；
22.图2为图1所示的气耦合型多级脉冲管制冷机中的气体流通简图；
23.附图标记：
24.10、预冷级脉冲管制冷机；110、预冷级蓄冷器；120、预冷级脉冲管；130、预冷级导流器；
25.20、热端；210、低温级气库；220、第一通气长孔；230、第二通气长孔；
26.30、低温级脉冲管制冷机；310、低温级蓄冷器；320、低温级脉冲管；330、低温级惯性管；340、低温级脉冲管制冷单元；350、低温级导流器；360、低温级冷头；
27.40、压缩机；410、连管；
28.50、一级气库；510、长颈管。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操
作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
32.下面结合图1和图2，本实用新型实施例提出保护一种气耦合型多级脉冲管制冷机，包括依次连接的预冷级脉冲管制冷机10、热端20和低温级脉冲管制冷机30，预冷级脉冲管制冷机10包括预冷级蓄冷器110和设于预冷级蓄冷器110内侧的预冷级脉冲管120，预冷级蓄冷器110和预冷级脉冲管120的冷侧连接有预冷级导流器130；热端20与预冷级导流器130远离预冷级蓄冷器110侧连接，热端20内开设有低温级气库210；低温级脉冲管制冷机30包括低温级蓄冷器310和设于低温级蓄冷器310内侧的低温级脉冲管320，低温级脉冲管320顶部设有低温级惯性管330，低温级惯性管330一端伸入至低温级气库210内侧；其中，热端20还开设有多个第一通气长孔220和多个第二通气长孔230，第一通气长孔220分别连通预冷级导流器130和低温级蓄冷器310，第二通气长孔230分别连接预冷级导流器130和低温级脉冲管320。
33.需要说明的是，热端20设于预冷级脉冲管120和低温级脉冲管320之间，且将气库开设于热端20内，如此整机系统的集成度更高，相较于传统的外接气库的方式，本技术各个部件之间的连接更加密切且结构更加紧密。热端20内开设的第一通气长孔220和第二通气长孔230的设置可以最大化地保证传热性能，也即，第一通气长孔220连通预冷级导流器130和低温级蓄冷器310，可以同时起到气体导流和增强换热的作用。而第二通气长孔230连通预冷级导流器130和低温级脉冲管320，起到低温双向进气的功能。
34.对于低温级惯性管330，低温级惯性管330置于热端20内部且至少部分延伸至低温级气库210内。在其他可选的实施例中，低温级惯性管330也可以从低温级气库210内部传出去，缠绕在低温级气库210的外壁上，在此不做限定。
35.进一步地，低温级脉冲管制冷机30包括多个依次首尾连接的低温级脉冲管制冷单元340，每一低温级脉冲管制冷单元340均包括一个低温级蓄冷器310和设于低温级蓄冷器310内侧的低温级脉冲管320。也即，低温级脉冲管制冷单元340的数量可以为一个或者多个，如此可以实现多级制冷，以满足多温度梯度的提取冷量的需求。
36.在本实用新型的一些实施例中，预冷级蓄冷器110与预冷级脉冲管120同轴设置；低温级蓄冷器310与低温级脉冲管320同轴设置。设置多个第一通气长孔220和多个第二通气长孔230保证了进气的均匀性，且设置多个第一通气长孔220和第二通气长孔230增大了工质气体的换热面积，换热效果也得到了很大的改善。
37.对于热端20的形状，可以选择为圆盘状，在其他可行的实施例中，也可以为方形或者其他形状，在此不做限定，此处以圆盘状为例进行说明。第一通气长孔220的数量优选为6-30个，第一通气长孔220的形状可以为圆孔或者方孔等，也即沿第一通气长孔220的轴线横截面形状为圆形或者方形，也可以为三角形，在此不做限定。第一通气长孔220的排布可以选择沿矩阵排布或者沿第一通气长孔220的轴心线周向均匀排布，也可以为非均匀分布，
在此不做限定。同理，第二通气长孔230与第一通气长孔220类似，在此不做赘述。
38.对于预冷级蓄冷器110和低温级蓄冷器310，均呈管状，而对于预冷级脉冲管120和低温级脉冲管320均为薄壁管。预冷级蓄冷器110套设于预冷级脉冲管120外侧，低温级蓄冷器310套设于低温级脉冲管320外侧。对于预冷级蓄冷器110、预冷级脉冲管120、低温级蓄冷器310和低温级脉冲管320可以采用金属或者非金属材质制成，在此不做限定。
39.需要说明的是，预冷级蓄冷器110一端通过连管410与压缩机40连通，用于接收压缩机40侧的气体；预冷级脉冲管120一端通过长颈管510与一级气库50连接。进一步地，低温级脉冲管320和低温级蓄冷器310的冷侧连接有低温级导流器350，低温级导流器350外侧设有低温级冷头360。低温级冷头360用于提取冷量。
40.预冷级蓄冷器110远离预冷级导流器130一侧还设有预冷级热端法兰。气体从压缩机40侧经连管410流至预冷级蓄冷器110，气体在预冷级蓄冷器110流向预冷级导流器130，经过导流器，一部分气体流至预冷级脉冲管120内并经长颈管510流至一级气库50进行保存，此时的温度为一级制冷温度。从预冷级导流器130流经的另一部分气体通过第一通气长孔220流至低温级蓄冷器310内。在预冷级导流器130内还有一部分气体通过第二通气长孔230连通低温级脉冲管320，低温级脉冲管320内的气体经低温级惯性管330流至低温级气库210内。
41.低温级惯性管330位于热端20内部且一端延伸至气库内侧，配合气库起到调相作用，同时使得系统结构更加紧凑。第一通气长孔220和第二通气长孔230的设置可以使得气体冷量经预冷级导流器130至低温级蓄冷器310和气库的温度基本不发生变化，显著减少部件之间的传热温差，有效提高制冷性能，如此可以到达更低的制冷温度。
42.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。