GM脉冲管制冷机的低温调相方法及结构技术

本发明专利技术提供一种GM脉冲管制冷机的低温调相方法及结构，属于脉冲管制冷机技术领域。制冷机的低温调相结构包括压力波发生系统、脉冲管预冷级制冷系统和脉冲管低温级制冷系统，脉冲管预冷级制冷系统和脉冲管低温级制冷系统之间设置一过渡端。本发明专利技术通过在预冷级与低温级之间设置一个过渡端，此过渡端能够进一步实现类似“多路旁通”的低温调相作用。另外，此过渡端还可以同时实现预冷级回热器冷端换热器、预冷级脉冲管冷端导流器、低温级回热器热端换热器、低温级脉冲管预冷换热器、低温级脉冲管中部导流器的功能。因此，本发明专利技术能够有效提高制冷机的制冷效率和结构紧凑性。制冷机的制冷效率和结构紧凑性。制冷机的制冷效率和结构紧凑性。

【技术实现步骤摘要】
GM脉冲管制冷机的低温调相方法及结构


[0001]本专利技术涉及脉冲管制冷机
，尤其涉及一种GM脉冲管制冷机的低温调相方法及结构。

技术介绍

[0002]液氦温区GM脉冲管制冷机因大冷量、低振动和长寿命等突出优点，在量子计算和凝聚态物理研究等领域具有重要且不可替代的应用，但其市场目前主要为美国和日本所占有。美国商用液氦温区GM脉冲管制冷机依靠系统热端“小孔气库”+“双向进气”结构，日本商用液氦温区GM脉冲管制冷机依靠系统热端“四阀”机构，均以室温调相的方式来改善制冷机的制冷性能。
[0003]室温调相以被动改变室温端低密度工质气体阻抗的方式来间接调整低温端高密度工质气体的相位关系，相位调节能力有限，系统内部相位关系仍远偏离理想相位关系，这很大程度上限制了商用GM脉冲管制冷机在液氦温区制冷效率的进一步提高(目前商用GM脉冲管制冷机在液氦温区的最低温度和制冷量已经与GM制冷机性能相当，但其制冷效率仍远低于GM制冷机)。
[0004]低温调相是目前高频脉冲管制冷机提高制冷效率的一个重要手段。但高频脉冲管制冷机往往采用“多级热耦合”或“同轴型”的布置方案，这种结构本身具有使用“低温双向”或“多路旁通”等低温调相机构的天然优势。商用液氦温区GM脉冲管制冷机往往采用“两级气耦合”和“U型”的布置方案，在原有结构基础上使用现有低温调相技术存在一定困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种GM脉冲管制冷机的低温调相方法及结构，用以解决传统商用液氦温区GM脉冲管制冷机在现有制冷结构上调相能力不足，制冷效率难以进一步提高的瓶颈问题。
[0006]本专利技术提供一种GM脉冲管制冷机的低温调相方法，包括如下步骤：
[0007]压缩阶段：将从压缩机输送来的高压气体分成三部分，一部分直接流入预冷级回热器，一部分经过预冷级双向进气，一部分经过低温级双向进气；
[0008]将从预冷级回热器过来的工质气体分成三部分，一部分经过过渡端流进预冷级脉冲管，再经过预冷级脉冲管热端导流器后连同上述来自预冷级双向进气的工质气体一起经过预冷级小孔最终流进预冷级气库；一部分经过过渡端流进低温级回热器，再经过低温级回热器冷端换热器和低温级脉冲管冷端导流器流进低温级脉冲管的冷端；一部分经过过渡端直接流进低温级脉冲管的中部，再连同上述来自低温级脉冲管冷端的工质气体一起经过过渡端被导流和冷却后，再经过低温级脉冲管热端导流器后连同上述来自低温级双向进气的工质气体一起经过低温级小孔最终流进低温级气库；
[0009]膨胀阶段：气体从预冷级气库和低温级气库出来，按照压缩阶段气体路径的反方向回到压缩机。
[0010]本专利技术还提供一种GM脉冲管制冷机的低温调相结构，包括：
[0011]压力波发生系统，包括压缩机和旋转阀；
[0012]脉冲管预冷级制冷系统，包括预冷级回热器、预冷级脉冲管、预冷级双向进气、预冷级小孔和预冷级气库；
[0013]脉冲管低温级制冷系统，包括低温级回热器、低温级脉冲管、低温级双向进气、低温级小孔和低温级气库；
[0014]脉冲管预冷级制冷系统和脉冲管低温级制冷系统之间设置一过渡端；
[0015]其中，所述压缩机通过所述旋转阀与所述预冷级回热器的一端连通，所述预冷级回热器的另一端通过所述过渡端分别与所述预冷级脉冲管、所述低温级回热器的一端连通，所述预冷级脉冲管的另一端通过所述预冷级双向进气和所述预冷级小孔分别与所述压力波发生系统和所述预冷级气库连通；所述低温级回热器的另一端通过一连接管道与所述低温级脉冲管的冷端连通，所述低温级脉冲管的热端通过所述低温级双向进气和所述低温级小孔分别与所述压力波发生系统和所述低温级气库连通；所述低温级脉冲管被分成两段且由所述过渡端连通，所述预冷级回热器还通过所述过渡端与所述低温级脉冲管的中部连通。
[0016]根据本专利技术提供的一种GM脉冲管制冷机的低温调相结构，所述压缩机、所述旋转阀与所述预冷级回热器之间通过输气管道连通，所述预冷级脉冲管、所述预冷级双向进气、所述预冷级小孔与所述预冷级气库之间通过连接管道连通，所述低温级脉冲管、所述低温级双向进气、所述低温级小孔与所述低温级气库之间通过连接管道连通。
[0017]根据本专利技术提供的一种GM脉冲管制冷机的低温调相结构，所述脉冲管预冷级制冷系统还包括预冷级回热器热端换热器、预冷级脉冲管热端导流器，所述预冷级回热器热端换热器位于所述预冷级回热器远离所述过渡端的一端，所述预冷级脉冲管热端导流器位于所述预冷级脉冲管远离所述过渡端的一端。
[0018]根据本专利技术提供的一种GM脉冲管制冷机的低温调相结构，所述脉冲管低温级制冷系统还包括低温级脉冲管热端导流器、低温级回热器冷端换热器和低温级脉冲管冷端导流器，所述低温级回热器冷端换热器位于所述低温级回热器远离所述过渡端的一端。
[0019]根据本专利技术提供的一种GM脉冲管制冷机的低温调相结构，所述过渡端包括过渡盘，所述过渡盘的一侧端面上间隔设置有第一环形凹槽、第二环形凹槽和第三环形凹槽；
[0020]所述第一环形凹槽设置有若干个，若干个所述第一环形凹槽的直径大小不同且同轴设置，所述预冷级回热器的一端与所述过渡盘的端面连接并与所述第一环形凹槽连通；
[0021]所述第二环形凹槽设置有若干个，若干个所述第二环形凹槽的直径大小不同且同轴设置，所述预冷级脉冲管的一端与所述过渡盘的端面连接并与所述第二环形凹槽连通；
[0022]所述第三环形凹槽设置有若干个，若干个所述第三环形凹槽的直径大小不同且同轴设置；
[0023]所述过渡盘的内部设置有预冷连接通道和低温调相通道，所述预冷连接通道的两端分别连通所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽，所述低温调相通道的两端分别连通所述第一环形凹槽和所述第三环形凹槽；
[0024]所述低温级回热器的一端与所述过渡盘远离所述第一环形凹槽的一侧端面连接并与所述预冷连接通道和所述低温调相通道相通；
[0025]所述低温级脉冲管从中部断开分为第一部分和第二部分，第一部分的一端与所述低温级脉冲管热端导流器连通，第一部分的另一端与所述过渡盘连接并与所述第三环形凹槽连通，第二部分的一端与所述低温级脉冲管冷端导流器连通，第二部分的另一端与所述过渡盘远离所述第三环形凹槽的一侧端面连接并与所述低温调相通道相通。
[0026]本专利技术提供的一种GM脉冲管制冷机的低温调相结构，通过在预冷级与低温级之间设置一个过渡端，过渡端能够进一步实现类似“多路旁通”的低温调相作用；另外，过渡端还可以同时实现预冷级回热器冷端换热器、预冷级脉冲管冷端导流器、低温级回热器热端换热器、低温级脉冲管预冷换热器、低温级脉冲管中部导流器的功能。因此，本专利技术在传统商用液氦温区GM脉冲管制冷机现有室温调相结构基础上，能够进一步使用低温调相，有效提高制冷机的制冷效率，并有助于提高制冷机的结构紧凑性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GM脉冲管制冷机的低温调相方法，其特征在于，包括如下步骤：压缩阶段：将从压缩机输送来的高压气体分成三部分，一部分直接流入预冷级回热器，一部分经过预冷级双向进气，一部分经过低温级双向进气；将从预冷级回热器过来的工质气体分成三部分，一部分经过过渡端流进预冷级脉冲管，再经过预冷级脉冲管热端导流器后连同上述来自预冷级双向进气的工质气体一起经过预冷级小孔最终流进预冷级气库；一部分经过过渡端流进低温级回热器，再经过低温级回热器冷端换热器和低温级脉冲管冷端导流器流进低温级脉冲管的冷端；一部分经过过渡端直接流进低温级脉冲管的中部，再连同上述来自低温级脉冲管冷端的工质气体一起经过过渡端被导流和冷却后，再经过低温级脉冲管热端导流器后连同上述来自低温级双向进气的工质气体一起经过低温级小孔最终流进低温级气库；膨胀阶段：气体从预冷级气库和低温级气库出来，按照压缩阶段气体路径的反方向回到压缩机。2.一种GM脉冲管制冷机的低温调相结构，其特征在于，包括：压力波发生系统，包括压缩机和旋转阀；脉冲管预冷级制冷系统，包括预冷级回热器、预冷级脉冲管、预冷级双向进气、预冷级小孔和预冷级气库；脉冲管低温级制冷系统，包括低温级回热器、低温级脉冲管、低温级双向进气、低温级小孔和低温级气库；脉冲管预冷级制冷系统和脉冲管低温级制冷系统之间设置一过渡端；其中，所述压缩机通过所述旋转阀与所述预冷级回热器的一端连通，所述预冷级回热器的另一端通过所述过渡端分别与所述预冷级脉冲管、所述低温级回热器的一端连通，所述预冷级脉冲管的另一端通过所述预冷级双向进气和所述预冷级小孔分别与所述压力波发生系统和所述预冷级气库连通；所述低温级回热器的另一端通过一连接管道与所述低温级脉冲管的冷端连通，所述低温级脉冲管的热端通过所述低温级双向进气和所述低温级小孔分别与所述压力波发生系统和所述低温级气库连通；所述低温级脉冲管被分成两段且由所述过渡端连通，所述预冷级回热器还通过所述过渡端与所述低温级脉冲管的中部连通。3.根据权利要求2所述的GM脉冲管制冷机的低温调相结构，其特征在于，所述压缩机、所述旋转阀与所述预冷级回热器之间通过输气管道连通，所述预冷级脉冲管、所述预冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭明，潘长钊，郭伟杰，潘娟，俞大鹏，
申请(专利权)人：深圳国际量子研究院，
类型：发明
国别省市：