本發(fā)明涉及制冷機，尤其是涉及一種三級脈管制冷機及制冷機。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著超導(dǎo)、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，對低溫環(huán)境的需求不斷增長，這促進了小型低溫制冷機技術(shù)的快速進步。深空探測領(lǐng)域及超導(dǎo)領(lǐng)域?qū)σ汉貐^(qū)提出更高的制冷需求，對制冷機的可靠性、壽命、重量等有更高的要求。液氦溫區(qū)可使用脈管制冷機預(yù)冷jt節(jié)流制冷機實現(xiàn)，或直接通過三級脈管制冷機實現(xiàn)。

2、冷慣性調(diào)相機構(gòu)是三級脈管制冷機達到10k甚至液氦溫區(qū)的有效手段，該結(jié)構(gòu)通常作為低溫級，其脈管熱端及慣性管氣庫需要被預(yù)冷。其預(yù)冷級調(diào)相機構(gòu)的選擇尤為重要。慣性管是最簡單的調(diào)相機構(gòu)，它通過利用脈管的膨脹功使氣體在慣性管中振蕩，從而實現(xiàn)相位調(diào)節(jié)。在空間應(yīng)用的多級脈管制冷機中，低溫級的制冷溫度低，冷量較小，導(dǎo)致脈管膨脹功較小，進而使得慣性管的調(diào)相能力有限。因此，單獨使用慣性管往往難以提供足夠的調(diào)相能力。為了增強調(diào)相能力，多級制冷機中常采用慣性管與雙向或多向進氣相結(jié)合的復(fù)合調(diào)相機構(gòu)，但會引入dc流，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。除此之外，一些功回收型調(diào)相機構(gòu)例如主動調(diào)相、氣動室溫推移活塞等，雖然調(diào)相能力更強且能通過回收脈管熱端膨脹功以提高制冷機效率，但與慣性管相比增加了運動部件，顯著增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。

3、專利cn201610493607.7公開了一種多級脈管制冷機，包括多級冷頭、慣性管系統(tǒng)及壓縮機，每一級冷頭由冷卻器、回熱器、冷量換熱器及脈管順次連接而成，所述的壓縮機具有由階梯活塞形成的多個壓縮腔，每一級冷頭連接不同的壓縮腔，所述的慣性管系統(tǒng)由慣性管和氣庫順次連接組成，每一級冷頭的脈管與同一根慣性管相連。但是在三級脈管制冷機的系統(tǒng)中，第三級脈管的冷端溫度極低，而其熱端若維持在較高的溫度，將導(dǎo)致顯著的軸向熱傳導(dǎo)損失。通過利用第一級或第二級產(chǎn)生的冷量來冷卻第三級脈管的熱端以及調(diào)相機構(gòu)，可以顯著降低第三級脈管的軸向熱傳導(dǎo)損失。此外，由于第三級脈管的熱負荷相對較小，這種冷卻方式不會對整體的制冷效率造成太大的負面影響，從而保證了整機效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡化且高可靠性的三級脈管制冷機，可在10k及以下溫區(qū)高效制冷，也可與jt節(jié)流制冷技術(shù)相結(jié)合，對jt制冷機進行高效預(yù)冷。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種三級脈管制冷機，包括壓縮機、調(diào)相氣庫、三級冷頭和調(diào)相機構(gòu)，其特征在于，所述的調(diào)相機構(gòu)為順次連接的慣性管與氣庫，所述的第一級冷頭與第二級冷頭共同使用一個慣性管與氣庫順次相連的調(diào)相機構(gòu)調(diào)相，第一級冷頭或第二級冷頭冷卻第三級冷頭以及與之連接的慣性管和氣庫。

3、進一步地，所述的調(diào)相機構(gòu)包括共慣性管調(diào)相機構(gòu)和第三級調(diào)相機構(gòu)，第一級冷頭與第二級冷頭共同使用共慣性管調(diào)相機構(gòu)調(diào)相(即第一級、第二級冷頭的脈管熱端連接同一根慣性管和氣庫)，第三級冷頭使用第三級調(diào)相機構(gòu)調(diào)相。

4、進一步地，所述的壓縮機為三級階梯活塞壓縮機，雙級階梯活塞壓縮機，或直線型壓縮機中的一種或幾種的組合。優(yōu)選地，壓縮機為三級階梯活塞壓縮機，或所述壓縮機為一臺雙級階梯活塞壓縮機和一臺直線壓縮機；或所述壓縮機為一臺雙級階梯活塞壓縮機。

5、進一步地，所述的第一級冷頭與第二級冷頭分別連接壓縮機的兩個壓縮腔，冷頭與相應(yīng)的壓縮腔之間設(shè)置有調(diào)相氣庫，所述的第三級冷頭單獨連接一壓縮腔，或與第一級冷頭或第二級冷頭連接同一個壓縮腔。

6、優(yōu)選地，三級冷頭分別連接三級階梯活塞壓縮機的三個壓縮腔。或第一級冷頭、第二級冷頭分別連接雙級階梯活塞壓縮機的兩個壓縮腔，第三級冷頭連接直線壓縮機?；虻谝患壚漕^、第二級冷頭分別連接雙級階梯活塞壓縮機的兩個壓縮腔，第三級冷頭與第一級冷頭連接同一個壓縮腔?；虻谝患壚漕^、第二級冷頭分別連接雙級階梯活塞壓縮機的兩個壓縮腔，第三級冷頭與第二級冷頭連接同一個壓縮腔。

7、進一步地，第一級冷頭、第二級冷頭與壓縮腔之間設(shè)置有調(diào)相氣庫。所述的調(diào)相氣庫是冷頭與壓縮腔之間的死容積，或是其間的連接管。

8、進一步地，各級冷頭均由水冷器、回熱器、冷端換熱器及脈管順次連接而成。

9、進一步地，第一級冷頭預(yù)冷第二級冷頭、第三級冷頭，或僅對第三級冷頭進行預(yù)冷；或者，第二級冷頭預(yù)冷第三級冷頭。

10、第三級冷頭脈管熱端、慣性管和氣庫由第一級冷端換熱器冷卻或第二級冷端換熱器冷卻。

11、所述的第一級冷頭、第二級冷頭的布置方式是直線型布置，同軸型布置或u型布置。或所述的第一級冷頭、第二級冷頭的布置方式可以為直線型布置，同軸型布置或u型布置的組合。所述的第三級冷頭的布置方式為u型布置。

12、所述的壓縮機向冷頭輸入聲功驅(qū)動其在冷端換熱器產(chǎn)生制冷效應(yīng)。脈管制冷機內(nèi)充注高壓工質(zhì)。回熱器內(nèi)填充回熱填充材料，具有換熱與儲能的作用。

13、進一步地，所述的三級脈管制冷機用于預(yù)冷jt節(jié)流制冷機。

14、進一步地，所述的jt節(jié)流制冷機包括順次相連的jt壓縮機、第一級回熱式換熱器、第一級預(yù)冷換熱器、第二級回熱式換熱器、第二級預(yù)冷換熱器、第三級回熱式換熱器、第三級預(yù)冷換熱器、節(jié)流前換熱器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器；jt壓縮機將低壓氦氣壓縮至高壓，依次經(jīng)過回熱式換熱器、預(yù)冷換熱器和節(jié)流前換熱器，被冷卻后進入節(jié)流閥，通過節(jié)流閥等焓節(jié)流至低壓，之后低壓氦氣進入蒸發(fā)器吸熱，對外輸出冷量后依次沿節(jié)流前換熱器、回熱式換熱器的低壓流道復(fù)熱流回jt壓縮機；

15、所述三級脈管制冷機的第一級冷頭對第一級預(yù)冷換熱器內(nèi)的制冷劑進行預(yù)冷；所述三級脈管制冷機的第二級冷頭對第二級預(yù)冷換熱器內(nèi)的制冷劑進行預(yù)冷；所述三級脈管制冷機的第三級冷頭對第三級預(yù)冷換熱器內(nèi)的制冷劑進行預(yù)冷。

16、進一步地，三級脈管制冷機的各級冷頭的低溫端換熱器與jt制冷機的各級預(yù)冷換熱器通過熱橋連接或直接連接。

17、進一步地，jt節(jié)流制冷機中的節(jié)流前換熱器使用高流阻換熱器替代，以大大減小節(jié)流閥堵塞的可能性。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、1.本發(fā)明三級脈管制冷機僅采用慣性管和氣庫作為調(diào)相機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；該三級脈管制冷機可在10k及以下溫區(qū)高效制冷，也可與jt節(jié)流制冷技術(shù)相結(jié)合，對jt制冷機進行高效預(yù)冷。

20、2.本發(fā)明使用第一級冷頭或第二級冷頭的冷端換熱器的冷量冷卻第三級冷頭的脈管熱端和慣性管氣庫，脈管軸向?qū)釗p失大大減小，且冷慣性管內(nèi)流體的密度隨著溫度的降低而升高，流體的慣性能力增強，可以獲得更大的調(diào)相能力，實現(xiàn)更低的制冷溫度，是達到4k溫區(qū)的有效手段。

21、3.本發(fā)明三級脈管制冷機的階梯活塞形成多個壓縮腔，每個壓縮腔與一個調(diào)相氣庫、一級冷頭順次相連，通過階梯活塞與調(diào)相氣庫的聯(lián)合控制，第二級冷頭能夠獲得超出其脈管膨脹功所對應(yīng)的調(diào)相能力，從而顯著提升了第二級冷頭的制冷效率，并進一步提高了整個系統(tǒng)的綜合制冷效率。而且，該結(jié)構(gòu)可確保各級冷頭的氣流之間沒有直流分量，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。