脉冲管致冷机的冷却装置 本发明涉及脉冲管致冷机，尤其涉及脉冲管致冷机的冷却装置，该脉冲管致冷机的冷却装置能通过利用附加冷却器作为蒸发器构成冷却循环来释放工作气体和驱动单元的热量，而该附加冷却器优先冷却高温高压的工作气体。
通常，低温致冷机是用于冷却小尺寸电子部件和超导体的低振动和高可靠性的致冷机，广泛使用斯特林致冷机、GM致冷机或焦耳-汤姆森致冷机。
如图1所示，普通的脉冲管致冷机包括：一驱动单元100，该驱动单元100使工作气体产生往复运动；一致冷单元200，该致冷单元200通过由驱动元件100抽送而进行往复运动的工作气体的热力循环产生低温部分；一附加冷却器300，该附加冷却器300在驱动单元100和致冷单元200之间连接，并优先冷却抽送的高温高压工作气体。
更具体的是，附加冷却器300在致冷单元200的蓄热器240和驱动单元100的气缸单元110a之间连接。
下面将详细介绍驱动单元100、致冷单元200、和附加冷却器300的结构。
如图1所示，驱动单元100包括一具有气缸单元110a的密封匣110、一装于密封匣110内的驱动马达120、一个与驱动马达120配合并由该驱动马达120驱动而进行线性往复运动地驱动轴130、一个与驱动轴130相连、并通过在气缸单元110a内进行线性往复运动而抽送工作气体的活塞140，以及分别与密封匣110内的驱动轴130的上部和下部配合、并使驱动马达谐振运动和线性引导活塞的引导支承件151和弹性支承件152。
下面详细介绍密封匣110的结构。
密封匣110包括：上框架111，该上框架111的中心部分有气缸单元110a；中间框架112，该中间框架112与上框架111的底面紧密配合，内部固定有引导支承件，并且牢固安装有驱动马达；底部框架113，该底部框架113与中间框架112的底面紧密配合，并固定有弹性支承件152；以及第一密封罩，该第一密封罩在中间框架112的外侧与上框架111的底面密封配合，以便盖住中间框架112和底部框架113。
致冷单元200包括：脉冲管210，该脉冲管210有作为放热的压缩单元的热端换热器211、和作为吸热的膨胀单元的冷端换热器212，这是由于通过抽送工作气体，脉冲管内的工作气体在管的两端分别被压缩/膨胀；相位控制器220，该相位控制器220与脉冲管210的压缩单元211相连，并在往复运动的工作气体的质量流量和压力脉冲之间产生相位差，从而使热平衡；与相位控制器220相连的储罐230；蓄热器240，该蓄热器240与脉冲管210的膨胀单元相连，并储存泵送到脉冲管210的工作气体的潜热和补偿返回的工作气体的温度；以及第二密封罩250，该第二密封罩250密封脉冲管210、相位控制器220、储罐230和蓄热器240。
而附加冷却器300基本可分为风冷型和水冷型。其中风冷型是利用外部气流和风扇、在与附加冷却器300外壁相连的外侧换热器330处冷却该附加冷却器的侧壁，而水冷型是利用泵、水和释放水热量的其它换热器来与外部进行热交换。
下面将详细介绍附加冷却器300的结构。
如图2A所示，风冷型附加冷却器300包括：附加冷却器本体单元310，该附加冷却器本体单元310为空心圆柱形，并由有高导热系数的材料例如铜制成，它的上表面固定在盖住第二密封罩250底部的底板P上，它的下表面固定在上框架111的上表面上；内侧换热器320，该内侧换热器装于附加冷却器本体单元310的内圆周表面，并成筛网形，以便在吸收泵送工作气体的热量时有足够的换热尺寸；以及外侧换热器330，该外侧换热器为空心圆柱形，安装于附加冷却器本体单元310的外圆周表面，并有多个冷却柱，以便从内侧换热器320向附加冷却器本体单元310外部释放热量。
如图2B所示，水冷型附加冷却器300a包括：与风冷型附加冷却器300相同的附加冷却器本体单元310；与装于附加冷却器本体单元310内的内侧换热器相同的内侧换热器320；外侧换热器330a，该外侧换热器为空心圆柱形，并有多个装于附加冷却器本体单元310的外圆周表面的冷却柱；绝热件340，该绝热件340覆盖外侧换热器330a的外圆周表面，以便产生封闭区S；以及泵350和换热器360，该泵350和换热器360通过穿过绝热件340的封闭环路向封闭区S提供循环冷却水。
附图中，还没有说明的参考标号341和342是有多个气体流入/流出孔的盖体，参考标号370是气泡排出管，参考标号F是风扇。
下面介绍普通的脉冲管致冷机的工作过程。
当驱动马达120通电和传动器进行线性往复运动时，与传动器配合的驱动轴130也进行线性往复运动，而与驱动轴130配合的活塞140在气缸单元110a内部进行线性往复运动，因此致冷单元200的工作气体被抽送。
抽送的工作气体在冷端换热器212和热端换热器211之间往复运动，并将冷端换热器212的热量传送给热端换热器211，因此在冷端换热器212处形成低温部分。
当活塞进行压缩时，从气缸单元110a输送到致冷单元200的压缩工作气体，在经过附加冷却器300时被冷却，再流入蓄热器240中，并通过蓄热器240进行换热，然后流入脉冲管210的冷端换热器212中，该气体内储存有潜热。
脉冲管210内的工作气体，在输送到热端换热器211和相位控制器220的同时，由于工作气体流入而被压缩，当活塞140进行抽吸时，脉冲管210内的工作气体，在输送到脉冲管210的冷端换热器212时进行绝热膨胀，从而形成低温部分。
同样，从脉冲管210中排出的工作气体在经过蓄热器240时被加热，但是在经过附加冷却器300时放热，并流入气缸单元110a中。
当附加冷却器300是风冷型时，接收工作气体热量的外侧换热器330的各冷却柱，与图2A所示的附加风扇F排出的空气接触，从而放热。
当附加冷却器300是水冷型时，由泵压送的冷却水通过外部的换热器360冷却，并循环提供给封闭区S，从而使附加冷却器本体单元310放热。
然而，在普通脉冲管致冷机的附加换热器中，筛网形的内侧换热器装在附加冷却器的内侧，风冷型或水冷型的换热器装在附加冷却器的外侧，从而将工作气体和驱动单元产生的热释放出去。
但是，当使用温度高时，风冷型和水冷型换热器的放热效率降低，流入致冷单元的工作气体的温度升高，冷却效率随工作气体的温度升高而降低。
为了补偿冷却效率的降低，驱动单元不得不增加驱动力，因此致冷机的总效率降低。
尤其是，在水冷型换热器中，构造封闭环路很困难，因为很难使冷却水环路充满冷却水，由于气泡的产生，需要有额外的气泡排出管，因为在环路内循环的冷却水会通过气泡排出管流出，因此必须随时补充冷却水。
另外还需要额外的过滤器(未示出)或防锈剂，因为冷却水能使管道内生成一定量的杂质。
本发明的一个目的是提供一种脉冲管致冷机的冷却装置，该冷却装置通过利用附加冷却器作为蒸发器来构造一压缩致冷剂型的冷却环路，从而当致冷机外部温度高时能流畅地释放工作气体和驱动单元的热量，从而能增加该致冷机的效率。
如上所述，本发明的脉冲管致冷机的冷却装置包括：驱动单元，该驱动单元能使工作气体产生往复运动；致冷单元，该致冷单元包括脉冲管，该脉冲管有通过在驱动单元中流动的工作气体的往复运动产生的低温部分；以及压缩致冷剂型冷却装置，该压缩致冷剂型冷却装置利用在驱动单元和致冷单元之间进行连接，并使工作气体流过的附加冷却器作为蒸发器来构成冷却环路，并且还包括在附加冷却器外部的压缩机、冷凝器和膨胀部分，它们顺序与连通附加冷却器的致冷剂管相连。
图1是普通脉冲管致冷机的垂直剖面图；
图2A是普通脉冲管致冷机的风冷型附加冷却器的垂直剖面图；
图2B是普通脉冲管致冷机的水冷型附加冷却器的垂直剖面图；
图3是本发明脉冲管致冷机的冷却装置的第一实施例的垂直剖面图；
图4是本发明脉冲管致冷机的冷却装置的第二实施例的垂直剖面图；
图5是本发明脉冲管致冷机的冷却装置的第三实施例的垂直剖面图。
下面将参考附图介绍本发明的脉冲管致冷机的冷却装置的优选实施例。
与图1和图2重复的部件以相同标号表示，并省略对它们的说明。
如图3所示，本发明的脉冲管致冷机的冷却装置包括：驱动单元100，该驱动单元100能使工作气体产生往复运动；致冷单元200，该致冷单元200由驱动单元100泵送，并具有通过在脉冲管210中往复运动的工作气体的热力循环产生的低温部分；以及压缩致冷剂型冷却装置，该压缩致冷剂型冷却装置在驱动单元100的气缸单元110a和致冷单元200的蓄热器240之间连接，并冷却泵送的高温高压工作气体。
驱动单元100和致冷单元200的结构与上述的现有技术相同，因此省略对它们的说明，下面介绍压缩致冷剂型冷却装置的结构。
压缩致冷剂型冷却装置包括：一附加冷却器400，该附加冷却器有附加冷却器本体单元410，其上表面与底盘P配合，以盖住第二密封罩250的底部，其下表面与上框架111的上表面配合，该上框架111有驱动单元100的气缸单元110a；一内侧换热器420，该内侧换热器420为筛网形，并装在附加冷却器本体单元410的内侧；一外侧换热器430，该外侧换热器430为空心圆柱形，并有多个安装在附加冷却器本体单元410的外圆周表面的冷却柱；以及一绝热件440，该绝热件440盖住外侧换热器430的外圆周表面，从而形成一特定封闭区；一冷却剂管450，该冷却剂管450穿过绝热件440，并与封闭区S的两端连通；一压缩机460，该压缩机460装在致冷剂管450的出口处，并压缩致冷剂气体；一冷凝换热器470，该冷凝换热器470装在压缩机后面的致冷剂管450上并作为冷凝器；和一膨胀部分480，它的一端与冷凝换热器470相连，另一端在封闭区与致冷剂管450的进口侧连通。
更具体的是，致冷剂管450的一端穿过绝热件440，并与膨胀部分480的出口连通，以便使致冷剂经过冷凝换热器470和膨胀部分480流入封闭区S。
致冷剂管450的另一端穿过绝热件440，并与压缩机460连通，以便使已经与外侧换热器430换热的致冷剂从封闭区S排出到压缩机460。
下面介绍本发明的工作过程，本发明能够通过在普通水冷型附加换热器结构上构成压缩致冷剂型附加冷却器，释放工作气体和驱动单元的热量。
与现有技术重复的部件以相同标号表示，并省略对它们的说明。
本发明的脉冲管致冷机的冷却装置的第一实施例的工作过程，与现有技术相同。
也就是说，当驱动马达120通电和传动器(未示出)进行线性往复运动时，与传动器配合的驱动轴130也进行线性往复运动，与驱动轴130配合的活塞140也在气缸单元110a内部进行线性往复运动，因此，抽送致冷单元200的工作气体。
抽送的工作气体在脉冲管210的冷端换热器212和热端换热器211之间往复运动，并将冷端换热器212的热量传送给热端换热器211，因此在冷端换热器212处形成低温部分。
当活塞进行压缩时，从气缸单元110a输送到致冷单元200的压缩工作气体，在经过附加冷却器300时被冷却，再流入蓄热器240中，并通过蓄热器240进行换热，然后流入脉冲管210的冷端换热器212中，该气体内储存有潜热。
脉冲管210内的工作气体在输送到热端换热器211和相位控制器220的同时，由于工作气体流入而被压缩，当活塞140进行抽吸时，脉冲管210内的工作气体在输送到脉冲管210的冷端换热器212时进行绝热膨胀，从而形成低温部分。
同样，从脉冲管210中排出的工作气体在经过蓄热器240时被加热，但是在经过附加冷却器300时放热，并流入气缸单元110a中。
然而，在本发明第一实施例的脉冲管致冷机的冷却装置中，工作气体的热量传送给筛网形的内侧换热器420，再传送给附加换热器本体单元410，传送给附加冷却器本体单元410的热量再传送给外侧换热器430。
传送给外侧换热器430的热量通过压缩机460、冷凝器470和膨胀部分480，并与流入封闭区S的低温低压液体致冷剂表面接触，因此通过致冷剂的蒸发而进行冷却。
换句话说，外侧换热器430形成于附加换热器本体单元410的外圆周表面，特定封闭区S形成于外侧换热器430的外表面，压缩致冷剂型冷却装置的致冷剂管450穿入封闭区S，致冷剂与外侧换热器430接触，因此，附加冷却器本体单元410被冷却。
下面将介绍本发明的脉冲管致冷机的冷却装置的第二实施例。
与第一实施例重复的部件以相同标号表示，并省略对它们的说明。
如图4所示，在本发明第二实施例的脉冲管致冷机的冷却装置中，致冷剂管550弯曲，以便与附加冷却器本体单元410的外圆周表面接触。
连接膨胀部分480和压缩机460的致冷剂管550环绕附加冷却器本体单元410的外圆周表面弯转数圈，绝热件540位于弯转数圈的致冷剂管550的圆周部。
附加冷却器本体单元410和致冷剂管550通过银焊连接，以使传热良好。
下面介绍本发明第三实施例的脉冲管致冷机的冷却装置。
与第一实施例重复的部件以相同标号表示，并省略对它们的说明。
如图5所示，本发明第三实施例的脉冲管致冷机的冷却装置包括一附加冷却器本体单元310，该附加冷却器本体单元310为空心圆柱形，它的上表面与盖住第二密封罩250下部的底板P配合，下表面与上框架111的上表面配合，该上框架111包括驱动单元100的气缸单元110a。
一内侧换热器420为筛网形，并装在附加换热器本体单元410内侧，一绝热件440盖住该附加换热器本体单元410的外周部分。
下面介绍本发明第三实施例的脉冲管致冷机的冷却装置的工作过程。
致冷剂从压缩机460排出，并在经过冷凝器470和膨胀部分480时转变成低温低压的致冷剂，致冷剂管650穿过绝热件640和附加冷却器本体单元610，以便使该工作气体流入附加冷却器本体单元610，致冷剂管650伸入内侧换热器620内，因此，附加冷却器本体单元610内的工作气体直接与致冷剂管650接触。
同时，本发明的脉冲管致冷机的冷却装置，通过利用附加冷却器作为蒸发器来构成一压缩致冷剂型的冷却环路，从而当致冷机外部温度高时能流畅地释放工作气体和驱动单元的热量，从而能增加该致冷机的效率。
这样，不需要有额外的气泡排出管，也不需要随时添加冷却水。
如上所述，本发明的脉冲管致冷机的冷却装置，通过利用在驱动单元和致冷单元之间连接并使冷却工作气体和驱动单元的附加冷却器作为蒸发器，来构成具有压缩机、冷凝器和膨胀部分的压缩致冷剂型冷却环路。
该装置能够简化结构，并当致冷机外部温度高时通过流畅地释放热量来防止工作气体的温度升高，从而能增加该致冷机的效率。
因为本发明可以以多种形式实现而不脱离本发明的精神和基本特征，因此应当理解，如果没有特别说明，上述的实施方式并不局限于前述说明书所祥述的，而它的精神和范围由附加的权利要求书限定，因此，各种变化和改进都将落入权利要求书的范围内，或者说其等价形式也将包含在权利要求书的范围中。