采用環(huán)形脈管結(jié)構(gòu)的單級同軸脈管制冷裝置及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單級脈管低溫制冷領(lǐng)域，特別涉及一種脈管采用環(huán)形結(jié)構(gòu)的脈管制冷
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]因冷端無運動部件，經(jīng)多年的發(fā)展，脈管制冷機以其機械振動小，結(jié)構(gòu)緊湊簡單，運行壽命長，可靠性高等諸多優(yōu)點，在軍事、航空航天、醫(yī)藥、生物技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、移動通訊、農(nóng)業(yè)、交通等諸多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。
[0003]根據(jù)回?zé)崞骱兔}管的布置位置的不同，可以將單級脈管制冷機結(jié)構(gòu)分為三種類型，即直線型單級脈管制冷機，如圖1所示，U型單級脈管制冷機，如圖2所示，同軸型脈管制冷機，脈管位于同軸的回?zé)崞鲀?nèi)，如圖3所示。直線型布置的脈管制冷機，因工作氣體直線流動而不折返現(xiàn)象，效率最高，但冷指置于制冷機的中部，不利于與其他器械的耦合山型布置的單級脈管制冷機，回?zé)崞髋c脈管之間無直接接觸，減少了徑向?qū)釗p失，較之直線型脈管制冷機在一定程度上改善空間布局的限制，但結(jié)構(gòu)不夠緊湊，與其他設(shè)備耦合時存在一定局限；同軸型脈管制冷機雖存在氣流有較大折彎等問題，但其結(jié)構(gòu)緊湊，冷指易于其他器械相耦合，即便冷指面積不大，但適用于對空間有著特殊需求的場所。
[0004]圖3給出了常規(guī)同軸型單級脈管制冷機結(jié)構(gòu)示意圖。壓縮機I壓縮后的工作氣體經(jīng)連接管2進入熱端換熱器3.3冷卻，然后進入環(huán)形回?zé)崞?.3?；?zé)崞?.3內(nèi)填充環(huán)形絲網(wǎng)4.3.2。環(huán)形絲網(wǎng)4.3.2需根據(jù)設(shè)計的回?zé)崞鞒叽?、橫截面積等進行設(shè)計加工，并經(jīng)特殊工藝填充入回?zé)崞鲀?nèi)。事實上，回?zé)崞鳝h(huán)形絲網(wǎng)的填充工藝對回?zé)崞鞯男阅苡绊懞艽?，工作氣體在回?zé)崞鲀?nèi)經(jīng)過了一系列的狀態(tài)參數(shù)改變，然后進入冷端換熱器5.3，經(jīng)換熱器5.3換熱和導(dǎo)流后，進入脈管6.3。冷指在換熱器5.3處往往設(shè)計成一個觸點，通過與其他設(shè)備的耦合，冷量被傳導(dǎo)出，冷指制冷面積偏小，且在中心位置，在與其他設(shè)備耦合時需要特殊設(shè)計。圖4給出了常規(guī)單級同軸脈管制冷機回?zé)崞骱兔}管相對位置的結(jié)構(gòu)剖面圖。流經(jīng)回?zé)崞鞯墓ぷ鳉怏w，經(jīng)過180°的折流后進入脈管，雖經(jīng)導(dǎo)流器導(dǎo)流，易在脈管內(nèi)形成環(huán)流，惡化制冷機性能。目前有報道在脈管內(nèi)增設(shè)導(dǎo)流裝置，或?qū)⒚}管做成同軸管套結(jié)構(gòu)以改善脈管內(nèi)工作氣體的環(huán)流現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述已有技術(shù)及單級脈管制冷機存在的缺點和不足，本發(fā)明設(shè)計了一種采用環(huán)形脈管的單級同軸型脈管制冷機結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0006]本發(fā)明的目的在于，對同軸型單級脈管制冷機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化布局，即將脈管做成環(huán)形，放在回?zé)崞髦?，即?yōu)化了回?zé)崞鞯奶畛涔に?，又可使氣流?jīng)過脈管時減少環(huán)流和紊流擾動，從而一定程度上可以提高脈管制冷機的整機效率，降低制作工藝難度，簡化制作流程，提高設(shè)計加工效率。
[0007]圖5給出了本發(fā)明的采用環(huán)形結(jié)構(gòu)的同軸型脈管制冷機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。采用環(huán)形結(jié)構(gòu)脈管的單級同軸型脈管制冷裝置，其特征在于，所述裝置主要包括線性壓縮機1，連接管2，熱端換熱器3.4，回?zé)崞?.4，冷端換熱器5.4，脈管6.4，相位調(diào)節(jié)裝置即慣性管8，氣庫9。工作氣體經(jīng)連接管2后進入熱端換熱器3.4內(nèi)的氣道與冷卻介質(zhì)進行換熱，冷卻后的工作氣體進入位置在中心的圓筒形回?zé)崞?.4內(nèi)；熱端換熱器3.4的內(nèi)部構(gòu)造與進氣通道的設(shè)計與圖3所示的常規(guī)單級同軸型脈管制冷機系統(tǒng)的熱端換熱器3.3有所區(qū)別，圖3中的熱端換熱器3.3，工作氣體冷卻后，經(jīng)其邊緣氣道流入環(huán)形結(jié)構(gòu)的回?zé)崞?.3內(nèi)，而本發(fā)明如圖4所示的裝置結(jié)構(gòu)中，熱端換熱器3.4冷卻后的工作介質(zhì)，經(jīng)其中心的氣道流入中心圓筒形回?zé)崞?.4中。
[0008]本發(fā)明所述回?zé)崞?.4與常規(guī)環(huán)形結(jié)構(gòu)的回?zé)崞?.3有所區(qū)別。本發(fā)明所涉及的回?zé)崞?.4為圓筒形結(jié)構(gòu)，在進行絲網(wǎng)4.4.2或其他多孔介質(zhì)填充時，較之環(huán)形回?zé)崞?.3填充將大大簡化填充難度，提高工作效率。絲網(wǎng)4.4.2不必再加工成一定規(guī)格的環(huán)形結(jié)構(gòu)，可節(jié)約成本；絲網(wǎng)的填充工藝簡化，大大節(jié)約填充時間，設(shè)置絲網(wǎng)后期的更換或清洗等均十分便利，節(jié)省維修維護成本；
[0009]所述冷端換熱器5.4與常規(guī)同軸型脈管制冷機的冷端換熱器5.3亦存在區(qū)別。工作氣體經(jīng)回?zé)崞骱?，?jīng)冷端換熱器5.4與冷卻介質(zhì)熱交換，流經(jīng)其中心位置的氣道，然后再分配到環(huán)形脈管6.4中；而常規(guī)冷端換熱器是經(jīng)外圍的環(huán)形回?zé)崞?.3后，經(jīng)氣道匯總到中心位置，再流到中心區(qū)域與氣道相連的脈管6.3空腔中。
[0010]圖6本發(fā)明的同軸型單級脈管制冷機脈管及回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)剖面圖。所述環(huán)形脈管6.4為回?zé)崞魍獗?.4.1和脈管外壁6.4.1所形成的狹縫環(huán)形空腔。在靠近冷端換熱器處，一般設(shè)置冷指。常規(guī)同軸型脈管制冷機的冷指一般面積很小，以觸點的形式將冷量向外輸出。本發(fā)明所涉及的環(huán)形脈管，其與冷端換熱器接觸區(qū)域較之常規(guī)脈管制冷機有所改善，冷指可以設(shè)計成環(huán)形槽道結(jié)構(gòu)或凸臺，更利于與外界設(shè)備相匹配，增大了接觸面積，也更利于冷量的傳輸，縮短需冷設(shè)備的冷卻時間。一般同軸型脈管制冷機的脈管為中空長直圓管，工作氣體在其內(nèi)高速流動，為避免環(huán)流現(xiàn)象，一般會在脈管靠近冷端增設(shè)導(dǎo)流絲網(wǎng)，而本發(fā)明所述環(huán)形脈管6.4為狹縫式結(jié)構(gòu)，狹縫本身具有良好的導(dǎo)流作用，工作氣體在此間高速交變流動也不會產(chǎn)生較大環(huán)流現(xiàn)象；
[0011]所述慣性管8與熱端換熱器3.4的外圍相連，工作氣體在脈管的熱端被再次冷卻后，經(jīng)換熱器3.4的外圍匯總，流經(jīng)慣性管8進入氣庫9。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有常規(guī)單級同軸型脈管制冷系統(tǒng)比較，其優(yōu)點在于:
[0013]I)回?zé)崞髦糜诃h(huán)形脈管之內(nèi)，較之常規(guī)同軸型脈管制冷機的環(huán)形回?zé)崞?，減少了環(huán)形絲網(wǎng)的設(shè)計、加工周期及加工成本，降低了填充工藝難度，大大縮短了制作流程；
[0014]2)采用環(huán)形脈管結(jié)構(gòu)，工作氣體流經(jīng)脈管狹縫結(jié)構(gòu)，在狹縫導(dǎo)流作用下，可以減少常規(guī)脈管內(nèi)的工作氣體環(huán)流等現(xiàn)象，可大大提高脈管性能，進而提高整機性能；
[0015]3)冷指結(jié)構(gòu)可根據(jù)環(huán)形脈管結(jié)構(gòu)設(shè)計為環(huán)形槽道或環(huán)形凸臺結(jié)構(gòu)，且冷指結(jié)構(gòu)在裝置冷端外圍，更有益于與其他需冷設(shè)備相匹配，也有利于冷量的輸出，冷指制冷面積較之常規(guī)同軸制冷機有所提高，可縮短設(shè)備的制冷時間。
【附圖說明】
[0016]圖1為直線型單級脈管制冷機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為U型布置的單級脈管制冷機系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖3為常規(guī)同軸型單級脈管制冷機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為同軸型單級脈管制冷機脈管及回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)剖面圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的采用環(huán)形脈管結(jié)構(gòu)的同軸型制冷機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的同軸型單級脈管制冷機脈管及回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)剖面圖。
[0022]圖中標(biāo)號:
[0023]1.線性壓縮機；2.連接管路；3.1直線型脈管制冷機前端換熱器；3.2U型脈管制冷機前端換熱器；3.3常規(guī)同軸型脈管制冷機熱端換熱器；3.4本發(fā)明同軸型脈管制冷機熱端換熱器；4.1直線型脈管制冷機回?zé)崞鳎?.2U型脈管制冷機回?zé)崞鳎?.3環(huán)形回?zé)崞鳎?br>4.3.1環(huán)形回?zé)崞鞅冢?.3.2環(huán)形填充絲網(wǎng)；4.4本發(fā)明同軸型脈管制冷機回?zé)崞鳎?.4.1本發(fā)明回?zé)崞鞅冢?.4.2回?zé)崞魈畛浣z網(wǎng)；5.1直線