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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

文檔序號:9394684閱讀:794來源:國知局
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
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