[發(fā)明專利]脈沖管制冷機的直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)及制造方法

有效

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• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103115453A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黨海政;宋宇堯;周炳露;鄒瑞祺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;B23P15/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脈沖管制冷機，特別涉及一種脈沖管制冷機的直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

脈沖管制冷機技術(shù)在20世紀60年代提出并于80年代獲得迅速發(fā)展。與斯特林制冷機或G-M制冷機相比，脈沖管制冷機以脈沖管來代替排出器，通過熱端調(diào)相機構(gòu)實現(xiàn)相位調(diào)機，具有機械振動小、結(jié)構(gòu)簡單、運行壽命長、可靠性高等優(yōu)點，在航空航天、低溫電子、超導(dǎo)技術(shù)、醫(yī)療儀器、移動通信基站等領(lǐng)域有較大的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)用前景。

根據(jù)蓄冷器2和脈沖管的相對位置不同，脈沖管制冷機主要有直線性布置、U形布置和同軸形布置三種結(jié)構(gòu)，如圖1所示。直線形布置中脈沖管3與蓄冷器2處于一條直線上，氣流在其中流動無折返，阻力最小，制冷效率是三種方式中最高的，但由于其冷頭位于制冷機中部，不利于與器件耦合，且制冷機軸向尺寸成倍增加，管路布置及真空容器結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜。同軸形布置指將中空的脈沖管3同軸布置在蓄冷器2中心，主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，冷頭方便與器件耦合，但這種布置使得氣流從環(huán)形蓄冷器2流入脈沖管時轉(zhuǎn)折180度，局部阻力增大，引起較大的不可逆損失，并且在蓄冷器2與脈沖管3共同管壁上產(chǎn)生熱交換損失也影響其性能，這種布置適用于對空間尺寸有特殊要求的場合。U形布置介于直線形和同軸形之間，與直線形相比其結(jié)構(gòu)較緊湊，與同軸形相比其流體通過U形過渡流到脈沖管，因轉(zhuǎn)折引起的損失較小。

進氣結(jié)構(gòu)位于壓縮機1與蓄冷器2之間，蓄冷器2與壓縮機1之間通過進氣結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)壓力與質(zhì)量的傳遞。理想情況下的進氣結(jié)構(gòu)應(yīng)具備：1）空體積無限小；2）對流體產(chǎn)生的流動阻力無限小兩個特點。常用進氣結(jié)構(gòu)采用垂直型和直線型兩種布置方式，圖2給出針對U型和直線型布置的脈沖管制冷機的進氣結(jié)構(gòu)的布置形式。圖2（a）和圖2（b）所示脈沖管制冷機采用垂直型布置方式的進氣結(jié)構(gòu)，氣流在經(jīng)過進氣結(jié)構(gòu)進入蓄冷器2時流動方向發(fā)生直角偏轉(zhuǎn)；圖2（c）和圖2（d）所示脈沖管制冷機采用了直線型布置方式的進氣結(jié)構(gòu)，氣流在經(jīng)過進氣結(jié)構(gòu)進入蓄冷器2時流動方向未發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

圖3給出采用常規(guī)直線型進氣結(jié)構(gòu)的脈沖管制冷機示意圖。直線型進氣結(jié)構(gòu)包括常規(guī)直線型擴壓結(jié)構(gòu)25、壓縮機端連管接頭7、連管9和蓄冷器端連管接頭11等部件，冷器端連管接頭11嵌入常規(guī)直線型擴壓結(jié)構(gòu)25聯(lián)結(jié)，連管9與壓縮機端連管接頭7及蓄冷器端連管接頭11分別通過銀焊在焊接點一8和焊接點二10進行連接，通過密封圈一6和密封圈二12進行密封。

常規(guī)直線型進氣結(jié)構(gòu)缺點主要體現(xiàn)在其形狀或構(gòu)造對流體產(chǎn)生的阻力上，如圖3所示，工作氣體流經(jīng)常規(guī)直線型進氣結(jié)構(gòu)時，由于常規(guī)直線型進氣結(jié)構(gòu)構(gòu)造造成流動截面突然擴大而產(chǎn)生紊流乃至射流，從而引起較大的不可逆損失。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述已有技術(shù)中存在的缺點，本發(fā)明提出一種適用于脈沖管制冷機的直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)及制造方法。

本發(fā)明的目的在于，當進氣結(jié)構(gòu)為直線型布置時，在脈沖管制冷機的壓縮機1和蓄冷器2之間設(shè)計一個流線形進氣結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化進氣結(jié)構(gòu)的形狀和結(jié)構(gòu)，使氣流在通過直線型進氣結(jié)構(gòu)時的流動阻力和紊流擾動最小，從而提升脈沖管制冷機的整機效率。

圖4給出了使用所發(fā)明的直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)的脈沖管制冷機的示意圖。直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)14通過壓縮機端連管接頭7及連管9與壓縮機1進行連接，直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)14與蓄冷器2在焊接點15處四周轉(zhuǎn)一周采用激光焊技術(shù)進行連接密封。

圖5給出了所發(fā)明的脈沖管制冷機直線型流線型進氣結(jié)構(gòu)示意圖。圖5中直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)由過渡管16、直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18、蓄冷器耦合座20等三部分組成。過渡管16進氣口端有深度3~5mm的孔，孔徑等于或略小于連管9外徑，兩者在焊接點三13處進行銀焊密封連接；過渡管16出氣口端插入直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18進氣口端1～3mm，在焊接點五17處進行釬焊密封；蓄冷器耦合座20底部圓柱平臺27放置于直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18出氣口端階梯面上，蓄冷器耦合座20底端錐形凸臺28深入直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18出氣口端，其底端平齊或略高于直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18過d點垂直面，蓄冷器耦合座20的底部圓柱平臺27與底端錐形凸臺28的均布狹縫起到導(dǎo)流與散熱作用，底端錐形凸臺28深入直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18出氣口端有效減小直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18的死體積。直線型流線形擴壓結(jié)構(gòu)18和蓄冷器耦合座20通過釬焊在焊接點六19處密封連接。蓄冷器耦合座20與蓄冷器2在焊接點四15處進行激光焊密封連接。從而形成脈沖管制冷機的直線型流線形進氣結(jié)構(gòu)。