[實用新型]脈沖管制冷機的垂直型流線形進氣結構

有效

• 申請號: 201320057184.6
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN203132198U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 黨海政;宋宇堯;周炳露;鄒瑞祺
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及脈沖管制冷機，特別涉及一種脈沖管制冷機的垂直型流線形進氣結構。

背景技術

脈沖管制冷機技術在20世紀60年代提出并于80年代獲得迅速發展。與斯特林制冷機或G-M制冷機相比，脈沖管制冷機消除了冷端運動部件排出器，而以一根被動的脈沖管來代替，其相位調節通過熱端調相機構的運作得以實現。脈沖管制冷機具有機械振動小、結構簡單、運行壽命長、可靠性高等優點，在航空航天、低溫電子、超導技術、醫療儀器、移動通信基站等領域有較大的優越性和廣泛的應用前景。

根據蓄冷器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構，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，但這種布置使冷頭位于制冷機中部，制冷機軸向尺寸成倍增加，管路布置及真空容器結構變得非常復雜，不利于與器件耦合。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，其主要優點是結構緊湊，冷頭方便與器件耦合，但這種布置使得氣流從環形蓄冷器2流入脈沖管時轉折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，與直線形相比其結構較緊湊，與同軸形相比其流體通過U形過渡流到脈沖管，因轉折引起的損失較小。

進氣結構位于壓縮機1與蓄冷器2之間，蓄冷器2與壓縮機1之間通過進氣結構來實現壓力與質量的傳遞。完全理想情況下的進氣結構應具備：1）空體積無限小；2）對流體產生的流動阻力無限小兩個特點。常用進氣結構的布置有垂直型和直線型兩種方式，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構的布置形式。如圖2（a）和圖2（b），氣流在經過進氣結構進入蓄冷器2時流動方向發生一次直角偏轉，即采用了垂直型布置方式的進氣結構；如圖2（c）和圖2（d），氣流在經過進氣結構進入蓄冷器2時流動方向未發生偏轉，即采用了直線型布置方式的進氣結構。

以U型脈沖管制冷機為例，圖3給出采用常規垂直型進氣結構的脈沖管制冷機示意圖。常規型垂直型進氣結構包括常規垂直型擴壓結構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，蓄冷器端連管接頭11嵌入常規垂直型擴壓結構25聯結，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。

常規垂直型進氣結構缺點主要體現在其形狀或構造對流體產生的阻力上：

1）如圖3所示，工作氣體由于常規垂直型進氣結構構造造成流動截面突然擴大產生紊流乃至射流，引起較大的不可逆損失；

2）如圖3所示，由于氣流急劇轉向而加劇進氣結構對工作流體產生的阻力，引起較大的不可逆損失。

發明內容

鑒于上述已有技術中存在的缺點，本專利提出一種適用于脈沖管制冷機的垂直型流線形進氣結構。

本專利的目的在于，當進氣結構為垂直型布置時，在脈沖管制冷機的壓縮機1和蓄冷器2之間設計一個流線形進氣結構，通過優化進氣結構的形狀和結構，使氣流在通過垂直型進氣結構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。