[實用新型]同軸型脈沖管制冷機的流線形進氣結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320140009.3
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN203249421U
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黨海政;宋宇堯;周炳露
• 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
• 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

本專利涉及同軸型脈沖管制冷機，特別涉及一種同軸型脈沖管制冷機的流線形進氣結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

脈沖管制冷機與其他回?zé)崾降蜏刂评錂C相比，由于其完全取消了冷端的運動部件，經(jīng)過多年發(fā)展，已具備機械振動小、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。

如圖1所示，根據(jù)蓄冷器2與脈沖管3位置的相對關(guān)系，脈沖管制冷機有三種布置結(jié)構(gòu)，分別為圖1（a）所示的蓄冷器2與脈沖管3處于一條直線上的直線型布置，圖1（b）所示的蓄冷器2與脈沖管3處于平行位置的U型布置，以及圖1（c）所示的脈沖管3位于蓄冷器2內(nèi)部同軸位置的同軸型布置。三種布置方式中，以氣流于其中流動無折返的直線型布置制冷效率最高，但由于其冷頭位于制冷機中部，不利于與器件耦合；U型布置氣流流動有180度折返，引起較大不可逆損失，U型布置由于蓄冷器2與脈沖管3不直接接觸，避免了兩者間的徑向?qū)釗p失；同軸型氣流流動同樣有180度折返，但其結(jié)構(gòu)在三種布置方式中最為緊湊，且冷頭易于與器件耦合，適用于對空間尺寸有特殊要求的場合。

脈沖管制冷機通過進氣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)壓縮機1與蓄冷器2之間壓力與質(zhì)量的傳遞。在脈沖管制冷機的三種布置方式中，由于同軸型脈沖管制冷機蓄冷器2與脈沖管3的熱端相疊合，常采用熱端換熱器13和脈管座16使進氣結(jié)構(gòu)中與脈沖管3出口處的氣流相互隔離。熱端換熱器13形狀為長方體，頂端有圓柱形頂部凹臺35與蓄冷器2耦合，在焊接點三15處焊接，底端有圓柱形底部凹臺33，底部凹臺33的中心有通孔34，作用為使脈沖管16頂端嵌入與脈沖管2連接，底部凹臺33上有貫穿的集成狹縫14，對氣體起導(dǎo)流與散熱作用。脈管座16大體為圓柱體，中有通孔用于脈沖管2熱端與調(diào)相機構(gòu)4的連接，脈管座16大部緊配嵌入熱端換熱器13的底部凹臺33，通過密封圈三17進行密封。

圖2給出了采用常規(guī)進氣結(jié)構(gòu)的同軸型脈沖管制冷機示意圖，如圖所示，連管9通過壓縮機端連管接頭7與壓縮機1相連，在焊接點一8處銀焊，通過蓄冷器端連管接頭11與熱端換熱器13相連，在焊接點二10處銀焊，并分別通過密封圈一6和密封圈二12進行密封。氣體由壓縮機1排出后經(jīng)由連管9進入同軸型脈沖管制冷機常規(guī)進氣結(jié)構(gòu)，如圖3所示，熱端換熱器13右端有直徑等于連管9內(nèi)徑的常規(guī)進氣通道18，氣體經(jīng)過常規(guī)進氣通道18后流動截面突然擴大，進入常規(guī)氣體環(huán)形擴散空間19。常規(guī)氣體環(huán)形擴散空間19是脈管座16嵌入熱端換熱器13底部凹臺33后，常規(guī)過渡面20與集成狹縫14底部端面所圍而成的環(huán)形空間，氣體在常規(guī)氣體環(huán)形擴散空間19中擴散，并經(jīng)由常規(guī)過渡面20轉(zhuǎn)折90度，在集成狹縫14導(dǎo)流換熱后進入蓄冷器2，從而完成進氣過程。

如圖3所示，同軸型脈沖管制冷機的常規(guī)進氣結(jié)構(gòu)的缺點主要體現(xiàn)在其形狀或構(gòu)造對流體產(chǎn)生的阻力上：

1）工作氣體流出常規(guī)進氣通道18時，由其結(jié)構(gòu)致流動截面突然擴大，會產(chǎn)生紊流乃至射流，從而引起較大的不可逆損失；

2）氣體在常規(guī)氣體擴散空間19進行擴散時，流動方向轉(zhuǎn)折90度，由于常規(guī)過渡面20的形狀導(dǎo)致氣體過渡不暢，引起較大局部阻力。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述已有技術(shù)中存在的缺點，本專利提出一種適用于同軸型脈沖管制冷機的流線形進氣結(jié)構(gòu)。

本專利的目的在于，針對脈沖管制冷機的同軸型布置，在壓縮機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)，使氣流在通過進氣結(jié)構(gòu)時的流動阻力和紊流擾動最小，從而提升同軸型脈沖管制冷機的整機效率。

圖4給出了所發(fā)明的同軸型脈沖管制冷機的流線型進氣結(jié)構(gòu)示意圖。同軸型脈沖管制冷機的流線型進氣結(jié)構(gòu)包括連管9，擴壓結(jié)構(gòu)22，脈管座16等部件。脈管座16嵌入熱端換熱器13底部凹臺33，其肩部的橢圓過渡面27上端與集成狹縫14底部端面平齊。橢圓過渡面27圍繞脈管座16中心線呈環(huán)形面，其作用為引導(dǎo)氣體進行擴散并使氣體自然過渡進入集成狹縫14；橢圓過渡面27與集成狹縫14底部端面所圍空間形成氣體環(huán)形擴散空間26。擴壓結(jié)構(gòu)22嵌入熱端換熱器13右端方形通孔36內(nèi)，流線形內(nèi)表面25出口下端與橢圓過渡面27下端邊緣平齊，流線形內(nèi)表面25出口上端與集成狹縫14底部端面平齊；擴壓結(jié)構(gòu)22通過在焊接點五23釬焊密封與熱端換熱器13聯(lián)結(jié)為一體；連管9嵌入擴壓結(jié)構(gòu)22右端小凹臺30，并在焊接點四21釬焊密封連接。從而形成同軸型脈沖管制冷機的流線型進氣結(jié)構(gòu)。圖5給出了采用所發(fā)明的流線型進氣結(jié)構(gòu)的同軸型脈沖管制冷機示意圖。