[實用新型]整體式脈管制冷機調相結構

有效

• 申請號: 201520736258.8
• 申請日: 2015-09-22
• 公開（公告）號: CN205119546U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 吳亦農;劉少帥;張安闊;闞安康;張晨;鄧偉峰;蔣燕陽;余慧琴;朱海峰;楊森
• 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

本發明涉及脈管低溫制冷領域，特別涉及一種整體式脈沖管制冷機調相裝置。

背景技術

航空航天、太空探測、紅外、原子能、超導等技術的迅速發展，推動低溫制冷技術的不斷發展與進步。脈管制冷機作為低溫技術的重要分支，因其冷端無運動部件，結構簡單、冷頭振動小、可靠性高，在低溫制冷領域具有顯著的優越性。脈沖管制冷機冷端沒有運動部件，通過調相機構來獲得所需的質量流和壓力波之間的相位關系。慣性管利用細長管內震蕩流體的慣性作用來調節相位差，具有相位調節范圍寬和不大增加壓縮機耗功的優點，不會產生類似雙向進氣中的直流現象，是高頻脈管制冷機目前廣泛采用的一種調相方式，其結構亦可被狹縫等阻抗型相位調節裝置代替。

研究表明，慣性管型等被動式調相裝置通常存在體積大、密封性不好及振動等問題，這些均與調相裝置的形式及布置方式有關。對于調相機構的形式通常有小孔閥加氣庫、慣性管加氣庫、雙向進氣等結構，慣性管型結構通常將管路布置在氣庫外面或者壓縮機外側，以此降低整體體積。然而，慣性管內置布置方式帶來的振蕩較大，進而引起氣庫內部氣流的波動。慣性管的選擇通常依據脈管熱端所需相位角度及聲功決定，管內慣性影響相位角度大小，摩擦阻力影響聲功耗散多少。慣性管的分析方法通常有一維、二維、三維CFD仿真及簡化熱聲模型計算，CFD可以較直觀的看出管內各部位相位角度變化及各位置流動狀態，簡化熱聲模型是目前較為準確的分析熱聲制冷機的理論，其對調相的計算也較準確。

目前各國在進行調相機構的研究中，尤其在設計慣性管等阻抗型被動調相機構領域，較多的集中在慣性管等各部件的尺寸及調相規律上，通過大量近似模型及實驗對不通尺寸下的調相能力進行研究，通過將慣性管盤繞在氣庫內部以減少整體尺寸，通過加襯套及焊接等工藝減少整體振蕩及增加氣密性。

發明內容

本專利的目的是提供一種小型脈管制冷機整體式調相裝置及其優化方法，特別是設計調相部件的整體式結構以提高小型低溫制冷機空間利用率、減少振動、增加氣密性。本專利是在原有脈管制冷機整體結構的基礎上的改進，旨在有效地提高整體調相機構的空間利用率、降低振動、減少不同部件連接以增加氣密性。優化后的整體式結構可根據整體布局，改變其斷面形狀，充分利用空間，便于實際工程布局應用。其工藝可采用模具制作或者3D打印技術一體完成。

本專利一種整體式脈沖管制冷機調相結構，它包括調相機構主體3、外接頭4、螺旋通道5、內氣庫6、通孔7。

所述的整體式脈沖管制冷機調相結構中，調相機構主體3為圓柱體結構,選用輕質并且強度高的鈦材料，圓柱體中空部分為內氣庫6，圓柱體圓周內壁中嵌有螺旋通道3，調相機構主體上端面有一外接頭4，外接頭4與脈管熱端連管通過法蘭或螺紋接口可拆卸部件連接；內氣庫底面,即調相機構主體圓柱體的內底面有一通孔7與螺旋通道3相連。

所述的調相機構主體3為不長方體或不規則多面體形狀結構。

所述的螺旋通道5為螺旋圓形通道、螺旋方形通道或螺旋狹縫通道，或者為以上結構中的兩種組合；

所述的內氣庫6不局限于圓柱體，其形狀應使內氣庫體積在調相機構主體3內部空間中最大。

所述整體式脈沖管制冷機調相結構的具體工作過程如下：

流出脈沖管熱端的工作氣體經過外接頭進入整體式調相結構，工作氣體在螺旋通道改變流動狀態，經由氣庫孔進入內氣庫；工作過程中，通道內摩擦產生的熱量可以通過外壁面傳出；螺旋通道內流體質量流和壓力波相位角度發生變化，質量流逐漸落后于壓力波，并改變整機相位進而提高整機效率。

本專利與現有脈管制冷系統比較，其優點在于：

1.將慣性管和氣庫作為一個整體，慣性管由圓形或其它形狀截面的通道代替，氣庫由整體結構中間空體積代替，大大減少了整體調相結構的尺寸，結構更加緊湊；應用于工程上可根據實際情況調整整體式結構，從而滿足更廣的制冷機應用場合。

2.圓形通道和空體積作為一個整體，減少了慣性管單獨布置運行時帶來的振動，從而減少氣庫內部氣流波動，增加制冷機運行可靠性。

3.整體式布置減少了不同部件之間的連接，減少螺栓、焊接等工序，一定程度上降低工藝復雜性，同時增加了結構的氣密性。

附圖說明

圖1為常規慣性管外置氣庫盤繞結構示意圖；

圖2為本專利整體式調相結構外觀示意圖；

圖3為本專利整體式調相機構內部結構剖面圖；

圖4為本專利的整體式調相機構與脈沖管制冷機連接結構示意圖；

圖中標號: