[發(fā)明專利]同軸型脈沖管制冷機冷端及基于該冷端的制冷機

有效

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• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN109237830B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉思學(xué);周強;孫利霞;肖朋;李一凡;范宇峰;趙欣;滿廣龍;苗建印
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計部
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;郭德忠

本發(fā)明提供了一種同軸型脈沖管制冷機冷端及基于該冷端的制冷機，能夠減小氣體在冷端轉(zhuǎn)向流動過程中的不可逆損失，同時兼具高效氣?固換熱、高效固?固導(dǎo)熱和低流動損失的能力。本發(fā)明的裝置在流動與換熱過程中，將冷端氣流分散成了三股，分別通過不同的路徑緩沖后流進(jìn)或者流出脈沖管，避免了氣流直接從冷端換熱器轉(zhuǎn)向180度而進(jìn)入脈沖管內(nèi)部，能夠有效降低冷端流動損失；將狹縫式結(jié)構(gòu)的冷端換熱器和冷頭集成為一體，在增強氣?固換熱能力的同時，實現(xiàn)了換熱器向與冷端連接的負(fù)載的高效傳熱，能夠增強整體傳熱能力，大幅度提升制冷機性能。在冷端采用多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一冷端導(dǎo)流器和第二冷端導(dǎo)流器對氣流進(jìn)行緩沖和導(dǎo)向，能夠有效避免引入額外的冷端空體積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低溫制冷機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同軸型脈沖管制冷機冷端。

背景技術(shù)

同軸型脈沖管制冷機具有結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝及與負(fù)載耦合布置等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。

由于脈沖管制冷機制冷量來源于氣體工質(zhì)周期性地在冷端膨脹吸熱，冷端氣體壓比(一個周期內(nèi)氣體壓力最大值與最小值之比)對其有重要影響，而冷端空體積則會對冷端壓比構(gòu)成影響，進(jìn)而會對膨脹制冷量產(chǎn)生影響。制冷機冷端設(shè)計的一個重要原則是盡量減小冷端空體積，因此在冷端設(shè)計中，實現(xiàn)冷端流動與換熱的同時，需要考慮不附帶多余的空體積；另外，制冷機在冷端膨脹產(chǎn)生的制冷量需要通過冷頭傳遞給負(fù)載，制冷機冷端設(shè)計時要保證冷端的氣-固換熱能力以及固-固傳熱能力。目前對于冷端的設(shè)計主要是在高氣-固傳熱系數(shù)，高固-固導(dǎo)熱能力以及增強氣體流動穩(wěn)定性和降低流動損失方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

在同軸型脈沖管制冷機中，蓄冷器與脈沖管位于冷端的同一側(cè)，在工作過程中氣體工質(zhì)在冷端存在180度的轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致氣體工質(zhì)在冷端轉(zhuǎn)向流動過程中的不可逆損失，影響制冷。現(xiàn)有的優(yōu)化設(shè)計不能消除由于氣體工質(zhì)在冷端轉(zhuǎn)向造成的流動損失。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種同軸型脈沖管制冷機冷端，能夠減小氣體在冷端轉(zhuǎn)向流動過程中的不可逆損失，同時兼具高效氣-固換熱、高效固-固導(dǎo)熱和低流動損失的能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的同軸型脈沖管制冷機冷端，包括冷端換熱器、固接在冷端換熱器一端的冷頭以及位于冷端換熱器中心孔內(nèi)的冷端導(dǎo)流器，其特征在于，所述冷端導(dǎo)流器為兩個，兩個冷端導(dǎo)流器同軸對接后同軸安裝在冷端換熱器中心孔中，且與所述冷端換熱器中心孔間隙配合；其中靠近冷頭一端的冷端導(dǎo)流器半徑小于靠近脈沖管一端的冷端導(dǎo)流器半徑；記靠近冷頭一端的冷端導(dǎo)流器為第一冷端導(dǎo)流器，另一個冷端導(dǎo)流器為第二冷端導(dǎo)流器；

兩個所述冷端導(dǎo)流器將冷端氣流分散成三股：

氣流從外部通過冷端進(jìn)入與冷端相連的脈沖管時：進(jìn)入冷端換熱器的氣流分為三股，第一股氣流經(jīng)第二冷端導(dǎo)流器圓周面進(jìn)入第二冷端導(dǎo)流器內(nèi)部；第二股氣流經(jīng)過第二冷端導(dǎo)流器下端面進(jìn)入第二冷端導(dǎo)流器內(nèi)部；第三股氣流經(jīng)過第一導(dǎo)流器圓周面進(jìn)入第一冷端導(dǎo)流器緩沖后再進(jìn)入第二冷端導(dǎo)流器內(nèi)部；三股氣流最終都通過第二冷端導(dǎo)流器上端面進(jìn)入脈沖管內(nèi)部；

氣流從與冷端相連的脈沖管經(jīng)過所述冷端流出時：從脈沖管內(nèi)部進(jìn)入第二冷端導(dǎo)流器上端面的氣流分為三股，第一股氣流經(jīng)第二冷端導(dǎo)流器側(cè)面進(jìn)入冷端換熱器；第二股氣流經(jīng)第二冷端導(dǎo)流器下端面進(jìn)入冷端換熱器；第三股氣流經(jīng)第二冷端導(dǎo)流器下端面進(jìn)入第一冷端導(dǎo)流器進(jìn)行緩沖后再經(jīng)第一冷端導(dǎo)流器側(cè)面進(jìn)入冷端換熱器內(nèi)部；三股氣流在冷端換熱器內(nèi)部匯合參與換熱后由冷端換熱器上端面流出。

其中，所述冷端換熱器與冷頭為一體式結(jié)構(gòu)，氣體工質(zhì)在冷端換熱器中獲取的冷量直接通過冷頭傳遞給載荷。

其中，第一冷端導(dǎo)流器和第二冷端導(dǎo)流器為多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

其中，冷端換熱器為狹縫式翅片結(jié)構(gòu)，狹縫式翅片沿冷端換熱器中心孔周向均勻布置。