[发明专利]脉冲管制冷机的直线型流线形进气结构及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲管制冷机，特别涉及一种脉冲管制冷机的直线型流线形进气结构及制造方法。

背景技术

脉冲管制冷机技术在20世纪60年代提出并于80年代获得迅速发展。与斯特林制冷机或G-M制冷机相比，脉冲管制冷机以脉冲管来代替排出器，通过热端调相机构实现相位调机，具有机械振动小、结构简单、运行寿命长、可靠性高等优点，在航空航天、低温电子、超导技术、医疗仪器、移动通信基站等领域有较大的优越性和广泛的应用前景。

根据蓄冷器2和脉冲管的相对位置不同，脉冲管制冷机主要有直线性布置、U形布置和同轴形布置三种结构，如图1所示。直线形布置中脉冲管3与蓄冷器2处于一条直线上，气流在其中流动无折返，阻力最小，制冷效率是三种方式中最高的，但由于其冷头位于制冷机中部，不利于与器件耦合，且制冷机轴向尺寸成倍增加，管路布置及真空容器结构变得非常复杂。同轴形布置指将中空的脉冲管3同轴布置在蓄冷器2中心，主要优点是结构紧凑，冷头方便与器件耦合，但这种布置使得气流从环形蓄冷器2流入脉冲管时转折180度，局部阻力增大，引起较大的不可逆损失，并且在蓄冷器2与脉冲管3共同管壁上产生热交换损失也影响其性能，这种布置适用于对空间尺寸有特殊要求的场合。U形布置介于直线形和同轴形之间，与直线形相比其结构较紧凑，与同轴形相比其流体通过U形过渡流到脉冲管，因转折引起的损失较小。

进气结构位于压缩机1与蓄冷器2之间，蓄冷器2与压缩机1之间通过进气结构来实现压力与质量的传递。理想情况下的进气结构应具备：1）空体积无限小；2）对流体产生的流动阻力无限小两个特点。常用进气结构采用垂直型和直线型两种布置方式，图2给出针对U型和直线型布置的脉冲管制冷机的进气结构的布置形式。图2（a）和图2（b）所示脉冲管制冷机采用垂直型布置方式的进气结构，气流在经过进气结构进入蓄冷器2时流动方向发生直角偏转；图2（c）和图2（d）所示脉冲管制冷机采用了直线型布置方式的进气结构，气流在经过进气结构进入蓄冷器2时流动方向未发生偏转。

图3给出采用常规直线型进气结构的脉冲管制冷机示意图。直线型进气结构包括常规直线型扩压结构25、压缩机端连管接头7、连管9和蓄冷器端连管接头11等部件，冷器端连管接头11嵌入常规直线型扩压结构25联结，连管9与压缩机端连管接头7及蓄冷器端连管接头11分别通过银焊在焊接点一8和焊接点二10进行连接，通过密封圈一6和密封圈二12进行密封。

常规直线型进气结构缺点主要体现在其形状或构造对流体产生的阻力上，如图3所示，工作气体流经常规直线型进气结构时，由于常规直线型进气结构构造造成流动截面突然扩大而产生紊流乃至射流，从而引起较大的不可逆损失。

发明内容

鉴于上述已有技术中存在的缺点，本发明提出一种适用于脉冲管制冷机的直线型流线形进气结构及制造方法。

本发明的目的在于，当进气结构为直线型布置时，在脉冲管制冷机的压缩机1和蓄冷器2之间设计一个流线形进气结构，通过优化进气结构的形状和结构，使气流在通过直线型进气结构时的流动阻力和紊流扰动最小，从而提升脉冲管制冷机的整机效率。

图4给出了使用所发明的直线型流线形进气结构的脉冲管制冷机的示意图。直线型流线形进气结构14通过压缩机端连管接头7及连管9与压缩机1进行连接，直线型流线形进气结构14与蓄冷器2在焊接点15处四周转一周采用激光焊技术进行连接密封。

图5给出了所发明的脉冲管制冷机直线型流线型进气结构示意图。图5中直线型流线形进气结构由过渡管16、直线型流线形扩压结构18、蓄冷器耦合座20等三部分组成。过渡管16进气口端有深度3~5mm的孔，孔径等于或略小于连管9外径，两者在焊接点三13处进行银焊密封连接；过渡管16出气口端插入直线型流线形扩压结构18进气口端1～3mm，在焊接点五17处进行钎焊密封；蓄冷器耦合座20底部圆柱平台27放置于直线型流线形扩压结构18出气口端阶梯面上，蓄冷器耦合座20底端锥形凸台28深入直线型流线形扩压结构18出气口端，其底端平齐或略高于直线型流线形扩压结构18过d点垂直面，蓄冷器耦合座20的底部圆柱平台27与底端锥形凸台28的均布狭缝起到导流与散热作用，底端锥形凸台28深入直线型流线形扩压结构18出气口端有效减小直线型流线形扩压结构18的死体积。直线型流线形扩压结构18和蓄冷器耦合座20通过钎焊在焊接点六19处密封连接。蓄冷器耦合座20与蓄冷器2在焊接点四15处进行激光焊密封连接。从而形成脉冲管制冷机的直线型流线形进气结构。