[实用新型]同轴型脉冲管制冷机的流线形进气结构

说明书

技术领域

本专利涉及同轴型脉冲管制冷机，特别涉及一种同轴型脉冲管制冷机的流线形进气结构。

背景技术

脉冲管制冷机与其他回热式低温制冷机相比，由于其完全取消了冷端的运动部件，经过多年发展，已具备机械振动小、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。

如图1所示，根据蓄冷器2与脉冲管3位置的相对关系，脉冲管制冷机有三种布置结构，分别为图1（a）所示的蓄冷器2与脉冲管3处于一条直线上的直线型布置，图1（b）所示的蓄冷器2与脉冲管3处于平行位置的U型布置，以及图1（c）所示的脉冲管3位于蓄冷器2内部同轴位置的同轴型布置。三种布置方式中，以气流于其中流动无折返的直线型布置制冷效率最高，但由于其冷头位于制冷机中部，不利于与器件耦合；U型布置气流流动有180度折返，引起较大不可逆损失，U型布置由于蓄冷器2与脉冲管3不直接接触，避免了两者间的径向导热损失；同轴型气流流动同样有180度折返，但其结构在三种布置方式中最为紧凑，且冷头易于与器件耦合，适用于对空间尺寸有特殊要求的场合。

脉冲管制冷机通过进气结构实现压缩机1与蓄冷器2之间压力与质量的传递。在脉冲管制冷机的三种布置方式中，由于同轴型脉冲管制冷机蓄冷器2与脉冲管3的热端相叠合，常采用热端换热器13和脉管座16使进气结构中与脉冲管3出口处的气流相互隔离。热端换热器13形状为长方体，顶端有圆柱形顶部凹台35与蓄冷器2耦合，在焊接点三15处焊接，底端有圆柱形底部凹台33，底部凹台33的中心有通孔34，作用为使脉冲管16顶端嵌入与脉冲管2连接，底部凹台33上有贯穿的集成狭缝14，对气体起导流与散热作用。脉管座16大体为圆柱体，中有通孔用于脉冲管2热端与调相机构4的连接，脉管座16大部紧配嵌入热端换热器13的底部凹台33，通过密封圈三17进行密封。

图2给出了采用常规进气结构的同轴型脉冲管制冷机示意图，如图所示，连管9通过压缩机端连管接头7与压缩机1相连，在焊接点一8处银焊，通过蓄冷器端连管接头11与热端换热器13相连，在焊接点二10处银焊，并分别通过密封圈一6和密封圈二12进行密封。气体由压缩机1排出后经由连管9进入同轴型脉冲管制冷机常规进气结构，如图3所示，热端换热器13右端有直径等于连管9内径的常规进气通道18，气体经过常规进气通道18后流动截面突然扩大，进入常规气体环形扩散空间19。常规气体环形扩散空间19是脉管座16嵌入热端换热器13底部凹台33后，常规过渡面20与集成狭缝14底部端面所围而成的环形空间，气体在常规气体环形扩散空间19中扩散，并经由常规过渡面20转折90度，在集成狭缝14导流换热后进入蓄冷器2，从而完成进气过程。

如图3所示，同轴型脉冲管制冷机的常规进气结构的缺点主要体现在其形状或构造对流体产生的阻力上：

1）工作气体流出常规进气通道18时，由其结构致流动截面突然扩大，会产生紊流乃至射流，从而引起较大的不可逆损失；

2）气体在常规气体扩散空间19进行扩散时，流动方向转折90度，由于常规过渡面20的形状导致气体过渡不畅，引起较大局部阻力。

发明内容

鉴于上述已有技术中存在的缺点，本专利提出一种适用于同轴型脉冲管制冷机的流线形进气结构。

本专利的目的在于，针对脉冲管制冷机的同轴型布置，在压缩机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，使气流在通过进气结构时的流动阻力和紊流扰动最小，从而提升同轴型脉冲管制冷机的整机效率。

图4给出了所发明的同轴型脉冲管制冷机的流线型进气结构示意图。同轴型脉冲管制冷机的流线型进气结构包括连管9，扩压结构22，脉管座16等部件。脉管座16嵌入热端换热器13底部凹台33，其肩部的椭圆过渡面27上端与集成狭缝14底部端面平齐。椭圆过渡面27围绕脉管座16中心线呈环形面，其作用为引导气体进行扩散并使气体自然过渡进入集成狭缝14；椭圆过渡面27与集成狭缝14底部端面所围空间形成气体环形扩散空间26。扩压结构22嵌入热端换热器13右端方形通孔36内，流线形内表面25出口下端与椭圆过渡面27下端边缘平齐，流线形内表面25出口上端与集成狭缝14底部端面平齐；扩压结构22通过在焊接点五23钎焊密封与热端换热器13联结为一体；连管9嵌入扩压结构22右端小凹台30，并在焊接点四21钎焊密封连接。从而形成同轴型脉冲管制冷机的流线型进气结构。图5给出了采用所发明的流线型进气结构的同轴型脉冲管制冷机示意图。