[发明专利]带有狭缝式脉管装置的脉管制冷机脉管

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷设备，特别涉及一种带有狭缝式脉管装置的脉管制冷机脉管。

背景技术

航空航天、太空探测、红外、原子能、超导等技术的迅速发展，推动低温制冷技术的不断发展与进步。脉管制冷机作为低温技术的重要分支，因其冷端无运动部件，结构简单、冷头振动小、可靠性高，在低温制冷领域具有显著的优越性。脉管作为脉管制冷机的重要组成部分，其作用是将冷端PV功尽可能无损耗的传输到脉管热端，并在热端耗散。由于回热器损失占整个系统损失的一半以上，目前多数研究都集中在回热器和调相机构上，脉管损失往往被忽略，然而和制冷量相比，脉管损失实际上并不少。特别在深低温区，脉管损失不容忽视，减小脉管损失尤为重要。

脉管为一圆形空管，位于回热器和调相结构之间，脉管损失可以分为传热损失和流动损失两部分。脉管热损失主要包括传热损失、轴向导热损失，流动损失是由于高频下管内气体的非理想流动而造成的。通过理论分析，脉管中的气体可以假设成三个部分，一部分在冷端进出回热器，一部分在热端进出气库，中间部分气体始终处于脉管中间，成为气体活塞。气体活塞位于脉管中间位置，占脉管体积三分之一左右，并在冷端和热端之间进行往复运动，其与脉管壁存在温差，形成热损失。如果管内流动均匀，热损失通常发生在边界层内；如果管内流动不均匀，形成湍流微团，则热损失增大。气体活塞和脉管管壁之间存在泵气损失，调整脉管长径比可以减小边界层厚度，进而减小泵气损失。脉管内的自然对流、二次流等附加流动等在高频运行下的湍流流动，使得脉管中部气体存在温度分布不均匀性，造成流体间的冷热混合损失，因此，脉管中气体层流状态可以减小此损失，提高脉管效率。

目前，在脉管优化的方面，主要采用在脉管内增添导流丝网的方法以改变脉管内部气体流态，然而导流丝网由于孔隙率影响，一定程度上增加了流动阻力，增加了脉管损失。在深低温区时，脉管的损失严重消弱了制冷性能，通过改变脉管结构对其进行优化改进其流动状态，提高脉管膨胀效率对冷端制冷量十分重要。

发明内容

本发明是针对脉管制冷机中脉管损失的问题，提出了一种带有狭缝式脉管装置的脉管制冷机脉管，特别是涉及脉管结构优化以提高脉管内部气流层流状态，改善脉管内部气流状态。在原有脉管制冷系统基础上的改进，改善气流状态，减小脉管内部流动及传热损失，提高脉管传输效率，且内部狭缝装置可依据设计进行结构变化，尤其适用于深低温制冷及脉管尺寸较大的工况。

本发明的技术方案为：一种带有狭缝式脉管装置的脉管制冷机脉管，在脉管内部嵌入一段狭缝装置，狭缝装置为一段与脉管同心的薄壁圆管，狭缝装置内部由不同结构的分隔板分割成数个气流通道，分隔板布置方向与气流方向平行。

所述狭缝装置内部结构为被3块分隔板均分为中心对称3个相同的气流通道。

所述狭缝装置内部结构为与薄壁圆管同心的圆筒形分隔板，同心圆管通过金属丝或法兰连接至脉管内部管壁，狭缝装置与脉管同心布置，将脉管内部分为两个平行通道。

所述狭缝装置内部结构为用4个相同的半圆弧分隔板将管内分成5个气流通道。

本发明的有益效果在于：本发明带有狭缝式脉管装置的脉管制冷机脉管，进入脉管气体，经狭缝装置引流使得脉管内部气体流动状态更加均匀；工作气体均匀的运动状态，在一定程度上减少了脉管内附加流动，降低脉管损失；脉管内狭缝存在一定阻力，使脉管内部节流降压作用增强，增加了系统制冷效率；狭缝装置由不同形状圆板或者分隔板组成，可改变常规脉管空心圆管的机构，可根据工程及空间利用情况，设计人员可根据具体情况优化布局；一定程度改善脉管冷端质量流和压力波相位关系，增加制冷量，提高制冷机效率。

附图说明

图1为本发明带有狭缝式脉管装置的脉管制冷机结构示意图；

图2为本发明狭缝式脉管结构示意图；

图3为本发明衍化的一种脉管内部狭缝结构剖面图；

图4为本发明衍化的另一种脉管内部狭缝结构剖面图。

具体实施方式

如图1所示带有狭缝式脉管的脉管制冷机脉管结构示意图，常规脉管制冷机包括PV功输入1、连接管2、热端换热器3、回热器4、冷端换热器5、脉管6、狭缝结构7、脉管热端换热器8、惯性管9、气库10。