[实用新型]整体式脉管制冷机调相结构

说明书

技术领域

本发明涉及脉管低温制冷领域，特别涉及一种整体式脉冲管制冷机调相装置。

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。脉冲管制冷机冷端没有运动部件，通过调相机构来获得所需的质量流和压力波之间的相位关系。惯性管利用细长管内震荡流体的惯性作用来调节相位差，具有相位调节范围宽和不大增加压缩机耗功的优点，不会产生类似双向进气中的直流现象，是高频脉管制冷机目前广泛采用的一种调相方式，其结构亦可被狭缝等阻抗型相位调节装置代替。

研究表明，惯性管型等被动式调相装置通常存在体积大、密封性不好及振动等问题，这些均与调相装置的形式及布置方式有关。对于调相机构的形式通常有小孔阀加气库、惯性管加气库、双向进气等结构，惯性管型结构通常将管路布置在气库外面或者压缩机外侧，以此降低整体体积。然而，惯性管内置布置方式带来的振荡较大，进而引起气库内部气流的波动。惯性管的选择通常依据脉管热端所需相位角度及声功决定，管内惯性影响相位角度大小，摩擦阻力影响声功耗散多少。惯性管的分析方法通常有一维、二维、三维CFD仿真及简化热声模型计算，CFD可以较直观的看出管内各部位相位角度变化及各位置流动状态，简化热声模型是目前较为准确的分析热声制冷机的理论，其对调相的计算也较准确。

目前各国在进行调相机构的研究中，尤其在设计惯性管等阻抗型被动调相机构领域，较多的集中在惯性管等各部件的尺寸及调相规律上，通过大量近似模型及实验对不通尺寸下的调相能力进行研究，通过将惯性管盘绕在气库内部以减少整体尺寸，通过加衬套及焊接等工艺减少整体振荡及增加气密性。

发明内容

本专利的目的是提供一种小型脉管制冷机整体式调相装置及其优化方法，特别是设计调相部件的整体式结构以提高小型低温制冷机空间利用率、减少振动、增加气密性。本专利是在原有脉管制冷机整体结构的基础上的改进，旨在有效地提高整体调相机构的空间利用率、降低振动、减少不同部件连接以增加气密性。优化后的整体式结构可根据整体布局，改变其断面形状，充分利用空间，便于实际工程布局应用。其工艺可采用模具制作或者3D打印技术一体完成。

本专利一种整体式脉冲管制冷机调相结构，它包括调相机构主体3、外接头4、螺旋通道5、内气库6、通孔7。

所述的整体式脉冲管制冷机调相结构中，调相机构主体3为圆柱体结构,选用轻质并且强度高的钛材料，圆柱体中空部分为内气库6，圆柱体圆周内壁中嵌有螺旋通道3，调相机构主体上端面有一外接头4，外接头4与脉管热端连管通过法兰或螺纹接口可拆卸部件连接；内气库底面,即调相机构主体圆柱体的内底面有一通孔7与螺旋通道3相连。

所述的调相机构主体3为不长方体或不规则多面体形状结构。

所述的螺旋通道5为螺旋圆形通道、螺旋方形通道或螺旋狭缝通道，或者为以上结构中的两种组合；

所述的内气库6不局限于圆柱体，其形状应使内气库体积在调相机构主体3内部空间中最大。

所述整体式脉冲管制冷机调相结构的具体工作过程如下：

流出脉冲管热端的工作气体经过外接头进入整体式调相结构，工作气体在螺旋通道改变流动状态，经由气库孔进入内气库；工作过程中，通道内摩擦产生的热量可以通过外壁面传出；螺旋通道内流体质量流和压力波相位角度发生变化，质量流逐渐落后于压力波，并改变整机相位进而提高整机效率。

本专利与现有脉管制冷系统比较，其优点在于：

1.将惯性管和气库作为一个整体，惯性管由圆形或其它形状截面的通道代替，气库由整体结构中间空体积代替，大大减少了整体调相结构的尺寸，结构更加紧凑；应用于工程上可根据实际情况调整整体式结构，从而满足更广的制冷机应用场合。

2.圆形通道和空体积作为一个整体，减少了惯性管单独布置运行时带来的振动，从而减少气库内部气流波动，增加制冷机运行可靠性。

3.整体式布置减少了不同部件之间的连接，减少螺栓、焊接等工序，一定程度上降低工艺复杂性，同时增加了结构的气密性。

附图说明

图1为常规惯性管外置气库盘绕结构示意图；

图2为本专利整体式调相结构外观示意图；

图3为本专利整体式调相机构内部结构剖面图；

图4为本专利的整体式调相机构与脉冲管制冷机连接结构示意图；

图中标号: