專利名稱：一種脈管制冷機(jī)冷端換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣體換熱低溫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于同軸脈管制冷 機(jī)的冷端換熱設(shè)備，可使用于空間航天及軍事領(lǐng)域的長壽命同軸脈管制冷機(jī)中。
背景技術(shù)：
脈管制冷機(jī)是上世紀(jì)六七十年代發(fā)展起來的一種低溫制冷機(jī)，其具有冷端 無振動(dòng)和結(jié)構(gòu)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在民用、軍事等多種領(lǐng)域。在基本型脈管 制冷機(jī)之上提出的同軸脈管制冷機(jī)，由于是將回?zé)崞骱兔}管內(nèi)外同軸布置，其 結(jié)構(gòu)簡單和尺寸小，適應(yīng)了實(shí)用化的發(fā)展，因此在脈管制冷機(jī)的實(shí)用化過程中 頗受青睞。
脈管制冷機(jī)工作時(shí)，其內(nèi)氣體為冷熱交變高速流動(dòng)狀態(tài)。為獲得制冷性能 (即制冷量和制冷溫度)，從回?zé)崞髁鞒龅睦錃怏w在進(jìn)入冷端換熱器后，須與換 熱器壁面以及填料發(fā)生對(duì)流換熱，并實(shí)現(xiàn)層流化運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)入脈管腔內(nèi)膨脹。 在此過程中，能否實(shí)現(xiàn)氣體與換熱器壁面及填料充分換熱，能否降低氣流在同 軸脈管冷端的急劇轉(zhuǎn)彎的影響，以及能否保證氣體均勻?qū)恿鞯剡M(jìn)入脈管，都將 影響著脈管制冷機(jī)的能否達(dá)到理論設(shè)計(jì)的最低制冷溫度和最大制冷量。常規(guī)脈 管制冷機(jī)往往由于冷端換熱器的換熱面積不足，工質(zhì)氣體難以均勻?qū)恿鬟M(jìn)入脈 管，致使制冷機(jī)整機(jī)性能無法提高。因此對(duì)脈管制冷機(jī)冷端換熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 設(shè)計(jì)是提高脈管制冷機(jī)整機(jī)性能的關(guān)鍵途徑之一，也是實(shí)現(xiàn)脈管制冷機(jī)微型化、 集成化的重要手段。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種同軸脈管制冷機(jī)冷端換熱器的新型設(shè)計(jì)方 案，以改進(jìn)氣流在冷端換熱器內(nèi)的換熱流動(dòng)狀態(tài)，增大對(duì)流換熱面積，提高冷 端換熱器效率，為同軸脈管制冷機(jī)實(shí)用化和微型化解決一些技術(shù)難題。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案為脈管制冷機(jī)新型組合式冷端換熱器。 本實(shí)用新型由回?zé)崞?、冷頭、冷帽、冷帽導(dǎo)流器、絲網(wǎng)填料、換熱器、脈 管組成。換熱器內(nèi)放置絲網(wǎng)填料，其末端與冷帽的上端緊密配合。冷帽的腔體 內(nèi)放置冷帽導(dǎo)流器，冷帽的上端共同將絲網(wǎng)填料頂緊。冷帽側(cè)面加工有導(dǎo)流孔， 便于氣流從各個(gè)方向進(jìn)入冷帽空腔。采用傘狀結(jié)構(gòu)的冷帽導(dǎo)流器將絲網(wǎng)填料撐 起，在冷帽空腔內(nèi)形成氣流穩(wěn)定腔。冷帽與換熱器連接形成的組合體放入冷頭 的中心空腔內(nèi)，冷帽的底面與冷頭空腔底面緊密貼合，冷頭內(nèi)腔面與冷帽、換 熱器的外壁面形成環(huán)形間隙。
工作過程為從回?zé)崞骼涠藖淼睦錃饬?，穿過由冷頭內(nèi)腔壁與冷帽、換熱 器外壁面形成的環(huán)形間隙，經(jīng)冷帽的導(dǎo)流孔進(jìn)入冷帽內(nèi)，在此過程中，冷氣流 與環(huán)形間隙、導(dǎo)流孔的壁面進(jìn)行首次換熱，將冷量傳遞給冷頭。由各個(gè)方向進(jìn) 入冷帽的氣流由于冷帽導(dǎo)流器的作用，在冷帽腔內(nèi)形成湍流，與冷帽再次發(fā)生 熱交換，冷量再次傳遞給冷頭部位。冷氣流在冷帽腔內(nèi)形成均勻氣團(tuán)后，由于 壓力的作用平穩(wěn)進(jìn)入換熱器，與絲網(wǎng)填料充分換熱，并在這里實(shí)現(xiàn)層流化運(yùn)動(dòng)。 此時(shí)氣團(tuán)的冷量被填料所蓄積，并逐步傳遞給冷頭。
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的有益效果在于本實(shí)用新型將常規(guī)脈管中的冷 端換熱器所采用的換熱措施綜合，設(shè)計(jì)了環(huán)形間隙換熱和絲網(wǎng)填料換熱兩種方 式結(jié)合的辦法，充分加大了氣流的換熱面積，提高了整體的換熱系數(shù)。而且， 在氣流通路中采用冷帽導(dǎo)流器，設(shè)置了氣流穩(wěn)定腔，進(jìn)一步提高了氣流換熱面 積，并且降低了氣流急劇轉(zhuǎn)彎帶來的流動(dòng)紊亂的缺點(diǎn)，使氣流更加均勻和穩(wěn)定。 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，可用于多種同軸脈管制冷機(jī)，經(jīng)試驗(yàn)證明， 相比其他結(jié)構(gòu)冷端換熱器，能夠較大程度提高冷端換熱器換熱效率，制冷最低 溫度相對(duì)降低5 10K。


圖1為本實(shí)用新型的組成示意圖，為軸向截面圖，其中l(wèi)一回?zé)崞鳌?—
冷頭、3—冷帽、4一冷帽導(dǎo)流器、5—絲網(wǎng)填料、6—換熱器、7—脈管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例
如圖1所示，本實(shí)用新型由冷頭(2)、冷帽(3)、冷帽導(dǎo)流器(4)、絲網(wǎng) 填料(5)、換熱器(6)組成。冷帽導(dǎo)流器放入冷帽腔內(nèi)，其錐狀端支撐在冷帽 腔底。冷帽與冷帽導(dǎo)流器組合后，將換熱器內(nèi)填充的絲網(wǎng)填料頂緊，并與換熱 器緊密配合連接。冷帽置于冷頭腔內(nèi)，保證冷帽底面與冷頭內(nèi)腔底面緊密貼合。 冷頭與回?zé)崞?1)焊接密封為一體，換熱器與脈管(7)采用緊密配合方式連 接。
從回?zé)崞?冷端來的冷氣流，穿過由冷頭2內(nèi)腔壁與冷帽3、換熱器6外壁 面形成的環(huán)形間隙，經(jīng)冷帽3的導(dǎo)流孔進(jìn)入冷帽3內(nèi)，在此過程中，冷氣流與 環(huán)形間隙、導(dǎo)流孔的壁面進(jìn)行首次換熱，將冷量傳遞給冷頭2。由各個(gè)方向進(jìn)入 冷帽3的氣流由于冷帽導(dǎo)流器的作用，在冷帽腔內(nèi)形成湍流，與冷帽3再次發(fā) 生熱交換，冷量再次傳遞給冷頭2部位。冷氣流在冷帽3腔內(nèi)形成均勻氣團(tuán)后， 由于壓力的作用平穩(wěn)進(jìn)入換熱器6，與絲網(wǎng)填料5充分換熱，并在這里實(shí)現(xiàn)層流 化運(yùn)動(dòng)。此時(shí)氣團(tuán)的冷量被填料所蓄積，并逐步傳遞給冷頭2。
權(quán)利要求1.一種脈管制冷機(jī)冷端換熱器，其特征在于該冷端換熱器由回?zé)崞?1)、冷頭(2)、冷帽(3)、冷帽導(dǎo)流器(4)、絲網(wǎng)填料(5)、換熱器(6)、脈管(7)組成；換熱器(6)內(nèi)放置絲網(wǎng)填料(5)，其末端與冷帽(3)的上端緊密配合；冷帽(3)的腔體內(nèi)放置冷帽導(dǎo)流器(4)，冷帽(3)的上端共同將絲網(wǎng)填料(5)頂緊，提高換熱器(6)內(nèi)填充率，保證氣體平穩(wěn)層流進(jìn)入脈管；冷帽(3)側(cè)面加工有導(dǎo)流孔，便于氣流從各個(gè)方向進(jìn)入冷帽空腔；采用傘狀結(jié)構(gòu)的冷帽導(dǎo)流器(4)將絲網(wǎng)填料(5)撐起，在冷帽空腔內(nèi)形成氣流穩(wěn)定腔；冷帽(3)與換熱器(6)連接形成的組合體放入冷頭(2)的中心空腔內(nèi)，冷帽(3)的底面與冷頭(2)空腔底面緊密貼合，冷頭(2)內(nèi)腔面與冷帽(3)、換熱器(6)的外壁面形成環(huán)形間隙；環(huán)形間隙換熱和絲網(wǎng)填料(5)換熱相組合的冷端換熱方式，耦合了氣流通路的溫度，增大強(qiáng)化換熱面積，提高換熱系數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種同軸脈管制冷機(jī)組合式冷端換熱器，屬于氣體換熱低溫技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型由冷頭、冷帽、冷帽導(dǎo)流器、絲網(wǎng)填料、換熱器組成。冷帽導(dǎo)流器為傘狀結(jié)構(gòu)，置于冷帽腔內(nèi)，形成氣流穩(wěn)定腔。冷帽與冷帽導(dǎo)流器將換熱器內(nèi)填充的絲網(wǎng)填料撐緊，并與換熱器緊密配合。冷帽底面與冷頭內(nèi)腔底面緊密貼合，冷帽和換熱器的外壁面與冷頭內(nèi)腔面形成環(huán)形間隙通道。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，提高了換熱面積和換熱系數(shù)，穩(wěn)定了氣流流動(dòng)狀態(tài)，可用于多種類型的同軸脈管制冷機(jī)及其他制冷換熱設(shè)備中。
文檔編號(hào)F25B39/00GK201196514SQ20072019099
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者朱恩寶, 王小軍 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所