CN101298947A - 螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机，包括线形压缩机、进气管路、热端法兰、脉管、蓄冷器、上冷头、下冷头、冷端挡板、紫铜丝网、第一热端导流器、第二热端导流器、蓄冷器堵头、长颈管和气库，上冷头两端都有内螺纹结构，一端与下冷头的螺纹连接后焊接，另一端与蓄冷器一端螺纹连接后焊接；上冷头中心设有圆孔，圆孔四周有均布的放射状的狭缝，圆孔内设有冷端挡板，冷端挡板以外部分的为蓄冷器冷端气体均布器部分，冷端挡板以内部分为脉管冷端导流器层叠的紫铜丝网和脉管伸入段，蓄冷器和脉管中的气体通过焊接式上、下冷头的狭缝导通。本发明冷头具有很大的换热面积，焊接结构保证了高压气体检漏的安全性和焊接的可靠性。

Description

螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机

技术领域

本发明涉及一种制冷技术领域的装置，具体涉及一种螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机。

背景技术

脉管制冷机是利用高低压气体对脉管空腔的充放气过程获得制冷效果的。根据脉管制冷机中蓄冷器和脉管的位置，又可以分为同轴型，U型和连轴型。从结构上来看，对于优化的同轴布置的脉管制冷机，它们更以结构紧凑，体积小受到广泛的关注。人们一直在改进脉管制冷机的结构来进一步提高它的性能。同轴型脉管制冷机中的气体在冷端产生制冷效应，蓄冷器中的气体经过冷端换热器后折弯180°进入脉管中，因此脉管冷端的导流、换热结构对制冷机的性能影响很大。

经对现有技术文献检索发现，中国专利CN1851355公开的“双冷头狭缝冷指同轴脉管制冷机”，其冷头由一个带喇叭型结构脉管冷端导流器的内冷指、蓄冷器冷端均布器、冷端外套三部分组成。上述专利中的冷头的共同缺点是冷端换热器与工作气体换热面积小，脉管冷端导流器、蓄冷器冷端导流器与冷头外套之间存在间隙，带来很大的导热热阻，所以导致冷端工作气体的冷量不能有效地传输到冷头外表面，从而影响脉管制冷机实际制冷量的利用。检索中还发现，中国专利CN101067523“一种用于同轴型脉管制冷机的整体式冷头”，其冷头由紫铜块的圆柱体构成，整体式冷头为圆柱体，圆柱体底部沿外周有一用于与蓄冷器外壳焊接的翻边，圆柱体中心开有圆孔，圆孔四周开有均布的放射状的狭缝，狭缝深度与圆孔深度相等，在柱状体上与圆孔同轴开有一用于制冷机的脉管插入的环形槽道，环形槽道的深度要小于狭缝深度，以便蓄冷器冷端气体通过狭缝与脉管中的气体交流。此冷头在中心开有圆孔，并且有一定深度，形成比较大的冷头空体积。而且做为脉管冷端的层流化元件，中心圆孔及辐射式狭缝结构对工质气体的层流化效果不佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机，该制冷机集脉管冷端气体导流器、蓄冷器冷端气体均布器、冷端换热器于一体，本发明可以保证焊接的可靠性，提高了在高压气体下检漏的安全性。同时选择合适的槽数和槽宽可以使该冷头具有换热面积大，低的冷头空体积和低的压力损失。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括线形压缩机、进气管路、热端法兰、脉管、蓄冷器、上冷头、下冷头、冷端挡板、紫铜丝网、第一热端导流器、第二热端导流器、蓄冷器堵头、长颈管和气库，线形压缩机提供压力波动，通过进气管路并经由蓄冷器堵头、热端法兰与同轴套设在脉管外的蓄冷器的热端相连，蓄冷器热端配有第一热端导流器，起到层流化气体和加强换热的作用。在脉管的热端设有第二热端导流器，通过长颈管和气库相连通，用于调节热端气体的相位。脉管的冷端伸出蓄冷器的冷端之外，伸出部分的外壁紧密配合冷端挡板，该冷端挡板外壁与上冷头的中心孔紧密配合。脉管冷端有层叠的紫铜丝网作为脉管冷端的层流化元件。上冷头、下冷头、冷端挡板和紫铜丝网共同构成了螺纹焊接式冷头结构。上冷头两端都有内螺纹结构，一端与下冷头的螺纹连接后焊接，另一端与蓄冷器一端螺纹连接后焊接；上冷头中心开有圆孔，圆孔四周开有均布的放射状的狭缝，圆孔内装有冷端挡板。冷端挡板以外部分的为蓄冷器冷端气体均布器部分，冷端挡板以内部分为脉管冷端导流器层叠的紫铜丝网和脉管伸入段，紫铜丝网作为脉管冷端导流器作用。蓄冷器和脉管中的气体通过焊接式上、下冷头的狭缝导通。气体流经狭缝时，脉管制冷机产生的冷量通过对流换热传输到冷头内表面，再经导热传输到冷头外表面；均布的狭缝在换热同时，起到对气体均布和导流的作用。

与现有技术相比，本发明的最大优点是：

1.该焊接式冷头与工作气体换热面积大，冷量能有效地传输到冷头外表面。均布的狭缝对蓄冷器的气体均布和导流效果好，在脉管冷端利用层叠的紫铜丝网做为导流器，减少了冷端空体积，同时也对流入脉管内的气体起到了层流化的作用，降低产生涡旋的可能性。

2.脉管制冷机冷端部分存在冷头上部分与蓄冷器，上冷头和下冷头之间的两个焊接点，而且均是先螺纹连接，再焊接的结构，保证焊接的可靠性和检漏的安全性。

附图说明

图1为本发明带有长颈管和气库的螺纹焊接整体狭缝同轴脉管制冷机结构示意图。

图2为本发明的螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机的冷头与蓄冷器、脉管连接的轴向剖视图；

其中：(a)为剖切面经过狭缝的剖视图，(b)为剖切面不经过狭缝的剖视图。

图3为本发明的螺纹焊接整体狭缝式冷头俯视图；

其中只包含下冷头、上冷头和冷端挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1所示，本实施例包括：线形压缩机1、进气管路2、热端法兰3、脉管4、蓄冷器5、上冷头6、下冷头7、冷端挡板8、紫铜丝网9、第一热端导流器10、第二热端导流器11、蓄冷器堵头12、长颈管13和气库14。线形压缩机1提供压力波动，通过进气管路2并经由蓄冷器堵头12、热端法兰3与同轴套设在脉管4外的蓄冷器5的热端相连，蓄冷器5热端配有第一热端导流器10，起到层流化气体和加强换热的作用。脉管4的冷端伸出蓄冷器5的冷端之外，伸出部分的外壁紧密配合冷端挡板8，该冷端挡板8外壁与上冷头6的中心孔紧密配合。脉管4冷端有层叠的紫铜丝网9做为脉管冷端的层流化元件。上冷头6、下冷头7、冷端挡板8和紫铜丝网9共同构成了螺纹焊接式冷头结构。在脉管4的热端设有第二热端导流器11，通过长颈管13和气库14相连通，用于调节热端气体的相位。

图2所示，图2(a)的剖切面通过上下冷头的狭缝。图2(b)的剖切面不通过上、下冷头的狭缝。图3所示，本实施例中，上、下冷头6、7部分均由高导热率材料T2铜做成。狭缝采用开槽的方式形成，上、下冷头6、7部分开有18个宽0.4mm的槽。

上冷头6中心开有圆孔，从中心圆孔向外径方向开有沿轴向对称的均匀分布的槽，槽的径向端部与蓄冷器5的丝网部分的外径对齐，槽的轴向深度与冷端挡板8的高度相同，槽有一定宽度和数目，并且均匀分布。

下冷头7为一块圆板，上有一圆形凸台，其直径与蓄冷器5的外径相同，并与上冷头6的下端的部分可以紧密配合，凸台上的槽可与上冷头6的槽对齐后形成均匀狭缝通道。

上冷头6上下两端都有内螺纹结构，螺纹和退刀槽的总长度为5mm，略长于下冷头7、蓄冷器5的外螺纹长度4mm，与下冷头7、蓄冷器5螺纹连接后留出余量1mm以供焊接。

上冷头6的中心孔内有冷端挡板8，冷端挡板8的内径与脉管外径相同，外径与上冷头6中心圆孔形成紧密配合，冷端挡板8中间为两部分，上部分内壁与脉管4外壁形成紧密配合，下部分填充有一定数目的紫铜丝网9(其作用是层流化进入脉管内的气体)，紫铜丝网9依靠脉管4的环形端面和下冷头7部分的上表面压紧。

蓄冷器5中的气体通过上下冷头6、7对齐的狭缝通道经紫铜丝网9层流化后进入脉管4空腔中，同时脉管制冷机产生的冷量通过对流换热传输到上下冷头6、7部分内表面，再经导热传输到冷头外表面。

本实施例压缩机1压缩工质气体时，气体通过第二热端导流器11依次通过蓄冷器5、上下冷头6、7、紫铜丝网9进入脉管4内空体积，脉管4内气体的压力和温度升高，并且大于长颈管13和气库14内的平均压力进而气体通过第一热端导流器10向气库方向流动，同时气体通过第一热端导流器10和蓄冷器堵头12将热量释放给环境。压缩机1膨胀时，脉管4内的气体膨胀，压力和温度都降低，同时气库14里的气体流向脉管4，并依次通过上下冷头6、7、蓄冷器5进入压缩机1膨胀腔内，并带走上下冷头6、7、蓄冷器5中的热量，同时由于气库14的压力大于脉管4内的压力，缓慢的通过长颈管13进入到脉管4中最终达到平均压力。蓄冷器5中的冷量，为下一次压缩气体提供预冷，如此不断往复循环，冷头组件和蓄冷器5的温度不断降低，最终达到平衡。即蓄冷器5填料吸收的热量和释放的热量相同。蓄冷器5的作用主要为在压缩机1压缩时预冷工质气体，在压缩机1膨胀时释放热量给工质气体，储存冷量。

本实施例冷头采用了独特的螺纹焊接方式及整体狭缝式结构。上冷头和下冷头的连接为螺纹连接后再焊接构成。上下冷头均可通过线切割的方法获得很高的精度，焊接时可以保证所述上下冷头的槽能够对齐。这种结构可以保证焊接的可靠性，提高了在高压气体下检漏的安全性。同时选择合适的槽数和槽宽可以使该冷头具有换热面积大，低的冷头空体积和低的压力损失。

Claims (5)

1、一种螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机，包括线形压缩机、进气管路、热端法兰、脉管、蓄冷器、上冷头、下冷头、冷端挡板、紫铜丝网、第一热端导流器、第二热端导流器、蓄冷器堵头、长颈管和气库，其特征在于，所述上冷头、下冷头、冷端挡板和紫铜丝网共同构成了螺纹焊接式冷头结构，其中上冷头两端都有内螺纹结构，一端与下冷头的螺纹连接后焊接，另一端与蓄冷器一端螺纹连接后焊接；上冷头中心设有圆孔，圆孔四周有均布的放射状的狭缝，圆孔内设有冷端挡板，冷端挡板以外部分的为蓄冷器冷端气体均布器部分，冷端挡板以内部分为脉管冷端导流器层叠的紫铜丝网和脉管伸入段，紫铜丝网作为脉管冷端导流器作用，蓄冷器和脉管中的气体通过焊接式上、下冷头的狭缝导通；

线形压缩机通过进气管路并经由蓄冷器堵头、热端法兰与同轴套设在脉管外的蓄冷器的热端相连，蓄冷器热端配有第一热端导流器，在脉管的热端设有第二热端导流器，通过长颈管和气库相连通，脉管的冷端伸出蓄冷器的冷端之外，伸出部分的外壁紧密配合冷端挡板，该冷端挡板外壁与上冷头的中心孔紧密配合，脉管冷端有层叠的紫铜丝网作为脉管冷端的层流化元件。

2、根据权利要求1所述的螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机，其特征是，所述下冷头为一块圆板，圆板上有一圆形凸台，其直径与蓄冷器的外径相同，并与上冷头的下端的部分紧密配合，凸台上的槽与上冷头的槽对齐。

3、根据权利要求1所述的螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机，其特征是，所述上冷头，从其中心圆孔向外径方向开槽，槽的径向端部与蓄冷器的丝网部分的外圆对齐，槽的轴向深度与冷端挡板的高度相同，槽均匀分布。

4、根据权利要求1或3所述的螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机，其特征是，所述上冷头的螺纹和退刀槽的总长度长于下冷头、蓄冷器部分的外螺纹长度，以便连接后留出余量焊接。

5、根据权利要求1所述的螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机，其特征是，所述冷端挡板中间为两部分，上部分内壁与脉管外壁形成紧密配合，下部分填充有紫铜丝网，依靠脉管壁的端面和下冷头的上表面压紧。

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