CN101329114A - 一种改善脉管内气体温度层状分布的脉管制冷机 - Google Patents

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巩亮
陶文铨
何雅玲
于乐
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Abstract

本发明公开了一种改善脉管内气体温度层状分布的脉管制冷机，在通常的冷、热端换热器靠近脉管端添加金属泡沫从而达到抹平流动震荡，使得气体能在脉管内保持较均匀的层流流动，从而改善脉管内气体温度层状分布，提高制冷机制冷能力。本发明结构简单，容易实现。

Description

一种改善脉管内气体温度层状分布的脉管制冷机
技术领域
本发明主要涉及一种脉管制冷机，特别涉及一种改善脉管内气体温度层状分布的脉管制冷机。
背景技术
由于脉管制冷机无低温运动部件、振动小、可靠性高以及寿命长等优点在军事、医药、航天航空、低温电子、通信、交通、电力、能源、环境、工农业等领域被广泛的应用，有着举足轻重的地位。拥有着巨大的发展潜力及应用前景。自基本型脉管制冷机首次由Gifford于1963年提出以来，先后经历了小孔型和双向进气型两大国际公认的重大改进。对于一个典型的基本型脉管制冷机而言，其主要由压缩机、回热器、冷头、冷端换热器、脉管和热端换热器所组成，小孔型是在基本型的基础上添加了小孔阀和气库所组成；而双向进气型是在小孔型的基础上又添加了旁路通道和双向进气阀。随着脉管制冷机的发展，制冷机的制冷能力得到了大大的提高，但同时由于部件的增加也引起了一些不利的影响。其中之一就是破坏了脉管内的均匀层流流动分布，从而恶化了脉管内气体温度的层状分布。
在回热器和冷端换热器之间以及热端换热器和小孔阀之间均存在着连接管道，由于连接管道比冷、热端换热器的直径小很多，在压缩膨胀过程中，就会使冷、热端换热器附近出现回流扰动，从而破环脉管内的层流流动状态，影响脉管内的温度层状分布，进而破坏制冷机的制冷能力。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有结构的缺点，提出一种能够改进脉管内气体均匀的层流流动分布，使脉管内气体温度能呈现出良好的层状分布，从而提高脉管制冷机的制冷能力的脉管制冷机。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括压缩机以及与压缩机相连通的回热器，回热器和冷端换热器之间通过连接管道相连通，同时回热器的冷端与冷端换热器的入口之间存在着冷头，冷端换热器的出口端通过脉管与热端换热器的入口端相连通，在冷、热端换热器靠近脉管的一端均设置有冷、热端金属泡沫层。
本发明的热端换热器的出口端还通过连接管与气库相连通，且在该连接管上设置有小孔阀；冷端换热器的出口端的连接管还通过旁路通道与压缩机的出口管路相连通，且在旁路通道上还设置有双向进气阀。
由于本发明在通常的冷、热端换热器靠近脉管端添加金属泡沫从而达到抹平流动震荡，使得气体能在脉管内保持较均匀的层流流动，从而改善脉管内气体温度层状分布，提高制冷机制冷能力。本发明结构简单，容易实现。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例1，参见图1，本发明包括压缩机1以及与压缩机1相连通的回热器2，回热器2和冷端换热器4之间通过连接管道11相连通，同时回热器2的冷端与冷端换热器4的入口之间存在着冷头3冷端换热器4的出口端通过脉管5与热端换热器6的入口端相连通，在冷、热端换热器4、6靠近脉管5的一端均设置有冷、热端金属泡沫层13、14。
而小孔型是在实施例1的基础上将热端换热器6的出口端通过连接管12与气库8相连通，且在该连接管12上设置有小孔阀7。
双向进气型是在小孔型的基础上又添加了旁路通道和双向进气阀，即冷端换热器6的出口端的连接管12还通过旁路通道9与压缩机1的出口管路相连通，且在旁路通道9上还设置有双向进气阀10。
在压缩机1压缩过程中，气体经连接管道11流进冷端换热器4，由于突扩会在冷端换热器4内产生回流扰动，然而当气体流经冷端金属泡沫13后，扰动被抹平，从而使得进入脉管5的气体能保持较好的均匀层流分布；另一方面，在压缩过程中，气体由脉管5经过热端金属泡沫14流进热端换热器6，由于热端金属泡沫14是热端换热器6的一部分，从而增强了气体与外界的换热效果。在压缩机膨胀过程中时，热端金属泡沫14抹平了由连接管12流进热端换热器6所产生的回流扰动，从而使得进入脉管5的气体能保持较好的均匀层流分布；同时，冷端金属泡沫13也增强了气体向冷端输出冷量的效果。此外，由于热端金属泡沫14有节流降压作用，也使得小孔阀7的可调节性增强；同时还可在一定程度上起到抑制直流流动的作用。
本发明在冷、热端换热器4、6与脉管5连接处添加金属泡沫，其中金属泡沫是冷、热端换热器4、6的一部分。金属泡沫与冷热端换热器的连接要紧密，可以通过过盈配合及烧结工艺等来实现。其目的在于减小金属泡沫与冷热端换热器之间的接触热阻以及避免气体从金属泡沫与冷热端换热器之间漏流和避免由于金属泡沫与冷热端换热器之间配合不紧从而导致金属泡沫错位等现象的发生。
为了验证本发明的有效性，本课题组对几何尺寸为：压缩机死气容积10cm3，扫气容积120cm3，回热器长度10cm，冷热端换热器长度分别为1cm和2cm，脉管长度为20cm，回热器、冷热端换热器及脉管的直径均为2.2cm以及气库容积为100cm3的双向进气型脉管制冷机进行了二维数值模拟。发现应用本发明，制冷机的制冷能力提高了近20％。

Claims (3)

1、一种改善脉管内气体温度层状分布的脉管制冷机，包括压缩机(1)以及与压缩机(1)相连通的回热器(2)，回热器(2)和冷端换热器(4)之间通过连接管道(11)相连通，同时回热器(2)的冷端与冷端换热器(4)的入口之间存在着冷头(3)，冷端换热器(4)的出口端通过脉管(5)与热端换热器(6)的入口端相连通，其特征在于：在冷、热端换热器(4、6)靠近脉管(5)的一端均设置有冷、热端金属泡沫层(13、14)。
2、根据权利要求1所述的改善脉管内气体温度层状分布的脉管制冷机，其特征在于：所说的热端换热器(6)的出口端还通过连接管(12)与气库(8)相连通，且在该连接管(12)上设置有小孔阀(7)。
3、根据权利要求2所述的改善脉管内气体温度层状分布的脉管制冷机，其特征在于：所说的冷端换热器(6)的出口端的连接管(12)还通过旁路通道(9)与压缩机(1)的出口管路相连通，且在旁路通道(9)上还设置有双向进气阀(10)。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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