CN102735088B - 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法 - Google Patents

同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102735088B
CN102735088B CN201210211453XA CN201210211453A CN102735088B CN 102735088 B CN102735088 B CN 102735088B CN 201210211453X A CN201210211453X A CN 201210211453XA CN 201210211453 A CN201210211453 A CN 201210211453A CN 102735088 B CN102735088 B CN 102735088B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hot junction
heat exchanger
hot end
pulse tube
tapered slot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210211453XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102735088A (zh
Inventor
杨开响
吴亦农
张安阔
熊超
张静
夏梦颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority to CN201210211453XA priority Critical patent/CN102735088B/zh
Publication of CN102735088A publication Critical patent/CN102735088A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102735088B publication Critical patent/CN102735088B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1406—Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric geometrical arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)

Abstract

本发明公开了一种同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式换热器及制造方法，该换热器结构由热端法兰、锥形狭缝和热端堵头三部分组成，其中锥形狭缝通过紧配合塞入热端法兰中，锥体台顶部切圆半径与蓄冷器半径相等，锥体台底部半径与热端堵头半径相等。热端堵头与热端法兰既可以使用螺栓连接形成可拆卸的分体热端换热器，也可以使用密封焊接形成一体式热端散热器结构。上述锥形狭缝式换热器结构简单，紧湊，高效，可以最大限度的发挥制冷机的热端散热能力，同时增加了脉冲管制冷机的热端压比。该结构可以集中实现高效热端换热器、脉冲管制冷机热端气体导流器、蓄冷器热端气体均布器三种部件的主要功能，将在很大程度上提高脉冲管制冷机的整机性能。

Description

同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法
技术领域
本专利涉及同轴型脉冲管制冷机，特别涉及同轴型脉冲管制冷机的锥形狭缝式热端换热器及制造方法。
背景技术
脉冲管制冷机于20世纪60年代由Gifford和Longsworth提出、80年代中期通过脉冲制冷机热端调相机构的改进使其效率和稳定性都获得了非常大的提高。它取消了广泛应用于斯特林或G-M机中的冷端排出器，而以脉冲管代替；它不通过冷端排出器，而通过热端调相机构的运作来实现制冷所需的压力波和质量流的相位差。使得脉冲管制冷机能够实现冷端的低振动、低干扰和无磨损；20世纪中后期脉冲管制冷机无论在理论还是在实验方面都得到了巨大的发展，已成为低温工程界最活跃、最引人注目的研究方向之一；伴随着脉冲管制冷机性能上的一系列重大突破，脉冲管制冷机的应用也得到了前所未有的蓬勃发展，并在航空航天、低温电子学、超导工业和低温医疗业等方面都获得了广泛的应用。
根据脉冲管与蓄冷器的相互关系不同，可以将脉冲管制冷机分为三种类型如图1所示：直线型、U型和同轴型。直线型布置中脉冲管和蓄冷器处于一条直线上；U型布置是指脉冲管和蓄冷器平行布置；同轴型布置是指脉冲管和蓄冷器同心的布置在一起。三种布置方式在实际应用中各有利弊。直线型布置方式极大地降低了冷头的流动阻力，并且由于气流在冷端不需要折返，给冷端气流以较小的扰动，因而制冷效率是三种布置方式中最高的；但由于其冷头位于制冷机中部，不利于与器件耦合。同轴型的优点是结构紧凑，冷头可方便地直接与器件耦合，但同轴型布置使得制冷机中的气体在冷头折转180°，流动阻力增大，同时引起了较大的不可逆损失和气流扰动；U型是介于直线型和同轴型之间的一种布置方式。
现如今大多数红外仪器都制成了适合与Stirling制冷机配套使用的杜瓦结构，而同轴布置是脉冲管制冷机各布置方式中唯一可以方便地满足这种几何尺寸的一种，因此在应用上具有更大的优势，但是由于将脉冲管制冷机蓄冷器热端换热器与脉冲管热端换热器集成于一体，且热端换热器通常设计成紧凑型结构，因而热端散热就成了同轴型脉冲管制冷机性能提升的一个重要标准。
热端换热器是同轴型脉冲管制冷机中极为关键的部件。理想情况下，它要实现三方面主要功能：
1）高效换热，特别是在低温区大冷量传输的情况下；
2）最大限度地抑制气流在狭缝内的紊流扰动；
3）降低热端换热器的体积与重量，使其结构更加紧凑。
而目前常规的同轴型脉冲管制冷机热端换热器远远没有达到这个要求。同轴型脉冲管制冷机目前普遍采用的常规热端换热器主要分为两种。一种是在热端换热器法兰内填充紫铜丝网，如图2所示；另一种是使用圆柱型狭缝热端换热器，如图3所示。
图2所示的常规丝网式换热器有如下显著的缺点：
1）压降比狭缝式换热器大，经过热端换热器的损失变大；
2）丝网与法兰壁面必须紧配合，现在工艺比较难达到；
图3所示的常规圆柱型狭缝式热端换热器虽然也可以高效换热，但是由于热端法兰结构的限制使得狭缝的换热面积有限，往往无法达到最佳的散热要求；
上述诸多因素致使制冷机的整机性能下降，是目前影响同轴型脉冲管制冷机实际制冷效率的关键因素之一，也是阻碍其实用化的重要原因之一。
发明内容
鉴于上述已有技术中存在的缺点，本专利提出一种适用于同轴型脉冲管制冷机的锥形狭缝式热端换热器。
本专利的目的在于，在同轴型脉冲管制冷机的热端设计一个换热器结构，在其中实现高效换热，提升脉冲管制冷机的效率。
本专利一种同轴型脉冲管制冷机的锥形狭缝式热端换热器，它由热端法兰7，锥形狭缝1和热端堵头5组成，其特征在于由线切割制成的锥形狭缝1通过紧配合塞入热端法兰7中，锥形狭缝1的上平台内切圆半径等于蓄冷器2的半径，锥形狭缝的下平台内切圆半径等于热端堵头5的半径，脉冲管外壁面3与锥形狭缝1的内壁面紧配合，同轴型脉冲管制冷机热端进气口10与热端法兰7通过钎焊或者银焊密封连接，热端法兰7底部切割出密封槽8，热端堵头5底部切割出密封槽9，热端法兰7和热端堵头5使用螺栓连接或者使用密封焊接成一体从而形成同轴型脉冲管制冷机热端锥形狭缝式换热器。
本专利的特点如下：
1）以在内部均匀密集线切割锥形狭缝的方式增大换热器的换热面积，取代常规的连通管道形换热器，实现热端换热器在有限体积内的高效换热；
2）以均匀而密集的锥形狭缝实现脉冲管蓄冷器热端的气体导流，取代常规的气体导流器；
上述结构特点将实现对同轴型脉冲管制冷机热端散热器最小体积下的最大散热面积，而且最大限度地保持蓄冷器热端所需的层流效果，从而大幅度提高同轴型脉冲管制冷机的热力学性能。狭缝式结构使得热端换热器在有限体积内的换热面积最大化，有利于有效地传输制冷机产生的热量。该结构使热端实现部件最少化，最大限度地减小了接触热阻并避免了有害的死容积，使热阻损失和压降损失最小化。从而大幅度提高同轴型脉冲管制冷机的整机性能。
附图说明
图1为脉冲管制冷机三种布置方式示意图。
图2为丝网式热端换热器示意图。
图3为圆柱形狭缝换热器示意图。
图4为锥形狭缝横剖面图。
图5为热端法兰剖面图；
其中：11为热端进气口与热端法兰7内壁面的重合处，13是蓄冷器外壁面与热端法兰7的重合处。
图6为热端堵头剖面图。
图7为锥形狭缝式换热器整体剖面图；
其中：1为热端法兰的内部锥形狭缝，2为蓄冷器外壁面，3为脉冲管外壁面，4为脉冲管与热端堵头之间的导流丝网，5为热端堵头，6为热端堵头内脉冲管与惯性管的连接部，7为热端法兰，8为热端法兰底部焊接缝，9为热端堵头底部焊接缝，10为热端进气口。
具体实施方式
下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步的详细说明：
本专利同轴型脉管制冷机的热端锥形狭缝由热端法兰7、锥形狭缝1和热端堵头5三部分组成。
如图5所示：热端法兰7和热端进气口10通过银焊或者钎焊进行连接，焊接时热端法兰的内壁面11处和热端进气口的出口相重合。如图7所示：热端法兰7内的锥形狭缝换热器1的上凸台要小于下凸台，于此上凸台的切圆半径等于蓄冷器2的外径，下凸台的切圆半径等于热端堵头的切圆半径，且锥形狭缝换热器的内径与脉冲管3的外径相等，保证狭缝和脉冲管外壁的紧配合，且保证蓄冷器圆柱体2的直径rg大于脉冲管圆柱体3的直径rp；使用线切割技术，对锥形狭缝1进行横向均布切割平行狭缝，狭缝的具体宽度d和深度h由制冷机要求的散热量决定。热端法兰7的底部切割出金属密封槽8，热端堵头的底部切割出密封槽9，金属密封槽7的深度为密封元件厚度的60%-70%，热端法兰7和热端堵头钎焊成为一个整体，焊接时保证热端堵头的上壁面12处不能超过热端进气口，焊接后精加工至最终尺寸。

Claims (2)

1.一种同轴型脉冲管制冷机的锥形狭缝式热端换热器，它由热端法兰（7），锥形狭缝换热器（1）和热端堵头（5）组成，其特征在于由线切割制成的锥形狭缝换热器（1）通过紧配合塞入热端法兰（7）中，锥形狭缝换热器（1）的上平台内切圆半径等于蓄冷器（2）的半径，锥形狭缝换热器（1）的下平台内切圆半径等于热端堵头（5）的半径，脉冲管（3）外壁面与锥形狭缝换热器（1）的内壁面紧配合，同轴型脉冲管制冷机热端进气口（10）与热端法兰（7）通过钎焊密封连接，热端法兰（7）底部切割出金属密封槽（8），热端堵头（5）底部切割出密封槽（9），热端法兰（7）和热端堵头（5）使用螺栓连接或者使用密封焊接成一体形成同轴型脉冲管制冷机的锥形狭缝式热端换热器。
2.一种如权利要求1所述同轴型脉冲管制冷机的锥形狭缝式热端换热器的制造方法，其特征在于：热端法兰(7)和所述热端进气口(10)通过钎焊进行连接，焊接时热端法兰的内壁面(11)处和所述热端进气口的出口相重合,热端法兰（7）内的锥形狭缝换热器（1）的上平台要小于下平台，于此上平台的内切圆半径等于蓄冷器（2）的半径，下平台的内切圆半径等于热端堵头（5）的半径，且锥形狭缝换热器（1）的内径与脉冲管（3）的外径相等，保证锥形狭缝换热器（1）和脉冲管外壁的紧配合，且保证蓄冷器（2）圆柱体的直径rg大于脉冲管（3）圆柱体的直径rp；使用线切割技术，对锥形狭缝换热器（1）进行横向均布切割平行狭缝，所述狭缝的具体宽度d和深度h由同轴型脉冲管制冷机要求的散热量决定；热端法兰（7）的底部切割出金属密封槽（8），热端堵头（5）的底部切割出密封槽（9），金属密封槽（8）的深度为密封元件厚度的60%-70%，热端法兰（7）和热端堵头（5）钎焊成为一个整体，焊接时保证热端堵头（5）的上壁面（12）处不能超过所述热端进气口，焊接后精加工至最终尺寸。
CN201210211453XA 2012-06-25 2012-06-25 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法 Active CN102735088B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210211453XA CN102735088B (zh) 2012-06-25 2012-06-25 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210211453XA CN102735088B (zh) 2012-06-25 2012-06-25 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102735088A CN102735088A (zh) 2012-10-17
CN102735088B true CN102735088B (zh) 2013-12-04

Family

ID=46991038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210211453XA Active CN102735088B (zh) 2012-06-25 2012-06-25 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102735088B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103884126B (zh) * 2012-12-19 2016-02-10 中国科学院理化技术研究所 同轴型脉冲管制冷机
CN103175329B (zh) * 2013-03-26 2014-11-26 中国科学院上海技术物理研究所 U型及直线脉冲管制冷机热端内部导流结构及制造方法
CN103307797A (zh) * 2013-06-21 2013-09-18 中国科学院上海技术物理研究所 U型脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构及制造方法
CN104034081B (zh) * 2014-01-17 2016-05-18 中国科学院上海技术物理研究所 单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构及制造方法
CN104034080B (zh) * 2014-01-17 2016-01-13 中国科学院上海技术物理研究所 单台直线压缩机驱动两台同轴脉管冷指的结构及制造方法
CN108225082B (zh) * 2017-12-25 2023-09-22 陕西仙童科技有限公司 声能制冷机
CN108195098B (zh) * 2018-01-10 2020-01-10 中国科学院上海技术物理研究所 同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器的制造方法
CN108253652A (zh) * 2018-01-10 2018-07-06 中国科学院上海技术物理研究所 一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器
CN111981722B (zh) * 2020-09-01 2021-09-07 苏州大学 一种脉管制冷器及其装配方法
CN112240650B (zh) * 2020-09-15 2021-11-19 中国科学院上海技术物理研究所 预冷型低温节流制冷机直通式狭缝预冷换热器及制造方法
CN113091343B (zh) * 2021-05-12 2024-06-21 中国科学院上海技术物理研究所 一种脉管制冷机集成式热端结构及实现方法
CN118423898A (zh) * 2024-07-05 2024-08-02 氢合科技(广州)有限公司 一种脉管制冷机的一级回热器冷端换热器结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1467461A (zh) * 2002-07-09 2004-01-14 中国科学院理化技术研究所 无磁低振同轴脉冲管制冷机
CN101298947A (zh) * 2008-06-26 2008-11-05 上海交通大学 螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机
CN202024531U (zh) * 2010-11-26 2011-11-02 中国科学院上海技术物理研究所 惯性管型脉冲管制冷机集成式热端调相结构
CN202885622U (zh) * 2012-06-25 2013-04-17 中国科学院上海技术物理研究所 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10115472A (ja) * 1996-10-09 1998-05-06 Ebara Corp パルスチュ−ブ冷凍機
US7497084B2 (en) * 2005-01-04 2009-03-03 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Co-axial multi-stage pulse tube for helium recondensation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1467461A (zh) * 2002-07-09 2004-01-14 中国科学院理化技术研究所 无磁低振同轴脉冲管制冷机
CN101298947A (zh) * 2008-06-26 2008-11-05 上海交通大学 螺纹焊接整体狭缝式同轴脉管制冷机
CN202024531U (zh) * 2010-11-26 2011-11-02 中国科学院上海技术物理研究所 惯性管型脉冲管制冷机集成式热端调相结构
CN202885622U (zh) * 2012-06-25 2013-04-17 中国科学院上海技术物理研究所 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平10-115472A 1998.05.06

Also Published As

Publication number Publication date
CN102735088A (zh) 2012-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102735088B (zh) 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法
CN102042711B (zh) U型脉冲管制冷机的集成式狭缝冷头及制造方法
CN102331105B (zh) 带自预冷脉管的脉管制冷机
CN203731733U (zh) 一种u型脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构
CN103017394B (zh) 直线型脉管制冷机集成式锥形狭缝冷端换热器及制造方法
CN103344061A (zh) 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法
CN103307798B (zh) 同轴脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构及制造方法
CN202304059U (zh) 一种带自预冷脉管的脉管制冷机
CN104595056A (zh) 一种自由活塞式斯特林机冷端热交换器
CN108019969B (zh) 一种用于制冷机的冷端装置
CN106683821B (zh) 一种用于氦气冷却的冷头容器
CN201196514Y (zh) 一种脉管制冷机冷端换热器
CN202885622U (zh) 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器
CN206584789U (zh) 一种用于氦气冷却的冷头容器
CN203053075U (zh) 直线型脉管制冷机集成式锥形狭缝冷端换热器
CN107062947A (zh) 一种微通道换热器及带有该微通道换热器的脉管制冷机
CN101886885B (zh) 板式热交换器
CN110864468A (zh) 采用微通道金属圆管换热器做级后冷却器的低温制冷机
CN201973950U (zh) 一种适用于u型脉冲管制冷机的集成式狭缝冷头
CN108759164B (zh) 具有叠层交叉型微通道节流制冷器的复合冷却装置及设备
CN203533955U (zh) 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构
CN207420873U (zh) 热压缩机及其换热系统
CN104296563A (zh) 扁管式制冷剂芯体结构
CN104964580A (zh) 一种管束换热器
CN209983006U (zh) 一种基于相变换热的常压自循环空气散热装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant