CN108195215A - 一种用于声能制冷机的狭缝换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于声能制冷机的狭缝换热器，属于换热器技术领域。所述用于声能制冷机的狭缝换热器包括内肋体，所述内肋体为由外环面向内环面开口的环状筒体，所述内肋体的外环面上通过线切割间隔开设有多个狭缝通道，以将所述内肋体分成内侧圆环、连接于所述内侧圆环外表面的多个肋片和分布于所述多个肋片之间的狭缝通道，所述肋片的外侧与所述机壳的内侧过盈配合。本发明通过线切割，在环形的紫铜材料制作的内肋体上加工出纵向的狭缝通道，同时肋片外侧直接与机壳内侧进行过盈配合，消除了接触热阻。且肋片外侧与机壳内侧紧密接触，从而使氦气充分流过狭缝通道，充分利用狭缝通道的换热面积，达到了强化换热的效果。

Description

一种用于声能制冷机的狭缝换热器
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种用于声能制冷机的狭缝换热器。
背景技术
声能制冷机是采用氦气作为制冷剂的一种低温气体体膨胀制冷机，一般通过机器内的高频压力波来实现制冷目的，其中压力波动一般通过无阀压缩机运转实现，斯特林制冷机就属于声能制冷机的一种典型类型，目前声能制冷机向大冷量发展,制冷温区也变广，向中高(100K～270K)温区发展。特别是应用于低温冰箱的声能制冷机，其制冷量由几十瓦到几百瓦。
对于小型声能制冷机，压缩氦气进入蓄冷器流道及压缩气缸本身就作为热端狭缝换热器，不需要单独设计热端狭缝换热器。但对于大冷量的声能制冷机，热端散热是很重要的，因而需要配置热端换热器。热端狭缝换热器的热负荷较大，并且要求尽量降低热端狭缝换热器内的氦气流动阻力，并减少热端狭缝换热器的氦气空容积。同样，冷端换热器作为斯特林制冷机重要的导冷元件，承担着将膨胀腔内的冷量传导至外界的作用，其换热效率的高低直接关系到制冷机的制冷性能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于声能制冷机的狭缝换热器。本发明通过线切割，在环形的紫铜材料制作的内肋体上加工出纵向的狭缝通道，同时肋片外侧直接与机壳内侧进行过盈配合，消除了接触热阻；且肋片外侧与机壳内侧紧密接触，从而使氦气充分流过狭缝通道，充分利用狭缝通道的换热面积，达到了强化换热的效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于声能制冷机的狭缝换热器，所述狭缝换热器与声能制冷机的机壳配合，包括内肋体，所述内肋体为由外环面向内环面开口的环状筒体，所述内肋体的外环面上通过线切割间隔开设有多个狭缝通道，以将所述内肋体分成内侧圆环、连接于所述内侧圆环外表面的多个肋片和分布于所述多个肋片之间的狭缝通道，所述肋片的外侧与所述机壳的内侧过盈配合。
进一步地，所述内肋体所采用的材料为紫铜材料。
进一步地，多个所述狭缝通道于所述内肋体的外环面上等距离开设。
进一步地，所述肋片的高度较所述狭缝通道的高度大0.5mm～1mm。
进一步地，所述狭缝通道的高度为4～8mm，肋片的高度为5～10mm。
优选地，所述狭缝通道的高度为7.5mm，所述肋片的高度为8.5mm。
进一步地，所述狭缝通道的张角为0.5°～5°，所述肋片间的角度为所述狭缝通道张角的4～8倍。
优选地，所述狭缝通道的张角为1°，所述肋片间的角度为4°。
进一步地，所述狭缝换热器的轴向长度为5mm～20mm。
本发明还提供一种所述的用于声能制冷机的狭缝换热器的安装方法，具体为：首先将狭缝换热器放入液氮中使其受冷收缩，然后将收缩后的狭缝换热器快速放入机壳内，待狭缝换热器恢复至常温，狭缝换热器即可与声能制冷机的机壳内壁面紧密贴合。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过线切割，在环形的紫铜材料制作的内肋体上加工出纵向的狭缝通道，同时肋片外侧直接与机壳内侧进行过盈配合，消除了接触热阻。且肋片外侧与机壳内侧紧密接触，从而使氦气充分流过狭缝通道，充分利用狭缝通道的换热面积，达到了强化换热的效果。此外本发明加工简单，制造方便。
(2)本发明可以实现大冷量声能制冷机的热端散热或冷端导冷的要求，同时满足氦气流道布置，减少换热器的空容积并控制流阻损失，以提高声能制冷机的效率，产生了良好的制冷效应；且本发明在大批量制造时，线切割的内肋体可以采用铸造，加工制造方便，成本低；本发明结构紧凑高效、比表面积高、散热密度高、空隙率较小。
附图说明
图1为本发明一种用于声能制冷机的狭缝换热器的结构示意图；
图2为本发明一种用于声能制冷机的狭缝换热器中肋片和狭缝通道的局部放大及设计参数示意图；
图3为本发明一种用于声能制冷机的狭缝换热器的结构轴侧图。
图中，1-内肋体，11-肋片，12-狭缝通道，13-内侧圆环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1和图2所示,一种用于声能制冷机的狭缝换热器，所述狭缝换热器与声能制冷机的机壳配合。所述狭缝换热器包括内肋体1，所述内肋体1为由外环面向内环面开口的环状筒体，所述内肋体1的外环面上通过线切割间隔开设有多个狭缝通道12，以将所述内肋体1分成内侧圆环13、连接于所述内侧圆环13外表面的多个肋片11和分布于所述多个肋片11之间的狭缝通道12，且多个所述狭缝通道12于所述内肋体1的外环面上等距离开设。所述肋片11的外侧与所述机壳的内侧过盈配合。
本实施例中，所述内肋体1所采用的材料为紫铜材料。
通过调整狭缝通道12的张角α、肋片11间的角度β、狭缝通道12的高度h1、肋片11的高度h2，可以改变狭缝换热器的结构形状以及空隙率，优化狭缝换热器的性能。在本实例中狭缝通道12的张角α和肋片11间的角度β优选为:α＝1°，β＝4°，空隙率为25％，实际上α与β可在0.5°～5°内根据设计需要进行调节，空隙率也会随之变化。优选的β一般是α值的4～8倍。
而狭缝通道12的高度h1和肋片11的高度h2决定这整个狭缝换热器的外径与换热通道大小。在本实例中,狭缝通道12的高度h1和肋片11的高度h2优选为:h1＝7.5mm，h2＝8.5mm，实际上h1与h2可以根据换热器所需外形尺寸变化，为了保证狭缝换热器有充足的换热面积与工质气体(氦气)接触换热，在加工工艺可以达到的情况下，肋片11的高度h2一般比狭缝通道12的高度h1大0.5mm～1mm。
在确定设计需要的结构和尺寸之后，狭缝换热器的制造步骤如下：
a.加工内肋体1；
b.线切割内肋体1，以形成内侧圆环13、连接于所述内侧圆环13外表面的多个肋片11和分布于所述多个肋片11之间的狭缝通道12；
c.冷配合内肋体1与机壳。
狭缝换热器的轴向长度通常在5mm～20mm，可根据制冷机冷端或热端的热负荷进行调整。
实例中，紫铜材料制作的内肋体1在线切割之前应该加工内环面的同轴度到0.01mm，光洁度到0.8。狭缝换热器外径d为正公差，也就是说狭缝换热器外径要略大于机壳内径。其目的是在过盈配合的时候保证配合面的紧密配合，减小接触热阻。安装时,先将狭缝换热器放入液氮中使其受冷收缩，然后将其快速放入机壳内，待狭缝换热器恢复至常温，狭缝换热器即可与机壳内壁面便紧密的贴合在一起，有效地消除了接触热阻。
本发明可以实现大冷量声能制冷机的热端散热或冷端导冷的要求，同时满足氦气流道布置，减少换热器的空容积并控制流阻损失，以提高声能制冷机的效率，以产生良好的制冷效应。且本发明在大批量制造时，线切割的内肋体1可以采用铸造，加工制造方便，成本低。本发明结构紧凑高效、比表面积高、散热密度高、空隙率较小。

Claims (9)

1.一种用于声能制冷机的狭缝换热器，所述狭缝换热器与声能制冷机的机壳配合，其特征在于，包括内肋体，所述内肋体为由外环面向内环面开口的环状筒体，所述内肋体的外环面上通过线切割间隔开设有多个狭缝通道，以将所述内肋体分成内侧圆环、连接于所述内侧圆环外表面的多个肋片和分布于所述多个肋片之间的狭缝通道，所述肋片的外侧与所述机壳的内侧过盈配合。
2.根据权利要求1所述的用于声能制冷机的狭缝换热器，其特征在于，所述内肋体所采用的材料为紫铜材料。
3.根据权利要求1所述的用于声能制冷机的狭缝换热器，其特征在于，多个所述狭缝通道于所述内肋体的外环面上等距离开设。
4.根据权利要求1所述的用于声能制冷机的狭缝换热器，其特征在于，所述肋片的高度较所述狭缝通道的高度大0.5mm～1mm。
5.根据权利要求4所述的用于声能制冷机的狭缝换热器，其特征在于，所述狭缝通道的高度为14mm，所述肋片的高度为15mm。
6.根据权利要求5所述的用于声能制冷机的狭缝换热器，其特征在于，所述狭缝通道的张角为0.5°～5°，所述肋片间的角度为所述狭缝通道张角的4～8倍。
7.根据权利要求6所述的用于声能制冷机的狭缝换热器，其特征在于，所述狭缝通道的张角为1°，所述肋片间的角度为4°。
8.根据权利要求1所述的用于声能制冷机的狭缝换热器，其特征在于，所述狭缝换热器的轴向长度为5mm～20mm。
9.一种权利要求1-8任一项所述的用于声能制冷机的狭缝换热器的安装方法，其特征在于，具体为：首先将狭缝换热器放入液氮中使其受冷收缩，然后将收缩后的狭缝换热器快速放入机壳内，待狭缝换热器恢复至常温，狭缝换热器即可与声能制冷机的机壳内壁面紧密贴合。
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