CN108225082A - 声能制冷机、换热器及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声能制冷机、换热器及其制造工艺，换热器呈圆环状设置并且端面设置有多个凸台，凸台轴向地凸出换热器的端面，换热器的外环上设置有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个第一散热鳍片，相邻两个第一散热鳍片之间形成外环面狭缝通道，第一散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于外环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角，换热器的内环上设置有呈放射状均匀分布并朝向轴心径向延伸的多个第二散热鳍片，相邻两个第二散热鳍片之间形成内环面狭缝通道，第二散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于内环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角。通过减少空容积率，控制换热器内的氦气流动阻力，提高了声能制冷机的换热均匀性和换热效果。

Description

声能制冷机、换热器及其制造工艺

技术领域

本发明涉及制冷设备技术领域，尤其涉及一种用于回热式声能制冷机中的换热器及其制造工艺，以及使用该换热器的声能制冷机。

背景技术

对于小型声能制冷机来说，压缩氦气进入蓄冷器流道及压缩气缸本身就作为换热器，不需要单独设计换热器。但对于大冷量的声能制冷机，由于换热量较大，故需要配置高效换热器，并且要求尽量降低狭缝换热器内的氦气流动阻力，以及减少狭缝换热器的氦气空容积。

美国专利申请号：US2004/0026067A1，由Moch i zuki等提出，其名称：heatexchanger for sti r l i ng refr igerati ng mach i ne,heatexchanger body,andmethod of manufactur i ng heat exchanger body.其结构是采用环形波纹翅片(corrugated fi n)放入两个不同直径的同心圆环套筒内，环形波纹翅片的内外环分别与内外套焊接而成。该方法通过波纹翅片增大了换热面积，但是其制作难度较大，并且波纹翅片流道很难保持均匀一致，从而降低换热效率，增大了流阻，而且不易控制环形空间内的空容积。

三洋电机株式会社在中国申请的专利，公开号为CN1231407A，公开了一种使用具有翅片结构热交换器的斯特林制冷装置，用于曲柄连杆型斯特林制冷机中，内外翅片一体铸造，外侧加了水冷却套。其中内套与换热器主体并没有采用热配合，其接触热阻会较大，故没用充分利用内套的换热面积。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种用于回热式声能制冷机中的换热器，通过减少空容积率，控制换热器内的氦气流动阻力，提高了声能制冷机的换热均匀性和换热效果。

本发明的第二目的是提供一种用于声能制冷机中的换热器的制造工艺，加工制造方便，成本低。

本发明的第三目的是提供一种使用上述换热器的声能制冷机，提高制冷机的使用效率，并产生良好的制冷效应。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种换热器呈圆环状设置，换热器的端面设置有多个凸台，凸台轴向地凸出换热器的端面，换热器的外环上设置有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个第一散热鳍片，相邻两个第一散热鳍片之间形成外环面狭缝通道，第一散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于外环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角，换热器的内环上设置有呈放射状均匀分布并朝向轴心径向延伸的多个第二散热鳍片，相邻两个第二散热鳍片之间形成内环面狭缝通道，第二散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于内环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角。

更进一步的方案是，换热器的两侧端面均设置有凸台。

更进一步的方案是，位于换热器的两侧端面的凸台在轴向的位置一一对应。

更进一步的方案是，第一散热鳍片和第二散热鳍片的数量相同，且第一散热鳍片和第二散热鳍片在径向的位置一一对应。

更进一步的方案是，换热器的端面径向均匀地分布有四个凸台。

更进一步的方案是，换热器由紫铜材料制成。

由上述方案可见，换热器通过交变流动的工质气体与换热器壁面强制对流换热，具有较大的换热系数，同时换热器的内、外环面均开有狭缝通道的设计，大大增加了工质气体和换热器的接触面积，并且换热器采用紫铜材料制成，具有较小的导热热阻，因而换热器通过减少空容积率，控制换热器内的氦气流动阻力，提高了使用该换热器的声能制冷机的换热均匀性和换热效果，且结构简单，方便加工和装配。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种换热器的制造工艺，换热器呈圆环状设置，换热器的端面设置有多个凸台，凸台轴向地凸出换热器的端面，换热器的外环上设置有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个第一散热鳍片，相邻两个第一散热鳍片之间形成外环面狭缝通道，第一散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于外环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角，换热器的内环上设置有呈放射状均匀分布并朝向轴心径向延伸的多个第二散热鳍片，相邻两个第二散热鳍片之间形成内环面狭缝通道，第二散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于内环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角，制造工艺包括：提供一具有特定形状的模具，将加热到适当温度的紫铜材料挤入模具内形成圆环，通过裁切圆环获取一定长度的中间体，在中间体的内环面上均匀线切割出内环面狭缝通道，在中间体的外环面上均匀线切割出外环面狭缝通道，在中间体的端面上加工出凸台。

由上述方案可见，换热器的制造工艺使换热器在大批量制造时，加工方便，成本低。

为了实现本发明的第三目的，本发明提供一种声能制冷机，包括压缩腔、蓄冷器以及膨胀腔，蓄冷器位于压缩腔和膨胀腔之间，其中，声能制冷机还包括两个换热器，一个换热器位于压缩腔和蓄冷器之间，另一个换热器位于蓄冷器和膨胀腔之间，换热器呈圆环状设置，换热器的端面设置有多个凸台，凸台轴向地凸出换热器的端面，换热器的外环上设置有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个第一散热鳍片，相邻两个第一散热鳍片之间形成外环面狭缝通道，第一散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于外环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角，换热器的内环上设置有呈放射状均匀分布并朝向轴心径向延伸的多个第二散热鳍片，相邻两个第二散热鳍片之间形成内环面狭缝通道，第二散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于内环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角。

由上述方案可见，通过减少空容积率，控制换热器内的氦气流动阻力，提高了声能制冷机的换热均匀性和换热效果，提高制冷机的使用效率。

附图说明

图1是本发明换热器实施例的结构图。

图2是本发明换热器实施例的主视图。

图3是图2在A处的放大图。

图4是本发明换热器实施例中凸台的第一实施例侧视图。

图5是本发明换热器实施例中凸台的第二实施例侧视图。

图6是本发明声能制冷机实施例的剖视图。

图7是图6在B处的放大图。

图8是图6在C处的放大图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1至图3，用于声能制冷机中的换热器2呈圆环状设置，换热器2的端面设置有多个凸台203，凸台203轴向地凸出换热器2的端面，本实施例换热器2由紫铜材料制成。换热器2的外环上设置有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个第一散热鳍片201，相邻两个第一散热鳍片201之间形成外环面狭缝通道205，第一散热鳍片201的两侧面径向形成的夹角小于外环面狭缝通道205的两侧面径向形成的夹角。换热器2的内环上设置有呈放射状均匀分布并朝向轴心径向延伸的多个第二散热鳍片204，相邻两个第二散热鳍片204之间形成内环面狭缝通道202，第二散热鳍片204的两侧面径向形成的夹角小于内环面狭缝通道202的两侧面径向形成的夹角。本实施例第一散热鳍片201和第二散热鳍片204的数量相同，且第一散热鳍片201和第二散热鳍片204在径向的位置一一对应。

参见图4和图5，本实施例换热器2的凸台203具有两种实施例，即第一种实施例是换热器2的两侧端面均设置有凸台203(如图4所示)，且两侧端面的凸台203在轴向的位置一一对应，第二种实施例是换热器2的一侧端面设置有凸台203(如图5所示)。本实施例换热器2的端面径向均匀地分布有四个凸台203。

参见图6至图8，换热器2作为热端换热器以及冷端换热器安装在声能制冷机中，图7是换热器21作为热端换热器在声能制冷机中的位置，换热器21位于声能制冷机的压缩腔101出口与蓄冷器105的入口之间，两侧端面设置的凸台203使得换热器21两侧分别与气缸端面和蓄冷器105端面形成环隙，为氦气进出换热器21提供了缓冲作用，减少了流动阻力。从压缩腔101出来的高温氦气通过第一环隙102后进入外环面狭缝通道205和内环面狭缝通道202，与换热器21内、外环壁面换热后再由第二环隙104进入蓄冷器105中。在交变流动的循环过程中，换热器21不断地向外环境散热。

图8是换热器22作为冷端换热器在声能制冷机中的位置，换热器22位于蓄冷器105的出口与膨胀腔108之间，换热器22设置有凸台203的一侧端面与蓄冷器105的出口端面形成第三环隙106，为氦气进出换热器22提供了缓冲作用，减少了流动阻力。从蓄冷器105出来的氦气通过第三环隙106后进入外环面狭缝通道205和内环面狭缝通道202，然后流入膨胀腔108进行膨胀制冷，回流时低温氦气将冷量由内、外环壁面传给换热器22，从而导出冷量。

其中，换热器2的相邻两个散热鳍片之间径向形成的夹角为α，换热器2的散热鳍片的两侧面径向形成的夹角为β，狭缝通道的两侧面径向形成的夹角为(α-β)，换热器的空隙率为。通过控制α和β的比值可以精确的控制换热器2的内环和外环的空隙率ψ，并且通过调节(α-β)的差值来控制气体流道的狭缝通道宽度。

本实施例换热器2通过交变流动的工质气体与换热器2壁面强制对流换热，具有较大的换热系数，同时换热器2的内、外环面均开有狭缝通道的设计，大大增加了工质气体和换热器2的接触面积，并且换热器2采用紫铜材料制成，具有较小的导热热阻，因而本实施例换热器2通过减少空容积率，控制换热器2内的氦气流动阻力，提高了声能制冷机的换热均匀性和换热效果，且结构简单，方便加工和装配。

换热器2的制造工艺包括：提供一具有特定形状的模具，接着将加热到适当温度的紫铜材料挤入模具内形成圆环，进而通过裁切圆环获取一定长度的中间体，并在中间体的内环面上均匀线切割出内环面狭缝通道，然后在中间体的外环面上均匀线切割出外环面狭缝通道，最后在中间体的端面上加工出凸台，从而获取换热器成品。本实施例制造工艺使换热器2的加工制造方便，成本低。

以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.换热器，其特征在于：

所述换热器呈圆环状设置，所述换热器的端面设置有多个凸台，所述凸台轴向地凸出所述换热器的端面；

所述换热器的外环上设置有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个第一散热鳍片，相邻两个所述第一散热鳍片之间形成外环面狭缝通道，所述第一散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于所述外环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角；

所述换热器的内环上设置有呈放射状均匀分布并朝向轴心径向延伸的多个第二散热鳍片，相邻两个所述第二散热鳍片之间形成内环面狭缝通道，所述第二散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于所述内环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述换热器的两侧端面均设置有所述凸台。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于：

位于所述换热器的两侧端面的所述凸台在轴向的位置一一对应。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：

所述第一散热鳍片和所述第二散热鳍片的数量相同，且所述第一散热鳍片和所述第二散热鳍片在径向的位置一一对应。

5.根据权利要求1至4任一项所述的换热器，其特征在于：

所述换热器的端面径向均匀地分布有四个所述凸台。

6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于：

所述换热器由紫铜材料制成。

7.换热器的制造工艺，其特征在于：

所述换热器为权利要求1至6任一项的换热器，所述制造工艺包括：

提供一具有特定形状的模具；

将加热到适当温度的紫铜材料挤入所述模具内形成圆环；

通过裁切所述圆环获取一定长度的中间体；

在所述中间体的内环面上均匀线切割出所述内环面狭缝通道；

在所述中间体的外环面上均匀线切割出所述外环面狭缝通道；

在所述中间体的端面上加工出所述凸台。

8.声能制冷机，包括压缩腔、蓄冷器以及膨胀腔，所述蓄冷器位于所述压缩腔和所述膨胀腔之间，其特征在于：

所述声能制冷机还包括两个换热器，一个所述换热器位于所述压缩腔和所述蓄冷器之间，另一个所述换热器位于所述蓄冷器和所述膨胀腔之间；

所述换热器呈圆环状设置，所述换热器的端面设置有多个凸台，所述凸台轴向地凸出所述换热器的端面；

所述换热器的外环上设置有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个第一散热鳍片，相邻两个所述第一散热鳍片之间形成外环面狭缝通道，所述第一散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于所述外环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角；

所述换热器的内环上设置有呈放射状均匀分布并朝向轴心径向延伸的多个第二散热鳍片，相邻两个所述第二散热鳍片之间形成内环面狭缝通道，所述第二散热鳍片的两侧面径向形成的夹角小于所述内环面狭缝通道的两侧面径向形成的夹角。

9.根据权利要求8所述的声能制冷机，其特征在于：

所述第一散热鳍片和所述第二散热鳍片的数量相同，且所述第一散热鳍片和所述第二散热鳍片在径向的位置一一对应。

10.根据权利要求8或9所述的声能制冷机，其特征在于：

所述换热器由紫铜材料制成。