專利名稱：一種改善脈管內氣體溫度層狀分布的脈管制冷機的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及一種脈管制冷機，特別涉及一種改善脈管內氣體溫度 層狀分布的脈管制冷機。
技術背景由于脈管制冷機無低溫運動部件、振動小、可靠性高以及壽命長等優 點在軍事、醫藥、航天航空、低溫電子、通信、交通、電力、能源、環 境、工農業等領域被廣泛的應用，有著舉足輕重的地位。擁有著巨大的發展潛力及應用前景。自基本型脈管制冷機首次由Gifford于1963年提出 以來，先后經歷了小孔型和雙向進氣型兩大國際公認的重大改進。對于一 個典型的基本型脈管制冷機而言，其主要由壓縮機、回熱器、冷頭、冷端 換熱器、脈管和熱端換熱器所組成，小孔型是在基本型的基礎上添加了小 孔閥和氣庫所組成；而雙向進氣型是在小孔型的基礎上又添加了旁路通道 和雙向進氣閥。隨著脈管制冷機的發展，制冷機的制冷能力得到了大大的 提高，但同時由于部件的增加也引起了一些不利的影響。其中之一就是破 壞了脈管內的均勻層流流動分布，從而惡化了脈管內氣體溫度的層狀分 布。在回熱器和冷端換熱器之間以及熱端換熱器和小孔閥之間均存在著 連接管道，由于連接管道比冷、熱端換熱器的直徑小很多，在壓縮膨脹過 程中，就會使冷、熱端換熱器附近出現回流擾動，從而破環脈管內的層流 流動狀態，影響脈管內的溫度層狀分布，進而破壞制冷機的制冷能力。發明內容本發明目的在于克服上述現有結構的缺點，提出一種能夠改進脈管內 氣體均勻的層流流動分布，使脈管內氣體溫度能呈現出良好的層狀分布， 從而提高脈管制冷機的制冷能力的脈管制冷機。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是包括壓縮機以及與壓縮 機相連通的回熱器，回熱器和冷端換熱器之間通過連接管道相連通，同時 回熱器的冷端與冷端換熱器的入口之間存在著冷頭，冷端換熱器的出口端 通過脈管與熱端換熱器的入口端相連通，在冷、熱端換熱器靠近脈管的一 端均設置有冷、熱端金屬泡沫層。本發明的熱端換熱器的出口端還通過連接管與氣庫相連通，且在該連 接管上設置有小孔閥；冷端換熱器的出口端的連接管還通過旁路通道與壓 縮機的出口管路相連通，且在旁路通道上還設置有雙向進氣閥。由于本發明在通常的冷、熱端換熱器靠近脈管端添加金屬泡沫從而達 到抹平流動震蕩，使得氣體能在脈管內保持較均勻的層流流動，從而改善 脈管內氣體溫度層狀分布，提高制冷機制冷能力。本發明結構簡單，容易 實現。
圖1是本發明的整體結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。 實施例1，參見圖1，本發明包括壓縮機1以及與壓縮機1相連通的 回熱器2，回熱器2和冷端換熱器4之間通過連接管道11相連通，同時回 熱器2的冷端與冷端換熱器4的入口之間存在著冷頭3冷端換熱器4的出口端通過脈管5與熱端換熱器6的入口端相連通，在冷、熱端換熱器4、 6 靠近脈管5的一端均設置有冷、熱端金屬泡沫層13、 14。而小孔型是在實施例1的基礎上將熱端換熱器6的出口端通過連接管 12與氣庫8相連通，且在該連接管12上設置有小孔閥7。雙向進氣型是在小孔型的基礎上又添加了旁路通道和雙向進氣閥，即 冷端換熱器6的出口端的連接管12還通過旁路通道9與壓縮機1的出口 管路相連通，且在旁路通道9上還設置有雙向進氣閥10。在壓縮機1壓縮過程中，氣體經連接管道11流進冷端換熱器4,由于 突擴會在冷端換熱器4內產生回流擾動，然而當氣體流經冷端金屬泡沫13 后，擾動被抹平，從而使得進入脈管5的氣體能保持較好的均勻層流分布； 另一方面，在壓縮過程中，氣體由脈管5經過熱端金屬泡沫14流進熱端 換熱器6，由于熱端金屬泡沫14是熱端換熱器6的一部分，從而增強了氣 體與外界的換熱效果。在壓縮機膨脹過程中時，熱端金屬泡沫14抹平了 由連接管12流進熱端換熱器6所產生的回流擾動，從而使得進入脈管5 的氣體能保持較好的均勻層流分布；同時，冷端金屬泡沫13也增強了氣 體向冷端輸出冷量的效果。此外，由于熱端金屬泡沫14有節流降壓作用， 也使得小孔閥7的可調節性增強；同時還可在一定程度上起到抑制直流流 動的作用。本發明在冷、熱端換熱器4、 6與脈管5連接處添加金屬泡沫，其中 金屬泡沫是冷、熱端換熱器4、 6的一部分。金屬泡沬與冷熱端換熱器的 連接要緊密，可以通過過盈配合及燒結工藝等來實現。其目的在于減小金 屬泡沬與冷熱端換熱器之間的接觸熱阻以及避免氣體從金屬泡沬與冷熱 端換熱器之間漏流和避免由于金屬泡沫與冷熱端換熱器之間配合不緊從而導致金屬泡沫錯位等現象的發生。為了驗證本發明的有效性，本課題組對幾何尺寸為壓縮機死氣容積10cm3，掃氣容積120cm3，回熱器長度10cm，冷熱端換熱器長度分別為lcm 和2cm，脈管長度為20cm，回熱器、冷熱端換熱器及脈管的直徑均為2. 2cm 以及氣庫容積為100cm3的雙向進氣型脈管制冷機進行了二維數值模擬。 發現應用本發明，制冷機的制冷能力提高了近20%。權利要求
1、一種改善脈管內氣體溫度層狀分布的脈管制冷機，包括壓縮機(1)以及與壓縮機(1)相連通的回熱器(2)，回熱器(2)和冷端換熱器(4)之間通過連接管道(11)相連通，同時回熱器(2)的冷端與冷端換熱器(4)的入口之間存在著冷頭(3)，冷端換熱器(4)的出口端通過脈管(5)與熱端換熱器(6)的入口端相連通，其特征在于在冷、熱端換熱器(4、6)靠近脈管(5)的一端均設置有冷、熱端金屬泡沫層(13、14)。
2、 根據權利要求1所述的改善脈管內氣體溫度層狀分布的脈管制冷 機，其特征在于所說的熱端換熱器(6)的出口端還通過連接管(12) 與氣庫(8)相連通，且在該連接管(12)上設置有小孔閥(7)。
3、 根據權利要求2所述的改善脈管內氣體溫度層狀分布的脈管制冷 機，其特征在于所說的冷端換熱器(6)的出口端的連接管(12)還通 過旁路通道(9)與壓縮機(1)的出口管路相連通，且在旁路通道(9) 上還設置有雙向進氣閥(10)。
全文摘要
本發明公開了一種改善脈管內氣體溫度層狀分布的脈管制冷機，在通常的冷、熱端換熱器靠近脈管端添加金屬泡沫從而達到抹平流動震蕩，使得氣體能在脈管內保持較均勻的層流流動，從而改善脈管內氣體溫度層狀分布，提高制冷機制冷能力。本發明結構簡單，容易實現。
文檔編號F25B9/00GK101329114SQ200810150409
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月22日 優先權日2008年7月22日
發明者樂 于, 何雅玲, 亮 鞏, 陶文銓 申請人:西安交通大學