一种用于声能制冷机的冷端狭缝换热器及其制造方法与流程

本发明涉及声能制冷机设备技术领域，尤其涉及一种用于声能制冷机的冷端狭缝换热器及其制造方法。

背景技术：

随着航天技术、红外技术、超导技术、低温医学、低温电子学、超导技术等一系列现代高科技的迅猛发展，低温技术也得到了越来越广泛的应用和关注。如航天卫星的红外探测器在低温环境下才能正常运行，低温环境下工作的超导滤波器可以降低噪声对电讯信号的干扰，从而大大减少信号故障率，磁悬浮列车、等离子技术、核磁共振成像仪等均以低温技术为支撑。这些高科技技术领域对大冷量、轻质量、小体积、高效率和高可靠性的制冷机需求越来越迫切。

声能制冷机包括斯特林制冷机、脉管制冷机及热声制冷机，属于回热式低温制冷机，如今在低温领域的应用越来越广泛。冷端换热器作为声能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。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种用于声能制冷机的冷端狭缝换热器，可消除声能制冷机的接触热阻，工质的流动阻力较小，换热与导流效果更佳，提高声能制冷机冷端的导冷和导流能力。

本发明的第二目的是提供一种上述冷端狭缝换热器的制造方法，加工制造方便，成本低。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种冷端狭缝换热器呈圆环状设置，冷端狭缝换热器的内环上开设有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个换热狭缝，换热狭缝贯穿冷端狭缝换热器的两端，冷端狭缝换热的内环上还开设有第一圆形孔和第二圆形孔，第一圆形孔和第二圆形孔把换热狭缝在轴线方向分割为阶梯状，第一圆形孔的直径比第二圆形孔的直径大，第二圆形孔在轴向的高度为2.0至8.0毫米。

更进一步的方案是，换热狭缝的数量为20至180个，换热狭缝的宽度为0.2至1.0毫米。

更进一步的方案是，换热狭缝的数量为35至55个，换热狭缝的宽度为0.2至0.3毫米。

更进一步的方案是，第二圆形孔的直径为2.0至8.0毫米。

更进一步的方案是，冷端狭缝换热器在轴向的高度为3.0至50毫米。

更进一步的方案是，与第一圆形孔轴孔配合的膨胀活塞的外径与第一圆形孔的直径之间的差值为20至40微米。

更进一步的方案是，第一圆形孔在轴向的高度大于膨胀活塞的振幅。

更进一步的方案是，第一圆形孔在轴向的高度为5.0至10毫米。

由上述方案可见，冷端狭缝换热器的第一圆形孔和第二圆形孔把换热狭缝在轴线方向分割为阶梯状，增大了换热狭缝的总长度，进而增大了冷端狭缝换热器与工质气体的接触换热面积，从而消除声能制冷机的接触热阻，工质的流动阻力较小，换热与导流效果更佳，可提高声能制冷机冷端的导冷和导流能力。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种冷端狭缝换热器的制造方法，冷端狭缝换热器呈圆环状设置，冷端狭缝换热器的内环上开设有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个换热狭缝，换热狭缝贯穿冷端狭缝换热器的两端，冷端狭缝换热的内环上还开设有第一圆形孔和第二圆形孔，第一圆形孔和第二圆形孔把换热狭缝在轴线方向分割为阶梯状，第一圆形孔的直径比第二圆形孔的直径大，第二圆形孔在轴向的高度为2.0至8.0毫米，制造方法包括：提供一具有特定形状的模具；将加热到适当温度的液体材料挤入模具内形成圆环，圆环上具有第一圆形孔和第二圆形孔；以第二圆形孔的端面为起始点朝轴向均匀地线切割出多个换热狭缝。

由上述方案可见，该制造方法使冷端狭缝换热器的加工制造方便，制造成本低。

本发明所述冷端狭缝换热器特别适用于声能制冷机，所述声能制冷机包括机壳、回热器、膨胀活塞、冷头以及冷端狭缝换热器，回热器位于壳体内，膨胀活塞可移动地与回热器的轴孔配合，冷头与机壳的一端连接，冷端狭缝换热器呈圆环状设置，冷端狭缝换热器的内环上开设有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个换热狭缝，换热狭缝贯穿冷端狭缝换热器的两端，冷端狭缝换热的内环上还开设有第一圆形孔和第二圆形孔，第一圆形孔和第二圆形孔把换热狭缝在轴线方向分割为阶梯状，第一圆形孔的直径比第二圆形孔的直径大，第二圆形孔在轴向的高度为2.0至8.0毫米，冷端狭缝换热器位于壳体内并设置在回热器和冷头之间，并且膨胀活塞的一端可插入冷端狭缝换热器的第一圆形孔内。

由上述方案可见，膨胀活塞在第一圆形孔内做往复直线运动，膨胀活塞的外径与第一圆形孔的直径之间有差值，以保证膨胀活塞与第一圆形孔之间的无摩擦运动。工质气体流向第二圆形孔，当膨胀活塞运动值上死点时，第二圆形孔内充满工质气体，第二圆形孔将气体均匀的分配至各个换热狭缝中，保证冷端狭缝换热器的换热均匀，以提高声能制冷机冷端的导冷和导流能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于声能制冷机的冷端狭缝换热器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于声能制冷机的冷端狭缝换热器的主视图；

图3是图2在A-A处的剖视图；

图4是本发明实施例提供的声能制冷机的侧面剖视图。

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3，一种用于声能制冷机的冷端狭缝换热器1整体呈圆环状设置，冷端狭缝换热器1的内环上开设有呈放射状均匀分布并远离轴心径向延伸的多个换热狭缝12，换热狭缝12贯穿冷端狭缝换热器1的两端。冷端狭缝换热1的内环上还开设有第一圆形孔11和第二圆形孔13，第一圆形孔11和第二圆形孔13把换热狭缝12在轴线方向分割为阶梯状，增大了换热狭缝12的总长度，进而增大了冷端狭缝换热器1与工质气体的接触换热面积。第一圆形孔11的直径D2比第二圆形孔13的直径D1大，第二圆形孔13的直径D1由换热狭缝12的个数以及宽度而定，优选地，第二圆形孔13的直径D1为2.0至8.0毫米。第二圆形孔13在轴向的高度为(h1-h2)，其值不易过大，否则会造成较大的膨胀腔死容积，优选地，第二圆形孔13在轴向的高度(h1-h2)为2.0至8.0毫米。

换热狭缝12的宽度a和个数对整个冷端狭缝换热器1的换热效率是十分重要的。冷端狭缝换热器1的换热狭缝12宽度a的变化，制冷量和膨胀机性能系数都会改变。存在最优的换热狭缝12宽度a，使得同样压缩活塞行程下，制冷机的冷量最大，膨胀机性能系数最高。改变换热狭缝12的宽度a，冷端狭缝换热器1的换热面积基本不变。换热狭缝12越窄，阻力越大；换热狭缝12越宽，只有靠近换热狭缝12的端面的工质得到了充分的换热，而远离换热狭缝12的端面的流体不能得到充分的换热。因而，在一定的换热面积下，存在最优的换热狭缝12宽度a，在保证换热狭缝12内的工质得到充分的换热的同时阻力较小，同时在加工条件允许的情况下，换热狭缝12的数量为20至180个，换热狭缝12的宽度a为0.2至1.0毫米。经过优化计算，当换热狭缝12的数量为35至55个，且换热狭缝12的宽度a为0.2至0.3毫米时，冷端狭缝换热器1的换热效果最佳。

冷端狭缝换热器1在轴向的高度h1可根据制冷机的冷端热负荷确定，优选地，冷端狭缝换热器1在轴向的高度h1为3.0至50毫米。与第一圆形孔11轴孔配合的膨胀活塞外径与第一圆形孔11的直径D2之间为间隙配合，即膨胀活塞的外径与第一圆形孔11的直径D2之间的差值为20至40微米，以保证膨胀活塞与第一圆形孔11之间的无摩擦运动。第一圆形孔11在轴向的高度h1大于膨胀活塞的振幅，优选地，第一圆形孔11在轴向的高度h1为5.0至10毫米。

冷端狭缝换热器1的换热狭缝12为阶梯型，可消除声能制冷机的接触热阻，工质的流动阻力较小，换热与导流效果更佳，可提高声能制冷机冷端的导冷和导流能力。

冷端狭缝换热器1的制造方法包括：提供一具有特定形状的模具，接着，将加热到适当温度的液体材料挤入模具内形成圆环，该圆环上具有第一圆形孔11和第二圆形孔13，然后，以第二圆形孔13的端面为起始点朝轴向均匀地线切割出多个换热狭缝12。该制造方法使冷端狭缝换热器1的加工制造方便，制造成本低。

参见图4，声能制冷机包括机壳5、回热器4、膨胀活塞3、冷头2以及冷端狭缝换热器，冷端狭缝换热器为上述方案的冷端狭缝换热器1。回热器4位于壳体5内，膨胀活塞3可移动地与回热器4的轴孔配合，冷头2与机壳5的一端进行焊接固定，冷端狭缝换热器1位于壳体5内并设置在回热器4和冷头2之间，壳体5的内表面与冷端狭缝换热器1的外壁焊接固定，而且膨胀活塞3的一端可与冷端狭缝换热器1的第一圆形孔11之间轴孔间隙配合。并且，冷端狭缝换热器1的第二圆形孔13端面与冷头2的底部进行焊接固定，消除了接触热阻，强化换热。

声能制冷机工作时，膨胀活塞3在第一圆形孔11内做往复直线运动，膨胀活塞3的外径与第一圆形孔11的直径D2之间的差值为20至40微米，以保证膨胀活塞3与第一圆形孔11之间的无摩擦运动。工质气体流向第二圆形孔13，当膨胀活塞3运动值上死点时，第二圆形孔13内充满工质气体，第二圆形孔13将气体均匀的分配至各个换热狭缝12中，保证冷端狭缝换热器1的换热均匀。

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。