整体式脉管制冷机调相结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脉管低温制冷领域，特别涉及一种整体式脉冲管制冷机调相装置。
【背景技术】
[0002]航空航天、太空探测、红外、原子能、超导等技术的迅速发展，推动低温制冷技术的不断发展与进步。脉管制冷机作为低温技术的重要分支，因其冷端无运动部件，结构简单、冷头振动小、可靠性高，在低温制冷领域具有显著的优越性。脉冲管制冷机冷端没有运动部件，通过调相机构来获得所需的质量流和压力波之间的相位关系。惯性管利用细长管内震荡流体的惯性作用来调节相位差，具有相位调节范围宽和不大增加压缩机耗功的优点，不会产生类似双向进气中的直流现象，是高频脉管制冷机目前广泛采用的一种调相方式，其结构亦可被狭缝等阻抗型相位调节装置代替。
[0003]研究表明，惯性管型等被动式调相装置通常存在体积大、密封性不好及振动等问题，这些均与调相装置的形式及布置方式有关。对于调相机构的形式通常有小孔阀加气库、惯性管加气库、双向进气等结构，惯性管型结构通常将管路布置在气库外面或者压缩机外侦h以此降低整体体积。然而，惯性管内置布置方式带来的振荡较大，进而引起气库内部气流的波动。惯性管的选择通常依据脉管热端所需相位角度及声功决定，管内惯性影响相位角度大小，摩擦阻力影响声功耗散多少。惯性管的分析方法通常有一维、二维、三维CFD仿真及简化热声模型计算，CFD可以较直观的看出管内各部位相位角度变化及各位置流动状态，简化热声模型是目前较为准确的分析热声制冷机的理论，其对调相的计算也较准确。
[0004]目前各国在进行调相机构的研究中，尤其在设计惯性管等阻抗型被动调相机构领域，较多的集中在惯性管等各部件的尺寸及调相规律上，通过大量近似模型及实验对不通尺寸下的调相能力进行研究，通过将惯性管盘绕在气库内部以减少整体尺寸，通过加衬套及焊接等工艺减少整体振荡及增加气密性。
【发明内容】
[0005]本专利的目的是提供一种小型脉管制冷机整体式调相装置及其优化方法，特别是设计调相部件的整体式结构以提高小型低温制冷机空间利用率、减少振动、增加气密性。本专利是在原有脉管制冷机整体结构的基础上的改进，旨在有效地提尚整体调相机构的空间利用率、降低振动、减少不同部件连接以增加气密性。优化后的整体式结构可根据整体布局，改变其断面形状，充分利用空间，便于实际工程布局应用。其工艺可采用模具制作或者3D打印技术一体完成。
[0006]本专利一种整体式脉冲管制冷机调相结构，它包括调相机构主体3、外接头4、螺旋通道5、内气库6、通孔7。
[0007]所述的整体式脉冲管制冷机调相结构中，调相机构主体3为圆柱体结构，选用轻质并且强度高的钛材料，圆柱体中空部分为内气库6，圆柱体圆周内壁中嵌有螺旋通道3，调相机构主体上端面有一外接头4，外接头4与脉管热端连管通过法兰或螺纹接口可拆卸部件连接；内气库底面，即调相机构主体圆柱体的内底面有一通孔7与螺旋通道3相连。
[0008]所述的调相机构主体3为不长方体或不规则多面体形状结构。
[0009]所述的螺旋通道5为螺旋圆形通道、螺旋方形通道或螺旋狭缝通道，或者为以上结构中的两种组合；
[0010]所述的内气库6不局限于圆柱体，其形状应使内气库体积在调相机构主体3内部空间中最大。
[0011]所述整体式脉冲管制冷机调相结构的具体工作过程如下:
[0012]流出脉冲管热端的工作气体经过外接头进入整体式调相结构，工作气体在螺旋通道改变流动状态，经由气库孔进入内气库；工作过程中，通道内摩擦产生的热量可以通过外壁面传出；螺旋通道内流体质量流和压力波相位角度发生变化，质量流逐渐落后于压力波，并改变整机相位进而提高整机效率。
[0013]本专利与现有脉管制冷系统比较，其优点在于:
[0014]1.将惯性管和气库作为一个整体，惯性管由圆形或其它形状截面的通道代替，气库由整体结构中间空体积代替，大大减少了整体调相结构的尺寸，结构更加紧凑；应用于工程上可根据实际情况调整整体式结构，从而满足更广的制冷机应用场合。
[0015]2.圆形通道和空体积作为一个整体，减少了惯性管单独布置运行时带来的振动，从而减少气库内部气流波动，增加制冷机运行可靠性。
[0016]3.整体式布置减少了不同部件之间的连接，减少螺栓、焊接等工序，一定程度上降低工艺复杂性，同时增加了结构的气密性。
【附图说明】
[0017]图1为常规惯性管外置气库盘绕结构示意图；
[0018]图2为本专利整体式调相结构外观示意图；
[0019]图3为本专利整体式调相机构内部结构剖面图；
[0020]图4为本专利的整体式调相机构与脉冲管制冷机连接结构示意图；
[0021]图中标号:
[0022]1.气库;2.外置惯性管;3.调相机构主体;4.外接头;5.螺旋通道;6.内气库;
7.通孔；8.压缩机连管；9.回热器热端换热器；10.回热器；11.冷端换热器；12.脉冲管；
13.脉管热端换热器；14.调相机构连接管。
【具体实施方式】
[0023]结合附图，以下对本专利的结构原理进一步详细描述。
[0024]本专利所述的整体式脉冲管制冷机调相装置，参照附图1，本专利是在常规脉管制冷装置及系统上的改进，本专利的主要有别于常规脉管系统的部件包括:
[0025]调相机构整体1，其主要包括热端接头1-1、螺旋通道1-2、内气库连接口 1-3及内气库2 ;
[0026]本专利的热端接头、螺旋通道、内气库设计为一个整体，螺旋通道和内气库之间通过内气库连接口连通，如图3所示。螺旋通道由于内部流体惯性作用改变质量流和压力波之间
[0027]本专利的调相机构整体1，其热端接头1-1可以根据调相机构连接管9的尺寸及位置设计为任意形状，其作用是将流出脉管的工作流体进入整体式调相装置；螺旋通道1-2主要是通过内部流体存在的流感改变其质量流和压力波的相位关系，从而调整制冷机整体各个部位相位关系；调相部件固定在整体结构内，减小了原外置式调相机构带来的振动；调相部件作为一个整体，减小了整体占用空间，设计人员可根据具体情况设计成任意形状并优化布局；整体式结构减小不同部件之间的连接，增加整体气密性；本专利便于在应用中控制整体尺寸布局，提高空间利用率；减少振动，增加制冷机运行可靠性。
[0028]本专利所述的螺旋通道，可以设计为螺旋圆形通道或螺旋方形通道等结构，其具体结构尺寸根据所要调节的相位角由设计人员按照需求给定。本专利的结构可以很好的利用整体式调相结构的布局空间，结合气库尺寸以满足所需调相需求。
[0029]本专利亦可为在原有惯性管型制冷机结构上的改进，如图1所示。将原有惯性管型制冷机中惯性管和气库按照原尺寸制作成本专利所涉及的整体式调相机构，其气库形状可以根据惯性管的尺寸而改变，适应整体式设计。其整体式布局为本专利的创造性思维和优化方法，整体式材料、形状和尺寸可以依据技术人员按照需求做出选择，其内容及改进方法应落入本专利保护的范畴。
[0030]本专利所述的热端接头，与脉管热端连管相连，其连接方式亦可选择法兰连接或螺纹连接，连接管道所带来的相位变化应考虑进调相机构之内。
[0031]本专利的实施效果在于，改变脉管制冷机阻抗型调相装置的常规设计方法，减小设备体积，提高空间利用率；减少振动，减少内部气流紊乱；增加气密性，提高使用寿命和整机长期安全可靠性。
[0032]以上显示和描述了专利的基本原理和主要特征和专利的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利的原理，在不脱离本专利精神和范围的前提下，本专利还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利范围内。本专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种整体式脉冲管制冷机调相结构，它包括调相机构主体(3)、外接头(4)、螺旋通道(5)、内气库(6)、通孔(7)，其特征在于: 所述的整体式脉冲管制冷机调相结构中，调相机构主体(3)为圆柱体结构，选用轻质并且强度高的钛材料，圆柱体中空部分为内气库￠)，圆柱体圆周内壁中嵌有螺旋通道(3)，调相机构主体上端面有一外接头(4)，外接头(4)与脉管热端连管通过法兰或螺纹接口可拆卸部件连接；内气库底面，即调相机构主体圆柱体的内底面有一通孔(7)与螺旋通道⑶相连。2.根据权利要求1所述的一种整体式脉冲管制冷机调相结构，其特征在于，所述的调相机构主体(3)为不长方体或不规则多面体形状结构。3.根据权利要求1所述的一种整体式脉冲管制冷机调相结构，其特征在于，所述的螺旋通道(5)为螺旋圆形通道、螺旋方形通道或螺旋狭缝通道，或者为以上结构中的两种组入口 ο4.根据权利要求1所述的一种整体式脉冲管制冷机调相结构，其特征在于，所述的内气库(6)不局限于圆柱体，其形状应使内气库体积在调相机构主体(3)内部空间中最大。
【专利摘要】本专利公开了一种整体式脉冲管制冷机调相结构，该结构采用螺旋通道与内气库联合调相，由不同尺寸的螺旋通道附加一个内气库组成，螺旋通道与内气库内嵌于调相机构整体内部。螺旋通道连接脉冲管热端出气口及内气库，且均匀内嵌于整体周边，内气库位于调相机构整体中部。本专利的有益效果在于：将调相装置作为一个整体，提高空间利用率；减少焊接及法兰接口，增加整体气密性；螺旋通道及内气库内嵌于调相机构整体内部，减少惯性管振动所引起的气体扰动，增加制冷机可靠性。
【IPC分类】F25B9/14
【公开号】CN205119546
【申请号】CN201520736258
【发明人】吴亦农, 刘少帅, 张安阔, 阚安康, 张晨, 邓伟峰, 蒋燕阳, 余慧琴, 朱海峰, 杨森
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年9月22日