回热器;4.4.1本专利回热器壁;4.4.2回热器填充丝网；5.1直线型脉管制冷机冷端换热器;5.2 U型脉管制冷机冷端换热器;5.3常规同轴型型脉管制冷机冷端换热器;5.4本专利同轴型脉管制冷机冷端换热器;6.1直线型脉管制冷机脉管;6.2 U型脉管制冷机脉管;6.3常规同轴型脉管制冷机脉管;6.3.1常规同轴型脉管制冷机脉管管壁;6.4本专利环形脉管结构;6.4.1本专利环形脉管管壁;7.1直线型脉管制冷机脉管热端换热器;7.2 U型脉管制冷机脉管热端换热器;8.惯性管;9.气库。
【具体实施方式】
[0024]结合附图，以下对本专利的结构原理进一步详细描述。
[0025]本专利所述的采用环形脉管结构的单级同轴型脉管制冷装置，如图5所示，其环形脉管结构和回热器结构的剖面图如图6所示。本专利是对常规同轴型脉管制冷装置及其系统的优化改进，本专利有别于常规同轴型脉管制冷装置在于回热器和脉管的结构及相对位置;工作气体的进出及分配通道和热端换热器及冷端换热器的结构。
[0026]充气和冷却过程，经线性压缩机1压缩的工作气体经连接管2进入热端回热器3.4，在其中将热量传递给冷却介质。热端换热器3.4的内部结构有别于常规同轴型单级脉管制冷机的热端换热器3.3。热端换热器3.4的中心进气通道与位于中心位置的回热器4.4相连接。工作气体于其间，与丝网4.4.2或其他填充介质进行热交换。工作气体经冷却后，在冷端换热器5.4处温度降低到设定值，并在其中折流180°，分配冲入环形脉管装置6.4。冷端换热器5.4的内部构造也和常规同轴型脉管制冷机的冷端换热器5.3有别。常规冷端换热器5.3是将环形回热器内的工作气体汇总后，集中于中心气道，冲入中心脉管6.3;本专利的冷端换热器5.4，将中心区域回热器6.4内的工作气体汇集后，分配到环形结构的脉管6.4内进行膨胀。工作气体沿着脉管壁6.4.1和回热器壁4.4.1所围成的狭缝空间流动，减少了常规长直空圆管的环流及激波等恶化脉管性能的现象。该狭缝结构的有益之处还在于，该结构可以改善脉管的性能，甚至可以减少常规脉管内的导流装置。脉管6.4的热端换热器在3.4内，冷却的工作介质会有一部分经热端换热器3.4的外围经调相机构惯性管8或其他调相机构后进入气库9，起到相位调节作用。
[0027]脉管的制冷效果集中在冷端换热器5.4处。与常规冷端换热器5.3不同。常规冷指设在脉管的冷端，即冷端换热器的中心位置，一般冷指多为一个触点，冷量通过该触点经冷却介质导出，对需冷设备进行冷却，或直接与需冷设备耦合，起到冷却作用。该位置在设计的时候需要对空间及设备的结构进行综合考虑，存在一定的局限性。采用本专利的结构及制作方法，易于发现，脉管的冷端为环形结构，可以将冷指设计为环形凹槽或凸台结构，以卡扣等方式与需冷设备进行耦合或直接用于冷却需冷设备，该结构益处在于增大了与需冷设备的接触面积，可以极大的缩短冷却时间，提高冷却效率;该结构的有益之处还在于，冷指采用这样的结构更利于与外围需冷设备耦合，减低了冷量传递的难度和空间的局限性。
[0028]在排气和回热过程，在环形脉管6.4热端经热端换热器3.4冷却的工作气体沿着环形脉管狭缝结构平稳震荡回流到冷端换热器5.4内，汇集后折流180°，从外围汇集到中心区域，流经填充丝网4.4.2或其他填充介质，将冷量传递给填充介质，起到回热器蓄冷的作用。工作气体再经热端换热器3.4及连接管2回压缩机1，完成整个循环过程。
[0029]本专利的实施效果在于，改变常规同轴型脉管制冷机的结构及设计方法，即改变脉管及回热器的结构及布局。采用环形脉管结构后，可改善脉管内的环流等恶化脉管性能的现象，提高脉管制冷机的整机性能；回热器填充介质不再需设计为环形结构，降低了制作成本和填充工艺难度，降低填充时间，提高加工效率;改变了冷指结构，更有利于与需冷设备耦合，降低了空间局限性，大大缩短了制冷时间，提高了冷量传递效率。
[0030]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】
1.一种采用环形脉管结构的单级同轴脉管制冷装置，它包括压缩机(1)，连接管(2)，热端换热器(3.4)，圆筒形回热器(4.4)，冷端换热器(5.4)，环形脉管装置(6.4)，相位调节装置或惯性管(8)和气库(9)，其特征在于: 所述压缩机(1)与连接管(2)相连接，连接管(2)经热端换热器(3.4)的中心区域，与圆筒形回热器(4.4)相连接，所述圆筒形回热器(4.4)与冷端换热器(5.4)中心区域相连，冷端换热器(5.4)外围与环形脉管(6.4)相连通，工作气体可经冷端换热器(5.4)在圆筒形回热器(4.4)及环形脉管(6.4)之间流通，并在环形脉管(6.4)的冷端产生制冷效果;所述热端换热器(3.4)的外围区域与惯性管(8)相连接，部分气体可再次经冷却后进入气库(9)内，起到相位调节作用。2.根据权利要求1所述的一种采用环形脉管结构的单级同轴脉管制冷装置，其特征在于:所述热端换热器(3.4)的气道中心区域与圆筒形回热器(4.4)相连，外围气道将气体汇总后与调相机构惯性管(8)相连接。3.根据权利要求1所述的一种采用环形脉管结构的单级同轴脉管制冷装置，其特征在于:所述圆筒形回热器(4.4)与常规同轴型单级脉管制冷装置环形回热器的横截面积相同。4.根据权利要求1所述的一种采用环形脉管结构的单级同轴脉管制冷装置，其特征在于:所述冷端换热器(5.4)气道中心区域与圆筒形回热器(4.4)相连，外围气道与环形脉管结构(6.4)相连，气道采用狭缝结构，冷指设计在该装置的外围，根据需冷设备设计为环形凸台或凹槽结构。5.根据权利要求1所述的一种采用环形脉管结构的单级同轴脉管制冷装置，其特征在于:所述环形脉管结构(6.4)为脉管壁(6.4.1)与圆筒形回热器壁(4.4.1)所围成的狭缝结构，狭缝气道横截面积与常规同轴型单级脉管制冷装置脉管(6.3)的横截面积相同。
【专利摘要】本专利公开了一种采用环形脉管结构的单级同轴脉管制冷装置，装置包括热端换热器，冷端换热器，外部的环形脉管及与其内同轴的圆筒形回热器等。本专利采用环形脉管结构，通过其狭缝结构，减少了脉管内交变流工作气体的环流等恶化脉管性能的现象，可提高了脉管性能乃至整机性能；可将冷指设计为环形凹槽或凸台结构，更有利于与需冷设备的耦合，缩短制冷时间，提高制冷效率；降低整机设备的制作工艺难度，提高生产效率，降低设计及加工成本。
【IPC分类】F25B9/14
【公开号】CN205119547
【申请号】CN201520748751
【发明人】吴亦农, 阚安康, 张安阔, 刘少帅, 余慧勤
【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25日