一种脉管制冷机制造技术

本发明专利技术公开了一种制冷机，制冷机包括依次连接的回热器、冷端换热器、脉管，热端换热器以及调相机构，在回热器内沿其轴向设置有导流管，该导流管可延伸至冷端换热器内，该导流管可进一步延伸至脉管内，该导流管可进一步延伸至热端换热器内。本发明专利技术能够实现制冷机中流体流动的均匀化并防止偏流，尤其可以减少回热器内温度不均匀现象，实现制冷机高效工作。

Pulse tube refrigerator

The invention discloses a refrigerator, refrigerator comprises a heat exchanger, cold heat exchanger, pulse tube, hot end heat exchanger and the phase shifting mechanism, in the heat exchanger is arranged along the axial direction within the guide tube, the tube can be extended to the cold end of the heat exchanger, the diversion the tube can be further extended to the vessels of the diversion pipe can be further extended to the hot end heat exchanger. The invention can realize uniform fluid flow in the refrigerator and prevent drift, especially can reduce the back temperature heat exchanger uneven phenomenon, to achieve efficient refrigerator.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制冷机领域，具体涉及一种脉管制冷机。
技术介绍
近年来，对大功率斯特林型脉管制冷机的研发得到关注。为了提升脉管制冷机的制冷能力，需要使用大口径的回热器及脉管。但是，伴随回热器和脉管的大口径化，在回热器和脉管内制冷剂的流动容易发生偏流。制冷剂的偏流很可能会限制制冷性能的提升。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种抑制了脉管制冷机内制冷剂出现偏流的制冷机。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种脉管制冷机，包括依次连接的回热器、冷端换热器、脉管，热端换热器以及调相机构，在回热器内沿其轴向设置有导流管。通过在回热器内设置导流管能够阻断和减少横向截面(与周向垂直的截面)气流交换路径，使流场更加均匀，减少回热器内温度不均匀现象，从而实现制冷机高效工作。优选地，所述导流管与所述回热器同轴设置。作为本专利技术的优选实施方式，所述导流管还可延伸至冷端换热器内。通过将导流管延伸至冷端换热器内，能够降低流道在冷端换热器内的变径程度，能够优化气流组织，缩短冷端换热器的翅片长度，强化冷端换热器的换热能力。作为优选，所述导流管还可进一步延伸至脉管内。通过将导流管延伸至脉管内，能够使圆形脉管变为环形脉管，并且可以减小回热器与脉管间的变径，优化脉管内的气流。更为优选地，位于脉管内的导流管区段与所
述脉管同轴设置。作为优选，位于脉管内的导流管区段的外壁可固定有整流网。在大质量流的情况下，因为冷端换热器以及热端换热器的形状的限制，由此进入脉管两端的气体必然不是均匀的，因此用整流网作为层流化元件将是十分必要的，而固定整流网，尤其是在脉管中部固定整流网，是十分困难的，本专利技术通过将导流管延伸至脉管内，能够给整流网提供固定点，以方便在脉管内布置整流层。作为优选，所述导流管还可进一步延伸至热端换热器内。所述导流管的内壁和/或外壁还可布置有至少一个传感器，所述至少一个传感器通过导线与外部测量装置相连通，该导线穿过所述导流管的内部并从导流管位于热端换热器处的末端向外延伸至外部测量装置。通过在导流管上布置传感器，能够在不显著影响制冷机内部流场的情况下，实现对制冷机内部的温度、压力等参数的测量。通过测得制冷机内部的温度与压力，还能够促进对脉管制冷机原理的深入了解，同时有利于对小长径比的回热器内不均匀性现象进行深入分析，从而寻找高效可行的抑制损失的方法。如通过测量回热器内部的温度，结合回热器外壁面的温度测量，可以立体得到回热器的更多点的温度分布，对于研究回热器内部不均匀性以及对制冷机进行优化控制有重大的意义；如通过测量冷端换热器内部气流的温度(不存在热流)，结合冷端换热器外壁上的温度测量，可以更加真实地分析冷端换热器的效率；如通过测量脉管内的温度，结合脉管外壁面的温度测量，可以得到脉管立体温度分布，对于脉管优化有指导性作用。作为优选，所述至少一个传感器温度传感器，设置在导流管的内壁。将温度传感器设置在导流管的内壁上就不会影响制冷机内的流场。制造导流管所用的材料，没有特殊的限制，主要以能减少热力学与流体损失为主。例如位于脉管内的导流管就可以使用热导率低的材料。但为了使温度传感器测得的数据具有可靠性和实效性，作为优选，导流管中设置有温度传感器的部分可由传热材质制成。作为优选，所述传感器还可是压力传感器，嵌入导流管的外壁。这样
嵌入式的布置能够最大程度的减小压力传感器对制冷机内流场的影响。位于回热器内的导流管区段各处的横截面面积均相同，其横截面面积与回热器横截面面积的比为1/20以上且1/2以下，位于脉管内的导流管区段各处的横截面面积均相同，其横截面面积与脉管横截面面积的比为1/20以上且1/2以下。位于回热器内的导流管区段的横截面面积大于位于脉管内的导流管区段的横截面面积。为了使导流管从回热器到脉管能够平缓过渡，作为优选，所述位于冷端换热器内的导流管区段的两端的横截面分别与位于回热器内的导流管区段和位于脉管内的导流管区段的横截面相匹配。这样的设计，能够直接减少从回热器到脉管的变截面程度，能减少因变截面而产生的损失。导流管没有形状和大小的限制，为了使导流管具有较好的效果，作为优选，所述导流管的横截面的外轮廓为圆形或正多边形。为了使导流管的效果达到最好，所述导流管的横截面的外轮廓优选为圆形。本专利技术中导流管可以一体成型，也可以根据实际情况由多个小部件共同组成。当为多个小部件组成时，相互之间的连接方式没有特殊限制，可以为粘合、螺纹配合，焊接、卡接配合等各种连接方式。作为优选，所述调相机构包括与热端换热器的远离回热器的一端连通的惯性管以及与惯性管连接的气库。所述制冷机为脉管制冷机，脉管制冷机的总类没有任何限制，可以为单级或多级；可以为热耦合型脉管制冷机、气耦合型脉管制冷机、斯特林型脉管制冷机或GM型脉管制冷机；也可以为小孔型脉管制冷机、双向进气型脉管制冷机、惯性管型脉管制冷机或双向进气与惯性管联合调相型脉管制冷机。当制冷机为斯特林型脉管制冷机时，所述制冷机还包括依次连接的压缩机、传输管和级后冷却器，所述级后冷却器与回热器连通。作为优选，所述导流管还可延伸至传输管内。该导流管的延伸区段能够对压缩机压缩的空气进行整流。当制冷机为GM型脉管制冷机时，所述制冷机还包括与回热器连通
的级后冷却器，所述级冷器具有与高压气源相连的第一气管以及与低压气源相连的第二气管，第一气管和第二气管均设有电动阀。根据本专利技术，能够抑制脉管制冷机的回热器或脉管内制冷剂出现偏流。附图说明：图1是根据本技术的一种具体实施方式的脉管制冷机的结构示意图；图2是图1中的导流管的结构示意图；图3是没有导流管时脉管制冷机的回热器的横截面图；图4是具有导流管时脉管制冷机的回热器的横截面图；图5是回热器的横截面的微元化处理图；图6是表示图5中E微元的轴向上的结构的示意图；图7是没有导流管时脉管制冷机的冷端换热器处的结构示意放大图；图8是图1中冷端换热器处的局部放大图；图9是为根据本技术的另一种具体实施方式的脉管制冷机的结构示意图；图10是为根据本技术的又一种具体实施方式的制冷机的结构示意图。图中各附图标记为：1.压缩机，2.传输管，3.级后冷却器，4.回热器，5.冷端换热器，6.脉管，7.热端换热器，8.惯性管，9.气库，10.测量装置，11.导线，12.导流管D段，13.导流管C段，14.导流管B段，15.导流管A段，16.导流管延伸部，17.导流管。具体实施方式：一种脉管制冷机主要会存在如下技术问题：一、回热器内部出现流动
与温度径向不均匀性；二、大冷量下冷端换热器存在过大换热温差；三、脉管内部整流丝网难以固定；四、制冷机内部温度与压力无法直接测量。这些问题可能对大功率斯特林型脉管制冷机的性能提升起到了不可忽略的限制。关于问题一，回热器内出现的不均匀性具有多种原因。其中主要原因是，大功率脉管制冷机中的小长径比回热器会减弱径向热力和水力联系，当输入功率和温度梯度增大超过临界值时，回热器内便会出现环流，由此导致的温度不均匀性又会进一步放大产生的环流。针对回热器径向温度不均匀性现象，目前的主要方法为增强同截面传热，在回热器特定位置填充高热导率或不同目数的填料、或者采用适当的长径比、减少声功的输入等，但是以上都只能在一定程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉管制冷机，包括依次连接的回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器以及调相机构，其特征在于，在所述回热器内沿其轴向设置有导流管。

【技术特征摘要】
1.一种脉管制冷机，包括依次连接的回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器以及调相机构，其特征在于，在所述回热器内沿其轴向设置有导流管。2.如权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于，所述导流管与所述回热器同轴设置。3.如权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于，所述导流管延伸至冷端换热器内。4.如权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于，所述导流管进一步延伸至脉管内。5.如权利要求4所述的脉管制冷机，其特征在于，位于所述脉管内的导流管区段与所述脉管同轴设置。6.如权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于，所述导流管进一步延伸至热端换热器内。7.如权利要求4所述的脉管制冷机，其特征在于，位于所述脉管内的导流管区段的外壁固定有整流网。8.如权利要求6所述的脉管制冷机，其特征在于，所述导流管的内壁和/或外壁布置有至少一个传感器，所述至少一个传感器通过导线与外部测量装置相连通，所述导线穿过所述导流管的内部并从导流管位于热端换热器处的末端向外延伸至外部测量装置。9.如权利要求1所述的脉管制冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜晓，邱利民，
申请(专利权)人：浙江大学，住友重机械工业株式会社，
类型：发明
国别省市：浙江;33