微型脉管制冷机制造技术

本发明专利技术公开了一种脉管制冷机，它包括一压缩机、回热器、脉管、气库，压缩腔的出气口连接一块金属板上表面，回热器和脉管固定在金属板上，回热器和脉管中间填塞回热器填料，金属板下表面与气库相连接。金属板的结构为，双向进气口连接压缩腔和热端换热器，小孔口连接热端换热器和气库，本发明专利技术在实现了微型化设计的同时，大大简化了结构，使其更加实用化，对脉管形状的改进有利于脉管内温度梯度的形成，提高了脉管制冷机的制冷性能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种回热式低温制冷机，特别涉及一种脉管制冷机。目前，各种不同形式的微型脉管制冷机上几乎全部使用圆柱形脉管。我们通过理论分析和相应的数值计算，发现这种形状的脉管并不能达到最佳的温度梯度，从而影响了其制冷效果。对于脉管制冷机而言，脉管中的气体可以看成是一种长的、轻微可压的活塞，通过这个气体活塞来实现冷端换热器和高温端的小孔之间的压力和速度波动。本来脉管中的气体应该实现一个绝热过程，但是在脉管中由于气体的重力及小孔端的喷射导致其内存在稳定的或波动的对流，从而使得热量从高温端向低温端通过对流换热、导热等进行热交换，减少了系统的制冷量。考虑到对流是由于流动所驱动的，而在热声学理论中，流动则是由振动现象所驱动。在脉管中，脉管壁面附近气流的边界层中也具有驱动能力；而且在这个边界层中，粘性和换热都存在。为了克服由于脉管壁的流动边界层所引起的热声流现象，最重要的是先计算出由于热声流现象所导致的脉管壁面的热声流的流量计算公式。考虑到工质是理想气体，则 p＝ρRT， ρC2＝κp若假设T(x，y，t)＝Tm(x)+Re+T2，0(x，y)p(x，t)＝pm+Re+p2，0(x)u(x，y，t)＝Re+u2，0(x，y)假设取锥度为θ，经过一系列的推导后，可以得出壁面边界层流动的流量计算公式如下m.2,w=|p1||⟨u1⟩|C2[(34+(k-1)(1-bPr2)2Pr(1+Pr))cosθ+(34+(k-1)(1-b)Pr2(1+Pr))sinθ]---(1)]]>+ρm|⟨u1⟩|2ω‾[34dA/dxA+(1-b)(1-Pr)4(1+Pr)(1+Pr)dTm/dxTm]]]>式中的系数b＝0.68。为了抑制住脉管中热声流所应起的负面效应，就必须抑制住热声流的存在，也就是说式(1)应该等于零，这样就不难得出1AdAdx=-w|p1|kpm|⟨u1⟩|[(1+2(k-1)(1-bPr2)3Pr(1+Pr))cosθ+(1+2(k-1)(1-b)Pr3(1+Pr))sinθ]]]> 由式(2)不难看出 是与p、u、T、θ都有关的一个函数，因此只有当A满足这种关系式时，才能真正起到抑制热声流的作用。而普遍采用的等截面管内压力和温度的分布显然不能很好地匹配，因而对于改善脉管制冷机的性能显然是不利的。为实现上述目的，本专利技术采用技术方案是它包括压缩机、回热器、脉管、气库，其特点是，脉管设置在回热器内，脉管为一先渐缩再等截面的脉管，脉管与回热器之间填充有回热器填料，脉管的上端设置有冷端换热器，在回热器与气库之间设置有金属板，金属板内设置有双向进气口，压缩机通过双向进气口与回热器相联通，在金属板上与脉管相对应处设置有热端换热器，热端换热器通过设置在金属板内的双向进气阀与双向进气口相联通，热端换热器通过设置在金属板内的小孔阀与小孔口相联通，小孔口与设置有金属板下面的气库相联通。本专利技术的另一特点是在双向进气阀和小孔阀的两端分别设置有调节阀；金属板表面设置有过双向进气口横截面与回热器相配套的密封槽；脉管由尼龙材料制成；回热器填料为网状填料；回热器与脉管同轴固定安装。本专利技术在实现微型化设计的同时，简化了结构，使得微型脉管制冷机实用化，对脉管形状的改进，有利于脉管内温度梯度的形成，提高了脉管制冷机的制冷性能。参照附图说明图1、2、3，本专利技术包括压缩机1、回热器2、脉管5、气库7，脉管5设置在回热器2内，脉管5与回热器2同轴固定安装，脉管5为一先渐缩再等截面的尼龙脉管，尼龙材料具有低导热率，更有利于形成温度梯度，脉管5与回热器2之间填充有网状回热器填料3，脉管5的上端设置有冷端换热器4，在回热器2与气库7之间设置有金属板6，金属板6表面设置有与回热器2相配套的密封槽14，在金属板6内、密封槽14的下部设置有双向进气口9，压缩机1通过双向进气口9与回热器2相联通，在金属板6上与脉管5相对应处设置有热端换热器10，热端换热器10通过设置在金属板6内的双向进气阀8与双向进气口9相联通，热端换热器10通过设置在金属板6内的小孔阀11与小孔口12相联通，小孔口12与设置有金属板6下面的气库7相联通，在双向进气阀8和小孔阀11的两端分别设置有调节阀13，用于调节小孔口11和双向进气阀8的开度。本专利技术除了压缩机1以外所有的部件都整合到了一块金属板6上，同时将双向进气口9和小孔口12以及热端换热器10都设置在金属板6内部，因而改善了脉管制冷机的结构布置，简化了结构。同时，设计了调节阀13，可以在脉管制冷机的运行过程中随时调节小孔阀11和双向进气阀8的开度，改善其制冷性能，从而更加实用化。本专利技术的工作过程如下当压缩机1内气压升高时，压缩机1提供振荡气流，一股经过回热器2回热后进入冷端换热器4，吸收热量后进入脉管5，在脉管5中形成较大的温度梯度，然后进入热端换热器10放热；另一股气流经过双向进气口9进入热端换热器10和脉管5，整个气流经过小孔口12进入气库7。当压缩机1内气压降低时，气流由气库7流出，反向流动。本专利技术能够产生制冷效果的原因在于当脉管5内产生温度梯度时，如果将脉管5的一头——热端换热器10保持在室温左右，则在脉管5的另一头——冷端换热器4可以获得低温。脉管制冷机中一个重要部件是脉管，正是因为脉管内形成了温度梯度才得以实现制冷效果。参见图3，本专利技术在压力为1.3Mpa，频率为14.3HZ时与等截面脉管制冷机的制冷效果对比图，从图中可以明显看出本专利技术的制冷效果优于等截面脉管制冷机。权利要求1.一种脉管制冷机，它包括压缩机、回热器、脉管、气库其特征在于脉管设置在回热器内，脉管为一先渐缩再等截面的脉管，脉管与回热器之间填充有回热器填料，脉管的上端设置有冷端换热器，在回热器与气库之间设置有金属板，金属板内设置有双向进气口，压缩机通过双向进气口与回热器相联通，在金属板上与脉管相对应处设置有热端换热器，热端换热器通过设置在金属板内的双向进气阀与双向进气口相联通，热端换热器通过设置在金属板内的小孔阀与小孔口相联通，小孔口与设置有金属板下面的气库相联通。2.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于所说的双向进气阀和小孔阀的两端分别设置有调节阀。3.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于所说的在金属板表面处设置有过双向进气口横截面与回热器相配套的密封槽。4.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于所说的脉管由尼龙材料制成。5.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于所说的回热器填料为网状填料。6.根据权利要求1所述的脉管制冷机，其特征在于所说的回热器与脉管同轴固定安装。全文摘要本专利技术公开了一种脉管制冷机,它包括一压缩机、回热器、脉管、气库,压缩腔的出气口连接一块金属板上表面,回热器和脉管固定在金属板上,回热器和脉管中间填塞回热器填料,金属板下表面与气库相连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉管制冷机，它包括压缩机［１］、回热器［２］、脉管［５］、气库［７］其特征在于：脉管［５］设置在回热器［２］内，脉管［５］为一先渐缩再等截面的脉管，脉管［５］与回热器［２］之间填充有回热器填料［３］，脉管［５］的上端设置有冷端换热器［４］，在回热器［２］与气库［７］之间设置有金属板［６］，金属板［６］内设置有双向进气口［９］，压缩机［１］通过双向进气口［９］与回热器［２］相联通，在金属板［６］上与脉管［５］相对应处设置有热端换热器［１０］，热端换热器［１０］通过设置在金属板［６］内的双向进气阀［８］与双向进气口［９］相联通，热端换热器［１０］通过设置在金属板［６］内的小孔阀［１１］与小孔口［１２］相联通，小孔口［１２］与设置有金属板［６］下面的气库［７］相联通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何雅玲，吴明，陶文铨，陈钟颀，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]