專利名稱：一種脈管制冷機冷端換熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氣體換熱低溫技術領域，特別涉及一種用于同軸脈管制冷 機的冷端換熱設備，可使用于空間航天及軍事領域的長壽命同軸脈管制冷機中。
背景技術：
脈管制冷機是上世紀六七十年代發(fā)展起來的一種低溫制冷機，其具有冷端 無振動和結構簡單等諸多優(yōu)點，應用在民用、軍事等多種領域。在基本型脈管 制冷機之上提出的同軸脈管制冷機，由于是將回熱器和脈管內(nèi)外同軸布置，其 結構簡單和尺寸小，適應了實用化的發(fā)展，因此在脈管制冷機的實用化過程中 頗受青睞。
脈管制冷機工作時，其內(nèi)氣體為冷熱交變高速流動狀態(tài)。為獲得制冷性能 (即制冷量和制冷溫度)，從回熱器流出的冷氣體在進入冷端換熱器后，須與換 熱器壁面以及填料發(fā)生對流換熱，并實現(xiàn)層流化運動，然后進入脈管腔內(nèi)膨脹。 在此過程中，能否實現(xiàn)氣體與換熱器壁面及填料充分換熱，能否降低氣流在同 軸脈管冷端的急劇轉(zhuǎn)彎的影響，以及能否保證氣體均勻?qū)恿鞯剡M入脈管，都將 影響著脈管制冷機的能否達到理論設計的最低制冷溫度和最大制冷量。常規(guī)脈 管制冷機往往由于冷端換熱器的換熱面積不足，工質(zhì)氣體難以均勻?qū)恿鬟M入脈 管，致使制冷機整機性能無法提高。因此對脈管制冷機冷端換熱器結構的優(yōu)化 設計是提高脈管制冷機整機性能的關鍵途徑之一，也是實現(xiàn)脈管制冷機微型化、 集成化的重要手段。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種同軸脈管制冷機冷端換熱器的新型設計方 案，以改進氣流在冷端換熱器內(nèi)的換熱流動狀態(tài)，增大對流換熱面積，提高冷 端換熱器效率，為同軸脈管制冷機實用化和微型化解決一些技術難題。
本實用新型的技術解決方案為脈管制冷機新型組合式冷端換熱器。 本實用新型由回熱器、冷頭、冷帽、冷帽導流器、絲網(wǎng)填料、換熱器、脈 管組成。換熱器內(nèi)放置絲網(wǎng)填料，其末端與冷帽的上端緊密配合。冷帽的腔體 內(nèi)放置冷帽導流器，冷帽的上端共同將絲網(wǎng)填料頂緊。冷帽側面加工有導流孔， 便于氣流從各個方向進入冷帽空腔。采用傘狀結構的冷帽導流器將絲網(wǎng)填料撐 起，在冷帽空腔內(nèi)形成氣流穩(wěn)定腔。冷帽與換熱器連接形成的組合體放入冷頭 的中心空腔內(nèi)，冷帽的底面與冷頭空腔底面緊密貼合，冷頭內(nèi)腔面與冷帽、換 熱器的外壁面形成環(huán)形間隙。
工作過程為從回熱器冷端來的冷氣流，穿過由冷頭內(nèi)腔壁與冷帽、換熱 器外壁面形成的環(huán)形間隙，經(jīng)冷帽的導流孔進入冷帽內(nèi)，在此過程中，冷氣流 與環(huán)形間隙、導流孔的壁面進行首次換熱，將冷量傳遞給冷頭。由各個方向進 入冷帽的氣流由于冷帽導流器的作用，在冷帽腔內(nèi)形成湍流，與冷帽再次發(fā)生 熱交換，冷量再次傳遞給冷頭部位。冷氣流在冷帽腔內(nèi)形成均勻氣團后，由于 壓力的作用平穩(wěn)進入換熱器，與絲網(wǎng)填料充分換熱，并在這里實現(xiàn)層流化運動。 此時氣團的冷量被填料所蓄積，并逐步傳遞給冷頭。
發(fā)明的優(yōu)點和產(chǎn)生的有益效果
本實用新型的優(yōu)點和產(chǎn)生的有益效果在于本實用新型將常規(guī)脈管中的冷 端換熱器所采用的換熱措施綜合，設計了環(huán)形間隙換熱和絲網(wǎng)填料換熱兩種方 式結合的辦法，充分加大了氣流的換熱面積，提高了整體的換熱系數(shù)。而且， 在氣流通路中采用冷帽導流器，設置了氣流穩(wěn)定腔，進一步提高了氣流換熱面 積，并且降低了氣流急劇轉(zhuǎn)彎帶來的流動紊亂的缺點，使氣流更加均勻和穩(wěn)定。 本實用新型結構簡單，組裝方便，可用于多種同軸脈管制冷機，經(jīng)試驗證明， 相比其他結構冷端換熱器，能夠較大程度提高冷端換熱器換熱效率，制冷最低 溫度相對降低5 10K。


圖1為本實用新型的組成示意圖，為軸向截面圖，其中l(wèi)一回熱器、2—
冷頭、3—冷帽、4一冷帽導流器、5—絲網(wǎng)填料、6—換熱器、7—脈管。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的結構和工作原理作進一步詳細說明。
實施例
如圖1所示，本實用新型由冷頭(2)、冷帽(3)、冷帽導流器(4)、絲網(wǎng) 填料(5)、換熱器(6)組成。冷帽導流器放入冷帽腔內(nèi)，其錐狀端支撐在冷帽 腔底。冷帽與冷帽導流器組合后，將換熱器內(nèi)填充的絲網(wǎng)填料頂緊，并與換熱 器緊密配合連接。冷帽置于冷頭腔內(nèi)，保證冷帽底面與冷頭內(nèi)腔底面緊密貼合。 冷頭與回熱器(1)焊接密封為一體，換熱器與脈管(7)采用緊密配合方式連 接。
從回熱器1冷端來的冷氣流，穿過由冷頭2內(nèi)腔壁與冷帽3、換熱器6外壁 面形成的環(huán)形間隙，經(jīng)冷帽3的導流孔進入冷帽3內(nèi)，在此過程中，冷氣流與 環(huán)形間隙、導流孔的壁面進行首次換熱，將冷量傳遞給冷頭2。由各個方向進入 冷帽3的氣流由于冷帽導流器的作用，在冷帽腔內(nèi)形成湍流，與冷帽3再次發(fā) 生熱交換，冷量再次傳遞給冷頭2部位。冷氣流在冷帽3腔內(nèi)形成均勻氣團后， 由于壓力的作用平穩(wěn)進入換熱器6，與絲網(wǎng)填料5充分換熱，并在這里實現(xiàn)層流 化運動。此時氣團的冷量被填料所蓄積，并逐步傳遞給冷頭2。
權利要求1.一種脈管制冷機冷端換熱器，其特征在于該冷端換熱器由回熱器(1)、冷頭(2)、冷帽(3)、冷帽導流器(4)、絲網(wǎng)填料(5)、換熱器(6)、脈管(7)組成；換熱器(6)內(nèi)放置絲網(wǎng)填料(5)，其末端與冷帽(3)的上端緊密配合；冷帽(3)的腔體內(nèi)放置冷帽導流器(4)，冷帽(3)的上端共同將絲網(wǎng)填料(5)頂緊，提高換熱器(6)內(nèi)填充率，保證氣體平穩(wěn)層流進入脈管；冷帽(3)側面加工有導流孔，便于氣流從各個方向進入冷帽空腔；采用傘狀結構的冷帽導流器(4)將絲網(wǎng)填料(5)撐起，在冷帽空腔內(nèi)形成氣流穩(wěn)定腔；冷帽(3)與換熱器(6)連接形成的組合體放入冷頭(2)的中心空腔內(nèi)，冷帽(3)的底面與冷頭(2)空腔底面緊密貼合，冷頭(2)內(nèi)腔面與冷帽(3)、換熱器(6)的外壁面形成環(huán)形間隙；環(huán)形間隙換熱和絲網(wǎng)填料(5)換熱相組合的冷端換熱方式，耦合了氣流通路的溫度，增大強化換熱面積，提高換熱系數(shù)。
專利摘要本實用新型公開了一種同軸脈管制冷機組合式冷端換熱器，屬于氣體換熱低溫技術領域。本實用新型由冷頭、冷帽、冷帽導流器、絲網(wǎng)填料、換熱器組成。冷帽導流器為傘狀結構，置于冷帽腔內(nèi)，形成氣流穩(wěn)定腔。冷帽與冷帽導流器將換熱器內(nèi)填充的絲網(wǎng)填料撐緊，并與換熱器緊密配合。冷帽底面與冷頭內(nèi)腔底面緊密貼合，冷帽和換熱器的外壁面與冷頭內(nèi)腔面形成環(huán)形間隙通道。本實用新型結構簡單，組裝方便，提高了換熱面積和換熱系數(shù)，穩(wěn)定了氣流流動狀態(tài)，可用于多種類型的同軸脈管制冷機及其他制冷換熱設備中。
文檔編號F25B39/00GK201196514SQ20072019099
公開日2009年2月18日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權日2007年12月28日
發(fā)明者朱恩寶, 王小軍 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所