[发明专利]脉管制冷机及其导流结构

说明书

技术领域

本发明涉及制冷机领域，具体涉及一种脉管制冷机及其导流结构。

背景技术

脉管制冷机在冷头没有运动部件，具有结构简单、运行稳定、性能可靠的优点，是一种极具发展潜力的低温制冷机。目前，斯特林型脉管制冷机已经成功应用到红外探测器、超导滤波器、强电超导等诸多领域。现有脉管制冷机内通常会存在突变截面，即流道流通面积的突然变化。在这些突变截面两侧，大流道内的流动是否均匀对制冷机性能的影响非常显著，而小流道内的流动均匀与否对系统性能基本没影响。往复运动的工作流体在由小流道进入大流道时容易出现射流，导致大流道内出现流动不均匀现象，从而使制冷机的性能急剧下降。

如图1所示，现有脉管制冷机的突变界面常出现在惯性管9与脉管7的连接处、冷端连接管4与脉管7的连接处，另外，冷端连接管4与冷端换热管3之间、主水冷器入口处也存在突变截面，但后两者的射流对制冷机性能影响稍小。为了消除射流导致的流动不均匀现象，现有技术常在突变截面处安装一定的导流结构，如图1所示，在突变截面处安装一定厚度的丝网作为导流层6。丝网具有一定的阻力，射流流体的动能在遇到丝网后会被逐渐耗散掉，然后再均匀地通过导流丝网进入大流道。丝网作为导流层在整个流动横截面提供均匀的阻力，从而耗散射流的动力，但是丝网在导流过程中伴随着过大的阻力损失，导流效果会越来越差。为了解决这个问题，也有人提出在正对射流的地方增加丝网厚度，但是当气流反向流动时，也就是气流从大流道进入小流道时则不利于大流道内气流的均匀流动，因此也未见到良好的结果。也有人试图在小管和导流层之间增设一定的空间，使气流从小管内流出后迅速均匀地分散开流向导流层，再进入大流道。这种设计的效果也是很微弱的，因为射流的扩散角为10度左右，这意味着如果要让射流自然地分散开，小管与导流层之间的空间长度将非常长，这在实际应用中不可能实现。

综上所述，现有脉管制冷机导流结构在导流过程中伴随着过大的阻力损失，导流效果会越来越差。虽然有很多人提出过想法，但是都无法达到良好的效果，所以提供一种脉管制冷机导流结构解决目前导流效果不佳的问题十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脉管制冷机导流结构解决目前导流效果不佳的问题。

为此目的，本发明提出了一种脉管制冷机导流结构，包括：冷端连接管、脉管、惯性管，还包括位于所述脉管内的第一导流层和第二导流层、连接所述第一导流层与所述冷端连接管的第一过渡腔、连接所述第二导流层与所述惯性管的第二过渡腔、位于所述第一过渡腔内的第一挡片和/或位于所述第二过渡腔内的第二挡片。

优选地，所述第一挡片与所述第一导流层平行，并正对所述冷端连接管，所述第一挡片的直径小于所述冷端连接管的直径；和/或，

所述第二挡片与所述第二导流层平行，并正对所述惯性管，所述第二挡片的直径小于所述惯性管的直径。

优选地，所述第一导流层和所述第二导流层为均匀的多孔材料。

优选地，所述第一导流层和所述第二导流层是丝网材料。

优选地，该导流结构还包括：位于所述第一导流层至少一侧的支架和位于所述第二导流层至少一侧的支架。

优选地，所述支架为起支撑作用的网，所述支架卡在所述脉管内。

优选地，所述第一导流层和所述第二导流层是纤维毡材料。

优选地，所述第一挡片紧贴所述第一导流层，所述第二挡片紧贴所述第二导流层。

优选地，所述第一挡片和所述第二挡片为圆形。

优选地，所述第二导流层厚度比所述第一导流层厚度大。

优选地，所述第一过渡腔和所述第二过渡腔均为喇叭口形状。

另一方面，本发明还提供了一种脉管制冷机，包括：主散热器、回热器、冷端换热器和气库，还包括上述任意一项所述的脉管制冷机导流结构。

通过采用本发明所提供的脉管制冷机导流结构，在导流过程中阻力损失小，导流效果大大提高，脉管内的气流流动均匀，使制冷机的制冷量大幅提升。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了现有技术中脉管制冷机常用的导流结构示意图；

图2示出了本发明实施例1的脉管制冷机导流结构示意图；

图3示出了本发明实施例1中导流结构的局部放大示意图；

图4示出了本发明实施例1中气流在图3所示结构中的流动示意图；

图5示出了本发明实施例1中支架的结构示意图；