CN208312755U - 一种用于声能制冷机的排出器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于声能制冷机的排出器，安装于制冷机气缸内，包括排出器外壳、上封头、上导流隔板、回热填料、下导流隔板和下封头，所述排出器外壳中填充回热填料以形成回热腔，所述上导流隔板和下导流隔板上均具有数个轴向导流孔，设有进气通道的下封头与排出器外壳的下端口密封连接并与下导流隔板配合形成第一稳流腔，所述上封头底部通过设有的间隔部与上导流隔板配合形成第二稳流腔，所述排出器外壳上均布有数个径向通孔；通过第一稳流腔、回热腔和第二稳流腔实现对流动路径中工质气体的稳流均压，径向通孔的设置增大了换热面积，强化换热，减小了换热温差，制冷效率高，本实用新型原理可靠、加工精度低、适于批量化生产。

Description

一种用于声能制冷机的排出器

技术领域

本实用新型是涉及一种用于声能制冷机的排出器，属于制冷设备技术领域。

背景技术

随着航天技术、红外技术、低温物理、低温电子学、低温医学与低温生物学等现代科学技术的发展，声能制冷机因其体积小、质量轻、结构简单、低温下制冷效率高、制冷温区广、制冷工质环保等诸多优点，受到人们越来越多的关注。声能制冷机采用直线电机驱动、板弹簧支撑、间隙密封等技术，实现了整机无油润滑，工作时无方向限制等诸多传统蒸汽压缩制冷无法实现的功能。

排出器作为声能制冷机的一个重要部件，其本身并不做功，其作用是改变膨胀腔与压缩腔的的相对大小，按一定的规律把工质气体从压缩腔推向膨胀腔。排出器在推送过程中可能由于流动路径中工质气体的压力失衡而不能平稳运行，出现摩擦损坏现象、缩短设备使用寿命，进而可能致使声能制冷机整机的效率劣化，因此，设计一种结构合理的用于声能制冷机的排出器，实现对流动路径中工质气体的稳流均压和热量交换，可极大的优化提高声能制冷机整机的制冷效率，将具有良好的推广前景和经济价值，也是本领域技术人员亟待解决的。公开于本实用新型的背景部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本实用新型的目的是提供一种结构合理的用于声能制冷机的排出器，实现对流动路径中工质气体的稳流均压和热量交换，以极大的优化提高声能制冷机整机的制冷效率。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于声能制冷机的排出器，安装在制冷机的气缸内，并与所述气缸配合形成位于所述排出器两侧的室温腔和膨胀腔，其特征在于：包括排出器外壳、上封头、上导流隔板、回热填料、下导流隔板和下封头，在圆筒状结构的所述排出器外壳中部填充所述回热填料以形成回热腔，所述回热填料的两侧分别通过所述上导流隔板和所述下导流隔板与所述排出器外壳内壁封接，所述上导流隔板和所述下导流隔板上均具有数个轴向导流孔，所述下封头与所述排出器外壳的下端口密封连接并与所述下导流隔板配合形成第一稳流腔，所述下封头内部设有数个轴向设置并连通所述第一稳流腔与所述室温腔的进气通道，所述排出器外壳的上端口与所述上封头密封连接，所述上封头底部通过设有的间隔部与所述上导流隔板配合形成第二稳流腔，所述排出器外壳通过设有的上部小径端外壁和下部大径端外壁分别与所述气缸内壁形成环隙段和间隙密封段，位于所述环隙段的所述排出器外壳上圆周均布有数个连通所述第二稳流腔与所述膨胀腔的径向通孔。所述回热填料的体积比容大、换热面积大、沿程阻力小、轴向导热系数小，在所述回热腔填充回热填料起到蓄热蓄冷的作用。

一种实施方案，所述气缸包括筒状缸体和同轴配合封接在所述缸体上端的铜质冷头，所述缸体与所述铜质冷头的内径尺寸相同，所述铜质冷头的单边厚度δ为4mm～10mm，所述缸体单边厚度为0.5～1.5mm。

一种实施方案，所述铜质冷头与所述缸体在设有的焊接槽处通过焊接连接。

一种实施方案，所述铜质冷头采用导热系数高的紫铜材质制得，所述缸体采用钢材质制得。

作为优选方案，所述上导流隔板和所述下导流隔板均为一端具有形成缓冲的凹槽、另一端具有与所述凹槽相对应的所述轴向导流孔。

作为进一步优选方案，所述下导流隔板具有凹槽的一端与所述下封头配合形成第一稳流腔，所述下导流隔板具有导流孔的一端紧靠所述回热填料，所述上导流隔板具有凹槽的一端紧靠所述回热填料，所述上导流隔板具有导流孔的一端与所述凸台配合形成第二稳流腔。

作为优选方案，所述下封头与所述排出器外壳的下端口密封连接并与所述下导流隔板进行限位以形成第一稳流腔。

作为进一步优选方案，所述间隔部为设置于所述上封头底部的凸台，所述上封头底部通过设有的凸台与所述上导流隔板配合连接以形成第二稳流腔。

作为优选方案，数个所述径向通孔与所述第二稳流腔对应设置。

作为优选方案，所述排出器外壳通过上部小径端与所述气缸的顶部配合形成所述膨胀腔。

作为进一步优选方案，所述排出器外壳外壁呈台阶状结构设置。

作为优选方案，所述上导流隔板和所述下导流隔板上均具有圆周均布的第一组轴向导流孔、第二组轴向导流孔和第三组轴向导流孔，所述轴向导流孔的孔径φo为1mm～3mm，所述第一组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φa、所述第二组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φb和所述第三组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φc按照公式：φb＝φa+X，φc＝φb+X计算确定，其中X＝1～2mm。

作为进一步优选方案，所述下导流隔板的中心位置还设有1个所述轴向导流孔。

作为优选方案，所述回热填料包括金属丝网叠片或随机尼龙纤维中的一种或多种。

作为优选方案，在所述下封头上圆周均布有4～8个所述进气通道。

作为进一步优选方案，所述进气通道的内径为1～2mm。

作为优选方案，所述径向通孔的孔径为0.5mm～3mm，所述径向通孔的个数为6～20个，所述径向通孔的孔径与个数相互配合设置，以控制径向通孔的工质气体通过率。

作为进一步优选方案，所述径向通孔的孔径为1mm，所述径向通孔的个数为12个。

作为优选方案，处于所述环隙段的所述排出器外壳外壁与所述气缸内壁的单边间隙范围为100μm～200μm，处于所述环隙段的所述排出器外壳外壁的配合精度要求低，降低了加工难度，处于所述间隙密封段的所述排出器外壳外壁与所述气缸内壁的单边间隙范围为8μm～20μm。

作为进一步优选方案，所述间隙密封段的长度为40mm～60mm，所述环隙段的长度为所述间隙密封段长度的1/4～1/6。

作为优选方案，所述上导流隔板和所述下导流隔板与所述排出器外壳内壁过盈配合设置。

作为优选方案，还设有活塞杆，所述下封头与所述活塞杆一端连接，同时使非工作状态时，所述排出器外壳外壁与所述气缸内壁也能呈间隙密封状态；所述活塞杆另一端用于与所述室温腔的弹簧连接。

作为优选方案，所述上封头和所述下封头分别与所述排出器外壳通过螺纹连接。

作为进一步优选方案，在所述上封头的上端面设有装配孔，所述装配孔为单个多边形装配孔、两个圆周均布孔或数个圆周均布孔，所述装配孔可以为圆锥孔，装配时将相应工具插入装配孔中并转动工具，则所述上封头也会跟着转动，并逐渐旋入所述排出器外壳中，完成所述排出器外壳与所述上封头的固定。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型所述排出器的通过形成的第一稳流腔、回热腔和第二稳流腔实现对流动路径中工质气体的稳流均压，通过径向通孔与间隙密封段和环隙段配合设置，增大了工质气体与声能制冷机冷端的换热面积，强化了冷端换热，有效减小了冷端换热温差，热量交换稳定高效，极大的优化提高声能制冷机整机的制冷效率，另外，本实用新型还具有原理可靠、材料易得、加工精度低、适于批量化生产等优点，具有显著的进步性和良好的推广应用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种用于声能制冷机的排出器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的气缸和排出器外壳的剖面结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种用于声能制冷机的排出器的剖面结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的工质气体的流动路径示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种用于声能制冷机的排出器的分解状态结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的下导流隔板的结构示意图。

图中标号示意如下：1、排出器外壳；11、环隙段；12、间隙密封段；13、径向通孔；2、上封头；21、凸台；22、装配孔；3、上导流隔板；4、回热填料；5、下导流隔板；51、进气通道；6、下封头；61、进气通道；7、气缸；71、室温腔；72、第一稳流腔；73、回热腔；74、第二稳流腔；75、膨胀腔；76、缸体；77、铜质冷头；78、环隙空间；79、焊接槽；8、轴向导流孔；81、第一组进气小孔；82、第二组进气小孔；83、第三组进气小孔；9、活塞杆。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细描述。

实施例

结合图1至图6所示，本实施例提供的一种用于声能制冷机的排出器，安装在制冷机的气缸7内，并与所述气缸7配合形成位于所述排出器两侧的室温腔71和膨胀腔75，包括排出器外壳1、上封头2、上导流隔板3、回热填料4、下导流隔板5和下封头6，在圆筒状结构的所述排出器外壳1中部填充所述回热填料4以形成回热腔73，所述回热填料4的两侧分别通过所述上导流隔板3和所述下导流隔板4与所述排出器外壳1内壁封接，所述上导流隔板3和所述下导流隔板4上均具有数个轴向导流孔8，所述下封头6与所述排出器外壳1的下端口密封连接并与所述下导流隔板5配合形成第一稳流腔72，所述下封头6内部设有数个轴向设置并连通所述第一稳流腔72与所述室温腔71的进气通道61，所述排出器外壳1的上端口与所述上封头2密封连接，所述上封头2底部通过设有的间隔部与所述上导流隔板3配合形成第二稳流腔74，所述排出器外壳1通过设有的上部小径端外壁和下部大径端外壁分别与所述气缸7内壁形成环隙段11和间隙密封段12，所述排出器外壳1的所述环隙段11上圆周均布有数个连通所述第二稳流腔74与所述膨胀腔75的径向通孔13。所述回热填料4的体积比容大、换热面积大、沿程阻力小、轴向导热系数小，在所述回热腔73填充回热填料4起到蓄热蓄冷的作用。

在本实施例中，如图1-图5所示，所述气缸7包括筒状缸体76和同轴配合封接在所述缸体76上端的铜质冷头77，所述缸体76与所述铜质冷头77的内径尺寸相同，作为优选，所述铜质冷头77的单边厚度δ为4mm～10mm；气缸7内工质气体在所述膨胀腔75进行等温膨胀，且铜的导热系数很大，所以为了保证强度而适当增加厚度并不会影响铜质冷头77的导冷性能，所述缸体76单边厚度为0.5～1.5mm，所述缸体76采用钢材质制得，例如不锈钢、环氧玻璃钢等，由于钢的强度较大，较小的单边厚度同时也能减小排出器外壳1的轴向导热损失。

在本实施例中，所述铜质冷头77与所述缸体76在设有的焊接槽79处通过焊接连接，如图1-图5所示。

在本实施例中，所述铜质冷头77采用导热系数高的紫铜材质制得。

考虑到排出器外壳的承压能力，在本实施例中，所述排出器外壳1的单边厚度为0.5～1.5mm。

在本实施例中，如图1、图3、图4和图5所示，所述上导流隔板3和所述下导流隔板5均为一端具有形成缓冲的凹槽、另一端具有与所述凹槽相对应的所述轴向导流孔8，所述下封头6与所述排出器外壳1的下端口密封连接，所述下封头6抵住所述下导流隔板5具有凹槽的一端对所述下导流隔板5进行限位，所述下导流隔板5与所述下封头6配合形成所述第一稳流腔72，所述下导流隔板5具有所述轴向导流孔8的一端紧靠所述回热填料4，所述间隔部为设置于所述上封头底部的凸台22，所述上导流隔板3具有轴向导流孔8的一端抵住所述上封头2的凸台21下端，所述上导流隔板3与所述上封头2配合连接以形成第二稳流腔74，所述上导流隔板3具有凹槽的一端紧靠所述回热填料4。

在本实施例中，数个所述径向通孔13与所述第二稳流腔对应设置的，如图1、图3、图4和图5所示。

在本实施例中，所述排出器外壳1外壁呈台阶状结构设置，所述排出器外壳1通过上部小径端外壁与所述气缸7的顶部配合形成所述膨胀腔75，如图1-图5所示。

在本实施例中，所述上导流隔板3和所述下导流隔板5上均具有圆周均布的第一组轴向导流孔81、第二组轴向导流孔82和第三组轴向导流孔83，所述轴向导流孔8的孔径φo为1mm～3mm，所述第一组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φa、所述第二组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φb和所述第三组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φc按照公式：

φa＝3φo,φb＝φa+2φo，φc＝φb+2φo计算确定。

在本实施例中，所述下导流隔板的中心位置还设有1个所述轴向导流孔8，如图5所示。

在本实施例中，所述回热填料4包括金属丝网叠片或随机尼龙纤维中的一种或多种。

在本实施例中，在所述下封头6上圆周均布有4～8个所述进气通道61,所述进气通道61的内径为1～2mm，如图1-图5所示。

在本实施例中，所述径向通孔13的孔径为0.5mm～3mm，所述径向通孔13的个数为6～20个，所述径向通孔13的孔径与个数相互配合设置，以控制径向通孔13的工质气体通过率。

作为优选方案，在本实施例中，所述径向通孔的孔径为1mm，所述径向通孔的个数为12个。

在本实施例中，处于所述环隙段11的所述排出器外壳1外壁与所述气缸7内壁的单边间隙范围为100μm～200μm，处于所述环隙段11的所述排出器外壳1外壁的配合精度要求低，降低了加工难度，处于所述间隙密封段12的所述排出器外壳1外壁与所述气缸7内壁的单边间隙范围为8μm～20μm，所述间隙密封段的长度L1为40mm～60mm，所述环隙段L2的长度为所述间隙密封段长度L1的1/4～1/6，如图2所示。

在本实施例中，所述上导流隔板3和所述下导流隔板5与所述排出器外壳1内壁过盈配合设置，提高所述上导流隔板3和所述下导流隔板5与所述排出器外壳1内壁之间的封接性，如图1、图3和图4所示。

在本实施例中，如图1、图3、图4和图5所示，还设有活塞杆9，所述下封头6与所述活塞杆9一端连接，同时使非工作状态时，所述排出器外壳1外壁与所述气缸7内壁也能呈间隙密封状态；所述活塞杆1另一端用于与所述室温腔71的弹簧连接(图中并未画出)。

在本实施例中，所述上封头2和所述下封头6分别与所述排出器外壳1通过螺纹连接，在所述上封头2的上端面设有装配孔22，(图中所示装配孔仅为本实用新型所述装配孔的一种表现形式，)所述装配孔22为单个多边形装配孔、两个圆周均布孔或数个圆周均布孔，所述装配孔22可以为圆锥孔，装配时将相应工具插入装配孔22中并转动工具，则所述上封头2也会跟着转动，并逐渐旋入所述排出器外壳1中，完成所述排出器外壳1与所述上封头2的固定如图1-图5所示。

本实施例所述排出器内工质气体的流动如图4所示，首先室温腔71内的工质气体(通常为氦气)经外力作用通过下封头6的进气通道61流入第一稳流腔72，工质气体在第一稳流腔72内缓冲稳流后，均匀平稳地通过下导流隔板5上的轴向导流孔8流入回热腔73，将热量释放给回热填料4后通过上导流隔板3上的轴向导流孔8流入第二稳流腔74，在第二稳流腔74内缓冲稳流后，沿径向从排出器外壳1上的径向通孔13流出,通过径向通孔13流出的工质气体先流入排出器外壳1上端与气缸7形成的环隙空间78，在较窄的环隙空间78内工质气体高速冲刷铜质冷头77内壁面，同时与铜质冷头77内壁面进行高效对流换热，之后，工质气体到达膨胀腔75，工质气体在膨胀腔75和环隙空间78内等温膨胀，吸收低温热源热量，实现制冷，膨胀完后的工质气体沿原路线流回回热腔73并吸收回热填料4的热量，最后工质气体重新返回室温腔71，完成一次换热制冷循环。膨胀腔75和环隙空间78均为声能制冷机的冷腔，环隙空间78对应的铜质冷头77外环面和膨胀腔75对应的铜质冷头77顶面均为声能制冷机的低温端，采用上述设计可以有效的增大声能制冷机的低温端换热面积。

综上所述可见：本实用新型所述排出器的通过形成的第一稳流腔72、回热腔73和第二稳流腔74实现对流动路径中工质气体的稳流均压，通过径向通孔13与间隙密封段12和环隙段11配合设置，增大了工质气体与声能制冷机冷端的换热面积，强化了冷端换热，有效减小了冷端换热温差，热量交换稳定高效，极大的优化提高声能制冷机整机的制冷效率，而且，本实用新型不仅具有原理可靠、材料易得、加工精度低、适于批量化生产等优点，还具有显著的进步性和良好的推广应用价值。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种用于声能制冷机的排出器，安装在制冷机的气缸内，并与所述气缸配合形成位于所述排出器两侧的室温腔和膨胀腔，其特征在于：包括排出器外壳、上封头、上导流隔板、回热填料、下导流隔板和下封头，在圆筒状结构的所述排出器外壳中部填充所述回热填料以形成回热腔，所述回热填料的两侧分别通过所述上导流隔板和所述下导流隔板与所述排出器外壳内壁封接，所述上导流隔板和所述下导流隔板上均具有数个轴向导流孔，所述下封头与所述排出器外壳的下端口密封连接并与所述下导流隔板配合形成第一稳流腔，所述下封头内部设有数个轴向设置并连通所述第一稳流腔与所述室温腔的进气通道，所述排出器外壳的上端口与所述上封头密封连接，所述上封头底部通过设有的间隔部与所述上导流隔板配合形成第二稳流腔，所述排出器外壳通过设有的上部小径端外壁和下部大径端外壁分别与所述气缸内壁形成环隙段和间隙密封段，位于所述环隙段的所述排出器外壳上圆周均布有数个连通所述第二稳流腔与所述膨胀腔的径向通孔。

2.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：所述气缸包括筒状缸体和同轴配合封接在所述缸体上端的铜质冷头，所述缸体与所述铜质冷头的内径尺寸相同，所述铜质冷头的单边厚度δ为4mm～10mm，所述缸体单边厚度为0.5～1.5mm。

3.根据权利要求2所述的排出器，其特征在于：所述铜质冷头与所述缸体在设有的焊接槽处通过焊接连接，所述铜质冷头采用导热系数高的紫铜材质制得，所述缸体采用钢材质制得。

4.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：所述上导流隔板和所述下导流隔板均为一端具有形成缓冲的凹槽、另一端具有与所述凹槽相对应的所述轴向导流孔。

5.根据权利要求4所述的排出器，其特征在于：所述下导流隔板具有凹槽的一端与所述下封头配合形成第一稳流腔，所述下导流隔板具有导流孔的一端紧靠所述回热填料，所述间隔部为设置于所述上封头底部的凸台，所述上导流隔板具有凹槽的一端紧靠所述回热填料，所述上导流隔板具有导流孔的一端与所述凸台配合形成第二稳流腔。

6.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：所述排出器外壳通过上部小径端与所述气缸的顶部配合形成所述膨胀腔，所述排出器外壳外壁呈台阶状结构设置。

7.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：所述上导流隔板和所述下导流隔板上均具有圆周均布的第一组轴向导流孔、第二组轴向导流孔和第三组轴向导流孔，所述轴向导流孔的孔径φo为1mm～3mm，所述第一组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φa、所述第二组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φb和所述第三组轴向导流孔圆周均布中心圆直径φc按照公式：φa＝3φo,φb＝φa+2φo，φc＝φb+2φo计算确定。

8.根据权利要求7所述的排出器，其特征在于：所述下导流隔板的中心位置还设有1个所述轴向导流孔。

9.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：所述回热填料包括金属丝网叠片或随机尼龙纤维中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：在所述下封头上圆周均布有4～8个所述进气通道，所述进气通道的内径为1～2mm。

11.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：所述径向通孔的孔径为0.5mm～3mm，所述径向通孔的个数为6～20个。

12.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：处于所述环隙段的所述排出器外壳外壁与所述气缸内壁的单边间隙范围为100μm～200μm，处于所述间隙密封段的所述排出器外壳外壁与所述气缸内壁的单边间隙范围为8μm～20μm。

13.根据权利要求1或12所述的排出器，其特征在于：所述间隙密封段的长度为40mm～60mm，所述环隙段的长度为所述间隙密封段长度的1/4～1/6。

14.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：还设有活塞杆，所述下封头与所述活塞杆一端连接，所述活塞杆另一端用于与所述室温腔的弹簧连接。

15.根据权利要求1所述的排出器，其特征在于：所述上封头和所述下封头分别与所述排出器外壳通过螺纹连接。

16.根据权利要求15所述的排出器，其特征在于：在所述上封头的上端面设有装配孔，所述装配孔为单个多边形装配孔、两个圆周均布孔或数个圆周均布孔。