CN101551181B - 低温制冷机用变截面回热器 - Google Patents

低温制冷机用变截面回热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温制冷机用变直径回热器。包括两种型式，一种是从热端到冷端管径渐扩的锥形型式，所述的回热器内填充深低温回热填料。另一种是采用等直径管和变直径管的组合型式，所述的回热器变直径段内填充深低温回热填料，等直径段填充丝网填料。本发明通过增大低温区回热器直径，增大了深低温区回热填料的填充量从而增大回热填料与工质间的传热面积，强化了回热器的回热效果，弥补了深低温区回热填料容积比热容不足的劣势，同时在强化回热器回热效果的同时能够保持流动阻力损失不增加，有助于提高低温制冷机性能。

Description

低温制冷机用变截面回热器
技术领域
本发明涉及回热器，尤其涉及一种低温制冷机用变截面回热器。
背景技术
回热式低温制冷机中的回热器是一种高效紧凑式换热器，它在制冷循环中交替地从热流体接受热量，然后将吸收的热量释放给冷流体。通过回热器的传热量要比气体制冷机的冷量大10～50倍，回热器性能的好坏，对回热式低温制冷机的性能有重大影响。回热器损失是低温制冷机中主要损失来源，通常回热器损失能达到总损失的50％以上，因此优化回热器是提高制冷机效率的有效措施。
在目前的回热器填料中，液氮温度以上时，主要采用不锈钢丝网作为回热器填料；在液氮温度以下主要采用铅作为回热器填料。对于这些材料，是以具有高比热容作为最重要的选择基准。由于铅具有较低的德拜温度(102K)，在低温下具有很高的比热容，然而在15K温区以下，铅的比热容急剧下降并逐渐低于制冷工质氦气的比热容。一些磁性物质在低温下存在磁相变，比容出现异常峰值，如Er3Ni、GdAlO3(GAP)等，因此这些材料经常与其他材料一起分层填在回热器中，组成多层复合式回热器。即便如此，这些磁性材料在低温下的体积比热容相对氦气来说并不足够大，氦在16bar、9K时的体积比热容约为0.72J/(cm3·K)，而常用的Er3Ni在相同温度下比热容只有0.34J/(cm3·K)，HoCu2只有0.44J/(cm3·K)左右；在3.9K氦比热容约为0.4J/(cm3·K)，而GAP也不过只有不到1J/(cm3·K)。
目前低温制冷机中的回热器都是等直径型，增大低温段的换热面积的最直接的方法就是增大回热器长度，从而使回热器的回热能力增强，有助于提高制冷机性能。然而，长度增加使得工质在回热器中的流动阻力增加，限制了制冷机性能的提高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低温制冷机用变截面回热器。
一种低温制冷机用变截面回热器包括压缩机、一级回热器、二级回热器、一级气库、二级气库、小孔阀、一级脉管、二级脉管、回热器等直径段、回热器变直径段、气库、脉管，压缩机与一级回热器、一级脉管、小孔阀、一级气库依次相连接，压缩机与一级回热器、二级锥形回热器、二级脉管、小孔阀、二级气库依次相连接，二级回热器为从热端到低温端管径渐扩的二级锥形回热器。
所述的二级锥形回热器内填充深低温回热填料。
另一种低温制冷机用变截面回热器，包括压缩机、小孔阀、回热器、气库、脉管，压缩机与回热器、脉管、小孔阀、气库依次相连接，回热器包括回热器等直径段和回热器变直径段，回热器等直径段的下端与回热器变直径段相连接，回热器变直径段的外形为从热端到低温端管径渐扩的锥形。
所述的回热器变直径段内填充深低温回热填料，等直径段填充丝网填料。
本发明通过增大回热器在低温段的直径，增大了深低温段回热填料的填充量，增大了传热面积，弥补了深低温区回热填料容积比热容不足的劣势，使回热器回热性能得以提高。同时，由于回热器长度并没有增加，因此回热器的流动阻力不会增加。
附图说明
图1是带有变截面回热器的多级脉管制冷机结构示意图；
图2是带有变截面回热器的单级脉管制冷机结构示意图；
图中：压缩机1、一级回热器2、二级锥形回热器3、一级气库4、二级气库5、小孔阀6、一级脉管7、二级脉管8、回热器等直径段9、回热器变直径段10、气库11、脉管12。
具体实施方式
如图1所示，带有变截面回热器的多级脉管制冷机包括压缩机1、一级回热器2、二级锥形回热器3、一级气库4、二级气库5、小孔阀6、一级脉管7、二级脉管8，压缩机1与一级回热器2、一级脉管7、小孔阀6、一级气库4依次相连接，压缩机1与一级回热器2、二级锥形回热器3、二级脉管8、小孔阀6、二级气库5依次相连接，二级回热器为从热端到低温端管径渐扩的二级锥形回热器3。所述的二级锥形回热器3内填充深低温回热填料。用于整个回热器均处于深低温、需要全部填充深低温填料的场合。
如图2所示，带有变截面回热器的单级脉管制冷机包括压缩机1、小孔阀6、回热器、气库11、脉管12，压缩机1与回热器、脉管12、小孔阀6、气库11依次相连接，回热器包括回热器等直径段9和回热器变直径段10，回热器等直径段9的下端与回热器变直径段10相连接，回热器变直径段10的外形为从热端到低温端管径渐扩的锥形。所述的回热器变直径段10内填充深低温回热填料，等直径段填充丝网填料。用于回热器部分处于深低温的场合，在变截面段填充深低温填料，而等截面段使用丝网填料。
该种变截面回热器也可用于斯特林制冷机、G-M制冷机，该回热器变直径段的形状也不局限于锥形。

Claims (4)

1.一种低温脉管制冷机用变截面回热器，低温脉管制冷机包括压缩机(1)、一级回热器(2)、二级回热器、一级气库(4)、二级气库(5)、小孔阀(6)、一级脉管(7)、二级脉管(8)，压缩机(1)与一级回热器(2)、一级脉管(7)、小孔阀(6)、一级气库(4)依次相连接，压缩机(1)与一级回热器(2)、二级回热器、二级脉管(8)、小孔阀(6)、二级气库(5)依次相连接，其特征在于所述二级回热器为从热端到低温端管径渐扩的锥形回热器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种低温制冷机用变截面回热器，其特征在于，所述的回热器内填充深低温回热填料。
3.一种低温脉管制冷机用变截面回热器，低温脉管制冷机包括压缩机(1)、小孔阀(6)、回热器、气库(11)、脉管(12)，压缩机(1)与回热器、脉管(12)、小孔阀(6)、气库(11)依次相连接，其特征在于所述回热器包括回热器等直径段(9)和回热器变直径段(10)，回热器等直径段的下端与回热器变直径段相连接，回热器变直径段的外形为从热端到低温端管径渐扩的锥形。
4.根据权利要求3所述的一种低温制冷机用变截面回热器，其特征在于，所述的回热器变直径段内填充深低温回热填料，等直径段填充丝网填料。
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