CN101799229B - 一种回热式低温制冷机的回热器 - Google Patents

Abstract

一种回热式低温制冷机的回热器，包括回热器套管及回热器填料，其特征在于：所述的回热器套管内部先填充径向填料，再填充轴向填料，依次交替填充，最后填充径向填料，径向填料由20～40片圆形金属网片层层紧密铺叠而成，圆形金属网片的直径与回热器套管的内直径相等；轴向填料由方形金属网片沿边缘金属丝紧密卷裹而成，径向填料和轴向填料均与回热器套管内壁紧密接触。轴向填料的厚度m大于径向填料的厚度n，轴向填料的空隙率小于径向填料的空隙率。本发明可实现高的回热效率、低的流动阻力、小的轴向导热损失、较小的空容积，极大提高回热式低温制冷机的效率。

Description

一种回热式低温制冷机的回热器

技术领域

本发明涉及一种回热式低温制冷机的回热器，所述回热器用于对回热式低温制冷机高温腔与低温腔往返制冷剂气体冷量的储存和释放。

背景技术

回热式低温制冷机在现代科学技术的许多部门获得重要的应用，例如空间技术中的光电遥感元件的冷却，3G通讯中超导滤波器的冷却，低温真空泵等都需要回热式低温制冷机。回热器是回热式低温制冷机的核心部件，其内装有高目数、大热容量的金属网片。在低温制冷机工作过程中，制冷剂气体在回热器内交变流动，以回热器填料为介质实现在制冷机内对压缩气体的热端热量、冷端冷量的吸收，在制冷机冷端(腔)与热端(腔)之间建立起较大的温度梯度。

回热器既是传热元件又是阻力元件，回热器上的回热损失、流阻损失、轴向导热损失等是制冷机中的主要损失，回热器的结构和性能对回热式低温制冷机的性能具有关键影响。回热器的优化方向就是在提高回热效率的基础上，降低流动阻力，减小轴向导热和空容积。

美国专利，专利号：US6591609B2，该环形回热器，环形壳体内部填充有缠绕成不规则形状的金属导电丝，再用导电溶液对金属丝网的节点焊接。这种结构的缺点是容易造成金属丝网填充不均匀，影响换热效果，且轴向导热损失大，空容积大。

中国专利CN1695032A公开了一种将树脂薄膜卷绕成涡旋状而形成的再生器，通过在树脂薄膜的表面上进行压制处理或激光束照射处理使树脂薄膜本身产生塑性变形，从而形成突起。这种再生器的缺点是气流只沿轴向流动，气流扰动小，同时塑料薄膜的导热系数和热容量小，回热效率低，且塑料薄膜的硬度和刚度小，回热器使用寿命较短。

中国专利CN1624403A公开了一种包含用于使高温部与冷却部彼此连通的连接通道的外壳，以及一个插入外壳连接通道的芳族聚酸胺纤维制成的热能储存材料。该结构的缺点是热能储存材料采用径向填充或斜向填充，气流流动阻力大，同时采用的芳族聚酸胺纤维热能储存材料在较低温度下性能会有所下降，不适用于低温制冷机。

发明内容

本发明公开了一种回热式低温制冷机的回热器，目的在于克服现有技术中存在的：专利号：US6591609B2，回热器壳体内部由于金属丝网填充不均匀，轴向导热损失大影响换热效果；专利CN1695032A，将树脂薄膜进行压制处理或激光束照射处理后，硬度和刚度小，导致回热器使用寿命缩短；专利CN1624403A，芳族聚酸胺纤维热能储存材料采用径向或斜向填充，导致气流流动阻力大，在较低温度下材料性能下降等弊端。本发明回热式低温制冷机的回热器则采用轴向和径向混合填充，不但回热效率高、流动阻力小，而且轴向导热损失小，死容积小，换热效率大大提高。

一种回热式低温制冷机的回热器，包括回热器套管及回热器填料，其特征在于：所述的回热器套管内部先填充径向填料，再填充轴向填料，依次交替填充，最后填充径向填料，混合填充形成回热器填料，所述的径向填料是由20～40片圆形金属网片层层紧密铺叠而成，圆形金属网片的直径与回热器套管的内直径相等；所述的轴向填料由方形金属网片沿边缘金属丝紧密卷裹而成，径向填料和轴向填料均与回热器套管内壁紧密接触。

所述的轴向填料的厚度m大于径向填料的厚度n，轴向填料的空隙率小于径向填料的空隙率。

所述的径向填料的圆形金属网片由经向圆形金属丝一与纬向圆形金属丝二交互编制而成，圆形金属网片金属丝直径q的范围为40～100μm，圆形金属网片的目数范围为150～350目。

所述的径向填料的圆形金属网片，圆形金属网片金属丝的纬向间距s与圆形金属网片经向间距t之间的比例s/t为1。

所述的轴向填料的方形金属网片，由经向圆形金属丝三与纬向圆形金属丝四交互编制而成，方形金属网片金属丝的直径d的范围为40～100μm，方形金属网片金属丝的经向间距b与方形金属网片金属丝的纬向间距a之间的比例b/a为3～6。

所述的轴向填料的厚度m与径向填料的厚度n的比m/n＝3～6。

回热器套管内的丝网填料可以是斜纹编制或平纹编制丝网片，其材质可以为磷青铜或不锈钢。丝网目数越高，孔隙率越小，会导致制冷剂气体在回热器内的流阻增大；丝网目数越高，比表面积(单位体积的丝网回热面积)越大，可增大丝网与制冷剂气体的换热面积。丝网目数的选择至关重要，对于斯特林制冷机，丝网目数范围在150～350目之间，回热器空容积率在70％～80％之间；对于脉管制冷机，回热器空容积率在50％～65％之间。金属丝直径一般在40～100μm之间选择。

本发明的优点和积极效果是：

1、采用径、轴向混合填充式结构的回热器，径向填料可以减小轴向导热损失，改善回热器内的流动不均匀性；由方形金属网片紧密卷裹而成的轴向填料可以降低流动阻力损失，并减小回热器空容积。这种径、轴向混合填充式回热器可以实现高的回热效率、低的流动阻力、小的轴向导热损失、较小的空容积，可极大地提高回热式低温制冷机的效率。

2、金属丝网填料可以采用多种叠加方式，可以根据需要采用不同材料、不同丝网目数的丝网通过不同叠加方法，以径、轴向混合填充的方式填充，以满足回热式低温制冷机的不同需求。

附图说明

图1为本发明回热式低温制冷机的回热器结构示意图；

图2为轴向填料的方形金属网片卷裹结构示意图；

图3为轴向填料的方形金属网片局部放大图；

图4为径向填料的圆形金属网片结构示意图；

图5为径向填料的圆形金属网片局部放大图。

1、回热器套管，2、回热器填料，3、径向填料，4、轴向填料，5、方形金属网片，6、边缘金属丝，7、回热器连杆，8、热端导流板，9、冷端导流板，10、回热器封头，11、回热器封头凹槽，12、回热器连杆端座导流孔，13、热端混合腔，14、冷端混合腔，15、冷端导流板导流孔，16、导流圆孔，17、热端导流板导流孔，18、圆形金属网片，19、经向圆形金属丝一，20、纬向圆形金属丝二，21、经向圆形金属丝三，22、纬向圆形金属丝四。

图3中a：方形金属网片金属丝的纬向间距，b：方形金属网片金属丝的经向间距；d：方形金属网片的金属丝直径。

图5中s：圆形金属网片金属丝的纬向间距，t：圆形金属网片金属丝的经向间距，q：圆形金属网片的金属丝直径。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡采用本发明结构及其相似变化的，均应属于本发明的保护范围。

一种回热式低温制冷机的回热器，如图1、图2、图4所示，包括回热器套管1及回热器填料2，所述的回热器套管1内部先填充径向填料3，再填充轴向填料4，依次交替填充，最后填充径向填料3，混合填充形成回热器填料2，轴向填料4的厚度m与径向填料3的厚度n的比m/n＝3～6。圆形金属网片18由圆形金属网片经向圆形金属丝一19与圆形金属网片纬向圆形金属丝二20交互编制而成，圆形金属网片18的目数范围为150～350目。径向填料3是由20～40片圆形金属网片18层层紧密铺叠而成，圆形金属网片18的直径与回热器套管1的内直径相等；轴向填料4的金属网片5呈方形，如图2所示，轴向填料4由方形金属网片5沿边缘金属钢丝6紧密卷裹而成，径向填料3和轴向填料4均与回热器套管1内壁紧密接触。轴向填料4的厚度m大于径向填料3的厚度n，轴向填料4的空隙率小于径向填料3的空隙率。径向填料3的圆形金属网片18，如图5所示，圆形金属网片金属丝的直径q的范围为40～100μm，圆形金属网片金属丝的纬向间距s与圆形金属网片金属丝的经向间距t之间的比例s/t为1。轴向填料4的方形金属网片5，由方形金属网片经向圆形金属丝三21与方形金属网片纬向圆形金属丝四22交互编制而成，如图3所示，方形金属网片金属丝直径d的范围为40～100μm，方形金属网片金属丝的经向间距b与方形金属网片金属丝的纬向间距a之间的比例b/a为3～6。

本发明的回热器的具体装配次序为：首先，将回热器连杆7从回热器套管1底部进行装配，其中回热器套管1与回热器连杆7的装配连接方式为螺纹连接，在螺纹密封处加入密封胶；然后，从回热器套管1上部装入热端导流板8，其中热端导流板8下部与回热器连杆7上端部紧密接触；然后，从回热器套管1上部装入径向填料3，接着装入轴向填料4，依次交替填充，在回热器填料的最顶部填入的填料为径向填料3；在回热器填料填装完成后，从回热器套管1顶部装入冷端导流板9，其中冷端导流板9下端部与顶部径向填料3紧密接触；最后，从回热器套管1上部装入回热器封头10，其中，回热器套管1与回热器封头10之间采用螺纹连接，在螺纹密封处加入低温密封胶；将拧紧安装工具插入封头顶部的凹槽11，将回热器封头拧紧，其回热器封头10底部与冷端导流板9上部紧密接触。至此，回热器装配完毕。

该回热器在回热式低温制冷机中的工作过程是：制冷剂气体由热端压缩腔流经回热器连杆7端座上的回热器连杆端座导流孔12，流入端座与热端导流板8间的热端混合腔13，然后制冷剂气体流经热端导流板8上的热端导流板导流孔17，流进回热器填料2，在高温制冷剂气体流经回热器填料2的过程中，对回热器填料2放热，然后制冷剂气体流入冷端混合腔14，再流经冷端导流板9上的冷端导流板导流孔15，进入回热器封头10与冷端导流板9间的环形空腔，然后制冷剂气体流经在回热器套管1一周均匀设有的导流圆孔16，最后进入膨胀腔膨胀制冷；制冷剂气体膨胀制冷后原路返回流经回热器填料2，吸收储存在回热器内的热量，进入热端压缩腔，完成一个制冷循环。

Claims (6)

1.一种回热式低温制冷机的回热器，包括回热器套管(1)及回热器填料(2)，其特征在于：所述的回热器套管(1)内部先填充径向填料(3)，再填充轴向填料(4)，依次交替填充，最后填充径向填料(3)，混合填充形成回热器填料(2)，所述的径向填料(3)是由20～40片圆形金属网片(18)层层紧密铺叠而成，圆形金属网片(18)的直径与回热器套管(1)的内直径相等；所述的轴向填料(4)由方形金属网片(5)沿边缘金属丝(6)紧密卷裹而成，径向填料(3)和轴向填料(4)均与回热器套管(1)内壁紧密接触。

2.根据权利要求1所述的一种回热式低温制冷机的回热器，其特征在于：所述的轴向填料(4)的厚度m大于径向填料(3)的厚度n，轴向填料(4)的空隙率小于径向填料(3)的空隙率。

3.根据权利要求1所述的一种回热式低温制冷机的回热器，其特征在于：所述的圆形金属网片金属丝直径q的范围为40～100μm，圆形金属网片(18)的目数范围为150～350目。

4.根据权利要求1或3所述的一种回热式低温制冷机的回热器，其特征在于：所述的径向填料(3)的圆形金属网片(18)由经向圆形金属丝一(19)与纬向圆形金属丝二(20)交互编制而成，圆形金属网片金属丝的纬向间距s与圆形金属网片金属丝的经向间距t之间的比例s/t为1。

5.根据权利要求1所述的一种回热式低温制冷机的回热器，其特征在于：所述的轴向填料(4)的方形金属网片由经向圆形金属丝三与纬向圆形金属丝四交互编制而成，方形金属网片金属丝的直径d的范围为40～100μm，方形金属网片金属丝的经向间距b与纬向间距a之间的比例b/a为3～6。

6.根据权利要求2所述的一种回热式低温制冷机的回热器，其特征在于：所述的轴向填料(4)的厚度m与径向填料(3)的厚度n的比m/n＝3～6。

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