CN102679637A - 一种蚀刻金属薄片轴向填充式回热器及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种蚀刻金属薄片轴向填充式回热器及其装配方法，回热器包括：回热器套及其内部的轴向填料；轴向填料由蚀刻金属薄片卷裹而成的一个整体。在装配回热器填料时，卷裹成的轴向填料与回热器套内壁紧密接触；轴向填料由金属薄片蚀刻而成，材料为磷青铜或不锈钢，对金属薄片正面、背面分别蚀刻。蚀刻后的金属薄片包括：若干不蚀刻的横条，若干正面半蚀刻的竖条，若干背面半蚀刻的连接臂；所述竖条设置于横条的一侧上，连接臂设置于两个相邻但不相连的竖条之间。本发明可以降低流动阻力损失，并减小回热器空容积，其蚀刻样式延长了导热途径和减少了导热面积，从而减少了轴向导热损失。

Description

一种蚀刻金属薄片轴向填充式回热器及其装配方法

技术领域

本发明属于低温制冷技术领域，涉及一种回热器，尤其涉及一种蚀刻金属薄片轴向填充式回热器；同时，本发明还涉及上述回热器的装配方法。 

背景技术

低温制冷机在现代科学技术的许多部门获得重要的应用，例如军用红外探测器，低温医学中的低温热像仪、低温微型冷刀，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。回热器是回热式气体制冷机的关键部件，通过回热器所传递的热量要比气体制冷机的制冷量大10～50倍，所以其性能的优劣，对气体制冷机的性能有决定性的影响。其内装有高目数、大热容量的金属网片。在制冷机工作过程中，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，回热器上的损失(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。 

回热器目前的研究多集中在回热器填料填充结构和填料材料上，径向填充式回热器的优点是轴向导热损失小，但缺点是径向导热损失大，流动阻力大；轴向填充式回热器的优点是径向导热损失小，流动阻力小，但其轴向导热损失大。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，可提高回热效率、减小流动阻力、降低轴向导热损失。 

此外，本发明还提供一种上述回热器的装配方法，装配而成的回热器可提高 回热效率、减小流动阻力、降低轴向导热损失。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，所述回热器包括：回热器套及其内部的轴向填料；轴向填料由蚀刻金属薄片卷裹而成的一个整体。 

作为本发明的一种优选方案，在装配回热器填料时，卷裹成的轴向填料与回热器套内壁紧密接触；轴向填料由金属薄片蚀刻而成，金属薄片厚度0.04mm～0.10mm，材料为磷青铜或不锈钢，对金属薄片正面、背面分别蚀刻。 

作为本发明的一种优选方案，蚀刻后的金属薄片包括：若干不蚀刻的横条，若干正面半蚀刻的竖条，若干背面半蚀刻的连接臂；所述竖条设置于横条的一侧上，连接臂设置于两个相邻但不相连的竖条之间。 

作为本发明的一种优选方案，半蚀刻厚度约为金属薄片厚度一半，竖条宽度为a与竖条之间间距为b之比a/b范围0.3～0.6宽度为c与横条之间的间距为d之比d/c范围0.3～0.6刻连接臂与横条之间的夹角α的范围20°～60°。 

一种上述回热器的装配方法，所述方法包括如下步骤： 

将回热器连杆从回热器套底部进行装配，其中回热器套与连杆的装配连接方式为螺纹连接，在螺纹密封处加入密封胶； 

从回热器套上部装入热端导流板，其中热端导流板下部与连杆上端部紧密接触； 

从回热器套上部装入轴向填料，在回热器填料填装完成后，从回热器套顶部装入冷端导流板，其中冷端导流板下端部与顶部径向填料紧密接触； 

从回热器套上部装入回热器封头，其中，回热器套与回热器封头之间采用螺纹连接，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，将回热器封头拧紧，其封头底部与热端导流板上部紧密接触；至此，回热器装配完毕。 

本发明的有益效果在于：本发明提出的蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，采用蚀刻金属薄片轴向填充式结构的回热器，轴向填充的由蚀刻金属薄片紧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，其蚀刻样式延长了导 热途径和减少了导热面积，从而减少了轴向导热损失。这种蚀刻金属薄片轴向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。 

同时，本发明可以采用多种金属蚀刻样式，也可以调整蚀刻的尺寸来满足回热式低温制冷机的实际需求。能精确保证流道每一点的尺寸以及均匀性，在很大范围内调节固体体积和空体积的比率和流道之间的压差，不会产生金属碎屑进入工质流体损害回热器。 

附图说明

图1为本发明的蚀刻金属薄片轴向填充式回热器结构示意图； 

图2-1、图2-2分别为轴向填充的蚀刻金属薄片填料正反两面的结构示意图； 

图3为蚀刻片局部放大图； 

图4为蚀刻片正面局部三维示意图； 

图5为蚀刻片背面局部三维示意图； 

图6为导流板剖面图。 

附图标注如下： 

101：回热器封头凹槽        102：回热器封头 

103：导流圆孔              104：冷端导流板 

105：冷端导流板导流孔      106：导流圆孔 

107：回热器填料            108：回热器套管 

109：热端导流板            110：热端导流板导流孔 

111：回热器连杆端座导流孔  112：回热器连杆 

113：冷端混合腔            114：热端混合腔 

201：边缘金属丝            202：蚀刻片正面蚀刻样式 

203：蚀刻片反面蚀刻样式    301：竖条(不蚀刻部分) 

302：横条(正面半蚀刻部分)  303：连接臂(反面半蚀刻部分) 

304：全蚀刻部分            a：竖条宽度 

b：竖条之间间距            c：横条宽度 

d：横条之间的间距    α：半蚀刻连接臂与横条之间的夹角 

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。 

实施例一 

请参阅图1，本发明揭示了一种用于回热式低温制冷机的蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，包括回热器套108及其内部的轴向填料107。其中回热器套108采用聚酰亚胺合成材料制作，轴向填料107是由蚀刻金属薄片紧密卷裹而成（如图2-1、图2-2所示）。回热器内蚀刻金属薄片填料材质可以为磷青铜或不锈钢。蚀刻间距越小，孔隙率越小，会导致制冷剂气体在回热器内的流阻增大；蚀刻间距越大，流动阻力损失越小。 

图2-1、图2-2为轴向填充的卷裹式回热器填料结构示意图，卷裹式圆形回热器填料的制作过程为：以一根不锈钢丝为轴线将宽度为m的蚀刻金属薄片紧密缠绕卷裹(如图2-1、图2-2所示)成圆柱形，缠绕后的圆柱形轴向填料107的高度为m，轴向填料107外径与回热器套内径相等，其中，轴向填料107包括轴心不锈钢丝201和轴心不锈钢丝201周围卷裹的金属丝网两部分。 

在装配回热器填料时，卷裹成的轴向填料与回热器套内壁紧密接触；轴向填料由金属薄片蚀刻而成，金属薄片厚度0.04mm～0.10mm，材料为磷青铜或不锈钢，对金属薄片正面、背面分别蚀刻。 

蚀刻方法包括：蚀刻金属薄片正面蚀刻样式202(图3和图4所示)：其中竖条301不蚀刻，横条302正面半蚀刻，横条之间连接臂303背面半蚀刻，以及其余部分304全蚀刻。蚀刻金属薄片反面蚀刻样式203(图3和图5所示)：竖条301不蚀刻，横条之间连接臂303半蚀刻，其余304全蚀刻。 

蚀刻后的金属薄片包括：若干不蚀刻的竖条301，若干正面半蚀刻的横条302，若干背面半蚀刻的连接臂303；所述竖条301设置于横条302的一侧上，连接臂303设置于两个相邻但不相连(即不在同一个横条上)的竖条301之间。半蚀刻厚度约为金属薄片厚度一半，竖条宽度为a与竖条之间间距为b之比a/b 范围为0.3～0.6；横条宽度为c与横条之间的间距为d之比d/c的范围为0.3～0.6；刻连接臂与横条之间的夹角α的范围为20°～60°。 

本发明的回热器的具体装配方法为：首先，将回热器连杆112从回热器套108底部进行装配，其中回热器套108与连杆112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108上部装入热端导流板109，其中热端导流板109下部与连杆上端部紧密接触；然后，从回热器套108上部装入轴向填料107，在回热器填料填装完成后，从回热器套108顶部装入冷端导流板104，其中冷端导流板104下端部与顶部径向填料紧密接触；最后，从回热器套108上部装入回热器封头102，其中，回热器套108与回热器封头102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101，将回热器封头拧紧，其封头102底部与热端导流板上部紧密接触。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连杆112端座上的导流孔111，流入端座与热端导流板110间的热端混合腔114，然后制冷剂气体流经热端导流板109上的导流孔110(导流板剖面图如图6所示)，流进蚀刻片卷裹轴向填充的回热器填料107，在高温制冷剂气体流经回热器填料107的过程中，对回热器填料107放热，然后制冷剂气体流入冷端混合腔113，再流经冷端导流板104上的导流孔105，进入回热器封头102与冷端导流板104间的环形空腔，然后制冷剂气体流经在回热器套108一周均匀设有的导流圆孔103，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107，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。 

综上所述，本发明提出的蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，采用蚀刻金属薄片轴向填充式结构的回热器，轴向填充的由蚀刻金属薄片紧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，其蚀刻样式延长了导热途径和减少了导热面积，从而减少了轴向导热损失。这种蚀刻金属薄片轴向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。 

同时，本发明可以采用多种金属蚀刻样式，也可以调整蚀刻的尺寸来满足回热式低温制冷机的实际需求。能精确保证流道每一点的尺寸以及均匀性，在很大范围内调节固体体积和空体积的比率和流道之间的压差，不会产生金属碎屑进入工质流体损害回热器。 

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。 

Claims (5)

1.一种蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，其特征在于，所述回热器包括：回热器套及其内部的轴向填料；轴向填料由蚀刻金属薄片卷裹而成的一个整体。

2.根据权利要求1所述的蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，其特征在于：

在装配回热器填料时，卷裹成的轴向填料与回热器套内壁紧密接触；

轴向填料由金属薄片蚀刻而成，金属薄片厚度0.04mm～0.10mm，材料为磷青铜或不锈钢，对金属薄片正面、背面分别蚀刻。

3.根据权利要求2所述的蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，其特征在于：

蚀刻后的金属薄片包括：若干不蚀刻的横条，若干正面半蚀刻的竖条，若干背面半蚀刻的连接臂；

所述竖条设置于横条的一侧上，连接臂设置于两个相邻但不相连的竖条之间。

4.根据权利要求3所述的蚀刻金属薄片轴向填充式回热器，其特征在于：

半蚀刻厚度约为金属薄片厚度一半，竖条宽度a与竖条之间间距为b之比a/b范围为0.3～0.6；横条宽度c与横条之间的间距为d之比d/c范围为0.3～0.6；刻连接臂与横条之间的夹角α的范围为20°～60°。

5.一种权利要求1至3之一所述回热器的装配方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将回热器连杆从回热器套底部进行装配，其中回热器套与连杆的装配连接方式为螺纹连接，在螺纹密封处加入密封胶；

从回热器套上部装入热端导流板，其中热端导流板下部与连杆上端部紧密接触；

从回热器套上部装入轴向填料，在回热器填料填装完成后，从回热器套顶部装入冷端导流板，其中冷端导流板下端部与顶部径向填料紧密接触；

从回热器套上部装入回热器封头，其中，回热器套与回热器封头之间采用螺纹连接，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，将回热器封头拧紧，其封头底部与热端导流板上部紧密接触；至此，回热器装配完毕。

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