CN106091517A - 一种蓄冷器及制冷机 - Google Patents

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陈六彪
王俊杰
周远
朱文秀
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle

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Abstract

本发明公开了一种蓄冷器及制冷机，上述蓄冷器包括：容置蓄冷器填料的外壳，设置于所述外壳内部且依次放置的金属丝网单元和多孔介质单元，工质气体氦气在依次通过上述金属丝网单元和上述多孔介质单元后，被上述多孔介质单元吸附。本发明提供的蓄冷器及制冷机，充分利用了氦气比热容和多孔介质在低温条件下对氦气具有吸附能力的特点，极大提升了蓄冷器及制冷机的制冷能力，而且操作简单。

Description

一种蓄冷器及制冷机
技术领域
本发明涉及蓄冷技术领域，特别涉及一种能够在蓄冷式制冷机中使用的蓄冷器及制冷机。
背景技术
吉福德-麦克马洪式(GM)制冷机及脉冲管制冷机等蓄冷式制冷机能够产生从100K左右的低温至超低温的范围的寒冷，能够在超导磁铁或检测器等的冷却、低温泵等中使用。例如，GM制冷机中，如由压缩机压缩的氦气之类的工质气体引导至蓄冷器，并由蓄冷器内的蓄冷材料进行预先冷却。蓄冷器是制冷机内部一个极其重要的部件，是制冷机制冷性能和效果的进一步提升的关键性部件之一。
在蓄冷器内部设置有对冷量进行蓄冷的蓄冷材料。研究表明，在10K以下的温区中，制冷机蓄冷器中常用的金属丝网比热容急剧降低，而在此温区中的工质气体氦气的比热容急剧增大，并在10K附近达到峰值，从而导致上述金属丝网的蓄冷能力在上述温区中明显不足。
为了获得更低的制冷温度，从蓄冷能力的角度考虑，在10K以下的温区中，需采用比热相对较高的蓄冷材料。目前，在低频制冷机中，常采用Er3Ni、Er0.4Pr0.6、HoCu 2等磁性蓄冷材料进行蓄冷，但这些磁性蓄冷材料在应用到高频制冷机时，由于流阻、热导率、热穿透深度等众多因素的耦合影响，上述磁性蓄冷材料在高频制冷机的应用中还存在诸多问题，难以提高高频脉冲管制冷机的蓄冷性能。
因此，需提供一种蓄冷器和应用该蓄冷器的制冷机，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种蓄冷器和制冷机，不仅蓄冷能力提升显著，而且操作方便。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种蓄冷器，上述蓄冷器包括：容置蓄冷器填料的外壳，设置于上述外壳内部且依次放置的金属丝网单元和多孔介质单元，工质气体氦气在依次通过上述金属丝网单元和上述多孔介质单元后，被上述多孔介质单元吸附。
在本发明提供的一种蓄冷器的实施例中，上述外壳为金属外壳。
在本发明提供的一种蓄冷器的实施例中，上述金属外壳内部设置有导流单元，且上述导流单元、上述金属丝网单元和上述多孔介质单元依次设置。
在本发明提供的一种蓄冷器的实施例中，上述多孔介质单元的填料为活性炭或碳纳米管或玻璃微珠，或上述活性炭、上述碳纳米管、上述玻璃微珠按照任意比例组合的混合物。
在本发明提供的一种蓄冷器的实施例中，上述蓄冷器工作在10K及以下温区。
在本发明提供的一种蓄冷器的实施例中，上述金属丝网单元的目数在80目至635目之间。
在本发明提供的一种蓄冷器的实施例中，上述金属丝网单元内填充的丝网为单一目数，或几种不同目数丝网的组合。
在本发明提供的一种蓄冷器的实施例中，上述金属丝网单元的材质为不锈钢。
本发明一种实施例还提供了一种制冷机，该制冷机包括蓄冷器，该蓄冷器具有上述蓄冷器的特征。
本发明提供的蓄冷器及制冷机，充分利用了氦气比热容和多孔介质在低温条件下对氦气具有吸附能力的特点，极大提升了蓄冷器及制冷机的制冷能力，而且操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例提供的一种蓄冷器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施方式，对本发明实施方式作进一步地详细描述。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1所示，本发明实施例基于氦气比热容和热容量的特点，提供了一种蓄冷器和制冷机，该蓄冷器包括容置蓄冷器填料的外壳4，设置于上述外壳4内部且依次放置的金属丝网单元2和多孔介质单元3。
外壳4为金属外壳，其形状为长方体状，也可根据实际需求，设置为不同的形状。
金属丝网单元2为网状，其材质为不锈钢材料，也可以根据实际需求，设置为不同材料。且根据实验结果表明，该金属丝网单元2的目数在80目至635目之间对于提升蓄冷器的蓄冷能力最为合适。该金属丝网单元2内填充的丝网为单一目数，或几种不同目数丝网的组合。
多孔介质单元3位于金属丝网单元2的一侧，依次放置在金属外壳4中，多孔介质单元3的填料为比较面积较大的材料，诸如活性炭或碳纳米管或玻璃微珠，或上述活性炭、上述碳纳米管、上述玻璃微珠按照任意比例组合的混合物。
导流单元1在于金属外壳4中，位于金属丝网单元2相对于多孔介质单元3的另外一侧，即导流单元1、金属丝网单元2和多孔介质单元3依次设置在金属外壳4内部，且导流单元1呈叠板状，在各板之间设置有引导工质气体氦气进入蓄冷器的引导空间。
本发明实施例提供的蓄冷器工作在10K及以下温区。
在多孔介质单元3吸附氦气达到饱和前，具有较高温度的工质气体氦气经过导流单元1进入在10K以上温区具有较高效率的金属丝网单元2，在金属丝网单元2中，工质气体氦气逐步被冷却，并进入处于深低温温区的多孔介质单元3中，由于活性炭或碳纳米管或玻璃微珠等填料在极低温条件下对氦气具有较强吸附能力，故在多孔介质单元3中，氦气不断被活性炭或碳纳米管或玻璃微珠等多孔介质材料吸附，直至在该多孔介质单元3中的氦气吸附和脱附达到平衡后，该蓄冷器进入稳定的工作状态。
蓄冷器的蓄冷过程包括由热吹期和冷吹期组成的周期性换热过程，具体地，在热吹期，具有较高温度的工质气体氦气通过金属丝网单元2和多孔介质单元3，从而加热蓄冷器中的填料，工质气体本身的温度得到降低；而在冷吹期，具有较低温度的工质气体氦气通过金属丝网单元2和多孔介质单元3，从而降低蓄冷器中的填料温度，工质气体本身的温度得到上升。由于多孔介质单元3上吸附有氦，且氦具有较高比热容，因此，蓄冷器相对于已有的蓄冷材料，具有较强的制冷能力。
此外，本发明一种实施例还提供了一种制冷机，该制冷机包括了以上实施例中描述的蓄冷器。
本发明实施例提供的蓄冷器及制冷机，充分利用了氦气比热容和多孔介质在低温条件下对氦气具有吸附能力的特点，极大提升了蓄冷器及制冷机的制冷能力，而且操作简单。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种蓄冷器，其特征在于，所述蓄冷器包括：容置蓄冷器填料的外壳，设置于所述外壳内部且依次放置的金属丝网单元和多孔介质单元，工质气体氦气在依次通过所述金属丝网单元和所述多孔介质单元后，被所述多孔介质单元吸附。
2.根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，所述外壳为金属外壳。
3.根据权利要求2所述的蓄冷器，其特征在于，所述金属外壳内部设置有导流单元，且所述导流单元、所述金属丝网单元和所述多孔介质单元依次设置。
4.根据权利要求3所述的蓄冷器，其特征在于，所述多孔介质单元的填料为活性炭或碳纳米管或玻璃微珠，或所述活性炭、所述碳纳米管、所述玻璃微珠按照任意比例组合的混合物。
5.根据权利要求4所述的蓄冷器，其特征在于，所述蓄冷器工作在10K及以下温区。
6.根据权利要求5所述的蓄冷器，其特征在于，所述金属丝网单元的目数在80目至635目之间。
7.根据权利要求6所述的蓄冷器，其特征在于，所述金属丝网单元内填充的丝网为单一目数，或几种不同目数丝网的组合。
8.根据权利要求7所述的蓄冷器，其特征在于，所述金属丝网单元的材质为不锈钢。
9.一种制冷机，其特征在于，所述制冷机包括权利要求1至权利要求12中任一项权利要求中所述的蓄冷器。
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Citations (6)

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