CN108775736B - 一种回热器环片横截面形状与尺寸的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回热器环片横截面形状与尺寸的确定方法，回热器包括回热器叠片和回热器环片层，回热器环片层包括数个沿圆周方向分布、统一呈弯曲状的回热器环片，相邻两个回热器叠片间通过回热器环片层连接；方法包括：根据制冷机需要确定回热器环片层的内径和外径，过回热器环片层内径与外径的水平中点O1作垂线，交过回热器环片层的外径圆顶点的水平直线于点O2，以点O1为原点、以点O1与点O2间的距离为半径作圆，得到交于回热器环片层的内径圆、外径圆之间的两段圆弧，根据所需回热器环片的弯曲方向选择其中一段圆弧并将其向一侧或两侧偏移得到厚度为L1的回热器环片的横截面。

Description

一种回热器环片横截面形状与尺寸的确定方法
技术领域
本发明是涉及一种回热器，具体说，是涉及一种用于声能制冷机的叠片式回热器及组合回热装置，属于低温制冷技术领域。
背景技术
声能制冷机作为一种小型低温回热式制冷机，利用膨胀气缸内气体周期性膨胀和压缩来制取冷量，具有结构紧凑、制冷温区广、制冷效率高、节能环保等优点，受到了越来越多的重视。
回热器也称蓄冷器，是一种再生式换热器。从热力学效率方面来讲，采用回热器所实现的回热过程可以提高制冷循环的热力效率。在低温制冷机工作过程中，回热器周期地积累上一次循环所得冷量，并将其传递给下一次循环的入流工质，充分利用了制冷过程中不同温位的制冷量，提高了能量的转换利率。显然，回热器是低温气体制冷机的关键部件，实际运行中，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影响。回热器的填料的材料和几何形状对回热器的有决定性的影响，回热器中填料对气体的阻力造成的压力损失和轴向导热损失均是制冷机的主要损失，会使制冷机冷量减少，能耗增大。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种间隙率小、比表面积大的用于声能制冷机的叠片式回热器，以减小换热过程中的流动阻力和轴向导热损失，明显提升制冷机制冷性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于声能制冷机的叠片式回热器，其特征在于：所述回热器为筒状结构，所述筒状结构包括至少两个同轴套装设置的回热器叠片和至少一层回热器环片层，所述回热器环片层包括数个沿圆周方向分布、统一呈弯曲状的回热器环片，相邻两个所述回热器叠片之间通过所述回热器环片层连接，相邻两层所述回热器环片层的回热器环片的弯曲方向不同，所述筒状结构的两端分别抵住制冷机的冷端换热器和热端换热器，所述筒状结构的外环面与制冷机壳体贴合设置，所述筒状结构的内环面与制冷膨胀气缸贴合设置。
作为优选方案，所述回热器叠片的厚度为0.4mm～0.6mm。
作为优选方案，所述回热器环片的厚度为20μm～40μm，
作为优选方案，所述回热器环片呈弧形结构。
作为进一步优选方案，所述回热器环片的长度为0.2mm。
作为优选方案，相邻两个所述回热器环片之间形成的通道宽度为50μm～100μm，工质气体从所述通道之间流过进行换热，相邻两层所述回热器环片层的所述回热器环片的弯曲方向不同，更加有利用换热。
作为优选方案，所述筒状结构采用金属材料制得，所述金属材料包括但不限于不锈钢和铅。
本发明还提供一种上述回热器环片横截面形状与尺寸的确定方法，其特征在于：根据制冷机需要确定所述回热器环片层的内径和外径，过所述回热器环片层内径与外径的水平中点O1作垂线，交过所述回热器环片层的外径圆顶点的水平直线于点O2，以点O1为原点、以点O1与点O2间的距离为半径作圆，得到交于所述回热器环片层的内径圆、外径圆之间的两段圆弧，根据所需回热器环片的弯曲方向选择其中一段圆弧并将其向一侧或两侧偏移得到厚度为L1的回热器环片的横截面。
本发明还提供一种组合回热装置，其特征在于：包括多段轴向并列设置的上述回热器，相邻两段所述回热器相对应层的所述回热器环片的弯曲方向不同或者弯曲程度不同，不通过轴向并列设置的所述回热器，由所述回热器环片在轴向上形成交错通道，延长工质气体在换热器内流通路径、进一步提高了换热效率，并且可通过选择不同段数的回热器进行自由组合，以适用回热段轴向长度不同的制冷机，提高适用性。
本发明作为声能制冷机的回热器工作过程如下：
在声能制冷机运行时，工质气体在制冷机的压缩腔内被压缩后，经过热端换热器将压缩过程产生的热量释放给外界环境，接着流经回热器，工质气体将热量传给回热器，此时工质气体被冷却，其温度和压力都下降，随后进入膨胀腔膨胀制冷，利用冷端换热器将热量导出；膨胀过后的工质气体流回回热器，吸收回热器内的热量，此时工质气体的温度压力均上升，最后工质气体返回压缩腔继续被压缩。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所述叠片式回热器通过交替叠加的回热器叠片和回热器环片层形成的工质气体流通通道间隙率小，相邻两个回热器环片间形成的通道宽度仅为50μm～100μm，具有较小的孔隙率，使其传热面积增大，换热效果好；所述回热器具有较大的比表面积，增大了回热器与工质气体的接触换热面积，提高了回热器回热性能；采用不锈钢，铅等金属材质制得，具有较小的导热系数，有利于减小回热器的轴向导热损失；相邻回热器环片层间回热器环片弯曲方向不同，气流流动平缓，进一步提高换热性能；可根据所需回热器尺寸，确定回热器叠片和回热器环片的数量和设置，具有适用性好、安装简单等优点；可有效提升声能制冷机的制冷性能，具有明显的进步性和推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种用于声能制冷机的叠片式回热器结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的一种用于声能制冷机的叠片式回热器的横截面结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的回热器环片横截面确定方法示意图；
图4为本发明实施例1提供的一种用于声能制冷机的叠片式回热器的装配状态结构示意图。
图中标号示意如下：1、回热器；11、回热器叠片；12、回热器环片层；121、回热器环片；2、热端换热器；3、冷端换热器；4、膨胀气缸；5、机体上机壳；6、压缩腔；7、膨胀腔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例1
结合图1至图4所示，本实施例提供的一种用于声能制冷机的叠片式回热器，所述回热器1为筒状结构，所述筒状结构包括至少两个同轴套装设置的回热器叠片11和至少一层回热器环片层12，所述回热器环片层12包括数个沿圆周方向分布、统一呈弯曲状的回热器环片，相邻两个所述回热器叠片11之间通过所述回热器环片层11连接，相邻两层所述回热器环片层12的回热器环片121的弯曲方向不同，所述筒状结构的两端分别抵住制冷机的热端换热器2和冷端换热器3，所述筒状结构的内环面与制冷膨胀气缸4贴合设置，所述筒状结构的外环面与制冷机的机体上壳体5贴合设置。
在本实施例中，所述回热器叠片11的厚度为0.4mm～0.6mm；所述回热器环片121的厚度为20μm～40μm；所述回热器环片121的长度为0.2mm，如图1、图2所示。
在本实施例中，相邻两个所述回热器环片121之间形成的通道宽度为50μm～100μm，工质气体从所述通道之间流过进行换热，相邻两层所述回热器环片层12的所述回热器环片121的弯曲方向不同，更加有利用换热，如图1、图2所示。
在本实施例中，可根据所需回热器1的长与宽，确定需要叠加的回热器叠片11和回热器环片121的数量，以适应不同型号声能制冷机的需求。
在本实施例中，所述筒状结构采用金属材料制得，所述金属材料包括但不限于不锈钢和铅。
本实施例还提供一种上述回热器环片121横截面形状与尺寸的确定方法，具体包括以下步骤：
根据制冷机需要确定所述回热器环片层12的内径和外径，如图3所示，过所述回热器环片层12内径与外径的水平中点O1作垂线，交过所述回热器环片层12的外径圆顶点的水平直线于点O2，以点O1为原点、以点O1与点O2间的距离为半径作圆，得到交于所述回热器环片层12的内径圆、外径圆之间的两段圆弧，根据所需回热器环片121的弯曲方向选择其中一段圆弧并将其向一侧或两侧偏移得到厚度为L1的回热器环片121的横截面。
本实施例还提供的一种组合回热装置，包括多段轴向并列设置的上述回热器，相邻两段所述回热器1相对应层的所述回热器环片121的弯曲方向不同或者弯曲程度不同；通过轴向并列设置的所述回热器1，由所述回热器环片121在轴向上形成交错通道，延长工质气体在换热器1内流通路径、进一步提高了换热效率，并且可通过选择不同段数的回热器1进行自由组合，以适用回热段轴向长度不同的制冷机，提高适用性。
本发明作为声能制冷机的回热器工作过程如下：
结合图4所示，在声能制冷机运行时，工质气体在制冷机的压缩腔6内被压缩后，经过热端换热器2将压缩过程产生的热量释放给外界环境，接着流经回热器1，工质气体将热量传给回热器1，此时工质气体被冷却，其温度和压力都下降，随后进入膨胀腔7膨胀制冷，利用冷端换热器3将热量导出；膨胀过后的工质气体流回回热器1，吸收回热器1内的热量，此时工质气体的温度压力均上升，最后工质气体返回压缩腔6继续被压缩。
实施例2
本实施例提供的一种用于声能制冷机的叠片式回热器，与实施例1的不同之处仅在于：所述筒状结构包括4个同轴套装设置的回热器叠片11和3层间布于所述回热器叠片11之间的回热器环片层12，所述回热器环片层12是由数个沿圆周方向分布、统一呈弧形的回热器环片121形成的环形结构，相邻两层所述回热器环片层的回热器环片的弯曲方向相反。
综上所述可见：本发明所述回热器1通过交替叠加的回热器叠片11和回热器环片层12形成的工质气体流通通道间隙率小，相邻两个回热器环片121间形成的通道宽度仅为50μm～100μm，具有较小的孔隙率，使其传热面积增大，换热效果好；所述回热器具有较大的比表面积，增大了回热器1与工质气体的接触换热面积，提高了回热器1的回热性能；采用不锈钢，铅等金属材质制得，具有较小的导热系数，有利于减小回热器1的轴向导热损失；相邻回热器环片层间回热器环片121弯曲方向不同，气流流动平缓，进一步提高换热性能；可根据所需回热器尺寸，确定回热器叠片11和回热器环片121的数量和设置，具有适用性好、安装简单等优点；可有效提升声能制冷机的制冷性能，具有明显的进步性和推广应用价值。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种回热器环片横截面形状与尺寸的确定方法，所述回热器为筒状结构，所述筒状结构包括至少两个同轴套装设置的回热器叠片和至少一层回热器环片层，所述回热器环片层包括数个沿圆周方向分布、统一呈弯曲状的回热器环片，相邻两个所述回热器叠片之间通过所述回热器环片层连接，相邻两层所述回热器环片层的回热器环片的弯曲方向不同，所述筒状结构的两端分别抵住制冷机的冷端换热器和热端换热器，所述筒状结构的外环面与制冷机壳体贴合设置，所述筒状结构的内环面与制冷膨胀气缸贴合设置，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
根据制冷机需要确定所述回热器环片层的内径和外径，过所述回热器环片层内径与外径的水平中点O1作垂线，交过所述回热器环片层的外径圆顶点的水平直线于点O2，以点O1为原点、以点O1与点O2间的距离为半径作圆，得到交于所述回热器环片层的内径圆、外径圆之间的两段圆弧，根据所需回热器环片的弯曲方向选择其中一段圆弧并将其向一侧或两侧偏移得到厚度为L1的回热器环片的横截面。
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