CN207797445U - 一种膨胀机及其分段式回热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种膨胀机及其分段式回热器，分段式回热器包括热端换热段、中段换热段以及冷端换热段，中段换热段位于热端换热段和冷端换热段之间，热端换热段由圆环状的纤维材料制成，中段换热段由聚酯类薄膜制成，通过多层缠绕形成圆环状，冷端换热段由薄片状的圆环形不锈钢丝网制成。分段式回热器通过采取不同的回热材料能在最大程度上提升不同温区工作下的斯特林制冷机的回热效率，可以实现‑50℃至‑200℃的制冷温度，在流动阻尼损失和回热器损失之间实现平衡，并减小轴向导热损失，一定程度上增强了回热器的回热效率。并且分段式回热器的结构简单，制作材料常见，操作步骤简单。

Description

一种膨胀机及其分段式回热器

技术领域

本实用新型涉及制冷设备技术领域，尤其涉及一种膨胀制冷机及其分段式回热器。

背景技术

膨胀机属于斯特林制冷机的主要组成部分，回热器作为膨胀机的核心部件，其作用为系统中交变流动的工质储存能量。回热器必须有高传热速度的能力，这需要高传热面积和对工作流体的低流阻。因此，影响回热器回热效率的参数，如回热器材料、结构以及回热器尺寸等必须进行重点选择与设计。

各种类型的回热器已经在市场上可获得，这样的回热器典型地包括金属网、圆柱形卷绕的线规或3D随机纤维网状结构，如专利申请 JP1240760、JP2091463和WO01/65099中所述。回热器还包括短金属纤维，如专利申请EP1341630中所述。

由于回热器两端存在着明显的温差，因此，回热器需要在轴向，即流体流动的方向上具有很低的热导率。同时，为了可以让工质能迅速地于回热器进行热交换，所以还要求回热器在垂直于流体流动的方向上具有很高的热导率。最后，回热器必须具有低损失的流动路径，使得当工质移动通过时将产生很小的压降。

中国专利CN102341586B，公开了一种用于热循环发动机的回热器，包括纤维的网状结构，其中纤维的大多数至少部分地环绕回热器的轴线上，纤维是被盘绕和烧结而由此获得回热器的纤维网的一部分。该回热器只采用一种纤维材料制成网状结构，回热器的回热能力调整的余地较小。

中国专利CN1053273C，公开了一种回热器，它具有一个松散材料组成的、并置于两个轴圆柱形栅栏之间的环形蓄热节制，一个由靠里面的热栅栏围成的热收集室和一个围在一面是靠外面的冷栅栏，另一面是回热器壳璧之间的冷收集室。该回热器的回热材料为松散的材料，需要通过一定的操作才能将材料输入空室内，因此，其显著的缺点是操作步骤复杂。

中国专利CN201010133118，公开了一种回热式低温制冷机的回热器，该回热器填料填充于膨胀活塞内部，且存在径向填料的填充和轴向填料交替填充的过程，因此，填充过程较为复杂，不易操作。

实用新型内容

本实用新型的第一目的是提供一种用于膨胀机的分段式回热器，可以实现-50℃至-200℃的制冷温度，减小轴向导热损失，增强回热效率。

本实用新型的第二目的是提供一种使用上述分段式回热器的膨胀制冷机，可以实现-50℃至-200℃的制冷温度，减小轴向导热损失，增强回热效率。

为了实现本实用新型的第一目的，本实用新型提供一种分段式回热器包括热端换热段、中段换热段以及冷端换热段，中段换热段位于热端换热段和冷端换热段之间，热端换热段由圆环状的纤维材料制成，中段换热段由聚酯类薄膜制成，通过多层缠绕形成圆环状，冷端换热段由薄片状的圆环形不锈钢丝网制成。

更进一步的方案是，纤维材料为PET纤维或尼龙纤维。

更进一步的方案是，纤维材料的纤维丝直径为0.02毫米至0.03 毫米。

更进一步的方案是，通过多层缠绕的相邻两层聚酯类薄膜之间形成间隙，间隙在径向的宽度为0.02毫米至0.05毫米。

更进一步的方案是，聚酯类薄膜上开设有交错且均匀分布的穿孔，穿孔的直径为0.1毫米至0.2毫米。

更进一步的方案是，穿孔的开孔密度为4至6个每平方厘米。

更进一步的方案是，不锈钢丝网的目数为300目至600目，且不锈钢丝网的网丝直径为0.02毫米至0.03毫米。

更进一步的方案是，不锈钢丝网的编织方法为斜纹编织或平纹编织。

由上述方案可见，分段式回热器通过采取不同的回热材料能在最大程度上提升不同温区工作下的斯特林制冷机的回热效率，可以实现 -50℃至-200℃的制冷温度，在流动阻尼损失和回热器损失之间实现平衡，并减小轴向导热损失，一定程度上增强了回热器的回热效率。另外，该分段式回热器的结构简单，制作材料常见，操作步骤简单。

为了实现本实用新型的第二目的，本实用新型提供一种膨胀机，包括外壳、位于外壳内的膨胀腔气缸以及位于膨胀腔气缸内的膨胀活塞，其中，斯特林制冷机还包括分段式回热器，分段式回热器套在膨胀腔气缸的外壁上并位于外壳的内壁，分段式回热器包括热端换热段、中段换热段以及冷端换热段，中段换热段位于热端换热段和冷端换热段之间，热端换热段由圆环状的纤维材料制成，中段换热段由聚酯类薄膜制成，通过多层缠绕形成圆环状，冷端换热段由薄片状的圆环形不锈钢丝网制成。

由上述方案可见，回热器呈分段式的结构，气体在经过分段式回热器时，率先通过位于热端换热器之后的热端换热段，同时将部分热量储存在热端换热段中，气体温度下降；然后，气体经过中段换热段处，通过薄膜之间的间隙以及薄膜的穿孔，又将部分热量储存在薄膜中，气体温度进一步降低；最后，气体进入冷端换热段中，气体的温度降至目标制冷温度。分段式回热器通过采取不同的回热材料能在最大程度上提升不同温区工作下的斯特林制冷机的回热效率，可以实现 -50℃至-200℃的制冷温度，在流动阻尼损失和回热器损失之间实现平衡，并减小轴向导热损失，一定程度上增强了回热器的回热效率。另外，该分段式回热器的结构简单，制作材料常见，操作步骤简单。

附图说明

图1是本实用新型膨胀机实施例的剖视图。

图2是本实用新型分段式回热器实施例的热端换热段的结构图。

图3是本实用新型分段式回热器实施例的中段换热段的结构图。

图4是本实用新型分段式回热器实施例的冷端换热段的结构图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1至图4，膨胀机包括外壳8、位于外壳8内的膨胀腔气缸 4以及位于膨胀腔气缸4内的膨胀活塞5。膨胀机还包括分段式回热器，分段式回热器套在膨胀腔气缸4的外壁上并位于外壳8的内壁，斯特林制冷机设置有热端换热器6和冷端换热器7。分段式回热器包括热端换热段1、中段换热段2以及冷端换热段3，中段换热段2位于热端换热段1和冷端换热段3之间，热端换热段1由圆环状的纤维材料制成，纤维层的长度可根据膨胀机的回热器长度需求进行调整。中段换热段2由聚酯类薄膜制成，通过多层缠绕形成圆环状，可根据回热器直径需求，缠绕至所需的直径。冷端换热段3由薄片状的圆环形不锈钢丝网制成，可根据膨胀机的回热器长度需求进行片数调整。

本实施例纤维材料为PET纤维或尼龙纤维，纤维材料的纤维丝直径为0.02毫米至0.03毫米。本实施例通过多层缠绕的相邻两层聚酯类薄膜之间形成间隙210，间隙210在径向的宽度为0.02毫米至0.05 毫米，并且聚酯类薄膜上开设有交错且均匀分布的穿孔220，有利于工质和材料之间的热交换以及工质的径向换热，穿孔220的直径为0.1 毫米至0.2毫米，穿孔220的开孔密度为4至6个每平方厘米。本实施例不锈钢丝网的目数为300目至600目，且不锈钢丝网的网丝直径为0.02毫米至0.03毫米，不锈钢丝网的编织方法为斜纹编织或平纹编织。

首先确定中段换热段2所需聚酯类薄膜层的长度，取其长度为分段式回热器总长的80％，则剩下的分段式回热器部分中，热端换热段1 填充长度为分段式回热器总长的10％，采用的环形纤维材料填充，冷端换热段3填充长度也为分段式回热器总长的10％，采用环形不锈钢丝网进行填充。

将呈环形状的热端换热段1套入膨胀腔气缸壁4的外侧，随后，将聚酯类薄膜组成的中段换热段2缠绕在膨胀腔气缸壁4的外侧，最后，套入呈环形的冷端换热段3。

回热器呈分段式的结构，气体在经过分段式回热器时，率先通过位于热端换热器6之后的热端换热段1，同时将部分热量储存在热端换热段1中，气体温度下降；然后，气体经过中段换热段2处，通过薄膜之间的间隙210以及薄膜的穿孔220，又将部分热量储存在薄膜中，气体温度进一步降低；最后，气体进入冷端换热段3中，气体的温度降至目标制冷温度。

分段式回热器通过采取不同的回热材料能在最大程度上提升不同温区工作下的斯特林制冷机的回热效率，可以实现-50℃至-200℃的制冷温度，在流动阻尼损失和回热器损失之间实现平衡，并减小轴向导热损失，一定程度上增强了回热器的回热效率。另外，本实用新型分段式回热器的结构简单，制作材料常见，操作步骤简单。

以上所述实施例，只是本实用新型的较佳实例，并非来限制本实用新型实施范围，故凡依本实用新型申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (9)

1.分段式回热器，其特征在于：

所述分段式回热器包括热端换热段、中段换热段以及冷端换热段，所述中段换热段位于所述热端换热段和所述冷端换热段之间；

所述热端换热段由圆环状的纤维材料制成；

所述中段换热段由聚酯类薄膜制成，通过多层缠绕形成圆环状；

所述冷端换热段由薄片状的圆环形不锈钢丝网制成。

2.根据权利要求1所述的分段式回热器，其特征在于：

所述纤维材料为PET纤维或尼龙纤维。

3.根据权利要求2所述的分段式回热器，其特征在于：

所述纤维材料的纤维丝直径为0.02毫米至0.03毫米。

4.根据权利要求1所述的分段式回热器，其特征在于：

通过多层缠绕的相邻两层所述聚酯类薄膜之间形成间隙，所述间隙在径向的宽度为0.02毫米至0.05毫米。

5.根据权利要求1至4任一项所述的分段式回热器，其特征在于：

所述聚酯类薄膜上开设有交错且均匀分布的穿孔，所述穿孔的直径为0.1毫米至0.2毫米。

6.根据权利要求5所述的分段式回热器，其特征在于：

所述穿孔的开孔密度为4至6个每平方厘米。

7.根据权利要求1所述的分段式回热器，其特征在于：

所述不锈钢丝网的目数为300目至600目，且所述不锈钢丝网的网丝直径为0.02毫米至0.03毫米。

8.根据权利要求7所述的分段式回热器，其特征在于：

所述不锈钢丝网的编织方法为斜纹编织或平纹编织。

9.一种膨胀机，包括外壳、位于所述外壳内的膨胀腔气缸以及位于所述膨胀腔气缸内的膨胀活塞，其特征在于：

所述膨胀机还包括分段式回热器，所述分段式回热器套在所述膨胀腔气缸的外壁上并位于所述外壳的内壁，所述分段式回热器为权利要求1至8任一项的分段式回热器。