[發明專利]一種回熱器環形絲網蓄冷填料的制備裝置及制造方法

有效

• 申請號: 201410546771.0
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104325002A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 黨海政
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: B21D28/14
• 分類號: B21D28/14;B21D45/04;B21D37/12;B21D37/20
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明的技術領域涉及制冷與低溫工程領域以及機械制造領域，特別涉及一種回熱器環形絲網蓄冷填料的制備裝置及制造方法。

背景技術

小型低溫制冷機作為低溫工程學科的一個重要分支，主要為相關的低溫應用場所提供有效的冷源，因為許多科學儀器必須借助于合適的低溫條件才能獲得更好的性能和效率，或更高的運行速度和靈敏度等。按照循環原理和熱交換方式的不同，常將小型低溫制冷機劃分為間壁式和回熱式兩大類。回熱式低溫制冷機是小型低溫制冷機中獲得最廣泛應用的品種，其代表類型有脈沖管制冷機、斯特林制冷機、GM制冷機、維勒米爾制冷機和索爾文制冷機等。回熱式低溫制冷機最初在軍用紅外夜視設備的冷卻中獲得成功應用，進而迅速向其它應用市場擴展，目前在航空航天、低溫電子學、超導工業和低溫醫療業等方面都獲得了很廣泛的應用。

回熱式低溫制冷機中冷熱流體共用一個流道，工質在其中做交變流動。它們使用至少一個回熱器(或稱為蓄冷器)，振蕩的冷熱氣體在制冷循環的前、后半周期內，在同一個回熱器中與同一回熱填料進行熱交換。在壓縮過程中，進入回熱器的熱氣體將熱量傳給回熱填料存儲起來，在隨后進行的膨脹過程中，冷氣體流經回熱器，將前半個循環存儲在填料中的熱量帶走，以使它回復初始溫度，繼而開始下一個循環。

從上述回熱式低溫制冷機的工作原理可知，回熱器是回熱式低溫制冷機的核心關鍵部件。事實上，在回熱式低溫制冷機的所有不可逆損失中，高壓振蕩氣流在回熱器中產生的損失往往是最大的，對回熱器的優化設計往往是回熱式低溫制冷機獲得可接受制冷效率的技術關鍵之一。

回熱器的主要部件包括殼體及其內部的蓄冷填料，殼體主要起到容器的作用，而蓄冷填料才參與關鍵的熱交換及相應的制冷循環，因而蓄冷填料的選材、形狀及制備相當關鍵。蓄冷填料的形式主要有絲網型和顆粒型兩種，在25K～300K的寬泛溫區內，絲網型蓄冷填料的應用十分普遍。

絲網型蓄冷填料一般由若干絲網薄片緊密堆疊而成。一臺回熱器所需絲網薄片的數量根據具體要求通常在幾百到上萬片之間。單個絲網薄片的厚度很薄，通常在十幾到數十微米之間，一般是從較大的金屬絲網片上沖裁下來。單個絲網薄片本身的制備質量以及數千上萬片絲網薄片的一致性和均勻性對回熱器的蓄冷性能產生至關重要的影響。

根據回熱式制冷機的類型及布置方式，對絲網型蓄冷填料的絲網薄片形狀的要求也各異。兩種最為常用的形狀是環形和圓形。例如，同軸型脈沖管制冷機的回熱器所需的絲網薄片的形狀為環形，而U型或直線型脈沖管制冷機的回熱器則都需要圓形絲網薄片。

對環形回熱器而言，要制備出理想的環形絲網薄片，必須至少滿足以下四個要求：

首先，為了使回熱器內部的氣體介質能夠完全在填充的環形絲網層中流通，而不發生氣體沿著回熱器內、外殼壁串通的現象，對環形絲網薄片的內、外徑尺寸都有著非常嚴格的要求；

其次，環形絲網薄片的內外邊緣斷面要整齊干凈，不能有毛邊或光亮邊，以保證薄片斷面與環形回熱器內外殼體壁面的接觸質量；

第三，沖裁出的絲網薄片的要保證嚴格的平整度，以保證多個絲網薄片堆疊時的有效性和緊密程度；

第四，由于單個絲網薄片的厚度較小，單臺回熱器所需的數量就很可觀，當制造多臺回熱器時，所需數量甚巨，要保證單臺和多臺回熱器的制備質量，對各個絲網薄片制備的一致性有著非常嚴格的要求。

目前的環形回熱器絲網填料的制備中，通常借助于手工沖頭、工業沖床或者專業訂制成套模具和裝置。手工沖頭或工業沖床對環形絲網薄片內、外徑的尺寸公差控制精度不高，絲網薄片的平整度和內、外邊緣斷面質量也難以滿足要求，特別是在批量制備時的一致性方面難以保證，常常只能應用于實驗室的小規模研發使用，而且其絲網制備質量不高也常常是影響制冷機性能的關鍵因素之一；專業訂制成套模具和裝置一般費用都非常高，只有在制冷機規模性投產時才會采用，而且當需要不同規格回熱器時，常常需要重新成套訂制，造成很大的資源浪費。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明提出一種回熱器環形絲網蓄冷填料的制備裝置及其制造方法。

本發明的目的在于，通過本發明提出的回熱器環形絲網蓄冷填料的制備裝置，可以滿足回熱式制冷機研發和生產實踐對環形絲網填料的迫切需要，它既要能保證環形絲網薄片制備時對絲網內、外徑的高精度尺寸公差控制，同時又要保證絲網薄片的平整度以及絲網內、外邊緣斷面的沖裁質量，而且又能以較低廉的價格實現環形絲網薄片批量制備時的一致性。