[實用新型]氣體分配式脈管制冷機回熱器裝置

有效

• 申請號: 201520982996.0
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN205373168U
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 吳亦農;闞安康;張安闊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F25B40/06
• 分類號: F25B40/06;F25B9/14
• 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

本實用新型涉及脈管低溫制冷領域，特別涉及一種氣體分配式脈管制冷機回熱器裝置。

背景技術

隨著軍事、航空航天、醫藥、生物技術、農業、交通等諸多領域對低溫環境的需求，小型低溫制冷裝置，尤其是高頻脈管低溫制冷機得以迅速發展。空間技術(如紅外、射線探測等)對小型低溫制冷裝置的制冷溫度、效率、可靠性、重量和使用壽命等要求日益嚴格。回熱器是脈管制冷機的重要部件之一，對其性能有著重要影響。在脈管制冷機工作的過程中，冷熱工作氣體交替流經回熱器，回熱器內填充多孔介質實現熱氣和冷氣的熱量交換，起到存儲和回收冷能的作用，并在回熱器兩端建立起較大的溫度梯度。回熱器的性能直接影響到整個脈管制冷機的性能，尤其在高頻狀態下，這種影響尤為明顯。

研究表明，回熱器所引起的能量損失主要是包括填料的換熱損失和工質的流動阻力損失，均與回熱器的長度和直徑有關。對于設計壓比比較大的低溫制冷機，對流阻損失的要求不是過于嚴格，回熱器設計長度一般較長，以增強換熱，提高效率；而對壓比較小的制冷裝置，對流阻損失和空容積限制較嚴格，回熱器可以設計的短一些，但回熱器的容積較小又影響整體效率。一般采用回熱器的長度和直徑來衡量多孔介質的填充容積，對容積相同的回熱器，長徑比的不同所引起的制冷機效率存在差異。為保證回熱器在具有較高的回熱效率的同時總損失最小，設計時需要選擇合適的長徑比，一般脈管制冷機的回熱器最佳長徑比為6-8。但限于制冷機的空間利用情況，有時需要設計盡量緊湊的制冷裝置，可能在設計時就需要在制冷機的結構尺寸上加以調整，設置在保證回熱器容積的前提下，可能需要長徑比較小的回熱器以提供空間利用率或適應狹小的空間需求。而長徑比較小的回熱器，因激波及環流的影響，引起較大徑向不均勻溫差，從而導致整機效率下降。

目前各國在進行回熱器的研究中，尤其在涉及回熱器性能優化領域，較多集中在回熱器填充介質物性參數及性能的優化上，對填充介質的材質、填充方式、填充孔隙率、比表面積等進行大量的研究工作，甚至采用填充介質的結構形式來弱化交變流工質的激波和環流等現象，進而減小回熱器內損失。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種小型脈管制冷機回熱器裝置及其優化方法，特別是涉及回熱器結構優化以提高小型制冷裝置空間利用率、減小回熱器徑向溫度不均勻性，減小回熱器內環流影響的方法。本實用新型是在原有脈管制冷系統基礎上的改進，目的就是要有效降低回熱器內軸向溫度分布不均勻、環流等因素所造成的影響，提高回熱器性能，且優化后的回熱器結構可根據空間調整布局，充分利用空間，減小系統整體體積。本實用新型所采用的技術方案主要是：一種氣體分配式脈管制冷機回熱器裝置，它包括冷卻器及氣體分配器，回熱器組，回氣總管；其特點在于：

所述氣體分配器置于所述冷卻器內，所述冷卻器內設有折流板，用于增加冷卻介質與所述氣體分配器的接觸面積；所述冷卻器和所述氣體分配器設置為需求形狀；

所述回熱器組10由多個相同的回熱器組成，各個所述回熱器的直徑和長度均相同，材質均一，且采用相同的填充方法和工藝，使得進入所述回氣總管的氣體壓力和溫度一致；所述回熱器內設置有導流隔膜，用于將所述回熱器劃分為若干平行并聯的細長空間；

所述回氣總管通過導流板將從所述回熱器出來的工作氣體輸入脈管，或通過連接管將從所述回熱器出來的工作氣體輸入到脈管中；所述回氣總管的尺寸和形狀與所述冷卻器和所述氣體分配器相對應；

所述氣體分配器9與所述回熱器組10通過可拆卸式部件連接，當所述氣體分配器與所述回熱器接口不連接所述回熱器時，通過悶頭封堵所述氣體分配器；

所述回氣總管11與所述回熱器組10通過可拆卸式裝置相連接，工作介質經所述回氣總管匯總后，經連接管或導流板進入脈管工作；所述回熱器組(10)的工作介質通過所述回氣總管11，將氣體均勻分配給所述回熱器組10。

本實用新型所提的導流隔膜為創造性，導流隔膜的材質和數量設計人員可需求設計，但導流隔膜的優化方法亦為本實用新型權利要求所述內容；

所述氣體分配式回熱器裝置在脈管系統中的具體工作過程如下：