[實用新型]用于液氦溫區毛細管節流裝置

有效

• 申請號: 201821916307.6
• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN209445647U
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 劉少帥;吳亦農;向振之;蔣珍華;湯逸豪;劉莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F25B41/06
• 分類號: F25B41/06
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本專利公開一種用于液氦溫區毛細管節流裝置，其包括半圓蓋板、可伸縮波紋管和毛細管結構。半圓蓋板可以任意兩兩組合，通過卡槽固定在可伸縮波紋管上且半圓蓋板可轉動。可伸縮波紋管通過固定在其法蘭盤面的螺栓調整波紋管的伸縮程度。毛細管盤繞后放入可伸縮波紋管中，毛細管進出口兩通由半圓蓋板側壁面小孔伸出。該液氦溫區毛細管節流結構具有簡單緊湊可靠性高，節流部件不易堵塞，易于加工實現等優點。

技術領域

本專利涉及液氦溫區節流制冷領域，特別涉及一種毛細管節流結構。

背景技術

隨著空間技術發展，未來空間探測項目將使用量子超導干涉器件(SQUID)、空間紅外探測、毫米波亞毫米波探測以及宇宙背景探測等深空探測器。同時也對其空間制冷系統提出了液氦溫區甚至毫開爾文(mK)溫區的極低溫度的需要。歐美日等發達國家已經針對空間液氦溫區的需求提出了多種解決方案，如液氦恒溫器、多級脈沖管制冷機、液氦溫區J-T節流制冷機、吸附制冷機等，其中的液氦溫區J-T節流制冷機具有結構簡單、壽命長、低溫下無振動部件、冷頭可與壓縮機分開至數十米遠等優點，受到各國低溫領域研究者的重視，采用液氦溫區小型氦氣節流制冷機作為冷源的空間冷卻方案已經在國外多顆衛星上成功實施多年，為人類認識太空、推動科學技術進步作出了重要貢獻。

節流元件是液氦溫區J-T節流制冷機實現制冷的關鍵部件，現有空間應用的液氦溫區節流制冷普遍采用微米級節流小孔作為節流元件。微米級小孔一般由激光打孔加工而成，由于加工工藝的原因容易造成錐形孔型(出口截面大于進口截面)。當流量一定的情況下，小孔出口截面增大時，節流前氣體壓力將降低，節流前后的壓比降低，使節流制冷能力效率降低。

q_m——氣體通過節流孔最大的流量，kg/s

A——節流孔出口處的橫截面積，m²

p_in——節流孔前的氣體壓力，Pa

V_in——節流孔前氣體的比熱容，m³/kg

由于節流元件內部發生兩相變化，當節流元件設計不良時，節流元件內部會發生水動力不穩和脈動現象。即兩端壓力差是相同的，但是流量不同且時大時小，工質出口狀態也是不均衡的。當不同狀態工質交變的與管材接觸，會使得管材的溫度發生周期波動而導致金屬疲勞。影響節流制冷機的長壽命使用。

毛細管節流部件在制冷領域廣泛應用，毛細管加工工藝簡單，廣泛使用證明其可靠性，為了達到一定的節流效果，需要對毛細管的長度進行控制毛細管有一定長度可以起到穩壓，緩沖局部水動力不穩。

基于上述原因，我們采用了毛細管節流的方式實現節流過程。

但是由于加工精度的原因，細微毛細管的內徑僅能到達0。1mm級別，節流開口太大會使得節流效果變差，毛細管兩端的壓降變小，進而影響節流制冷效應。為了優化毛細管的節流性能，增大節流前后壓差，可以采用增加毛細管長度的方式實現這，公式如下。

Δp--表示進出壓力差，Pa

V——比體積m³/kg

f——沿程摩擦阻力系數

ΔL——表示毛細管長度

m——下標，平均值

當節流管內的工質流體發生脈動波動時，較長的毛細管可以起到穩定壓力，減緩波動，保護管路的作用。毛細管采用盤繞的方式可以進一步節省安裝空間，亦在一定程度上起到緩沖減震的作用，且毛細管采用盤繞的方式一方面也會增加毛細管的節流效應。

發明內容