專利名稱：一種用于斯特林制冷機的環(huán)形蓄冷器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蓄冷器，具體是指一種用于大冷量斯特林制冷機的環(huán)形蓄冷器。
背景技術：
斯特林制冷機是采用氣體膨脹制冷的閉式循環(huán)，由壓縮單元與膨脹單元無閥連通而成。自問世以來受到了航天、軍事等部門的青睞，現已廣泛應用于光電子、電子、真空等諸多領域。
蓄冷器(又稱回熱器)是斯特林制冷機中的重要部件，其效率的高低對制冷機的制冷性能影響很大。對于小型斯特林制冷機，一般把蓄冷器和膨脹活塞集成在一起，即在膨脹活塞內部填充金屬絲網作為蓄冷器。而大制冷量的斯特林制冷機，考慮到機械的動力學優(yōu)化匹配，膨脹活塞的重量不宜過重，因而不采用金屬絲網填充在膨脹活塞內部，而是把蓄冷器單獨置于膨脹氣缸外側。
美國專利，專利號US6591609B2，該環(huán)形蓄冷器的結構如圖1所示，環(huán)形殼體內部填充有纏繞成不規(guī)則形狀的金屬導電絲，再用導電容液對金屬絲網的節(jié)點焊接。這種結構的缺點是容易造成金屬絲網填充不均勻，影響換熱效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要提供一種用在大制冷量斯特林制冷機中的換熱效果好，制作容易的環(huán)形蓄冷器。
本發(fā)明的環(huán)形蓄冷器，包括一個由內套和外套構成的用于斯特林制冷機熱端散熱器與膨脹腔彼此連通的環(huán)形連接通道，在環(huán)形連接通道的二端各有一個固定內套和外套的環(huán)形封頭；在環(huán)形連接通道內，在二環(huán)形封頭之間依次置有導流板/數層疊放的環(huán)形金屬絲網片/導流板。所說的環(huán)形封頭上開有均布的氣流通孔；所說的導流板上也開有均布的氣流通孔。
環(huán)形蓄冷器在斯特林膨脹機中的工作過程是氦氣由熱端散熱器進入環(huán)形蓄冷器，工作氣體在蓄冷器中流動的順序是封頭——導流板——金屬絲網片——導流板——封頭。工作氣體氦氣對金屬絲網放熱，然后進入膨脹腔膨脹制冷；低溫氦氣再由膨脹腔進入環(huán)形蓄冷器，從絲網吸熱，之后進入熱端換熱器和壓縮腔，完成一個交變循環(huán)過程，從而使制冷機冷頭獲得源源不斷的冷量。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.采用封頭和導流板使氣體進出流動均勻，從而提高氣流與絲網的熱交換效率，并且可降低進出口氣體的局部流動阻力。
2.采用疊層金屬絲網片，絲網目數和蓄冷器的空容積率可控，可綜合考慮流阻和換熱面積，使蓄冷器的效率達到較好。


圖1已有專利蓄冷器的結構示意2為本發(fā)明的環(huán)形蓄冷器的剖面結構示意圖；圖3為本發(fā)明的環(huán)形蓄冷器封頭的結構示意圖；圖4為本發(fā)明的環(huán)形蓄冷器導流板的的結構示意圖；圖5為本發(fā)明的環(huán)形絲網的結構示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明環(huán)形蓄冷器，包括一個由內套1和外套2構成的用于斯特林制冷機熱端散熱器與膨脹腔彼此連通的環(huán)形連接通道3，在環(huán)形連接通道的二端各有一個固定內套和外套的環(huán)形封頭4；在環(huán)形連接通道內，在二環(huán)形封頭之間依次置有導流板5/數層疊放的環(huán)形金屬絲網片6/導流板5。所說的環(huán)形封頭上開有均布的氣流通孔401；所說的導流板上也開有均布的氣流通孔501。
蓄冷器的內套1和外套2采用聚酰亞胺合成材料制作，這種材料具有較大的強度和硬度以及極低的熱膨脹系數，導熱系數低，適合工作溫度20K～300K。
環(huán)形封頭采用硬鋁材料，二個環(huán)形封頭的作用是a.起定位作用，保證蓄冷器內外套的同心，同軸；b.在交變工作氣體流動下，使金屬絲網和導流板保持穩(wěn)定。
導流片采用硬鋁材料，導流片上打有均勻分布的小孔，其作用在于調節(jié)工作氣體進出流動的均勻性，從而提高氣流與絲網的熱交換效率，并且可降低進出口氣體的局部流動阻力。
金屬絲網片可以是磷青銅絲網或者不銹鋼絲網，有平紋和斜紋二種編織方式。絲網目數越高，空隙率變小，會導致氦氣在蓄冷器內的流阻增大；絲網目數越高，比表面積(單位體積的絲網換熱面積)變大，可增大絲網與氦氣的換熱面積。絲網目數選擇及其重要，綜合考慮流阻和換熱面積，對于斯特林制冷機，絲網目數選擇范圍在150目～350目之間。蓄冷器空容積率在65％～80％之間。金屬絲徑一般0.04mm～0.1mm之間選擇，隨制冷溫度降低絲徑選擇偏向小絲徑。金屬絲網片采用沖壓一次成形。內外圓的同心度要求在10μm以內。
加工好所有的零部件后，裝配時，采用低溫膠先將一個封頭和蓄冷器外套及內套粘合，固化后，放入一片導流板，再逐片裝入金屬絲網片，金屬絲網片層數以放滿連接通道為限，不宜加力壓緊，最后再放入一個導流板，再采用低溫膠將另一個封頭與蓄冷器內套、外套粘合，從而組成了一個環(huán)形蓄冷器。在裝配制冷機的時候把環(huán)形蓄冷器裝在薄壁膨脹氣缸外側。
本實例中的蓄冷器參數為內徑41mm，外徑65mm，總長62mm，絲網高度48mm；內套、外套壁厚為2mm，絲網材料為不銹鋼，絲徑為0.063mm，平紋編織網孔尺寸為0.106mm，填充的絲網空容積率為0.75。該蓄冷器已成功用于40W，制冷溫度為200K的自由活塞斯特林制冷機中。
權利要求
1.一種用于斯特林制冷機的環(huán)形蓄冷器，包括一個由內套(1)和外套(2)構成的用于斯特林制冷機熱端散熱器與膨脹腔彼此連通的環(huán)形連接通道(3)，其特征在于在環(huán)形連接通道的二端各有一個固定內套和外套的環(huán)形封頭(4)；在環(huán)形連接通道(3)內，在二環(huán)形封頭(4)之間依次置有環(huán)形導流板(5)/數層疊放的環(huán)形金屬絲網片(6)/環(huán)形導流板(5)；所說的環(huán)形封頭(4)上開有均布的氣流通孔(401)；所說的環(huán)形導流板(5)上也開有均布的氣流通孔(501)。
2.根據權利要求1的一種用于斯特林制冷機的環(huán)形蓄冷器，其特征在于所說的內套(1)和外套(2)采用聚酰亞胺合成材料制作。
3.根據權利要求1的一種用于斯特林制冷機的環(huán)形蓄冷器，其特征在于所說的環(huán)形封頭(4)和環(huán)形導流板(5)采用硬鋁材料制作。
4.根據權利要求1的一種用于斯特林制冷機的環(huán)形蓄冷器，其特征在于所說的環(huán)形金屬絲網片層數以放滿連接通道為限。
全文摘要
一種用于斯特林制冷機的環(huán)形蓄冷器，包括一個由內套和外套構成的用于斯特林制冷機熱端散熱器與膨脹腔彼此連通的環(huán)形連接通道，在環(huán)形連接通道的二端各有一個固定內套和外套的環(huán)形封頭；在環(huán)形連接通道內，在二環(huán)形封頭之間依次置有導流板/數層疊放的環(huán)形金屬絲網片/導流板。所說的環(huán)形封頭和導流板上開有均布的氣流通孔。本發(fā)明的最大優(yōu)點是采用封頭和導流板使氣體進出流動均勻，從而提高氣流與絲網的熱交換效率，并且可降低進出口氣體的局部流動阻力。采用疊層金屬絲網片，絲網目數和蓄冷器空容積率可控，可綜合考慮流阻和換熱面積，使蓄冷器的效率達到較好。
文檔編號F25B9/14GK1757992SQ200510030798
公開日2006年4月12日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權日2005年10月27日
發(fā)明者陳曦, 吳亦農, 陳楠 申請人:中國科學院上海技術物理研究所