一种蓄冷器及制冷机

技术领域

本发明涉及到制冷领域，具体涉及到一种蓄冷器及制冷机。

背景技术

4K型GM制冷机需要实现从室温到4K温区的制冷效应,现有产品的制冷剂中的蓄冷器一般利用磷青铜网片或不锈钢网片实现从室温到40K温区的制冷，利用铅球颗粒实现从40K温区到10K温区的制冷，而10K温区到4K温区的制冷则一般采用直径为0.15mm-1.0mm的钬铜球或/和硫氧化钆球实现。

在客观物理规律的限制下，温区越低，制冷的难度越大，而影响蓄冷器的制冷容量的因素包括制冷介质的表面积、制冷介质的热容量等因素，目前要提高蓄冷器制冷容量的主要手段为增加制冷介质的量，但是，由于压缩机构性能的限制，制冷介质所处的容腔体积不能无限扩大，如何增加蓄冷器单位体积的制冷量，是目前蓄冷器设计中遇到的主要问题之一。

发明内容

为了克服现有蓄冷器的缺陷，本发明提供了一种蓄冷器及制冷机，通过合理设置制冷介质的分布和设置制冷介质的成分，将10K温区至4K温度划分为两个阶段进行，以提高蓄冷器在10K温区至4K温区的制冷效率。

相应的，本发明提供了一种蓄冷器，包括热交换腔，所述热交换腔沿所述蓄冷器的轴线方向划分为第一装填区、第二装填区和第三装填区；

所述第一装填区中填充有铅球；

所述第二装填区中填充有钬铜球和硫氧化钆球，所述钬铜球的直径小于所述硫氧化钆球的直径；

所述第三装填区中填充有硫氧化钆球。

可选的实施方式，所述第一装填区中的铅球的直径取值范围为0.2mm至0.5mm。

可选的实施方式，所述第二装填区中的钬铜球的直径取值范围为0.053mm-0.15mm。

可选的实施方式，所述第二装填区中的硫氧化钆球的直径范围为0.2mm-0.5mm。

可选的实施方式，所述第三装填区中的硫氧化钆球的直径范围为0.2mm-0.5mm。

可选的实施方式，所述第二装填区中的钬铜球的体积占比至少为30％，所述第二装填区中的硫氧化钆球的体积占比至少为30％。

可选的实施方式，所述钬铜球基于真空气雾化工艺制成。

可选的实施方式，还包括蓄冷器外壳和扰流机构；

所述扰流机构包括扰流管壁、正向摆片和反向摆片。

热交换腔设置在扰流管壁内部，扰流管壁上开有若干个小于换热介质直径的通孔；扰流管壁与蓄冷器外壳之间留有摆片间隙，摆便间隙的宽度为L，正向摆片和反向摆片的长度分别大于L；

所述正向摆片和反向摆片分别铰接在蓄冷器外壳内壁上，且所述正向摆片和所述反向摆片的朝向相反。

相应的，本发明还提供了一种制冷机，包括以上任一项所述的蓄冷器。

综上，本发明提供了一种蓄冷器及制冷机，该蓄冷器通过多级装填区依次实现对外制冷，通过在硫氧化钆球填充直径更小的钬铜球，可提高制冷效率；增设扰流机构，可以改变热交换腔使换热媒介的流动情况，充分发挥每一个区域的热交换介质的换热性能，提高换热效率和避免热交换介质的不充分使用，提高蓄冷器的制冷效率。

附图说明

图1为本发明实施例的蓄冷器剖面结构示意图；

图2为本发明实施例的蓄冷器剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明电镀的范围。

实施例一：

图1示出了本发明实施例的蓄冷器剖面结构示意图。

本发明提供了一种蓄冷器，包括热交换腔，所述热交换腔沿所述蓄冷器的轴线方向划分为第一装填区101、第二装填区102和第三装填区103；

所述第一装填区101中填充有铅球；

所述第二装填区102中填充有钬铜球和硫氧化钆球，所述钬铜球的直径小于所述硫氧化钆球的直径；

所述第三装填区103中填充有硫氧化钆球。

具体的，影响蓄冷器的蓄放热的因素包括蓄冷器内部的热交换颗粒的热容量、热交换表面积总和等因素，具体的，本发明实施例从制冷机的换热媒介入口110起，沿轴线方向分别设置有第一装填区101、第二装填区102和第三装填区103。

具体的，第一装填区101中填充的为铅球，优选的，所述铅球的直径取值范围为0.2mm至0.5mm。具体的，第一装填区101主要负责40K温区至10K温区的制冷。

具体的，所述第二装填区102中填充有钬铜球和硫氧化钆球所述钬铜球的直径小于所述硫氧化钆球的直径，优选的，所述第二装填区中的钬铜球的直径取值范围为0.053mm-0.15mm，所述第二装填区中的硫氧化钆球的直径范围为0.2mm-0.5mm。具体的，第二装填区102主要用于10K温区至4K温区的第一阶段的制冷，具体的，基于成本和效能考虑，硫氧化钆球的常规加工直径大小和使用直径大小为0.2mm-0.5mm，以硫氧化钆球填充空间，其间隙所占体积可达到硫氧化钆球体积的30％，由于制冷机的制冷与制冷介质的总体表面积有关,间隙所占体积严重制约了制冷机的单位体积制冷量。因此，在本发明实施例中，硫氧化钆球的间隙中可以使用钬铜球填充，钬铜球的直径取值范围为0.053mm-0.15mm。该实施方式的出发点为基于钬铜球的成型方式决定的，钬铜材料作为一种稀有合金材料，因其自身特性限制，若需要加工成较大尺寸的颗粒(如0.2mm-0.5mm)，制备成本较高且材料损耗严重；若只需粉末状的钬铜材料(粉末常规尺寸在0.1mm以内，放宽加工条件，会出现0.15mm尺寸级别的钬铜粉末)，则有较多低成本的方法实现，如真空气雾化工艺，具体的，钬铜合金的制备是在高温液态下添加稀土并使稀土均匀分布后凝固制成，真空气雾化工艺需要经过金属熔融为液体、分散金属液为液滴、液滴冷凝成固体粉末颗粒三个步骤完成，采用真空气雾化工艺，钬铜球的制备可以直接从原材料的制备一次性完成，减少中间工序，此外，真空气雾化工艺由于在真空环境中进行雾化处理，一方面，生产的钬铜球圆度和尺寸均匀度较好，钬铜球的生成质量较好，另一方面，生产过程中不会产生副产物和杂质，钬铜球的后处理简单，钬铜球纯净度高。

具体的，实际实施中，所述第二装填区102中的钬铜球的体积占比至少为30％，所述第二装填区中的硫氧化钆球的体积占比至少为30％。

具体的，第三装填区103填充有硫氧化钆球，优选的，所述第三装填区中的硫氧化钆球的直径范围为0.2mm-0.5mm，即第三装填区中的硫氧化钆球与第二装填区中的硫氧化钆球可以为同样物质。

具体的，参照附图图1，在本发明实施例中，有关蓄冷器的外部结构，如蓄冷器外壳100等结构均与现有蓄冷器结构相同，本发明实施例不重复进行说明。

实施例二：

图2示出了本发明实施例的蓄冷器剖面结构示意图。

在实施例一的基础上，本发明实施例在蓄冷器外壳100内增设扰流机构。

具体的，换热媒介从换热媒介入口进入至热交换腔，热交换腔轴线附近的换热媒介流速较两侧快，换热媒介在撞击到热交换腔底部是会产生紊流，使换热媒介与第三装填区103中的硫氧化钆球热交换更为高效；在第二装填区102中的间隙中填充钬铜球，使第二装填区102中的流体通过间隙减少，可初步对换热媒介进行打散，提高换热效率；进一步的，为了降低换热媒介在热交换腔轴线位置的流速，使各个区域的换热介质能够充分发挥热交换作用并提高热分布均匀性，本发明实施例在蓄冷器外壳100内增设扰流机构，具体的，扰流机构包括扰流管壁200、正向摆片201和反向摆片202。

热交换腔设置在扰流管壁200内部，扰流管壁200上开有若干个小于换热介质直径的通孔；扰流管壁200与蓄冷器外壳100之间留有摆片间隙，摆便间隙的宽度为L，正向摆片201和反向摆片202的长度均大于L；具体的，正向摆片201和反向摆片202分别铰接在蓄冷器外壳100内壁上，且正向摆片201和反向摆片202的朝向相反。

该蓄冷器运行时，换热媒介会从通孔流出至摆片间隙，正向摆片201和反向摆片202在换热媒介流体扰动下会随机摆动，对换热媒介进行干扰(阻碍)，并趋势部分换热媒介重新返回时扰流管壁200内，并对原扰流管壁200内的换热媒介的运动形成干扰，在无规则的干扰影响下，扰流管壁200内部的换热媒介流动情况混乱度增加，各区域的统计平均制冷效果增加。

此外，由于正向摆片201和反向摆片202的数量较多，无规则运动下，虽然会导致蓄冷器的局部震动，但由于运动的而不统一，震动的情况不会太严重，通过在摆便外增加软质涂层并对外壳进行静音材料包裹，可将噪音情况降低至正常水平，满足使用需求。

实施例三：

本发明实施例还提供了一种制冷机，所述制冷机包括前述的其中一项蓄冷器。

综上，本发明实施例提供了一种蓄冷器及制冷机，该蓄冷器通过多级装填区依次实现对外制冷，通过在硫氧化钆球填充直径更小的钬铜球，可提高制冷效率；增设扰流机构，可以改变热交换腔使换热媒介的流动情况，充分发挥每一个区域的热交换介质的换热性能，提高换热效率和避免热交换介质的不充分使用，提高蓄冷器的制冷效率。

通过对蓄冷器的换热介质的组成和材料改进，提高蓄冷器单位体积的内的制冷效率，具有良好的实用性。

以上对本发明实施例所提供的一种蓄冷器及制冷机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。