[发明专利]一种纳米涂层金属丝网回热器填料

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温回热器，特别涉及一种纳米涂层金属丝网回热器填料。

背景技术

回热器是低温制冷机的关键元件，回热器一端为冷端，另一端为热端，两端具有巨大的温差，回热器依靠回热器填料与交变流动的氦气热交换实现交变蓄热和蓄冷。在低温制冷机(特别是斯特林制冷机和脉管制冷机)的各项损失中，回热器的损失最大，通常回热器损失占总损失的50％以上，回热器通过填料的热容实现气固热交换，回热器损失主要包括回热损失、流阻损失和轴向导热损失，而其中以回热损失最大。回热器填料的比热容越大，理论上回热损失将会降低，因此比热容是在回热器填料的材料选择过程中需要重点考虑的物性参数。

专利CN102937351A公开了一种采用碳纳米回热填料的深低温回热器。该回热器采用在不锈钢管内填充直径小于1微米的碳纳米管、碳纳米纤维素、碳纳米球以及碳纳米金属笼中的任意一种或多种材料组成的碳纳米材料。工作温区在10K及以下时，碳纳米材料具有非常好的吸附能力，由于氦气在液氦温区的体积比热容较高，所以吸附了氦气的碳纳米材料在10K以下较宽的温度范围内也具有较高的体积比热容，同时具有较好的稳定性，是一种具有较高体积比热容的回热填料。与使用传统回热填料的深低温回热器相比可获得具有更高的效率，从而提高了液氦温区脉管制冷机的性能。但该优势仅适用于极低温10K以下，在10K温区以上不适用。同时该碳纳米材料如不进行固化，很容易通过氦气流动而带入压缩机，从而导致低温制冷机失效。

专利CN101799229B公开了一种轴向填料和径向填料混合填充的回热器结构，其主要目的在于减小流动阻力损失，采用的是常规的金属丝网材料。

目前的研究主要是对同一种填料材料的几何参数进行优化，如改变目数、孔隙率，分层数等，或是常规材料的不同搭配。常规的回热器填料一般采用不锈钢丝网或铜丝网，但是由于在低温下不锈钢和铜的比热容下降较快，因此极大地影响了回热器在低温下的回热效率。纳米材料是指颗粒尺寸在1～100nm的材料，由于尺度效应和表面效应，纳米材料比块体材料具有更大的比热容。由于在高频交变流动换热中，丝网表面层材料与氦气进行直接的热量交换，所以回热填料的表面热容很重要。

发明内容

本发明是针对常规的回热器填料不锈钢丝网或铜丝网低温回热效率低的问题，提出了一种纳米涂层金属丝网回热器填料，利用纳米材料的独特热性能，运用于回热器填料中，提高回热器填料的整体比热容，提高回热器的回热效率，进而提高低温制冷机的综合制冷性能。

本发明的技术方案为：一种纳米涂层金属丝网回热器填料，不锈钢钢丝网做成规则片状，在不锈钢钢丝网片上均匀形成纳米涂层，将纳米涂层不锈钢丝网片作为回热器填料，不锈钢钢丝直径为20～50μm，纳米涂层厚度为1～5μm。

所述不锈钢钢丝网片为圆形，目数为150～400目，直径为8～30mm。

所述纳米涂层不锈钢丝网片层叠紧密压实，形成的回热器填料长度为40～70mm，装填入薄壁不锈钢回热器套管内。

所述纳米涂层为纳米铁涂层，利用荷电微粒和带相反电荷聚电解质间的静电引力将纳米铁沉积到不锈钢丝网片表面。

本发明的有益效果在于：本发明纳米涂层金属丝网回热器填料，用纳米涂层金属丝网作为填料，提高回热器填料的整体比热容，提高回热器的回热效率，进而提高低温制冷机的综合制冷性能。

附图说明

图1为本发明纳米涂层金属丝网回热器填料装配后剖视示意图；

图2为本发明纳米涂层金属丝网的示意图；

图3为本发明纳米涂层金属丝网的局部放大图；

图4为纳米铁涂层不锈钢丝网截面示意图。

具体实施方式

如图1所示纳米涂层金属丝网回热器填料装配后剖视示意图，多片纳米涂层不锈钢丝网2叠加后置于回热器中，显示了纳米涂层金属丝网填料在回热器中的装配。纳米涂层金属丝网填料为由一根根具有纳米涂层的金属丝编成的纳米涂层不锈钢丝网2，纳米涂层不锈钢丝网2与薄壁不锈钢回热器套管1内壁紧密接触，工作氦气在纳米涂层不锈钢丝网2中交变流动和换热，实现低温制冷机的回热功能。

每片纳米涂层不锈钢丝网2的目数范围为150～400目，每片丝网的直径为8～30mm，金属丝直径为20～50μm，以保证充分利用回热器填料的热容。将纳米涂层不锈钢丝网2分片层叠装填入薄壁不锈钢回热器套管1内，每片网片填料需要紧密压实，最终形成的回热器填料长度一般为40～70mm。该回热器填料的适合工作温度为40～100K。