[实用新型]耦合直流的回热式制冷机冷却的低温储存系统

说明书

本实用新型涉及一种耦合直流的回热式制冷机冷却的低温储存系统，包括回热式制冷模块和低温储存模块；所述回热式制冷模块包括回热式制冷机单元和直流循环单元；所述回热式制冷机单元包括依次连接的压缩机装置、回热器、冷端换热器；所述直流循环单元中，包括间壁式换热通道，直流从任意位置引出回热器，并引入间壁式换热通道，直接或间接冷却低温储存模块的漏热通道，之后再回到回热器上部，从而完成直流循环。与现有技术相比，本实用新型与现有技术相比，本实用新型通过利用直流所携带的冷量，可有效降低低温储存模块的漏热，从而降低低温储存系统的能耗，提高低温储存系统的效率。

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其是涉及一种耦合直流的回热式制冷机冷却的低温储存系统。

背景技术

回热式制冷机是一种交变流动形式的制冷技术，利用回热器实现气体工质与回热填料之间的周期性的热量存储与释放，利用气体的膨胀产生制冷效应。回热器一般具有大的单位体积比表面积，结构形式包括丝网、丸状填料、间隙式等等。回热式低温制冷机具有可靠性高、结构简单、效率高等优点，在气体液化、超导冷却等低温技术中得到广泛应用。

直流是在一个周期内某截面正向流动与反向流动的气流质量不相等，出现沿一个方向流动的净质量流量。直流又称直流循环质量流。

低温储存是将一定的物料维持在远低于室温的温度的一项技术，储存一般是相对静止的，主要目的在于维持该物料的状态，保持低温、高密度、纯净度等。低温运输是将一定的物料以远低于室温的温度以及一定的压力等状态以一定的通道传输的一项技术，物料相对于通道一般是相对运动的。低温运输的绝热结构与储存系统的绝热结构基本相同。低温储存与运输对于液氦、液氢、液化天然气(LNG)等各种低温液体的储运非常重要，应用场合包括超导核磁共振系统(MRI)中的液氦的储存、液氢加氢站中液氢的储存、液氢槽车与船只等等。

低温储存的结构一般包括内容器、外壳体、中间绝热结构、支撑结构、物料进出管道、测量信号通道等。内容器是与低温物料直接接触的结构，外壳体是与外界环境直接接触的结构，中间绝热结构根据结构形式的不同包括低导热的堆积材料、辐射屏、冷却屏等，支撑结构为通过一定的力的作用使得内容器固定在一定的位置。物料进出管道是将物料放入容器及取出容器的通道、以及辅助排放的管道，包括颈管、排气管、充气加压管等，测量信号通道是温度、压力、液位等信息测量的通道。支撑结构、物料进出管道、测量信号通道一般连接处于低温的内容器(或物料)和外界室温部分，造成热损失。辐射屏是低发射率的膜材料，常采用铝箔或镀铝薄膜，在多层辐射屏之间往往加上低导热的间隔物。冷却屏，又称蒸汽冷却屏，或蒸汽冷却辐射屏，是接受一定冷量冷却的薄材料，使得中间的辐射温度更低，常采用金属箔片。

低温储存的中间绝热结构的形式包括非真空的普通堆积绝热、真空粉末和纤维绝热、高真空绝热、真空多层绝热等。通过真空大幅降低内容器与外壳体之间的气体导热与对流换热，而高反射率的辐射材料显著降低辐射换热，因此真空多层绝热的绝热效果最好，表观热导率约为前三种结构的10^-4、10^-2、10^-2量级。故而真空多层绝热在当前低温储存中应用最为广泛。

漏热通道由于温差形成的以导热、对流、辐射三种传热形式传输到内容器的漏热，具体包括冷却屏、辐射屏、堆积材料、支撑结构、物料进出管道、测量信号通道，以及堆积材料、粉末材料、纤维材料等。

而真空多层绝热结构形式中依然存在一定量的辐射漏热、通过多层材料的导热、残余气体分子的传热和相关结构(支撑、物料进出管道、测量信号通道)的导热，使得漏热量远高于通过理想辐射衰减模型计算得到的漏热量。事实上，通过支撑结构、物料进出管道(含颈管)、测量信号通道进入低温绝热气瓶的热流占总热流的比例非常大，甚至达到与辐射漏热量相当的大小。

而采用预冷冷却屏的真空多层绝热，又可吸收部分的辐射漏热、通过多层材料的导热、残余气体分子的传热和相关结构的导热，从而降低总的漏热量。