[发明专利]一种单级G-M制冷机回热器性能测试装置

说明书

本申请涉及低温工程技术领域，具体而言，涉及一种单级G‑M制冷机回热器性能测试装置，包括真空室、人机交互系统、电机以及气路管道，其中：真空室内部设置有回热器系统和气缸系统，回热器系统与气缸系统连接；人机交互系统分别与电机和气路管道上的电磁阀连接；电机与气缸系统连接；气路管道与回热器系统、气缸系统连接。本申请通过气缸系统和回热器系统的分体式设计的技术手段，采用测试装置自身运行过程中产生的制冷量，能够在不更改气缸系统以及驱动机构的情况下，通过便捷的更改回热器的尺寸、蓄冷材料、粒径以及填充率的方式准确的反映回热器的传热特性、流阻特性以及回热器填料的热物性，为单级G‑M制冷机的精准设计提供一种新的途径。

技术领域

本申请涉及低温工程技术领域，具体而言，涉及一种单级G-M制冷机回热器性能测试装置。

背景技术

G-M制冷机是吉福特和麦克马洪于1956年发明的，是一种采用西蒙膨胀，即绝热放气原理实现制冷的低温制冷机，具有结构简单、运转可靠、性能稳定、操作方便、使用寿命长等优点，是国际上唯一工业化大批量生产和应用的低温制冷机。单级G-M制冷机主要功能是为真空、低温装置提供液氮温区稳定、可靠的冷源，目前，G-M制冷机至今已广泛应用于科研、超导技术和以及气体液化等多个领域。

在G-M制冷机的部组件中，回热器是G-M制冷机中实现冷热气流热量交换的核心部件，通过它传递的热量要比制冷机自身的制冷量大10-50倍，其回热损失更是制冷机最主要的冷量损失，因此回热器性能的优劣对G-M制冷机性能起着决定性的影响，必须保证蓄冷器的回热效率在99％以上。

常规的回热器的设计包括基本基于传热微分方程组的传统计算方法以及近年来新发展的数值模拟方法，但回热材料采用多孔介质作为填料，填充的空容积率大，流动和传热情况相当复杂，因此通过设计计算难度很大，建立实验平台，通过真实的实验工况模拟回热器运行时的温度、压力数据能够直观明了的反映回热器的性能以及过程参数，是实现回热器设计、优化的重要途径。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种单级G-M制冷机回热器性能测试装置，通过气缸系统和回热器系统的分体式设计，实现了只在回热器系统中更换蓄冷材料的填充比、填充材料粒径以及回热器尺寸的方式便可以对回热器的性能进行测试优化。

为了实现上述目的，本申请提供了一种单级G-M制冷机回热器性能测试装置，包括真空室、人机交互系统、电机以及气路管道，其中：真空室内部设置有回热器系统和气缸系统，回热器系统与气缸系统连接；人机交互系统分别与电机和气路管道上电磁阀连接；电机与气缸系统连接；气路管道与回热器系统、气缸系统连接。

进一步的，回热器系统包括固定架、回热器缸以及蓄冷材料，其中：蓄冷材料设置在回热器缸的内部；回热器缸固定设置在固定架内部，回热器缸的上方设置有上密封端面，下方设置有下密封端面。

进一步的，上密封端面的上方设置有压盖，上密封端面包括上卡座、上密封圈以及上整流毡，其中：上卡座与气路管道连接；上密封圈设置在上卡座的凹槽内；上整流毡设置在上卡座与回热器缸之间。

进一步的，下密封端面包括下卡座、下密封圈以及下整流毡，其中：下卡座通过金属短管与气缸系统连接；下密封圈设置在下卡座的凹槽内；下整流毡设置在下卡座与回热器缸之间。

进一步的，回热器缸的侧面还设置有螺纹开口，用于固定连接温度传感器和压力传感器。

进一步的，温度传感器和压力传感器均与人机交互系统连接。

进一步的，气缸系统包括法兰、气缸以及推移活塞，其中：气缸通过法兰固定在真空室内部；推移活塞与电机连接，推移活塞与气缸之间设置有自润滑密封；气缸的底部通过金属短管与下卡座连接。

进一步的，气路管道上设置有电磁阀。

进一步的，上密封圈和下密封圈均为聚四氟密封圈。