一种新型低温液体制冷器.pdf

本发明涉及一种储存液化或固化气体的隔热容器，特别是一种应用在航天领域或工作姿态多方位变化的低温液体制冷器。
    低温液体制冷器用于航天领域时，由于受到重量、体积的限制，不允许携带过量的液体。随着低温液体的不断消耗，原来充满整个杜瓦容器的低温液体就会只占据容器的一部分，而另一部分容器的壁面温度就会上升或发生变化，从而影响杜瓦所冷却的仪器或系统（如置于环形杜瓦腔体内的光学系统）的工作温度稳定性。另外杜瓦容器在发射过程和失重状态时，以及在旋转工作的场合，低温液体若无相分离器便会从排气口逸出而耗散。US    4821907《Surface    Tension    Confined    Liquid    Cryogen    Cooler》（专利日1989.4.18）公开了一种经受方向变化、振动和失重条件的空间飞行器上用的低温制冷器，绝热容器内充有海绵状的多孔材料，限制为刚性硅陶瓷多孔材料，此材料以往原用于航天器的热防护层，但未公开。低温流体就充入此容器内。

    本发明的目地是提供一种新型的低温液体制冷器，能够在低温液体减少时改善杜瓦容器壁面温度分布的均匀性，从而保证所冷却仪器或系统的工作温度稳定性。

    本发明的另一目的是限制杜瓦容器中的低温液体的任意流动，防止低温液体在发射过程和失重状态时或杜瓦瓶旋转时从排气口逸出。

    本发明的目的是这样实现的：制冷器由狭缝腔体与液氮池连通共同组成储存液氮的杜瓦容器，其外部是真空绝热夹层，上部端盖中央处置有充液口，上端盖上还置有排气口。在这种低温液体制冷器的杜瓦容器的狭缝腔体内充有多孔有机植物性材料，这种多孔有机植物性材料的典型例子是灯芯草。每根灯芯草由许多错综复杂、立体交叉、联成网络的微孔结构组成，微孔截面形状呈三角形，边长平均60μm，丝径9.5μm。由于微孔足够小，低温液体在表面张力作用下就有爬满整个微孔表面的能力。在重力场中，表现为虹吸现象，即低温液体由低位置处提升到高位置处，将低温液体沿高度在一定范围内均匀分布，从而达到改善壁面温度分布均匀性的目的;在发射过程和失重状态时，或杜瓦容器工作姿态多方位变化时，低温液体由于被悬浮、吸附在微孔中而抑制了任意流动，从而防止液体从排气口逸出，达到了保存低温液体的目的。值得注意的是微孔结构呈开放式，使得液体能够充入和在蒸发时排出。

    本发明为航天领域使用的或工作姿态多方位变化的低温液体制冷器用简单、可靠的方法解决了以上两个问题。成为本发明的二个主要积极效果。

    本文中所指的多孔有机植物性材料以物质本身为准而不以各地名称不同而有别。它有空隙率大（可高达98%）、密度极小故质轻如羽、含开放式微孔结构、且有经济方便可靠等特点，不同于刚性硅陶瓷多孔材料。灯芯草就是一种常用的多孔有机植物性材料，在民间主要用于油灯照明。本文所说的杜瓦容器即为通常意义上所指的储存低温液体的容器，在容器外部有绝热层。

    附图1为本发明的一个实施例的剖示图。

    本发明的发明人推荐如下实施例。参阅图1，在图所示的铝合金杜瓦瓶中装有的多孔有机植物性材料1为灯芯草;灯芯草经真空干燥预处理后，充入杜瓦瓶2的环形狭缝（大约3mm）腔体3内，腔体3与液氮池4连通共同组成储存液氮的杜瓦容器。容器的外部是真空绝热夹层5。液氮经位于杜瓦瓶上部端盖中心处的充液口6充入液氮池4和狭缝腔体3内。蒸发的氮气从亦位于端盖上的排气口7排出。只要液氮池4内还有液氮，则可将液氮液面高度提升70mm以上，使狭缝腔体壁面上同一点的温度要比不充灯芯草时的温度下降30K左右。灯芯草在自然状态时填充率为100%，填充时纤维方向与高度方向一致。灯芯草能经受液氮到室温温度的往复冲击而不损坏，其优良的低温特性也是本发明有益效果的一部分。