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CN104534715A - 一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机 - Google Patents

一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机 Download PDF

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CN104534715A
CN104534715A CN201410747859.9A CN201410747859A CN104534715A CN 104534715 A CN104534715 A CN 104534715A CN 201410747859 A CN201410747859 A CN 201410747859A CN 104534715 A CN104534715 A CN 104534715A
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CN
China
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heat exchanger
regenerator
expander
end heat
vibration
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Application number
CN201410747859.9A
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English (en)
Inventor
李娜
吴亦农
蒋珍华
曲晓萍
府华
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Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/13—Vibrations

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  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，其包括蓄冷器外壳、气缸、热端换热器、蓄冷器、排出器、冷端换热器和排出器支撑弹簧。该膨胀机通过连管与压缩机相连，振荡的工质气体通过连管进入膨胀机热端腔体，部分振荡工质经热端换热器进入蓄冷器，通过冷端换热器与膨胀腔内的气体实现换热；部分作用于排出器推动其往复运动，在膨胀腔实现制冷。本发明将蓄冷器丝网填料置于排出器外侧成环形布置，使得排出器成为一个小质量活塞体，可有效地降低膨胀机振动。

Description

一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机
技术领域
本发明涉及制冷与低温领域的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，特别涉及一种采用环形柱状蓄冷器与排出器分置的低振动、大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机。
背景技术
斯特林制冷机在航天红外遥感领域广泛应用，用来对红外探测器焦平面进行制冷。自由活塞式斯特林制冷机中，膨胀机没有电机驱动，依靠压缩机提供的压力波驱动排除器往复运动；膨胀机中排出器依靠圆柱弹簧或者膜片弹簧支撑并提供系统刚度。相对与牛津型斯特林制冷机，其具有体积小、重量轻的优点。传统的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机采取的是蓄冷器与排出器集成的方式，金属丝网填料填置在排出器壳体内，与排出器一起做往复运动，随着冷量增加，需要的蓄冷填料体积增加，因此导致膨胀机排出器的质量增大，膨胀机振动随之大幅增大，限制了大冷量自由活塞式斯特林制冷机在红外焦平面探测器制冷领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，可有效地解决大冷量自由活塞式斯特林制冷机膨胀机振动大的问题。
本发明提供一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，所述的膨胀机包括蓄冷器外壳、气缸、热端换热器、蓄冷器、排出器、冷端换热器和排出器支撑弹簧。
膨胀机通过连管8与压缩机相连；振荡的工质气体通过连管进入膨胀机热端腔体9，部分振荡工质经热端换热器3进入蓄冷器填料4，通过冷端换热器5与膨胀腔10内的气体实现换热；部分作用于排出器6推动其往复运动，在膨胀腔10实现制冷。
所述的排出器6中不填充蓄冷器填料，将蓄冷器填料4置于排出器6外侧成环形布置，使得排出器6成为一个空心的真空壳体或填充轻质绝热填料的壳体；所述的排出器6依靠弹簧8支撑，在气动力的作用下做往复运动。
蓄冷器填料4为环形网片，填充在蓄冷器外壳1与气缸2构成的圆柱体空间内。
所述的热端换热器3为环形柱状结构，在气体流动的轴向方向割多条狭缝301，用于气体换热和导流。
冷端换热器5为阶梯环柱状结构，在气体流动的轴向方向割多条狭缝501，用于气体换热和导流。
本发明提供的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，将传统自由活塞式斯特林制冷机膨胀机排出器内的丝网填料置于排出器外侧成环形布置，使得排出器成为一个小质量活塞体，可有效地降低膨胀机振动。
附图说明
图1为一种传统的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机的结构示意图。
图2为本发明实施例的结构示意图。其中1为蓄冷器外壳，2为气缸，3为热端换热器，4为蓄冷器填料，5为冷端换热器，6为排出器，7为弹簧。
图3为本发明热端换热器3的结构图，热端换热器为环形柱状结构，在气体流动的轴向方向割多条狭缝301，图(a)为主视图，图(b)为剖面图。
图4为本发明冷端换热器5的结构图，冷端换热器5为阶梯环柱状结构，在气体流动的轴向方向割多条狭缝501，图(a)为主视图，图(b)为剖面图。
具体实施方式
下面根据附图及实施例(图2～图4)进一步描述本发明。
图2所示为本发明实施例的结构示意图。
根据图2所示的结构，本实施例的一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，它包括蓄冷器外壳1、气缸2、热端换热器3、蓄冷器填料4、冷端换热器5排出器6和弹簧7。为了减轻大冷量膨胀机推移活塞的质量，将蓄冷器4的丝网填料置于排出器5外侧成环形布置，使得排出器5成为一个空心的真空壳体或填充轻质绝热填料的壳体，排出器5依靠弹簧8支撑，在气动力的作用下做往复运动，弹簧8可以是圆柱弹簧或膜片弹簧。
该膨胀机通过连管8与压缩机相连。振荡的工质气体通过连管8进入膨胀机热端腔体9，部分振荡工质经热端换热器3进入蓄冷器填料4，通过冷端换热器5与膨胀腔10内的气体实现换热；部分作用于排出器6推动其往复运动，在膨胀腔10实现制冷。
在该结构中，蓄冷器4两端连接热端换热器3和冷端换热器5，热端换热器3的作用是实现膨胀机热腔9与外界的换热及气体从热腔9到蓄冷器填料4的导流；冷端换热器5的作用是实现膨胀机冷端取冷和气体从蓄冷器填料4到膨胀腔10的导流。

Claims (5)

1.一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，它包括蓄冷器外壳(1)、气缸(2)、热端换热器(3)、蓄冷器填料(4)、冷端换热器(5)排出器(6)和弹簧(7)，其特征在于：
所述的膨胀机通过连管(8)与压缩机相连；振荡的工质气体通过连管进入膨胀机热端腔体(9)，部分振荡工质经热端换热器(3)进入蓄冷器填料(4)，通过冷端换热器(5)与膨胀腔(10)内的气体实现换热；部分作用于排出器(6)推动其往复运动，在膨胀腔(10)实现制冷。
2.根据权利要求1所述的一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，其特征在于：所述的排出器(6)中不填充蓄冷器填料，将蓄冷器填料(4)置于排出器(6)外侧成环形布置，使得排出器(6)成为一个空心的真空壳体或填充轻质绝热填料的壳体；所述的排出器(6)依靠弹簧(8)支撑，在气动力的作用下做往复运动。
3.根据权利要求1所述的一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，其特征在于：所述的蓄冷器填料(4)为环形网片，填充在蓄冷器外壳(1)与气缸(2)构成的圆柱体空间内。
4.根据权利要求1所述的一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，其特征在于：所述的热端换热器(3)为环形柱状结构，在气体流动的轴向方向割多条狭缝(301)，用于气体换热和导流。
5.根据权利要求1所述的一种低振动大冷量的自由活塞式斯特林制冷机膨胀机，其特征在于：所述的冷端换热器(5)为阶梯环柱状结构，在气体流动的轴向方向割多条狭缝(501)，用于气体换热和导流。
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