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CN1648551A - 斯特令冷却装置及其热交换器 - Google Patents

斯特令冷却装置及其热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斯特令冷却装置及其热交换器。由于所述热交换器包括内部热交换器，该内部热交换器包括具有呈环形的与壳体和缸接触的主体和多个穿过主体使流体流过的通孔，本热交换器结构简单，简化了制造工艺，使洗涤和除气更方便，且在尺寸受限的热交换室中具有增加至最大的导热面积，因而提高了传热效率。

Description

斯特令冷却装置及其热交换器
技术领域
本发明涉及一种斯特令冷却装置(stirling cooler)及其热交换器，更具体地说，涉及一种包括内部热交换器的斯特令冷却装置，该内部热交换器包括一装于壳体和缸之间的主体和多个沿轴向穿过主体形成的通孔。
背景技术
如图1和2所示，传统的斯特令冷却装置包括壳体4，该壳体的开口端设有冷端2；固定安装在壳体4中并充注流体的缸6；安装在缸6中的活塞8，活塞8可以往复运动，活塞中形成膛腔7；装于活塞8的膛腔7中的移动器10，移动器10可以往复运动；沿纵向连接到移动器10上的蓄冷器12，位于蓄冷器12和冷端2之间的空腔1，该空腔中充注了流体；与气缸6和蓄冷器12相连的热交换器20。
活塞8与装于壳体4和缸6之间的线性电机14相连，并作往复运动。移动器10与装于壳体4中的弹性件15相连，致使移动器10与蓄冷器12相对，且被支承为使移动器朝向冷端2。蓄冷器12的下部设有与冷端2相对的孔11。
热交换器20包括装于设置在缸6和壳体4之间的热交换室18中的内部热交换器22和安装在壳体4外表面上的外部热交换器24，因而壳体4位于内部热交换器22和外部热交换器24之间。
与热交换室18相通的第一孔19穿过缸6，与蓄冷器12相通的第二孔24也穿过缸6。
内部热交换器22包括环形主体21和销23，主体由高热导材料模制而成，并被固定在壳体2的内表面，销呈波纹形，其被固定在主体21的内周边上。
下面详细描述传统的斯特令冷却装置的运行。
当活塞8运动到靠近冷端2时，缸6中的流体被等温压缩，并被排放到热交换室18，以便放热。然后，流体被导入蓄冷器12以释放显热，在流入蓄冷器12和冷端2之间的空腔1的同时流体被等温膨胀。当流体流入蓄冷器12和冷端2之间的空腔1时，蓄冷器12和移动器10朝远离冷端2的方向运动。
之后，在活塞8朝远离冷端2的方向运动时，由于弹性件19的弹力作用，移动器10和蓄冷器12朝冷端2的方向回到它们最初的位置。流入蓄冷器12和冷端2之间的空腔1的流体顺序流过蓄冷器12和热交换室18，以便吸热，接着再流入缸6。
为了提高内部热交换器22的热交换效率，销23必须呈密集的波纹形，因此，所述的传统斯特令冷却装置结构错综复杂，加工工艺复杂。此外，销23的波纹密度受限，而且很难对这种斯特令冷却装置进行洗涤和除气。
发明内容
据此，本发明是针对所述问题进行的改进，本发明的一个目的是提供一种结构简单、传热效率提高的斯特令冷却装置，从而可简化制造工艺，且能方便地实施洗涤和除气步骤。本发明还提供这种斯特令冷却装置的热交换器。
按照本发明的一方面，能实现所述和其他目的的斯特令冷却装置包括：一端设有冷端的壳体；固定于所述壳体上并充有流体的缸；装于所述缸内并可往复运动的活塞；装于所述活塞中可往复运动的移动器；位于所述移动器和冷端之间的蓄冷器；装在所述壳体内的内部热交换器，该内部热交换器与所述蓄冷器和气缸相连；安装在所述壳体的外表面上与所述内部热交换器相对的外部热交换器，其中，所述内部热交换器包括一用于传热的主体和穿过所述主体的通孔，这些通孔可使流体流入所述气缸和所述蓄冷器。
优选将环形的内部热交换器主体设置在气缸和壳体之间。
此外，优选使内部热交换器的主体的内表面与气缸的外表面接触。更为优选的是，使内部热交换器的主体的外表面与壳体的内表面接触。
优选将气缸和蓄冷器沿气缸的轴向安置成一条直线，内部热交换器的通孔可以沿缸的轴向形成。
再者，优选沿内部热交换器的主体的周边方向设置多个内部热交换器的通孔。此外，优选沿内部热交换器主体的宽度方向设置多个内部热交换器的通孔。
根据本发明的另一方面，所提供的斯特令冷却器包括：在一端设有冷端的壳体；固定于所述壳体上并充有流体的缸；装于所述缸内可往复运动的活塞；装于所述活塞中可往复运动的移动器；位于所述移动器和冷端之间的蓄冷器；装于所述壳体内的内部热交换器，该内部热交换器与所述蓄冷器和缸相连；安装在所述壳体的外表面上与所述内部热交换器相对的外部热交换器，其中，所述内部热交换器包括设置于所述缸和壳体之间用于传热的环形主体和用于使流体流过沿轴向穿过所述主体的通孔。
按照本发明的再一方面，提供了一种用于斯特令冷却装置的热交换器，其包括：装于设置在壳体和缸之间的热交换室内的内部热交换器；以及装于所述热交换室外侧的外部热交换器。其中，所述内部热交换器包括固定于所述热交换室内用于传热的环形主体和多个沿轴向穿过所述主体形成的通孔。
附图说明
下面结合附图进行详细描述，通过这些描述将能更透彻地理解本发明的以上和其他目的、特点和其他优点。附图中：
图1是传统的斯特令冷却装置的纵向剖视图；
图2是沿图1中A-A线剖切的传统斯特令冷却装置的横向剖面图；
图3是本发明的斯特令冷却装置的纵向剖视图；
图4是沿图3中B-B线剖切的斯特令冷却装置的横向剖面图。
具体实施方式
现在参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
本发明可以包括多种实施方式，下文仅对最优选的实施方式进行描述。在对本发明的以下描述中，省略了对那些可能使本发明主题内容反而不清楚的公知功能和结构的详细描述。
本发明的斯特令冷却装置包括在敞开端设有冷端51的壳体50；固定安装在壳体50中并充有流体的缸52；位于壳体50和缸52下端的热交换室53；安装在热交换室53内的内部热交换器60和安装在壳体50的外表面上并环绕热交换室53的外部热交换器70。
线性电机54安装在壳体50和缸52的上部，与线性电机54相连的活塞55装于缸52中，因而活塞可作往复运动，由装于壳体50上的弹性件56支撑的移动器57安装在活塞55中，因而移动器57可作往复运动，蓄冷器58装在移动器57和冷端51之间。
与缸52相通的第一孔22穿过热交换器53的上部，与蓄冷器58相通的第二孔74穿过热交换器53的下部。热交换室53位于壳体50和缸52之间，因而具有环形的横截面。
内部热交换器60包括由高导热材料模制而成的用于传热的主体62和穿过主体62的通孔64，因而流体可流入缸52和蓄冷器58中。
由于内部热交换器60的主体62为与热交换室53的形状相同的环形，可将内部热交换器60装于热交换室53中。选定内部热交换器60的主体62的尺寸，使得主体62的内表面60′与缸52的外表面接触，并使主体62的外表面60″与壳体50的内表面接触，于是，导入热交换室53中的流体可流过内部热交换器60。
在此，将缸和蓄冷器58安排成沿缸52的轴向成一直线，且使热交换室53的第一孔72和第二孔74沿缸52的轴向彼此隔开。于是，内部热交换器60的通孔64沿缸52的轴向排列。
在内部热交换器60的主体62的周边方向设有多个内部热交换60的通孔64，从而可增大内部热交换器60的主体62和流体之间的接触面积。可使内部热交换器60的这些通孔64沿内部热交换器60的主体62的宽度方向、即沿内部热交换器主体的径向彼此隔开。
外部热交换器70包括多个设于壳体50的外表面上且沿壳体50的周边方向彼此隔开的销。
下面详细描述以上所述的典型的斯特令冷却装置的运行。
线性电机54运转时，活塞55朝靠近冷端51的方向运动，缸52中的流体被等温压缩，所述流体被排到热交换室66。由于内部热交换器60的主体62由高导热材料制成，当流体通过内部热交换器60的通孔64流入热交换室66中时，流体的热量被内部热交换器的主体62吸收，并通过将热量释放到外部热交换器70使内部热交换器60的主体62冷却。
由热交换室66冷却的流体流入蓄冷器58后，流体的显热被蓄冷器58吸收，流体充入蓄冷器58和冷端51之间的空腔，并被等温膨胀。当处于蓄冷器58和冷端51之间的流体等温膨胀时，蓄冷器58和移动器57朝离开冷端52的方向运动。
之后，借助于线性电机54的运转活塞55朝离开冷端51的方向运动时，在弹性件56的弹力作用下，蓄冷器58和移动器57朝靠近冷端51的方向运动。借此，充入蓄冷器58和冷端51之间的空腔的流体顺序流过蓄冷器58和热交换室53，并再次充入缸52中，从而进行等容蓄冷。
尽管为了说明而公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员应当懂得，在不超出所附的权利要求书所披露的本发明的构思和保护范围的前提下，可以作出各种改型、增补和替换。

Claims (10)

1.一种斯特令冷却装置，包括：
一端设有冷端的一壳体；
一固定在所述壳体上并充入流体的缸；
一安装在所述缸内的活塞，该活塞可作往复运动；
一安装在所述活塞内的移动器，该移动器可作往复运动；
一处于所述移动器和所述冷端之间的蓄冷器；
一安装在所述壳体内的内部热交换器，使该内部热交换器与所述蓄冷器和所述缸相连；以及
一与所述内部热交换器相对地装于所述壳体的外表面的外部热交换器，
其中，所述内部热交换器包括一用于传热的主体和穿过所述主体使所述流体流入所述缸和所述蓄冷器的通孔。
2.如权利要求1所述的斯特令冷却装置，其中，所述内部热交换器的所述主体为环形，该主体位于所述缸和所述壳体之间。
3.如权利要求2所述的斯特令冷却装置，其中，所述内部热交换器的所述主体的内表面与所述缸的外表面接触。
4.如权利要求2所述的斯特令冷却装置，其中，所述内部热交换器的所述主体的外表面与所述壳体的内表面接触。
5.如权利要求1所述的斯特令冷却装置，其中，所述缸和所述蓄冷器沿所述缸的轴向被配置成一直线；以及
沿所述缸的轴向形成所述内部热交换器的所述通孔。
6.如权利要求1所述的斯特令冷却装置，其中，沿所述内部热交换器的所述主体的周边方向配置多个所述内部热交换器的所述通孔。
7.如权利要求1所述的斯特令冷却装置，其中，沿所述内部热交换器的所述主体的宽度方向配置多个所述内部热交换器的所述通孔。
8.一种斯特令冷却装置，包括：
一端设有冷端的一壳体；
一固定在所述壳体上并充入流体的缸；
一安装在所述缸内的活塞，该活塞可作往复运动；
一安装在所述活塞内的移动器，该移动器可作往复运动；
一处于所述移动器和所述冷端之间的蓄冷器；
一安装在所述壳体内的内部热交换器，使该内部热交换器与所述蓄冷器和所述缸相连；以及
一与所述内部热交换器相对地装于所述壳体的外表面的外部热交换器，
其中，所述内部热交换器包括具有环形形状、位于所述缸和所述壳体之间、用于传热的一主体，和沿轴向穿过所述主体、用于使流体通过的通孔。
9.如权利要求8所述的斯特令冷却装置，其中，沿所述内部热交换器的所述主体的周边方向配置多个所述内部热交换器的所述通孔。
10.如权利要求8所述的斯特令冷却装置，其中，沿所述内部热交换器的所述主体的宽度方向配置多个所述内部热交换器的所述通孔。
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