[發明專利]一種多級斯特林制冷機

有效

• 申請號: 201710675384.0
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107687718B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 王曉濤;龐曉敏;戴巍;羅二倉;朱建;陳帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;李官

本發明涉及低溫制冷技術領域，具體涉及了一種多級斯特林制冷機，包括機體，機體上設置有氣體壓縮單元、制冷單元和排出器，氣體壓縮單元與制冷單元相連，排出器設置在氣體壓縮單元與制冷單元之間所形成的空腔內；其中，制冷單元為多級，多級制冷單元由下至上依次設置，多級制冷單元的溫度由下至上逐級降低，排出器設置在最下一級的制冷單元與氣體壓縮單元之間所形成的空腔內。本發明提供的一種多級斯特林制冷機，排出器長度大大縮短，使間隙密封段同時位于室溫區域，使得排出器重量減輕，不易彎曲，不受低溫沖擊的影響，具有更高的可靠性；同時克服了低溫狀態下，微米級的間隙密封可靠性低，對工藝要求高的問題。

技術領域

本發明涉及低溫制冷技術領域，尤其涉及一種多級斯特林制冷機。

背景技術

工作于液氮至液氦溫區的低溫制冷機在超導電力、空間探測、低溫物理等領域中有廣泛的應用需求，對促進相關產業領域的發展具有重要的推動作用。在此溫區，目前使用比較廣泛的小型低溫制冷機技術包括G-M制冷機以及斯特林制冷機等。

斯特林制冷機利用活塞的往復運動在系統內形成周期性的壓力波動，同時利用低溫下運行的排出器調節整機聲場分布，在回熱器內產生制冷效應，其本質為可逆的斯特林循環，具有較高的效率。工作頻率通常為30-60Hz。為達到液氫以下溫區，由于回熱器兩側溫差范圍大，損失較大，需采用多級膨脹結構，采用兩個以上膨脹腔，一級膨脹至液氮溫區以后，二級在此基礎上進一步降溫。為防止腔體間氣體流動引起的穿梭損失，排出器與壁面之間需要微米級的間隙密封。對于單級斯特林制冷機，其排出器間隙密封可放置于室溫區域，可防止熱變形等應力導致的不可靠性增加。對于兩級及以上斯特林制冷機，其不僅在室溫端存在間隙密封，在一級冷端同樣存在間隙密封，用以隔絕一級膨脹腔與二級膨脹腔之間氣體穿梭損失，低溫間隙密封不僅可靠性低，并且其摩擦損失之間導致冷量的減小，導致效率難以提高。而為達到更低溫度，通常在第二級采用磁性填料(通常為球形)后，進一步增加了回熱器長度，而排出器長度與回熱器相當，較長的排出器不僅易引起彎曲，微米級的間隙密封對工藝的要求很高，易導致較低的效率以及運行壽命。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種多級斯特林制冷機，旨在解決現有技術中的制冷機排出器過長，在低溫區的一段由于受低溫的沖擊容易彎曲變形，可靠性低，運行壽命短的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種多級斯特林制冷機，包括機體，所述機體上設置有氣體壓縮單元、制冷單元和排出器，所述氣體壓縮單元與所述制冷單元相連，所述排出器設置在所述氣體壓縮單元與所述制冷單元之間所形成的空腔內；其中，

所述制冷單元為多級，多級所述制冷單元由下至上依次設置，多級所述制冷單元的溫度由下至上逐級降低，所述排出器設置在最下一級的所述制冷單元與所述氣體壓縮單元之間所形成的空腔內。

在一個實施方式中，所述制冷單元包括一級制冷單元和二級制冷單元，所述一級制冷單元和所述二級制冷單元由下至上依次連通設置在所述氣體壓縮單元上部；所述排出器設置在所述一級制冷單元與所述氣體壓縮單元之間所形成的空腔內。

在一個實施方式中，所述一級制冷單元包括由下至上依次連接的室溫端換熱器、一級回熱器和一級冷端換熱器，所述室溫端換熱器與所述氣體壓縮單元上部相連；所述排出器套設在所述室溫端換熱器和所述一級回熱器所形成的空腔內。

在一個實施方式中，所述二級制冷單元包括由下至上依次設置的二級回熱器和二級冷端換熱器，所述二級回熱器與所述一級制冷單元上部相連。

在一個實施方式中，所述排出器包括排出器活塞和設置在所述排出器活塞下方用以支撐固定所述排出器活塞的彈簧，所述彈簧設置在所述排出器活塞、所述一級制冷單元和所述氣體壓縮單元所共同形成的壓縮前腔內。