[實用新型]一種采用柱簧調相的斯特林?脈管混合冷指

有效

• 申請號: 201721054784.1
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN207196990U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 尹傳林;高瑤;閆浩;王飛;范仙紅;朱魁章
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十六研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙)34115
• 代理人: 奚華保

技術領域

本實用新型涉及制冷機技術領域，具體涉及一種采用柱簧調相的斯特林-脈管混合冷指。

背景技術

脈管制冷機、斯特林制冷機是當前應用最為廣泛的小型機械低溫制冷機。其工作基本原理基本一致，即通過工質氣體在回熱單元內的交變流動換熱實現制冷效果。脈管制冷機、斯特林制冷機中工質氣體壓力波和質量流之間的相位差對制冷機性能有較大影響，合適的調相機構對于制冷機的性能提高及實際應用具有重要意義。針對調相機構的改進是近幾年的低溫制冷機重點研究工作之一。

斯特林制冷機調相機構主要有兩種，一種是采用直線電機直接驅動，該調相方式通過控制膨脹機電機與壓縮機直線電機的電相位控制氣體相位，可實現精確的相位控制，但會增加整機的體積、質量、能耗，如上海技物所研制的雙驅動斯特林制冷機。一種是采用機械彈性元件調相，常用的機械彈性元件主要有圓柱彈簧、膜片彈簧等，依靠機械彈性元件的彈性力調相，如法國THALES公司的UP系列、LSF系列制冷機，采用機械彈性元件可回收熱端膨脹功，有助于提升制冷機效率。但由于斯特林制冷機冷端存在運動活塞，因此無論采用何種調相裝置，皆存在機械噪聲及冷端振動輸出大的缺點。

脈管制冷機可看作斯特林制冷機的變種，其采用脈管空腔中的氣體活塞替代運動活塞，具有壽命長、可靠性高、冷端振動輸出小的優點，自實用新型至今主要經歷了以下幾種型式：基本型、小孔型，雙向進氣型、慣性管型和各種調相型脈管制冷機。Mikulin等人對基本型脈管制冷機進行了一定結構改進，即在脈管熱端之前安裝一個節流小孔，并在熱端換熱器之后連接一個大體積的氣庫用以調節氣體壓力波與質量流相位，但相位調節有限且小孔閥的存在消耗了有效功。

西安交通大學的朱紹偉等人在小孔型調相機構的基礎上進行改進后提出雙向進氣調相機構的新方案，提升了相位調節能力，但雙向進氣調相方式容易產生直流，嚴重影響制冷機性能。

日本的Kanao等人提出慣性管脈管制冷機的概念，即采用一根尺寸合適的毛細管代替小孔閥提高了制冷機性能，且不易產生直流，但慣性管長度一般較長，氣庫的存在增加了制冷機體積、重量。日本的Matsubara等人還提出了雙活塞型脈管制冷機，即在脈管熱端之后連接另外一臺壓縮機，使得制冷機可回收膨脹功，減小小孔引起的損失，進而提高制冷機性能，但因此降低了制冷機的可靠性，增加了體積、重量和功耗。

此外，在脈管制冷機的發展過程中，還出現過其它多種改進型的脈管制冷機，如日本學者提出的內調相型脈管制冷機，美國學者提出的變截面型脈管制冷機，Yuan等人提出的五閥型脈管制冷機。

綜合而言，當前脈管制冷機調相方式的改進主要還是以氣體調相方式為主，調相能力有限且不能回收熱端膨脹功，造成制冷機理論效率低。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種采用柱簧調相的斯特林-脈管混合冷指，該冷指能夠解決現有技術中存在的不足，可通過調節彈簧參數實現制冷機相位調節，實現有效功回收，從理論以及實際應用上可有效提升制冷機效率。

為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：

一種采用柱簧調相的斯特林-脈管混合冷指，包括膨脹氣缸和嵌入安裝在膨脹氣缸中且與膨脹氣缸同軸設置的脈管殼體；所述膨脹氣缸包括膨脹氣缸體、安裝在膨脹氣缸體熱端空腔開口處的熱端配氣座、安裝在膨脹氣缸體冷端空腔開口處的冷帽以及安裝在膨脹氣缸體上與熱端空腔相聯通的連接管及過渡管；所述熱端配氣座中嵌入安裝有與脈管殼體同軸設置的機械調相裝置；所述機械調相裝置包括設置在熱端配氣座外端部的彈簧固定座、設置在熱端配氣座內端部且與熱端配氣座間隙配合的熱端彈簧座以及連接在彈簧固定座與熱端彈簧座之間的圓柱彈簧。

進一步的，所述脈管殼體外壁與膨脹氣缸體內壁之間填充有環形絲網。

進一步的，所述熱端配氣座的中間開設有通孔，且通孔的內端部內壁與脈管殼體的外壁緊密配合；彈簧固定座嵌入安裝在通孔的外端部中，熱端彈簧座嵌入安裝在通孔的內端部中。

進一步的，所述膨脹氣缸體冷端空腔中填充有紫銅絲網。

進一步的，所述熱端彈簧座外表面噴涂有耐磨涂層。

由以上技術方案可知，本實用新型以機械調相裝置替代脈管制冷機中傳統的小孔-氣庫、慣性管-氣庫等氣體調相方式，具有以下有益效果：

（1）可通過調節彈簧參數實現制冷機相位調節，實現有效功回收，從理論以及實際應用上可有效提升制冷機效率。