[發明專利]一種脈管型自由活塞斯特林制冷機及制冷方法

有效

• 申請號: 201810437352.1
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108800643B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 陳曦;崔浩
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 31204 上海德昭知識產權代理有限公司
• 代理人: 郁旦蓉;顏愛國

1.一種脈管型自由活塞斯特林制冷機，其特征在于，包括：

直線電機、壓縮單元、膨脹機單元以及機架，

其中，所述機架包括法蘭、膨脹活塞管、壓縮活塞管、二級熱端換熱器以及底座，

所述法蘭呈圓盤形狀，該法蘭的一側面設置有同心的圓盤，另一側面與所述底座相連，

所述膨脹活塞管為直通管，一端與所述圓盤相連，另一端為自由端，用于連接制冷機的脈沖管，所述膨脹活塞管內具有柱形膨脹活塞腔，

所述壓縮活塞管為直通管，設置在所述底座中，一端與所述法蘭相連，另一端為自由端，所述壓縮活塞管內具有柱形壓縮活塞腔，所述壓縮活塞腔與所述膨脹活塞腔同軸線且相連通，

所述二級熱端換熱器設置在所述膨脹活塞管內，

平行于所述壓縮活塞腔軸線，所述圓盤上設置有多個連通所述壓縮活塞腔與外部的通孔，

所述壓縮活塞腔的內徑大于所述膨脹活塞腔的內徑，所述膨脹活塞腔的內徑與所述脈沖管的內徑是相同的，

所述直線電機包括外軛鐵、內軛鐵以及動子，所述外軛鐵、所述內軛鐵分別設置在所述機架上且外軛鐵、內軛鐵之間具有間隙，所述動子設置在所述間隙中，

所述壓縮單元具有壓縮活塞、壓縮活塞彈簧，所述壓縮活塞彈簧通過連接件與所述機架固定連接，所述壓縮活塞設置在所述壓縮活塞管中，一端與所述動子相連且與所述壓縮活塞彈簧相連，另一端為自由端，

所述膨脹機單元包括膨脹活塞、膨脹活塞彈簧、膨脹活塞桿、脈沖管、冷端換熱器、導流器、一級熱端換熱器、回熱器，

所述一級熱端換熱器呈圓筒狀，套在所述膨脹活塞管的外壁上且設置在所述圓盤的端面上，

所述脈沖管的一端與所述膨脹活塞管相連，另一端與所述冷端換熱器相連，所述冷端換熱器位于所述脈沖管的開口端，

所述導流器設置在所述脈沖管一端且位于所述脈沖管內，

所述回熱器呈圓筒狀，設置在所述脈沖管的外側，一端與所述冷端換熱器相連，另一端與所述一級熱端換熱器相連，

所述膨脹活塞在所述膨脹活塞管中，所述膨脹活塞彈簧通過連接件與所述機架固定連接，所述膨脹活塞桿的一端與所述膨脹活塞相連，另一端穿過所述壓縮活塞、所述壓縮活塞彈簧后與所述膨脹活塞彈簧相連，

所述壓縮活塞、所述膨脹活塞、所述壓縮活塞腔以及所述膨脹活塞腔構成壓縮腔，

所述膨脹活塞、所述二級熱端換熱器以及所述膨脹活塞腔構成膨脹腔，所述膨脹腔與所述壓縮腔同軸布置。

2.根據權利要求1所述的脈管型自由活塞斯特林制冷機的制冷方法，其特征在于，包括以下步驟：

所述膨脹活塞從下止點開始向上運動至上止點；

所述壓縮活塞運動至下止點；

所述膨脹活塞將所述膨脹腔內的聲波推回至所述脈沖管中；

工質氣體在所述脈沖管內膨脹吸熱，產生制冷效應；

在所述脈沖管頂部靠近所述導流器處達到最低制冷溫度；

產生的冷量通過所述冷端換熱器導出至用冷環境；

聲波工質再沿原路徑返回所述回熱器內并與填料充分接觸換熱，吸收所述回熱器內的熱量后，重新返回所述壓縮腔等待下一次壓縮。

3.根據權利要求2所述的脈管型自由活塞斯特林制冷機的制冷方法，其特征在于：

其中，所述回熱器呈筒狀，采用聚酯類薄膜制成。

4.根據權利要求2所述的脈管型自由活塞斯特林制冷機的制冷方法，其特征在于：

在所述冷端換熱器和所述回熱器之間還設置有第一濾層，所述第一濾層呈筒狀，采用不銹鋼絲網制成。

5.根據權利要求2所述的脈管型自由活塞斯特林制冷機的制冷方法，其特征在于：

在所述一級熱端換熱器和所述回熱器之間還設置有第二濾層，所述第二濾層呈筒狀，采用脫脂羊毛制成。