[發明專利]一種可快速制冷的線性斯特林-芯片級節流復合型制冷機

有效

• 申請號: 202110598134.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113465211B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 黃立;曾勇;王玲;徐濤;黃太和;潘奇;王赟
• 申請（專利權）人: 武漢高芯科技有限公司
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F25B9/08
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 胡建文

本發明涉及一種可快速制冷的線性斯特林?芯片級節流復合型制冷機，包括線性斯特林制冷單元、節流制冷單元和電控單元，電控單元用于控制線性斯特林制冷單元和節流制冷單元的運行，線性斯特林制冷單元包括直線壓縮機、膨脹機以及與膨脹機直接耦合裝配的封裝杜瓦，節流制冷單元采用MEMS節流制冷器，MEMS節流制冷器貼裝在封裝杜瓦內的芯片基板上，MEMS節流制冷器配置有供氣瓶。上述制冷機具有多種工作模式，線性斯特林制冷單元與節流制冷單元可取長補短，既解決了線性斯特林制冷機受熱質量和冷頭溫度限制等導致初始預冷時間較長的缺點，又解決了節流制冷器易受到高壓氣源供氣有限等限制，實現既可快速制冷又可長期穩定提供冷量的目的。

技術領域

本發明屬于制冷技術領域，具體涉及一種可快速制冷的線性斯特林-芯片級節流復合型制冷機。

背景技術

回熱式制冷技術和間壁式制冷技術是低溫制冷領域中的兩個重要分支，根據這兩種技術各自的特點，目前在低溫物理、國防軍事、能源、醫療等領域廣泛應用。

斯特林制冷機和節流制冷機分別是回熱式和間壁式兩種制技術中的典型低溫制冷機。其中，線性斯特林制冷機利用直線電機驅動壓縮機構和膨脹機構，利用回熱填料與工質之間的換熱完成制冷效應，具有結構緊湊、效率高、體積小等優點，已被用于百萬像素大面陣、雙色等紅外探測器之中，但斯特林制冷機初始制冷時間較長，使其在要求迅速獲得足夠冷量的應用中受到了限制。

節流制冷機利用焦耳-湯姆遜效應，利用高壓氣體通過節流裝置膨脹到低壓以產生制冷效應，開式循環模式的節流制冷器采用高壓儲氣器或高壓氣體鋼瓶供氣，這種系統不需要壓縮機和制冷器之間的永久性連接，系統除要求連續供給高壓氣體外，不需要功率輸入，開式節流器可以與小高壓氣瓶組裝成一個完整的系統。但是由于高壓氣瓶容量的限制，開式節流制冷器無法長時間運行。

在某些應用領域中，既對預冷時間有苛刻的要求，又對探測器的體積和質量有嚴格的限制，例如紅外制導系統。紅外制導系統中，系統的尺寸規格直接影響到制導系統位標器的光學性能，制冷器的質量大小也會影響位標器的運動特性，如果有可能，會把制冷器的某些部件，如線性壓縮機、閥門、壓力傳感器、高壓氣瓶或貯液器等盡量放置在遠離位標器的部位，有時干脆不裝在彈上，而是裝在發射架上，導彈發射后紅外探測器只靠蓄冷工作，但在某些特定場合，蓄冷量并不足以滿足使用要求。

發明內容

本發明涉及一種可快速制冷的線性斯特林-芯片級節流復合型制冷機，至少可解決現有技術的部分缺陷。

本發明涉及一種可快速制冷的線性斯特林-芯片級節流復合型制冷機，包括線性斯特林制冷單元、節流制冷單元和電控單元，所述電控單元用于控制所述線性斯特林制冷單元和節流制冷單元的運行，所述線性斯特林制冷單元包括直線壓縮機、膨脹機以及與所述膨脹機直接耦合裝配的封裝杜瓦，所述節流制冷單元采用MEMS節流制冷器，所述MEMS節流制冷器貼裝在所述封裝杜瓦內的芯片基板上，所述MEMS節流制冷器配置有供氣瓶。

作為實施方式之一，所述MEMS節流制冷器包括貼裝在所述芯片基板上的制冷板，所述制冷板內形成有高壓通道、低壓通道和膨脹腔，所述高壓通道與所述低壓通道均呈平面螺旋形并且二者上下分層布置，所述高壓通道的出口端通過節流單元與所述膨脹腔連通，所述低壓通道的入口端與所述膨脹腔連通，于所述制冷板上開設有與高壓通道入口端連通的工質入口以及與低壓通道出口端連通的工質出口，所述工質入口與所述供氣瓶連接。

作為實施方式之一，所述制冷板包括層疊設置的第一層板、第二層板和第三層板，所述第二層板的第一板面和第二板面分別朝向所述第一層板和所述第三層板；

在所述第一層板的內側板面上刻蝕形成有第一槽道，所述第一槽道由第二層板閉合以圍設形成所述高壓通道；或者，在所述第一板面上刻蝕形成有第二槽道，所述第二槽道與所述第一槽道上下拼合形成所述高壓通道；