CN106288480B - 一种充注二氧化碳的膨胀活塞 - Google Patents

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Abstract

一种充注二氧化碳的膨胀活塞，包括膨胀活塞壳体，壳体的一端设置有一个膨胀活塞端盖，壳体中具有一个膨胀活塞腔，膨胀活塞腔中充注有二氧化碳，壳体的另外一端设置有一个安装孔，安装孔中设置有一个膨胀活塞连杆，在膨胀活塞连杆进入膨胀活塞腔的端部设置有平垫片，在平垫片的外侧设置有一个螺母，在螺母和平垫片之间设置有弹簧垫圈，膨胀活塞端盖和膨胀活塞壳体通过螺纹连接，所述膨胀活塞端盖内表面上设置有复数个凹槽，凹槽为同心圆环结构。本发明作为斯特林低温制冷机的膨胀活塞使用时，二氧化碳在低温时会凝固成干冰并聚集在膨胀活塞端盖的凹槽内，在膨胀活塞内部形成真空，减弱了活塞内部的自然对流换热，有效降低膨胀活塞的轴向导热损失。

Description

一种充注二氧化碳的膨胀活塞
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种活塞，具体来说是一种用于斯特林低温制冷机的膨胀活塞。
背景技术
膨胀活塞作为斯特林制冷机的两个运动部件之一，其在膨胀腔内作往复运动时，膨胀活塞冷端温度较低，而热端温度较高，特别是在进行低温制冷时，其冷热端温差达200℃以上，巨大的温差必然会导致传热损失，高温侧的热量传递至低温侧，这就导致了制冷机的冷量损失，降低了制冷机的效率。
中国专利，专利号：CN104534718A，其公开了一种用于斯特林制冷机的空心排出器及其真空抽气装置，通过真空抽气装置将空心排出器内空气抽出，排出器内因此而形成真空，减弱了内部气体和排出器壳体的对流换热，从而降低热导率。该装置的缺点是：真空抽气过程比较复杂，不易操作，膨胀活塞的加工制作成本高。
中国专利，专利号：CN203731734U，其公开了一种斯特林制冷机用金属外壳排出器，采用金属外壳，排出器的轴向导热损失增加，而流经排出器内部的工质流动阻力大大减小，采用金属外壳排出器的制冷机制冷性能得到了一定的提升。但是，该排出器的冷端和热端多出了一些附加结构，使得排出器的结构复杂，不利于制冷机减轻整机重量，而且金属结构的外壳会增加导热损失，制冷量会有一定的下降。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种充注二氧化碳的膨胀活塞，所述的这种充注二氧化碳的膨胀活塞要解决现有技术中的膨胀活塞导致制冷机的冷量损失，制冷机的效率降低的技术问题。
本发明提供了一种充注二氧化碳的膨胀活塞，包括膨胀活塞壳体，所述的壳体的一端设置有一个膨胀活塞端盖，所述的壳体中具有一个膨胀活塞腔，其特征在于：所述的膨胀活塞内部充注有一个大气压的二氧化碳气体，所述的二氧化碳气体的纯度大于99.9%，所述的壳体的另外一端设置有一个安装孔，所述的安装孔中设置有一个膨胀活塞连杆，在所述的膨胀活塞连杆进入膨胀活塞腔的端部设置有平垫片，在所述的平垫片的外侧设置有一个螺母，在所述的螺母和所述的平垫片之间设置有弹簧垫圈，所述的膨胀活塞端盖和膨胀活塞壳体通过螺纹连接，所述膨胀活塞端盖内表面上设置有复数个凹槽，所述的凹槽的宽度为0.5-1mm,凹槽深度为2-3mm，任意两个相邻凹槽的间距为2-3mm，凹槽数量为4-6条，所述的凹槽为同心圆环结构，所述的膨胀活塞端盖上设置有至少一个外表面孔。
进一步的，在所述的膨胀活塞端盖和膨胀活塞壳体的螺纹连接处设置有低温密封胶以增强密封性。
进一步的，在膨胀活塞连杆与膨胀活塞壳体的接触的表面设置有密封胶。
进一步的，所述的膨胀活塞壳体的材料为聚醚醚酮，膨胀活塞壳体的厚度为3-4mm，其良好的自润滑性能保证膨胀活塞较长的工作寿命，有助于减少膨胀活塞的轴向导热损失，具有耐温耐压、热稳定性高以及机械性能高的优点。
进一步的，所述充注二氧化碳的膨胀活塞端盖材料为铝合金，其厚度为5-6mm。膨胀活塞运动时，膨胀活塞端盖能凭借铝合金优良的导热性能，使膨胀活塞腔内的二氧化碳气体较快的冻结在膨胀活塞端盖内表面。
进一步的，所述的膨胀活塞端盖上设置有两个外表面孔。螺丝刀插入膨胀活塞端盖外表面孔，可以对膨胀活塞端盖进行拧紧和拧松操作。
进一步的，所述的安装孔中设置有一个安装轴肩。
二氧化碳在一个大气压下的相变点为-78.4℃，当低于该温度时，气态的二氧化碳会凝固成固态干冰。制冷温度为-100℃以下的斯特林制冷机，如果在空心的膨胀活塞腔内充注二氧化碳，膨胀活塞端盖因为靠近冷头一侧，温度较低，膨胀活塞腔中的二氧化碳因为低温而凝固成固体聚集在端盖上的凹槽内。
在本发明的膨胀活塞内部充注有一个大气压的高纯二氧化碳气体（纯度大于99.9%），膨胀活塞工作时，随着制冷温度降低，膨胀活塞内部的二氧化碳气体会由于低温而凝固聚集在膨胀活塞端盖内表面凹槽内，而不掉落在膨胀活塞底部，从而形成高真空环境，从而降低了膨胀活塞腔内气体的导热和对流换热，从而有效降低了膨胀活塞的轴向导热损失。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明提供的用于斯特林制冷机的膨胀活塞，结构简单，制作方便。斯特林制冷机工作时，可保证膨胀活塞内形成高真空环境，减少膨胀活塞的导热损失。
附图说明
图1为本发明的一种充注二氧化碳的膨胀活塞剖面图。
图2为本发明的一种充注二氧化碳的膨胀活塞中膨胀活塞盖内表面俯视图。
图3为本发明的一种充注二氧化碳的膨胀活塞中膨胀活塞盖外表面的俯视图。
在图1～3中，1为膨胀活塞端盖、2为膨胀活塞外表面孔、3为膨胀活塞腔、4为膨胀活塞壳体、5为膨胀活塞盖内表面、6为膨胀活塞盖内表面凹槽、7为螺母、8为弹簧垫圈、9为平垫片、10为膨胀活塞连杆、11为安装孔。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种充注二氧化碳的膨胀活塞，包括膨胀活塞壳体4，所述的壳体4的一端设置有一个膨胀活塞端盖1，所述的壳体4中具有一个膨胀活塞腔3，所述的壳体4的另外一端设置有一个安装孔11，所述的安装孔11中设置有一个膨胀活塞连杆10，在所述的膨胀活塞连杆10进入膨胀活塞腔3的端部设置有平垫片9，在所述的平垫片9上设置有一个螺母7，在所述的螺母7和所述的平垫片9之间设置有弹簧垫圈8，所述膨胀活塞腔3中充注有二氧化碳，所述的膨胀活塞端盖1和膨胀活塞壳体4通过螺纹连接，所述膨胀活塞端盖1内表面上设置有复数个凹槽6，所述的凹槽6为同心圆环结构，
进一步的，所述的凹槽6的宽度为0.5-1mm,凹槽6深度为2-3mm，凹槽6间距为2-3mm，凹槽6数量为4-6条。
进一步的，在所述的膨胀活塞端盖1和膨胀活塞壳体4的螺纹连接处设置有低温密封胶。
进一步的，在膨胀活塞连杆10与膨胀活塞壳体4的接触的表面设置有密封胶。
进一步的，所述的膨胀活塞内部充注有一个大气压的二氧化碳气体，所述的二氧化碳气体的纯度大于99.9%。
进一步的，所述的膨胀活塞壳体4的材料为聚醚醚酮，膨胀活塞壳体4的厚度为3-4mm。
进一步的，所述充注二氧化碳的膨胀活塞端盖1材料为铝合金，其厚度为5-6mm。
进一步的，所述的膨胀活塞端盖1上设置有外表面孔2。
进一步的，所述的安装孔11中设置有一个安装轴肩。
本发明装配时，先在膨胀活塞连杆10与膨胀活塞壳体4会接触的表面涂上密封胶，将膨胀活塞连杆10插入膨胀活塞壳体4，在膨胀活塞连杆10进入膨胀活塞腔3的端部，放置平垫片9，然后在平垫片9上放置弹簧垫圈8，最后，将螺母7按顺时针旋紧，完成膨胀活塞连杆10和膨胀活塞壳体4的连接。采用二氧化碳气体置换膨胀活塞腔3内的空气，在膨胀活塞端盖1的螺纹连接处涂上低温胶，然后将螺丝刀插入膨胀活塞端盖外表面孔2内，按顺时针方向拧紧膨胀活塞端盖1，在低温胶的辅助作用下，膨胀活塞端盖1和膨胀活塞壳体4紧密配合，完全密封，最后，将膨胀活塞在100℃的烤箱中烘干备用。
斯特林制冷机工作时，冷头温度迅速降低，由于膨胀活塞端盖1和制冷机的冷头接近，因此，冷头处的低温也会使得膨胀活塞端盖1的温度迅速降低。又因为膨胀活塞端盖1的材料为铝合金，其拥有较高的导热系数，可以将膨胀活塞端盖1获得的冷量传递给膨胀活塞腔3内的二氧化碳气体，当温度降低至二氧化碳的凝固点，气态二氧化碳将会凝固并聚集在膨胀活塞端盖1内表面凹槽6中，膨胀活塞腔3内由于二氧化碳气体的凝固而形成高真空，其真空度可达10-4Pa以上，可以有效降低膨胀活塞的轴向导热损失。

Claims (5)

1.一种充注二氧化碳的膨胀活塞，包括膨胀活塞壳体，其特征在于：所述的壳体的一端设置有一个膨胀活塞端盖，所述的壳体中具有一个膨胀活塞腔，所述的膨胀活塞内部充注有一个大气压的二氧化碳气体，所述的二氧化碳气体的纯度大于99.9%，所述的壳体的另外一端设置有一个安装孔，所述的安装孔中设置有一个膨胀活塞连杆，在所述的膨胀活塞连杆进入膨胀活塞腔的端部设置有平垫片，在所述的平垫片的外侧设置有一个螺母，在所述的螺母和所述的平垫片之间设置有弹簧垫圈，所述的膨胀活塞端盖和膨胀活塞壳体通过螺纹连接，所述膨胀活塞端盖内表面上设置有复数个凹槽，所述的凹槽的宽度为0.5-1mm,凹槽深度为2-3mm，任意两个相邻的凹槽的间距为2-3mm，凹槽数量为4-6条，所述的凹槽之间为同心圆环结构，所述的膨胀活塞端盖上设置有至少一个外表面孔，在所述的膨胀活塞端盖和膨胀活塞壳体的螺纹连接处设置有低温密封胶，在膨胀活塞连杆与膨胀活塞壳体的接触的表面设置有密封胶，所述的膨胀活塞壳体的材料为聚醚醚酮，所述充注二氧化碳的膨胀活塞端盖材料为铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种充注二氧化碳的膨胀活塞，其特征在于：膨胀活塞壳体的厚度为3-4mm。
3.根据权利要求1所述的一种充注二氧化碳的膨胀活塞，其特征在于：其厚度为5-6mm。
4.根据权利要求1所述的一种充注二氧化碳的膨胀活塞，其特征在于：所述的膨胀活塞端盖上设置有两个外表面孔。
5.根据权利要求1所述的一种充注二氧化碳的膨胀活塞，其特征在于：所述的安装孔中设置有一个安装轴肩。
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