CN1079044A - 脉管型斯特林制冷机 - Google Patents

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CN1079044A
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边绍雄
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Xian Jiaotong University
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle

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Abstract

脉管型斯特林制冷机，包括一压力发生器及与之 相连通的回热器、脉冲管，脉冲管的两端分别配置有 冷端换热器和热端换热器，冷端换热器与一膨胀腔相 连通，膨胀腔上配置有冷缸换热器。它综合了脉管制 冷机和斯特林制冷机的优点，应用于-40℃左右时的 热效率，可比单纯的斯特林制冷机的热效率高15％ 左右。

Description

本发明涉及一种脉管制冷机，特别涉及一种斯特林脉管制冷机。
脉管制冷机是在60年代发明而在80年代迅速发展的一种新型低温制冷机，结构比较简单，压比亦低，但最大的不足是热效率低;而斯特林制冷机则具有在理论上可达到卡诺循环相同的效率，但其高效率的工作温度是在-196℃，当用于-40℃时，则由于受到传热温差增大的影响，效率要下降，为此要使斯特林制冷机应用于-40℃左右的温度时需要改进原有循环。
参考文献：
1）Proceeding    of    Ⅲ    Japanese-Sino    Joint    Seminar    on    Small    Refrigeration    &    Related    Topics    1989.（Performance    of    Modified    Pulse    Tube    Refrigerator）P154-159
2）科技日报1992.3.19日
本发明的目的在于提出一种脉管型斯特林制冷机，克服了斯特林制冷机用于-40℃时的缺点，综合了脉管制冷机和斯特林制冷机的优点，具有热效率高，无环境污染的特点。
本发明包括一压力发生器，压力发生器通过一气体冷却管与一回热器相连通，回热器与一脉冲管相连通，脉冲管的两端分别配置有冷端换热器和热端换热器，冷端换热器与一膨胀腔相连通，膨胀腔上配置有冷缸换热器，热端换热器通过一阀门与一气库相连通。
图1是本发明的系统示意图。
图2是本发明的实施例之一。
图3是本发明的实施例之二。
下面，结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细的说明。
参照图1，本实用新型包括一压力发生器（1），压力发生器（1）通过一气体冷却管（2）与一回热器（3）相连通，回热器（3）同轴配置有脉冲管（4）;脉冲管（4）的两端分别配置有层流化元件（8）和（9），层流化元件（9）的外端是热端换热器（10），热端换热器（10）通过一阀门（11）和管道（12）与一气库（13）相连通;回热器（3）的冷端配置有冷端换热器（5），冷端换热器（5）与一膨胀腔（7）相连通，膨胀腔（7）上配置有冷缸换热器（6）。
压力发生器（1）和膨胀腔（7）的推移活塞两者可由同一电机通过曲柄连杆机构驱动，但两者具有一相位角φ，即膨胀腔（7）的推移活塞比压力发生器（1）的活塞超前一相位角φ运动。两者亦可由直线电机驱动，通过控制电相位角来保证两者的相位角。
压力发生器（1）的活塞向上运动，使气体压缩，高压气体经气体冷却管（2）将热量传给大气，然后进入回热器（3），由于回热器填料已被前一个循环的气体所冷却，因此气体经回热器填料后被冷却，通过冷端的层流化元件（8）进入脉冲管（4），在脉冲管（4）内气体从冷端流至热端层流化元件（9），压力又再次升高，在脉管热端换热器（10）内将热量传给大气，高压气体经阀门（11）进入气库（13）;当压力发生器（1）的活塞向下运动时，整机内压力下降，气库（13）内的高压气体经阀门（11）流经热端换热器（10）和层流化元件（9）后流至脉冲管（4），在脉冲管（4）内气流逐渐膨胀至低压产生冷量，同时由于膨胀腔（7）的推移活塞较压力发生器（1）的活塞有一相位角，提前运动，因此气流经脉管冷端层流化元件（8）后一部分气流流至冷缸换热器（6）内膨胀产生冷量，当压力发生器（1）内的活塞降至最低点时，膨胀腔（7）的推移活塞则上升至冷缸换热器（6）的顶部，将冷气体推出冷缸，经回热器（3）升温，并将回热器内的填料冷却，最后经气体冷却管（2）回至压力发生器（1）内。当压力发生器（1）内的活塞再次向上运动，气体又开始压缩，再重复上述过程，如此循环重复进行，则在冷缸换热器（6）和脉管冷端换热器（5）处就可得到低温的冷量，以供应用。
参照图2，脉冲管（4）与冷缸换热器（6）平行排列。压力发生器（1）的活塞和膨胀腔（7）的推移活塞由同一电机通过曲柄连杆机构（14）驱动。
参照图3，脉冲管（4）与冷缸换热器（6）垂直置。压力发生器（1）的活塞和膨胀腔（7）的推移活塞由同一电机通过曲柄连杆机构（14）驱动。
由此可见，由于压力发生器（1）、气体冷却管（2）、回热器（3）、脉冲管（4）、冷端换热器（5）、层流化元件（8）、（9）、热端换热器（10）、阀门（11）、管道（12）、气库（13）组成了脉管制冷机系统，压力发生器（1）、气体冷却管（2）、回热器（3）、膨胀腔（7）、冷缸换热器（6）组成了斯特林制冷系统，因此，本发明具有上述两种制冷机的优点，应用于-40℃左右时的热效率可比单纯的斯特林制冷机的热效率高15%左右（或在同样冷量或同样制冷温度时可节约能量12%左右）。

Claims (6)

1、脉管型斯特林制冷机，包括一压力发生器，本发明的特征是，所说的压力发生器通过一气体冷却管与一回热器相连通，回热器与一脉冲管相连通，脉冲管的两端分别配置有热端换热器和冷端换热器，热端换热器通过一阀门与气库相连通，冷端换热器与一膨胀腔相连通，膨胀腔上配置有冷缸换热器。
2、根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，所说压力发生器通过一气体冷却管与一回热器相连通，回热器同轴配置有脉冲管，脉冲管的两端分别配置有冷端层流化元件和热端层流化元件，热端层流化元件的外端是热端换热器，热端换热器通过一阀门和管道与一气库相连通，回热器的冷端配置有冷端换热器，冷端换热器与一膨胀腔相连通，膨胀腔上配置有冷缸换热器。
3、根据权利要求1、2所述的制冷机，其特征在于，所说的压力发生器的活塞和膨胀腔的推移活塞由同一电机通过曲柄连杆机构驱动，两者具有一相位角。
4、根据权利要求1、2所述的制冷机，其特征在于，所说的压力发生器的活塞和膨胀腔的推移活塞由直线电机驱动，其相位角通过控制电相位角来保证。
5、根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，所说的脉冲管与冷缸换热器平行排列。
6、根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，所说的脉冲管与冷缸换热器垂直布置。
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