CN116379631A - 双管斯特林制冷机 - Google Patents
双管斯特林制冷机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116379631A CN116379631A CN202310433866.0A CN202310433866A CN116379631A CN 116379631 A CN116379631 A CN 116379631A CN 202310433866 A CN202310433866 A CN 202310433866A CN 116379631 A CN116379631 A CN 116379631A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- working medium
- head
- thermal head
- cold
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 claims description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 5
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005184 irreversible process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
一种双管斯特林制冷机，其基本结构为：包括1个热头、1个冷头、2个回热器、2个气阀、1个控制箱。控制箱的上面放置热头，2个回热器放置在控制箱的下面，2个气阀放置在回热器的冷端，回热器的下面放置冷头。热头为封闭的缸体，热头活塞将热头內空分为两部分：第1压气室、第2压气室。冷头为封闭的缸体，冷头活塞将冷头內空分为两部分：第1膨胀室、第2膨胀室。每个回热器的冷端配一个气阀，气阀控制工质进、出回热器。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域。
背景技术
G-M制冷机结构简单、运行可靠、制冷温度低，在MRI核磁共振、磁悬浮、红外探测等领域获得广泛应用。但是G-M制冷机的制冷头与压缩机是分离的，每隔1、2年要检修制冷头，更换冷头密封件、滤芯等关键零部件，颇为麻烦。另外，G-M制冷头的制冷采用西蒙膨胀(绝热放气)原理，这是一个不可逆过程，其热效率不高，在4.2K液氦温区下，每获得1W的制冷量，须消耗2KW以上的功率。
发明内容
本发明的目的是提供安装方便、维修量小、且热效率高的制冷机。
本发明双管斯特林制冷机基本结构为：包括1个热头、1个冷头、2个回热器、2个气阀、1个控制箱。控制箱的上面放置热头，2个回热器放置在控制箱的下面，2个气阀放置在回热器的冷端，回热器的下面放置冷头。
热头为封闭的缸体，热头活塞将热头內空分为两部分：第1压气室、第2压气室。冷头为封闭的缸体，冷头活塞将冷头內空分为两部分：第1膨胀室、第2膨胀室。
每个回热器的冷端配一个气阀，气阀控制工质进、出冷头。
本发明双管斯特林制冷机的技术方案为：工质在热头被压缩，一部分穿过回热器进入冷头，关闭气阀，进入冷头的工质在封闭容器内膨胀，从冷头外吸收热量。同时，另一部分工质留在热头内，继续压缩，温度升高，从热头、连通管散热后再膨胀降压、降温。
工质在冷头完成制冷后，打开气阀，工质从冷头穿过回热器，进入热头，与热头内的低压工质混合。
冷头采用活塞膨胀，工质压强是平滑下降的，而非G-M制冷机骤降、不可逆的形式。冷头活塞将封闭的缸体分为两个室：一个室做膨胀，另一个室做排气。在回收能量的同时，两个室形成了密封的结构，避免了工质的泄露。整机结构精简，不用像G-M制冷机那样采用分体的压缩机组及水冷机组，从而达到安装方便、维修量小、且热效率高的目的。
附图说明
图1为本发明的双管斯特林制冷机在回热器芯可转动时的侧视剖面结构示意图。
图2～图5为本发明的双管斯特林制冷机在回热器芯可转动时的正视剖面结构、工作示意图。
图6为本发明的双管斯特林制冷机在回热器芯固定时的正视剖面结构示意图。
图7为本发明的双管斯特林制冷机冷头活塞环的正视剖面结构示意图。
图8为本发明的双管斯特林制冷机冷头活塞环的俯视剖面结构示意图。
图9为本发明的双管斯特林制冷机冷头活塞的外活塞环正视结构示意图。
图10为本发明的双管斯特林制冷机冷头活塞的外活塞环俯视结构示意图。
图11为本发明的双管斯特林制冷机冷头活塞的内活塞环正视结构示意图。
图12为本发明的双管斯特林制冷机冷头活塞的内活塞环俯视结构示意图
图例中，1-1为第1压气室、1-2为第2压气室、1-3为热头活塞、1-4为热头、1-5为热头活塞杆、2-1为第1膨胀室、2-2为第2膨胀室、2-3为冷头活塞、2-4为冷头、2-5为冷头活塞杆、2-6为密封管、2-7为外活塞环、2-8为内活塞环、2-9为环槽、3-1为连通管、3-2为连通管、3-3为连通管、3-4为连通管、4-1为密封圈、4-2为密封圈、4-3为密封圈、5-1为第1凸轮连杆组件、5-2为第2凸轮连杆组件、6-1为第1凸轮、6-2为第2凸轮、7-1为第1传动齿轮、7-2为第2传动齿轮、8-1为第1菱形连杆、8-2为第2菱形连杆、9-1为电机、9-2为过滤器、9-3为控制箱、9-4为导轨、9-5为导轨、10-1第1回热器、10-2第2回热器、11-1第1回热器芯体、11-2第2回热器芯体、12-1为第1气阀、12-2为第2气阀、13-1为第1操纵杆、13-2为第2操纵杆。
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例说明。
具体实施方式一
双管斯特林制冷机在回热器芯可转动时的结构，见图1～图2。
双管斯特林制冷机包括热头(1-4)、冷头(2-4)、第1回热器(10-1)、第2回热器(10-2)、第1气阀(12-1)、第2气阀(12-2)、控制箱(9-3)。热头(1-4)安放在控制箱(9-3)的上面，2个回热器并排放置在控制箱(9-3)的下面，冷头(1-4)放置在2个回热器的下方。
热头(1-4)为封闭的缸体，热头(1-4)内的热头活塞(1-3)将热头(1-4)内空间分为两部分：第1压气室(1-1)、第2压气室(1-2)。热头活塞(1-3)的热头活塞杆(1-5)进入控制箱(9-3)，与第1菱形连杆(8-1)连接。
控制箱(9-3)内，第1传动齿轮(7-1)、第2传动齿轮(7-2)与第1菱形连杆(8-1)组成一个菱形传动机构，电机(9-1)与第1传动齿轮(7-1)连接，电机(9-1)带动第1传动齿轮(7-1)、第2传动齿轮(7-2)转动，进而通过第1菱形连杆(8-1)带动热头活塞杆(1-5)做直线往复运动。导轨(9-4)确保热头活塞杆(1-5)沿直线运动。
冷头(2-4)为封闭的缸体，冷头(2-4)内的冷头活塞(2-3)将冷头(2-4)内空间分为两部分：第1膨胀室(2-1)、第2膨胀室(2-2)。冷头活塞(2-3)的冷头活塞杆(2-5)进入控制箱(9-3)，与第2菱形连杆(8-2)连接。
控制箱(9-3)内，第1凸轮(6-1)与第1传动齿轮(7-1)同轴，第2凸轮(6-2)与第2传动齿轮(7-2)同轴。第1凸轮(6-1)、第2凸轮(6-2)与第2菱形连杆(8-2)组成另一个菱形传动机构，带动冷头活塞杆(2-5)做直线往复运动。导轨(9-5)确保冷头活塞杆(2-5)沿直线运动。
控制箱(9-3)内安装过滤器(9-2)，过滤器(9-2)扇动控制箱(9-3)内工质流动，过滤控制箱(9-3)内工质内含有的润滑油雾，同时促进控制箱(9-3)内工质降温。
密封圈(4-1)套在热头活塞杆(1-5)外，阻止控制箱(9-3)、热头(1-4)内的工质互相流动。密封管(2-6)套在冷头活塞杆(2-5)外，密封圈(4-2)、密封圈(4-3)装在密封管(2-6)两头，阻止控制箱(9-3)、冷头(2-4)内的工质互相流动。
第1压气室(1-1)通过连通管(3-1)与第1回热器(10-1)的热端连通，第1回热器(10-1)的冷端通过连通管(3-3)与第1膨胀室(2-1)连通。第2压气室(1-2)通过连通管(3-2)与第2回热器(10-2)的热端连通，第2回热器(10-2)的冷端通过连通管(3-4)与第2膨胀室(2-2)连通。
第1气阀(12-1)固定在第1回热器芯体(11-1)的冷端底部，第1回热器芯体(11-1)的顶部与第1凸轮连杆组件(5-1)连接，第1凸轮连杆组件(5-1)的另一端受第1凸轮(6-1)控制。第1凸轮(6-1)通过第1凸轮连杆组件(5-1)控制第1回热器芯体(11-1)及第1气阀(12-1)转动。同理第2凸轮(6-2)通过第2凸轮连杆组件(5-2)控制第2气阀(12-2)转动。
双管斯特林制冷机的冷头活塞的密封结构见图7～图12。
两道环槽(2-9)位于冷头活塞(2-3)的中部，每道环槽(2-9)内放有两个活塞环，外活塞环(2-7)套在内活塞环(2-8)外。两个活塞环的开口方向相反，两个活塞环的高度相等。
外活塞环(2-7)在柱面的切口形状为梯形。
内活塞环(2-8)在端面的切口形状为梯形。
双管斯特林制冷机的热头活塞的密封结构与冷头活塞相同。
图2为双管斯特林制冷机的工作示意图。
冷头活塞(2-3)处于下止点，第1气阀(12-1)保持开通，热头活塞(1-3)已经从下向上运动一段距离。一部分低压工质已经从第1压气室(1-1)经连通管(3-1)压入第1回热器(10-1)，第1回热器(10-1)内压强升高，并吸收工质的热量，此过程近于等温压缩过程。同时，第2膨胀室(2-2)体积处于最大状态，其内的工质处于低温、低压状态，从冷头外吸收热量。
图3为双管斯特林制冷机的工作示意图。
冷头活塞(2-3)向上运动，热头活塞(1-3)向上运动，第1气阀(12-1)保持开通。由于第1回热器(10-1)吸收工质的热量，第1压气室(1-1)内的高压工质以近于等压状态压入第1膨胀室(2-1)。同时，随着第2凸轮(6-2)转动，通过第2凸轮连杆组件(5-2)将第2气阀(12-2)打开。第2膨胀室(2-2)内的工质进入第2回热器(10-2)，并吸收第2回热器(10-2)的热量，然后以近于等压状态进入第2压气室(1-2)。
图4为双管斯特林制冷机的工作示意图。
冷头活塞(2-3)继续向上运动，热头活塞(1-3)继续向上运动，第2气阀(12-2)保持开通，第2膨胀室(2-2)内的低压工质继续以近于等压状态压入第2压气室(1-2)。当进入第1膨胀室(2-1)内的工质的质量到达设定值时，第1气阀(12-1)关闭，第1膨胀室(2-1)内的高压工质在封闭的条件下以近于等温状态膨胀，压强降低，从冷头(2-4)外吸热量。同时，第1压气室(1-1)内的高压工质继续压缩，压强升高，温度升高，第1压气室(1-1)内的工质通过第1热头(1-1)、连通管(3-1)向环境散热。
图5为双管斯特林制冷机的工作示意图。
第1气阀(12-1)保持关闭，热头活塞(1-3)向上运动，到达上止点，然后热头活塞(1-3)向下运动，第1压气室(1-1)的工质体积开始增大，压强降低，温度降低。第2气阀(12-2)保持开通，热头活塞(1-3)、冷头活塞(2-3)将第2压气室(2-1)的工质压入第2回热器(10-2)。当冷头活塞(2-3)达到上止点后，开始向下运动时，打开第1气阀(12-1)，此时第1压气室(1-1)内工质的压强与第1膨胀室(2-1)内工质的压强接近，第1膨胀室(2-1)内工质向第1压气室(1-1)输送。
然后第2压气室(1-2)重复做上述第1压气室(1-1)做过的工作循环，第1压气室(1-1)重复做上述第2压气室(1-2)做过的工作循环，如此交替循环。
具体实施方式二
本实施方式的双管斯特林制冷机在回热器芯固定时的结构，见图6。
第1回热器芯体(11-1)固定在第1回热器(10-1)内，不能转动。第1回热器芯体(11-1)的冷端底部安装第1气阀(12-1)，第1气阀(12-1)固定在第1操纵杆(13-1)上。第1操纵杆(13-1)穿过第1回热器芯体(11-1)进入控制箱(9-3)，与第1凸轮连杆组件(5-1)连接。第1凸轮(6-1)通过第1凸轮连杆组件(5-1)、第1操纵杆(13-1)控制第1气阀(12-1)转动。同理第2凸轮(6-2)通过第2凸轮连杆组件(5-2)、第2操纵杆(13-2)控制第2气阀(12-2)转动。
本实施方式的双管斯特林制冷机的其它结构与上述实施方式一相同，本实施方式的双管斯特林制冷机的工作循环过程与上述实施方式一相同。
Claims (9)
1.一种双管斯特林制冷机，其特征在于：包括：热头(1-4)、冷头(2-4)、第1回热器(10-1)、第2回热器(10-2)、第1气阀(12-1)、第2气阀(12-2)、控制箱(9-3)、过滤器(9-2)；所述热头(1-4)位于所述控制箱(9-3)的上面，所述第1回热器(10-1)、第2回热器(10-2)位于所述控制箱(9-3)的下面，所述冷头(2-4)位于所述第1回热器(10-1)、第2回热器(10-2)的下方。
2.根据权利要求1所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：所述冷头(2-4)为封闭的缸体，所述冷头(2-4)内的冷头活塞(2-3)将所述冷头(2-4)内空间分为两部分：第1膨胀室(2-1)、第2膨胀室(2-2)。
3.根据权利要求1所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：所述热头(1-4)为封闭的缸体，所述热头(1-4)内的热头活塞(2-3)将所述热头(1-4)内空间分为两部分：第1压气室(1-1)、第2压气室(1-2)。
4.根据权利要求1所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：所述第1气阀(12-1)位于所述第1回热器(10-1)的冷端和连通管(3-3)之间，所述第2气阀(12-2)位于所述第2回热器(6-2)的冷端和连通管(3-4)之间；所述第1气阀(12-1)、第2气阀(12-2)控制工质进、出冷头(2-4)。
5.根据权利要求1所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：所述第1膨胀室(2-1)在膨胀时所述气阀(12-1)处于关闭状态，所述第1膨胀室(2-1)与所述第1压气室(1-1)互不连通，所述第1膨胀室(2-1)内的工质在封闭的条件下以近于等温状态膨胀，压强降低，从冷头(2-4)外吸收热量；所述第2膨胀室(2-2)在膨胀时所述气阀(12-2)处于关闭状态，所述第2膨胀室(2-2)与所述第2压气室(1-2)互不连通，所述第2膨胀室(2-2)内的工质在封闭的条件下以近于等温状态膨胀，压强降低，从冷头(2-4)外吸收热量。
6.根据权利要求1所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：工质的散热方式为：压缩过程中，工质在所述热头(1-4)的所述第1压气室(1-1)内被压缩，温度升高，向所述热头(1-4)外散热，当一部分工质进入所述第1膨胀室(2-1)后，关闭所述气阀(12-1)，另一部分工质留在所述第1压气室(1-1)内，继续压缩，温度升高，继续向所述热头(1-4)外散热，然后再膨胀降压、降温；工质在所述热头(1-4)的所述第2压气室(1-2)内被压缩，温度升高，向所述热头(1-4)外散热，当一部分工质进入所述第2膨胀室(2-2)后，关闭所述气阀(12-2)，另一部分工质留在所述第2压气室(1-2)内，继续压缩，温度升高，继续向所述热头(1-4)外散热，然后再膨胀降压、降温。
7.根据权利要求1所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：所述过滤器(9-2)位于所述控制箱(9-3)内，所述过滤器(9-2)扇动所述控制箱(9-3)内工质流动，过滤控制箱(9-3)内工质含有的润滑油雾，同时促进所述控制箱(9-3)内工质降温。
8.根据权利要求1所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：所述冷头活塞(2-3)的环槽(2-9)内放有两个活塞环，外活塞环(2-7)套在内活塞环(2-8)外；所述外活塞环(2-7)的开口朝向与所述内活塞环(2-8)相反，所述外活塞环(2-7)与所述内活塞环(2-8)的高度相等。
9.根据权利要求8所述的双管斯特林制冷机，其特征在于：所述外活塞环(2-7)与所述内活塞环(2-8)的切口方向互相垂直，所述外活塞环(2-7)在柱面的切口形状为梯形，所述内活塞环(2-8)在端面的切口形状为梯形。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310433866.0A CN116379631A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 双管斯特林制冷机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310433866.0A CN116379631A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 双管斯特林制冷机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116379631A true CN116379631A (zh) | 2023-07-04 |
Family
ID=86975005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310433866.0A Pending CN116379631A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 双管斯特林制冷机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116379631A (zh) |
-
2023
- 2023-04-21 CN CN202310433866.0A patent/CN116379631A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101289395B1 (ko) | 가스 평형 극저온 팽창 엔진 | |
| EP2482004B1 (en) | G-m refrigerator with phase adjusting mechanism | |
| US4873831A (en) | Cryogenic refrigerator employing counterflow passageways | |
| KR102341228B1 (ko) | 소음 및 진동 특성 감소를 위한 칼라 범퍼를 지닌 극저온 팽창기 | |
| GB2098308A (en) | Reciprocating cold gas refrigerators | |
| US5642623A (en) | Gas cycle refrigerator | |
| CN107940790A (zh) | 一种混合循环低温制冷机 | |
| JPH0460351A (ja) | 冷凍機 | |
| US4310337A (en) | Cryogenic apparatus | |
| CN201463425U (zh) | 一种采用不锈钢纤维回热材料的高频回热器及其脉管制冷机 | |
| WO1981001192A1 (en) | Cryogenic apparatus | |
| CN105042921B (zh) | 多级低温制冷机 | |
| CN201110668Y (zh) | 用氦3-氦4双工质的液氦温区斯特林型多级脉管制冷机 | |
| CN116379631A (zh) | 双管斯特林制冷机 | |
| CN101603750B (zh) | 采用不锈钢纤维回热材料的高频回热器及其脉管制冷机 | |
| CN106766322A (zh) | 一种冷端换热器运动的g‑m制冷机和方法 | |
| US4848092A (en) | Heat exchanger for cryogenic refrigerator | |
| CA1219752A (en) | Cryogenic refrigerator | |
| CN1175225C (zh) | 辐射制冷与脉冲管制冷相复合的空间低温制冷机 | |
| CN110986415A (zh) | 一种双效斯特林装置及其运行控制方法 | |
| CN218469335U (zh) | 一种回热式制冷机多级膨胀系统 | |
| CN108826730A (zh) | 一种机架及脉管型自由活塞斯特林制冷机 | |
| TWI762329B (zh) | 具有多個致冷組件的史特靈冷機構造 | |
| CN2859382Y (zh) | 具有波纹管直流阻断结构的双向进气型脉管制冷装置 | |
| CN115451604A (zh) | 一种回热式制冷机多级膨胀系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |