CN1413295A - 斯特林制冷机 - Google Patents

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Abstract

一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，在再生器的膨胀空间侧及压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过再生器内部的工作媒体的流动均匀的整流装置。因此，经过再生器内部的工作媒体的流动不均匀得到了改善，可提高再生热交换效率，或者提高制冷机的性能。

Description

斯特林制冷机
技术领域
本发明涉及斯特林制冷机。
背景技术
图3是以往的斯特林制冷机一例子的简要断面图。下面，参照图3说明该以往的斯特林制冷机的构成。在内部设有圆筒状空间的气缸1的上述空间内，配设有排出器(displacer)2及活塞3，由此，在上述空间内形成的压缩空间6与膨胀空间7之间设置再生器8构成闭合回路，将氦等工作气体填充到该闭合回路的工作空间中，同时，通过线性马达(图中未示)等外部动力使上述活塞3沿轴向(F方向)往复运动。该活塞3的往复运动在封入工作空间中的上述工作气体上产生周期的压力变动，并使排出器2产生轴向的周期运动。
排出器杆4，其一端固定在排出器2上，同时穿过活塞3，另一端与弹簧5连接。排出器2在气缸1内沿轴向作与活塞3同周期、不同相位的往复运动。排出器2及活塞3保持适当的相位差运动时，封入上述工作空间内部的工作气体作逆斯特林循环，构成已知的热力学循环，主要是在膨胀空间7中产生制冷。
再生器8由细金属丝阵列或卷绕成车轮的环状间隙构成，并具有蓄热作用，在工作气体从压缩空间6向膨胀空间7移动时吸收来自工作气体的热量且储存该热量，在工作气体从膨胀空间7向压缩空间6返回时，把该热量赋予工作气体。
另外，9是高温侧热交换器，工作气体在压缩空间被压缩时所产生的一部分热量通过该高温侧热交换器9向外部放出。10是低温侧热交换器，当工作气体在膨胀空间7膨胀时，通过低温侧热交换器10从外部吸收热量。
下面，简单地说明其工作原理。由活塞3压缩的压缩空间6内的工作气体，经过再生器8沿图中实线箭头A的方向向膨胀空间7移动时，通过高温侧热交换器9向外部放热，由上述再生器8预冷却，将热量储存在再生器8中。大部分工作气体流入膨胀空间7时，开始膨胀，在该膨胀空间7内产生制冷。
接着，工作气体经过再生器8沿图中虚线箭头B的方向返回压缩空间6时，通过低温侧热交换器10吸收外部的热量，回收在半循环之前储存到再生器8中的热量，然后进入压缩空间6。大部分工作气体返回压缩空间6时，开始再次压缩，转入下一个循环。通过连续反复地进行以上的循环，可得到极低温的制冷。
但是，作为再生器8，使用了例如将聚酯等构成的薄膜卷绕成圆筒状的结构等，然而，卷绕的薄膜之间的间隙有误差，因此在将该再生器组装到斯特林制冷机中的情况下，间隙比较大的部分有比较多的工作气体流动，而该部分以外的部分工作气体很难流动，带来了再生器8内的工作气体流动不均匀的问题。结果，导致再生器8全体不能有效地用来蓄热，使再生热交换效率降低，从而使制冷机的性能劣化。
另外，也有填充到气缸1内的工作气体中包含有水分的情况，但是，该水分在膨胀空间7内冻结，粘附在排出器2上，在排出器2与气缸1之间产生摩擦，有碍于圆滑的滑动，这也是当今制冷机性能劣化的原因。
或者说，水分在膨胀空间7内凝缩，流入再生器8的薄膜之间的间隙中，使工作气体在该间隙部分中不能流动，因此，不能有效地使用整个再生器8来蓄热，这也是当今制冷机性能劣化的原因。
发明揭示
本发明就是鉴于上述以往的问题提出的，其目的是提供一种改善经过再生器内部的工作气体的流动不均匀、由此提高再生热交换效率的斯特林制冷机。另外，本发明的另一目的是通过除去包含在工作气体中的水分，以防止水分凝缩、冻结所引起的制冷机性能的劣化。本发明的再一目的是通过除去包含在工作气体中的不纯物，以防止不纯物引起的再生器的堵塞。
为了完成为上述目的，本发明的特征是，提供一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，在上述再生器的上述膨胀空间侧及上述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过上述再生器内部的上述工作媒体的流动均匀的整流装置。
根据这种结构，经过膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体，流入再生器之前，通过整流装置流动。因此，借助于该整流装置可改善通过再生器的工作媒体的流动不均匀。
此外，在上述再生器的上述膨胀空间侧及上述压缩空间侧的一方或双方上，设置有除去包含在上述工作媒体中的水分的吸湿装置。
根据这种结构，经过膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体，流入再生器之前，通过该吸湿装置流动。因此，借助于该吸湿装置可除去包含在工作媒体中的水分。
另外，在上述再生器的上述膨胀空间侧及上述压缩空间侧的一方或双方上，设置有除去包含在上述工作媒体中的不纯物的过滤器。
根据这种结构，经过膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体，流入再生器之前，通过该过滤器流动。因此，借助于该过滤器可除去包含在工作媒体中的不纯物。
另外，在上述再生器的上述膨胀空间侧及上述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过上述再生器内部的上述工作媒体的流动均匀的同时、将包含在上述工作媒体中的水分除去的整流兼吸湿装置。
根据这种结构，经过膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体，流入再生器之前，通过该整流兼吸湿装置流动。因此，借助于该整流兼吸湿装置，可改善通过再生器的工作媒体的流动不均匀，同时，可除去包含在工作媒体中的水分。
此外，在上述再生器的上述膨胀空间侧及上述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过上述再生器内部的上述工作媒体的流动均匀的同时、将包含在上述工作媒体中的不纯物除去的整流装置兼过滤器。
根据这种结构，经过膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体，流入再生器之前，通过该整流装置兼过滤器流动。因此，借助于该整流装置兼过滤器，可改善通过再生器的工作媒体的流动不均匀，同时，可除去包含在工作媒体中的不纯物。
此外，在上述再生器的上述膨胀空间侧及上述压缩空间侧的一方或双方上，设置有将包含在上述工作媒体中的水分及不纯物除去的吸湿装置兼过滤器。
根据这种结构，经过膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体，流入再生器之前，通过该吸湿装置兼过滤器流动。因此，借助于该吸湿装置兼过滤器，可除去包含在工作媒体中的水分及不纯物。
此外，在上述再生器的上述膨胀空间侧及上述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过上述再生器内部的上述工作媒体的流动均匀的同时、将包含在上述工作媒体中的水分及不纯物除去的整流兼吸湿装置兼过滤器。
根据这种结构，经过膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体，流入再生器之前，通过该整流兼吸湿装置兼过滤器流动。因此，借助于该整流兼吸湿装置兼过滤器，可改善通过再生器的工作媒体的流动不均匀，同时，可除去包含在工作媒体中的水分及不纯物。
再者，如果上述整流装置、上述吸湿装置、上述过滤器、上述整流兼吸湿装置、上述整流装置兼过滤器、上述吸湿装置兼过滤器或上述整流兼吸湿装置兼过滤器由具有适当热容量的材料形成，对于上述这些装置来说，可同时保持一定程度的蓄热作用。
附图的简单说明
图1是本发明斯特林制冷机的概略断面图。
图2是用于发明斯特林制冷机的整流器的透视图。
图3是以往斯特林制冷机一例子的概略断面图。
实施发明的最佳形式
下面，参照附图，说明本发明的实施形式。图1是本发明斯特林制冷机的概略断面图，图2是用于发明斯特林制冷机的整流器的透视图。此外，在图1中，与图3所示的以往斯特林制冷机共用的部件，用相同的符号表示，其详细说明省略。
在图1中，除了整流器11邻接再生器8的膨胀空间7侧及压缩空间6侧设置之外，其余与图3所示的以往斯特林制冷机的构成相同。本发明的整流器11如图2所示，是环状部件，具有约1mm～5mm的厚度。整流器11是由例如聚氨酯泡沫塑料构成的过滤器，调整其网眼粗度，使通过将再生器8、高温侧热交换器9、低温侧热交换器10及整流器11连接在一起形成工作气体的流通通路时所确定的压缩空间6与膨胀空间7之间的压力损失为希望值。
驱动这样构成的斯特林制冷机时，工作气体沿图中箭头A或B所示的方向从压缩空间6及膨胀空间7的一方向另一方移动，而此时，借助于使工作气体具有通过阻力的整流器11，工作气体一边沿着整个整流器11分散，一边通过该整流器11的内部，因此，通过后的流速与再生器8入口部分的流速大致相同。从而，不论工作气体通过再生器8内的任何地方，都能成为均匀的流动，可得到适度的整流效果。
表1示出了配设该整流器11的情况与不配设该整流器11的情况(即图3所示的以往例)的斯特林制冷机的性能系数(COP)。在这里，作为温度条件，将高温侧(压缩空间6侧)设定30℃，将低温侧(膨胀空间7侧)设定-23℃。
【表1】
整流器     COP(低温侧-23℃/高温侧30℃)
  有无     0.890.66
从表1可以看出，通过配设整流器11，使通过再生器8内部的工作气体的流动均匀化，可以有效地使用整个再生器11蓄热，结果，证明可提高制冷机的性能。
另外，作为整流器11的材料，当然并不限于聚氨酯泡沫塑料，不言而喻，只要是不会引起压力损失过高的具有适当网眼的材料，都能得到同样的效果。
不过，作为整流器11的材料，通过使用具有优良的吸湿性、吸水性的材料，除了能得到上述工作气体的整流效果外，还可以除去包含在工作气体中的水分。
作为这样的材料的例子有例如：棉、羊毛、丝、人造丝、乙酸酯、纤维素、亲水性/吸水性聚酯、吸湿性/吸水性尼龙等的纤维；或者交联聚丙烯酸酯系纤维等的高吸水性高分子材料、沸石、硅石、硅藻土、水铝英石、硅酸铝、磷酸锆、多孔质金属材料等的多孔质材料等。
将这些材料中的纤维材料加工成片材状、蜂窝状或波纹状，将非纤维材料烧固成环状，将粉末与粘合剂一起夹入无纺布中锚固，由此，可以很容易地制作出成为图2所示形状的吸湿性整流器11。
将这样形成的整流器11预先充分干燥之后，如图1所示，配设在制冷机内，由此，可吸湿包含在工作气体中的水分，即使该水分凝缩，也能迅速对此进行吸水，因此可防止水分在膨胀空间7侧冻结、粘附在排出器2等上引起的制冷机的制冷性能的降低，或者可以防止水分在膨胀空间7内凝缩、堵塞再生器8的薄膜间的间隙所引起的制冷性能的降低。此外，上述整流器11除了做成同时具有整流性及吸湿性的结构之外，也可以将整流器与吸湿部件单独构成。
另外，作为整流器11的材料，通过使用沸石或滤纸等，除了能获得上述的工作气体的整流效果及吸湿、吸水效果外，还能够吸附、除去由工作气体作为介质的部件上剥离的或从部件表面上剥离的涂层材料等的不纯物，防止该不纯物引起再生器8堵塞所导致的制冷机性能的降低。再者，上述整流器11除了采用同时具有整流性、吸湿性、吸水性以及过滤器功能的结构之外，也可以采用从整流器、吸湿部件及过滤器中适当地选择两个进行组合的结构，或者将各个部件全部单独构成的结构。
再者，如果用具有适当的热容量的材料(例如聚酯系材料)构成整流器11，则不仅再生器8，就连整流器11也能实现某种程度的蓄热，可提高再生热交换效率。
在本实施形式中，说明了在再生器的膨胀空间侧及压缩空间的两侧设置整流器的情况，但是，不一定要在两方设置，在其中任何一方设置也是可行的。在这种情况下，可削减零部件数目，实现费用的降低。
通过上文的说明，很明显，可以对本发明进行各种修改或变形。因此，可以理解，本发明并不限于具体的描述，只要在所附的权利要求书的范围内能够实施的结构都是可行的。
工业上的应用性
如上文所述的本发明，在构成使工作媒体经过斯特林制冷机的气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的流通通路的再生器上，邻接该再生器设置有使上述工作媒体的流动均匀的整流装置，由此，可改善通过再生器内的工作媒体的流动不均匀，从而提高再生热交换效率，进而提高了制冷机的性能。
此外，根据本发明，通过给整流装置设置具有除去包含在工作媒体中的水分的吸湿作用的整流兼吸湿装置，可防止水分在膨胀空间侧冻结所引起的制冷机性能的降低，或防止水分在膨胀空间7内凝缩、堵塞再生器8的薄膜间的间隙所引起的制冷性能的降低。

Claims (14)

1、一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，其特征是，
在所述再生器的所述膨胀空间侧及所述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过所述再生器内部的所述工作媒体的流动均匀的整流装置。
2、根据权利要求1记载的斯特林制冷机，其特征是，所述整流装置是由具有适当热容量的材料构成。
3、一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，其特征是，
在所述再生器的所述膨胀空间侧及所述压缩空间侧的一方或双方上，设置有除去包含在所述工作媒体中的水分的吸湿装置。
4、根据权利要求3记载的斯特林制冷机，其特征是，所述吸湿装置是由具有适当热容量的材料构成。
5、一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，其特征是，
在所述再生器的所述膨胀空间侧及所述压缩空间侧的一方或双方上，设置有除去包含在所述工作媒体中的不纯物的过滤器。
6、根据权利要求5记载的斯特林制冷机，其特征是，所述过滤器是由具有适当热容量的材料构成。
7、一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，其特征是，
在所述再生器的所述膨胀空间侧及所述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过所述再生器内部的所述工作媒体的流动均匀的同时、将包含在所述工作媒体中的水分除去的整流兼吸湿装置。
8、根据权利要求7记载的斯特林制冷机，其特征是，所述整流兼吸湿装置是由具有适当热容量的材料构成。
9、一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，其特征是，
在所述再生器的所述膨胀空间侧及所述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过所述再生器内部的所述工作媒体的流动均匀的同时、将包含在所述工作媒体中的不纯物除去的整流装置兼过滤器。
10、根据权利要求9记载的斯特林制冷机，其特征是，所述整流装置兼过滤器是由具有适当热容量的材料构成。
11、一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，其特征是，
在所述再生器的所述膨胀空间侧及所述压缩空间侧的一方或双方上，设置有将包含在所述工作媒体中的水分及不纯物除去的吸湿装置兼过滤器。
12、根据权利要求11记载的斯特林制冷机，其特征是，所述吸湿装置兼过滤器是由具有适当热容量的材料构成。
13、一种斯特林制冷机，在经过气缸内所形成的膨胀空间与压缩空间之间往复运动的工作媒体的流通通路上设置有再生器，其特征是，
在所述再生器的所述膨胀空间侧及所述压缩空间侧的一方或双方上，设置有使经过所述再生器内部的所述工作媒体的流动均匀的同时、将包含在所述工作媒体中的水分及不纯物除去的整流兼吸湿装置兼过滤器。
14、根据权利要求13记载的斯特林制冷机，其特征是，所述整流兼吸湿装置兼过滤器是由具有适当热容量的材料构成。
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