CN218993725U - 一种斯特林循环制冷机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种斯特林循环制冷机，包括的压缩器、排出器、设置在所述的排出器底部的冷端热交换器、设置在所述的压缩器底部的热端热交换器、与所述冷端热交换器相连的冷头，与所述的热端热交换器相连的回热器；包括至少两个冷端热交换器和冷头对，所有的冷端热交换器经气流通道分别与排出器和回热器连通，所述的回热器与热端热交换器连通，热端热交换器与压缩腔连通。本实用新型的斯特林循环制冷机中，带有多个冷头，一台这样的斯特林循环制冷机就可以满足放疗机构中各部件的布局。

Description

一种斯特林循环制冷机

技术领域

本实用新型涉及一种斯特林循环制冷机。

背景技术

斯特林循环制冷机的拓扑结构如图1所示，两端分别是压缩器7和排出器4，在压缩器7内侧是热端热交换器6，在排出器4内侧则是冷端热交换器2，与冷端热交换器2相接的是冷头1，与热端热交换器6相接的是回热器5。冷质在冷端热交换器2中吸收大量的热量，使冷头1温度快速下降，吸收冷头1周围的热量，比如粒子放射治疗设备中电磁铁，由于冷头1吸热而降温，产生超导体。吸收热量的冷质由回热器5回收后进入到热端热交换器6内释放出热量，在压缩器7和排出器4完成循环。

实际上，冷质一般是一些相变材料，很多时候是液一汽相变材料，冷端热交换器2一般是蒸发器，相变材料在冷端热交换器2中蒸发吸收大量的热量，从液态相变成汽态，热端热交换器6是冷凝器，汽态的相恋材料在这里液化成液态，释放大量的热量。

放疗机构中的蓄磁制冷中采用斯特林循环制冷机，蓄磁制冷机构配一个冷头，通过它向包裹偏转磁铁励磁线圈的铜块传递冷量。有些放疗机构中的偏转磁铁体积很大，形状也不规则，往往需要多个冷头向它传递冷量，这就需要多台制冷机，不仅增加了成本，空间上也不易摆放。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种斯特林循环制冷机，该制冷机带多个冷头方便放疗机构中各部件的布局。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种斯特林循环制冷机，包括的压缩器、排出器、设置在所述的排出器底部的冷端热交换器、设置在所述的压缩器底部的热端热交换器、与所述冷端热交换器相连的冷头，与所述的热端热交换器相连的回热器；包括至少两个冷端热交换器和冷头对，所有的冷端热交换器经气流通道分别与排出器和回热器连通，所述的回热器与热端热交换器连通，热端热交换器与压缩腔连通。

进一步的，上述的斯特林循环制冷机中：所述的冷端热交换器经气流通道与排出器和回热器连通时，采用所有的冷端热交换器串联后两端再分别通过气流通道与排出器和回热器连通。

进一步的，上述的斯特林循环制冷机中：所述的冷端热交换器经气流通道与排出器和回热器连通时，采用所有的冷端热交换器并联后两端再分别通过气流通道与排出器和回热器连通。

进一步的，上述的斯特林循环制冷机中：所述压缩器位于斯特林制冷机的一个端头，包括圆柱形的压缩腔和设置在压缩腔内的压缩活塞，带动压缩活塞在压缩腔左往返移动的直线驱动机构。

进一步的，上述的斯特林循环制冷机中：所述的排出器位于斯特林制冷机的另一个端头，包括一端开口另一端加工有气流通孔圆柱形的排出腔，设置在排出腔内的排出活塞，带动所述的排出活塞在排出腔左往返移动的直线驱动机构。

进一步的，上述的斯特林循环制冷机中：所述的热端热交换器包括其中盘旋着气体工质流通的管道的水箱和冷却水进出管道。

进一步的，上述的斯特林循环制冷机中：所述的回热器是气态工质向其吐纳热量的地方，包括一端开口一端加工有通气孔的圆筒C和填入其中由金属丝网或金属微球制成的吸热材料。

本实用新型的斯特林循环制冷机中，带有多个冷头，一台这样的斯特林循环制冷机就可以满足放疗机构中各部件的布局。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例中斯特林循环制冷机的拓扑结构；

图2为本实用新型实施例中斯特林循环制冷机并联示意图；

图3是本实用新型实施例中斯特林循环制冷机串联示意图；

图4是本实用新型实施例中压缩腔结构图；

图5是本实用新型实施例中排出器结构图；

图6是本实用新型实施例中热端热交换器结构图；

图7是本实用新型实施例中回热器结构图；

图8是本实用新型实施例循环过程图(1)；

图9是本实用新型实施例循环过程图(2)；

图10是本实用新型实施例循环过程图(3)；

图11是本实用新型实施例循环过程图(4)。

具体实施方式

本实施例如图1所示，是一种斯特林循环制冷机，包括的压缩器7、排出器4、设置在所述的排出器4底部的冷端热交换器2、设置在压缩器7底部的热端热交换器6、与冷端热交换器2相连的冷头1，与热端热交换器6相连的回热器5；本实施例中，包括至少两个冷端热交换器2和冷头1对，数量可以根据需要设置，所有的冷端热交换器2经气流通道3分别与排出器4和回热器5连通，所述的回热器6与热端热交换器6连通，热端热交换器6与压缩腔7-1连通，如图2所示。

本实施例中，冷端热交换器2经气流通道3与排出器4和回热器5连通时，采用所有的冷端热交换器2串联后两端再分别通过气流通道3与排出器4和回热器5连通。如图3所示。冷端热交换器2经多段气流通道3分别与一个排出器4和一个回热器5的连通采用串联方式，实现方法是，排出器4经一段气流通道3与第一个冷端热交换器2的一侧连通，第一个冷端热交换器3的另一侧经一段气流通道3与第二个冷端热交换器2的一侧连通，按此接续，第N个冷端热交换器2的另一侧经一段气流通道3与回热器5连通。

另外，在其它实施例中，冷端热交换器2经气流通道3与排出器4和回热器5连通时，采用所有的冷端热交换器2并联后两端再分别通过气流通道3与排出器4和回热器5连通，如图2所示。多个冷端热交换器2经多段气流通道3分别与一个排出器4和一个回热器5的连通采用并联方式，实现方法是，每个冷端热交换器2的一侧经一个气流通道3与一个气流通道A3-1连通，气流通道A3-1再与排出器4连通；每个冷端热交换器2的另一侧经一个气流通道3与一个气流通道B3-2连通，气流通道B3-2再与回热器5连通

如图4所示，压缩器7位于斯特林制冷机的一个端头，包括圆柱形的压缩腔7-1和设置在压缩腔7-1内的压缩活塞7-2，带动压缩活塞7-2在压缩腔7-1左往返移动的直线驱动机构。压缩活塞7-2带推拉杆和密封圈，推拉杆与一个直线驱动机构活动连接，在直线驱动机构的驱动下。

如图5所示，排出器4位于斯特林制冷机的另一个端头，它的结构与压缩器7相似。包括一端开口另一端加工有气流通孔圆柱形的排出腔4-1，设置在排出腔4-1内的排出活塞4-2，带动所述的排出活塞4-2在排出腔4-1左往返移动的直线驱动机构。排出活塞4-2与压缩活塞7-2按一定规律互动。

如图6所示，热端热交换器6包括其中盘旋着气体工质流通的管道的水箱6-1和冷却水进出管道6-2。热端热交换器6是与压缩器7连接的热交换器，实际是个水箱，其中盘旋着气体工质流通的管道，通过管道的外壁与冷却水进行热交换，冷却水是循环的，将吸收的热量带出机体外。热端热交换器6设计的原则是增加气流管道与冷却水的接触面积，有多种样式可供选择，如列管式、绕管式和板翘式等等。

如图7所示，回热器5是气态工质向其吐纳热量的地方，包括一端开口一端加工有通气孔的圆筒C5-1和填入其中由金属丝网或金属微球制成的吸热材料5-2。

实际上，回热器5包括一个一端开口一端加工有通气孔的圆筒C5-1和填入其中的吸热材料5-2。回热器是气态工质向其吐纳热量的地方，其中的吸热材料5-2(又称填料)是由金属丝网或金属微球制成，它们的间隙构成束流通道。

冷端热交换器2可以有多种样式，如矩形板形、矩形框形和圆筒形等等，本实用新型不对冷端热交换器2的形状做出限定。冷端热交换器的体积较小，其结构效益更为重要，它追求的是流经它内部的气态工质与其接触的表面积与自身体积之比，称“比表面积”。冷端热交换器的内部结构也有多种样式，如网格式和孔板式等。

冷头1的作用是接收冷端热交换器2传递的冷量(被吸收的热量)，并将冷量传递给包裹偏转磁铁励磁线圈的铜体中去。冷头1的形状依据冷端热交换器2的形状设计。

下面结合多冷头斯特林制冷机的相关部件介绍斯特林制冷循环。

如图1所示，是本实施例斯特林制冷循环初始状态图，图1中的冷端热交换器2是按并联方式或串联方式联通的N个冷端热交换器2的集合，初始状态的特征如下：

压缩器7中的压缩活塞7-2处于压缩腔7-1的最右端，称为“右止点”；排出器4中的排出活塞4-2处于排出腔4-1的最右端，称为“右止点”。

下面开始斯特林制冷循环。

1)压缩过程如图8所示：压缩腔7-1中的压缩活塞7-2向左移动至中部，排出腔4-1中的排出活塞4-2不动，气态工质被压缩，这时气压会升高，气体的温度也会升高，由于压力的传导速度较快，热端热交换器6、回热器5和冷端热交换器2中的气体的压力和温度也会在较短的时间内升高。

2)等容放热过程如图9所示：压缩腔7-1中的压缩活塞7-2移至左止点，排出腔4-1中的排出活塞4-2左移至中部，过程中总体积不变，称为“等容”。这个过程中，压迫气体先经过热端热交换器6，部分热量被冷却水带到系统外，再经过回热器5，将热量传递给吸热材料，因而使气体的温度下降，压力也下降。

3)膨胀过程如图10所示：压缩器7中的压缩活塞7-2停留在左止点，排出腔4-1中的排出活塞4-2左移至左止点，这时由于气体膨胀，排出腔4-1中的气压会进一步降低，温度也会进一步降低，具备了制冷的条件。

4)等容吸热过程如图11所示：压缩腔7-1中的压缩活塞7-2从左止点移到右止点，排出腔4-1中的排出活塞4-2也从左止点移到右止点，迫使气体连续经过冷端热交换器2和回热器5回到压缩腔7，气体通过冷端热交换器2时带走冷端热交换器2的热量；气体通过回热器5时从吸热材料中吸收热量，使温度回升。

至此，一个循环完成。

接下来反复重复1)～4)的循环过程。

Claims (7)

1.一种斯特林循环制冷机，包括的压缩器(7)、排出器(4)、设置在所述的排出器(4)底部的冷端热交换器(2)、设置在所述的压缩器(7)底部的热端热交换器(6)、与所述冷端热交换器(2)相连的冷头(1)，与所述的热端热交换器(6)相连的回热器(5)；其特征在于：包括至少两个冷端热交换器(2)和冷头(1)对，所有的冷端热交换器(2)经气流通道(3)分别与排出器(4)和回热器(5)连通，所述的回热器(5)与热端热交换器(6)连通，热端热交换器(6)与压缩腔(7-1)连通。

2.根据权利要求1所述的斯特林循环制冷机，其特征在于：所述的冷端热交换器(2)经气流通道(3)与排出器(4)和回热器(5)连通时，采用所有的冷端热交换器(2)串联后两端再分别通过气流通道(3)与排出器(4)和回热器(5)连通。

3.根据权利要求1所述的斯特林循环制冷机，其特征在于：所述的冷端热交换器(2)经气流通道(3)与排出器(4)和回热器(5)连通时，采用所有的冷端热交换器(2)并联后两端再分别通过气流通道(3)与排出器(4)和回热器(5)连通。

4.根据权利要求1或2或3所述的斯特林循环制冷机，其特征在于：所述压缩器(7)位于斯特林制冷机的一个端头，包括圆柱形的压缩腔(7-1)和设置在压缩腔(7-1)内的压缩活塞(7-2)，带动压缩活塞(7-2)在压缩腔(7-1)左往返移动的直线驱动机构。

5.根据权利要求4所述的斯特林循环制冷机，其特征在于：所述的排出器(4)位于斯特林制冷机的另一个端头，包括一端开口另一端加工有气流通孔圆柱形的排出腔(4-1)，设置在排出腔(4-1)内的排出活塞(4-2)，带动所述的排出活塞(4-2)在排出腔(4-1)左往返移动的直线驱动机构。

6.根据权利要求4所述的斯特林循环制冷机，其特征在于：所述的热端热交换器(6)包括其中盘旋着气体工质流通的管道的水箱(6-1)和冷却水进出管道(6-2)。

7.根据权利要求4所述的斯特林循环制冷机，其特征在于：所述的回热器(5)是气态工质向其吐纳热量的地方，包括一端开口一端加工有通气孔的圆筒C(5-1)和填入其中由金属丝网或金属微球制成的吸热材料(5-2)。

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