专利名称：一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及低温制冷机领域，尤其涉及一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机。
背景技术：
脉管制冷机是在20世纪60年代由美国的Gifford和Longsworth发明的。脉管制冷机是回热式低温制冷机的一种，由回热器、脉管、热端换热器、冷端换热器及调相装置等部分组成，因其消除了低温下的运动部件，无维护运行时间大大延长，因而在航天、军事等方面有着非常广泛的应用前景。脉管制冷机分为基本型脉管制冷机和调相型脉管制冷机，根据调相装置的不同，调相型脉管制冷机又可以分为小孔气 库型脉管制冷机、惯性管型脉管制冷机、双向进气型脉管制冷机等多种型式。基本型脉管制冷机是利用高压气体在脉管空腔中的绝热放气膨胀过程获得制冷效应的，回热器用于累积循环中所得的冷量，并传递给下一次循环的入流气体，以提高制冷效率，其工作过程分为四个部分1、充气过程。高压气体通过回热器进入脉管，把脉管内的气体推向封闭端，使之压缩，温度升高。2、换热过程。布置在脉管封闭端的水冷却器将产生的热量带走，管内气体因为放热，其温度和压力稍有降低。3、排气过程。系统内气体接通低压气源，脉管内的气体膨胀，产生制冷效应，气体的温度降低。4、回热过程。膨胀后的气体反向流过回热器，吸收回热填料中的热量，温度升高。至此，完成一个循环过程。在基本型脉管制冷机中，脉管的热端是封闭的，由于缺乏调相方法，导致制冷效率低下。在基本型脉管制冷机基础上发展起来的调相型脉管制冷机，在脉管的热端设置了调相器，包括小孔-气库调相器、惯性管、双向进气结构等，用来调节压力与体积流率之间的相位，使得脉管制冷机的性能显著提高。脉管制冷机，特别是斯特林型脉管制冷机，为了提高系统的性能而采用调相装置，这样做，虽然会改善压力与体积流率之间的相位，但是会导致一部分声功损耗在调相装置中，没有充分利用进入系统中的声功，正是因为这个原因，非声功回收型脉管制冷机的循环效率极限为TyTH，低于蒸汽压缩式制冷循环的极限循环效率Ty(T11-Tc)。而用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，很好的解决了上述问题。使用排出器将上一级脉管制冷机的冷端与下一级脉管制冷机的室温端连接起来，回收利用进入到调相装置中的声功，利用原来耗散在调相装置中的声功驱动下一级的脉管制冷机，从而可以减少声功的损耗，进而提高脉管制冷机系统的效率，实现大冷量的串联或并联斯特林型脉管制冷机。与常规的多级脉管制冷机相比，采用排出器连接，可以使系统更加紧凑，调相灵活、准确，减小声功在级间传递的损耗，使更多的声功传递到下一级，从而使整个多级脉管制冷机系统更加高效的运行。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的用排出器连接的斯特林型脉管制冷机是在第一级脉管制冷机冷端与排出器一端相连，排出器另一端与第二级脉管制冷机室温端相连，第二级脉管制冷机为一个或多个并联，或第二级脉管制冷机为一个或多个串联，第一级脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器、回热器和冷端换热器，排除器分为自由单活塞式、单活塞支撑式和双活塞支撑式，自由单活塞式只有活塞，单活塞支撑式活塞在弹性部件的一侧，活塞上设有连杆并与弹性部件相连，双活塞支撑式活塞在弹性部件的两侧，两活塞之间设有连杆并与弹性部件相连。所述第二级脉管制冷机为基本型脉管制冷机、小孔气库型脉管制冷机、惯性管型脉管制冷机或双向进气型脉管制冷机。所述基本型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器、回热器、冷端换热器、脉管
和热端换热器。所述小孔气库型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、小孔阀和气库。所述惯性管型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、惯性管和气库。所述双向进气型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、双向进气阀、小孔阀和气库。本实用新型通过使用排出器，将多个脉管制冷机串联或并联起来，利用上一级原来消耗在调相装置中的声功来驱动下一级的脉管制冷机，从而在减少声功损耗的同时，达到大冷量的目的，排出器对上一级脉管制冷机而言是调相装置，对下一级脉管制冷机而言是压缩机。相对于常规的多级脉管制冷机而言，本实用新型提出的用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，在获得大冷量的同时，可以使系统更加紧凑，调相灵活、准确，减小声功在级间传递的损耗，使更多的声功传递到下一级，从而使整个多级脉管制冷机系统更加高效的运行。
图I用排出器连接的基本型两级脉管制冷机串联型系统示意图；图2用排出器连接的基本型两级脉管制冷机并联型系统示意图；图3用排出器连接的小孔气库型两级脉管制冷机串联型系统示意图；图4用排出器连接的惯性管型多两脉管制冷机串联型系统示意图；图5用排出器连接的双向进气型两级脉管制冷机串联型系统示意图；图6自由单活塞式排除器示意图；图7单活塞支撑式排除器示意图；图8双活塞式支撑式排除器示意图。图中，室温端换热器I、热端换热器2、回热器3、冷端换热器4、脉管5、小孔阀6、气库7、惯性管8、双向进气阀9、活塞10、弹性部件11、连杆12、排出器13。
具体实施方式
[0025]用排出器连接的斯特林型脉管制冷机是在第一级脉管制冷机冷端与排出器一端相连，排出器另一端与第二级脉管制冷机室温端相连，第二级脉管制冷机为一个或多个并联，或第二级脉管制冷机为一个或多个串联，第一级脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器I、回热器3和冷端换热器4，排除器分为自由单活塞式、单活塞支撑式和双活塞支撑式，自由单活塞式只有活塞10，单活塞支撑式活塞10在弹性部件11的一侧，活塞10上设有连杆12并与弹性部件11相连，双活塞支撑式活塞10在弹性部件的两侧，两活塞10之间设有连杆12并与弹性部件11相连。如图1、2所示，基本型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器I、回热器3、冷端换热器4、脉管5和热端换热器2。来自外界的高压气体，经过第一级的室温端换热器I、回热器3、冷端换热器4后到达排出器13，通过设计、选择合适的排出器13的活塞10、弹性部件11、连杆12等的尺寸、性质，使排出器与系统达到谐振状态。对第一级脉管制冷机来说，排出器13起到调相的作用，它使第一级脉管制冷机内气体的压力振幅和体积流率具有合适的振幅和相位，从而使第一级脉管制冷机达到制冷的效果；对第二级脉管制冷机来说，排出器13起到压缩机的作用，它使到达第二级脉管制冷机室温端换热器I的压力和体积流率具有合适的振幅和相位，从而可以驱动第二级脉管制冷机，并使第二级脉管制冷机达到制·冷的效果。第二级脉管制冷机与第一级脉管制冷机之间既可以是串联的，如图I ;也可以是并联的，如图2，第二级并联时可以是两台脉管制冷机并联，也可以是多台并联。尽管图中只示出了一个两级的脉管制冷机，但根据需要，该系统可以扩展到更多级的系统。如图3所示，小孔气库型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器I、回热器3、冷端换热器4、脉管5、热端换热器2、小孔阀6和气库7。工作过程与用排出器连接的基本型两级脉管制冷机相同。第二级脉管制冷机是通过小孔阀6、气库7进行调相，从而使第二级脉管制冷机内达到制冷的效果。第二级脉管制冷机与第一级脉管制冷机之间既可以是串联的，如图3 ;也可以是并联的，如图2，第二级并联时可以是两台脉管制冷机并联，也可以是多台并联。尽管图中只示出了一个两级的脉管制冷机，但根据需要，该系统可以扩展到更多级的系统。如图4所示，惯性管型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器I、回热器3、冷端换热器4、脉管5、热端换热器2、惯性管8和气库7。工作过程与用排出器连接的基本型两级脉管制冷机相同。第二级脉管制冷机是通过惯性管8、气库7进行调相，从而使第二级脉管制冷机内达到制冷的效果。第二级脉管制冷机与第一级脉管制冷机之间既可以是串联的，如图4;也可以是并联的，如图2，第二级并联时可以是两台脉管制冷机并联，也可以是多台并联。尽管图中只示出了一个两级的脉管制冷机，但根据需要，该系统可以扩展到更多级的系统。如图5所示，双向进气型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器I、回热器3、冷端换热器4、脉管5、热端换热器2、双向进气阀9、小孔阀6和气库7。工作过程与用排出器连接的基本型两级脉管制冷机相同。第二级脉管制冷机是通过小孔阀6、气库7、双向进气阀9进行调相，从而使第二级脉管制冷机内达到制冷的效果。第二级脉管制冷机与第一级脉管制冷机之间既可以是串联的，如图5 ;也可以是并联的，如图2，第二级并联时可以是两台脉管制冷机并联，也可以是多台并联。尽管图中只示出了一个两级的脉管制冷机，但根据需要，该系统可以扩展到更多级的系统。[0030]本实用新型提出的一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，在获得大冷量的同时，可以使系统更加紧凑，调相灵活、准确，减小声功在级间传递的损耗，使更多的声功传递到下一级，从而使整个多级脉管制冷机系统更加高效 的运行 。
权利要求1.一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，其特征在于，第一级脉管制冷机冷端与排出器一端相连，排出器另一端与第二级脉管制冷机室温端相连，第二级脉管制冷机为一个或多个并联，或第二级脉管制冷机为一个或多个串联；第一级脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器(I)、回热器(3)和冷端换热器(4)，排除器分为自由单活塞式、单活塞支撑式和双活塞支撑式，自由单活塞式只有活塞(10)，单活塞支撑式活塞(10)在弹性部件(11)的一侧，活塞(10)上设有连杆(12)并与弹性部件(11)相连，双活塞支撑式活塞(10)在弹性部件的两侧，两活塞(10)之间设有连杆(12)并与弹性部件(11)相连。
2.根据权利要求I所述的一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，其特征在于，所述第二级脉管制冷机为基本型脉管制冷机、小孔气库型脉管制冷机、惯性管型脉管制冷机或双向进气型脉管制冷机。
3.根据权利要求2所述的一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，其特征在于，所述基本型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器(I)、回热器(3)、冷端换热器(4)、脉管(5)和热端换热器(2)。
4.根据权利要求2所述的一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，其特征在于，所述小孔气库型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器(I)、回热器(3)、冷端换热器(4)、脉管(5)、热端换热器(2)、小孔阀(6)和气库(7)。
5.根据权利要求2所述的一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，其特征在于，所述惯性管型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器(I)、回热器(3)、冷端换热器(4)、脉管(5)、热端换热器(2)、惯性管(8)和气库(7)。
6.根据权利要求2所述的一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机，其特征在于，所述双向进气型脉管制冷机包括顺次相连的室温端换热器(I)、回热器(3)、冷端换热器(4)、脉管(5)、热端换热器(2)、双向进气阀(9)、小孔阀(6)和气库(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种用排出器连接的斯特林型脉管制冷机。在第一级脉管制冷机冷端与排出器一端相连，排出器另一端与第二级脉管制冷机室温端相连，第二级脉管制冷机为一个或多个并联，或第二级脉管制冷机为一个或多个串联，排除器分为自由单活塞式、单活塞支撑式和双活塞支撑式，自由单活塞式只有活塞，单活塞支撑式活塞在弹性部件的一侧，活塞上设有连杆并与弹性部件相连，双活塞支撑式活塞在弹性部件的两侧，两活塞之间设有连杆并与弹性部件相连。与常规的多级脉管制冷机相比，采用排出器连接，可以使系统更加紧凑，调相灵活、准确，减小声功在级间传递的损耗，使更多的声功传递到下一级，在获得大冷量的同时使整个系统更加高效运行。
文档编号F25B9/14GK202770041SQ20112044105
公开日2013年3月6日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者赵益涛, 孙大明, 陈雷, 王凯, 楼平 申请人:浙江大学, 杭州锋能科技有限公司