[发明专利]一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置及方法

权利要求书

1.一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置，包括线性压缩机(1)、连管(2)、调相斯特林冷指(3)、数据采集与控制系统(4)、压力传感器(5)、驱动电机(6)、真空杜瓦(7)、制冷量测试系统(8)、驱动电源(9)、压缩机第一位移传感器(10)、压缩机第二位移传感器(11)、斯特林冷指位移传感器(12)和待评价气动斯特林冷指(13)，其特征在于：

所述调相斯特林冷指(3)包括冷头(301)、膨胀活塞(302)、气缸(303)和弹簧(304)；所述线性压缩机(1)与调相斯特林冷指(3)通过连管(2)连接，连管(2)上装有压力传感器(5)；所述压力传感器(5)采用螺纹连接方式连接到连管(2)上；所述连管(2)采用螺纹连接线性压缩机(1)和调相斯特林冷指(3)；所述线性压缩机(1)采用对置式线性压缩机，压缩机第一位移传感器(10)和压缩机第二位移传感器(11)分别安装在线性压缩机(1)的两侧；所述冷头(301)上安装制冷量测试系统(8)，用于测量制冷温度和制冷量；所述气缸(303)外部通过法兰结构安装真空杜瓦(7)；调相斯特林冷指(3)与驱动电机(6)连接，通过弹簧(304)支撑膨胀活塞(302)；所述驱动电机(6)侧装有斯特林冷指位移传感器(12)；所述压力传感器(5)、制冷量测试系统(8)压缩机第一位移传感器(10)、压缩机第二位移传感器(11)、斯特林冷指位移传感器(12)、与数据采集与控制系统(4)连接，用于调节和监控各个测点的数据。

2.根据权利要求1所述的一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置，其特征在于：所述待评价斯特林冷指(13)为气动斯特林冷指，通过弹簧支撑膨胀活塞进行往复运动。

3.根据权利要求1所述的一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置，其特征在于：所述压缩机第一位移传感器(10)和压缩机第二位移传感器(11)采用激光位移传感器，压缩机第一位移传感器(10)和压缩机第二位移传感器(11)通过安装在线性压缩机(1)的机壳(102)底部的透镜(103)测量线性压缩机(1)活塞的位移波。

4.根据权利要求1所述的一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置，其特征在于：所述斯特林冷指位移传感器(12)采用激光位移传感器，采用与压缩机第一位移传感器(10)和压缩机第二位移传感器(11)同样方法测量冷指侧的位移波。

5.根据权利要求1所述的一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置，其特征在于：所述压缩机第一位移传感器(10)、压缩机第二位移传感器(11)、斯特林冷指位移传感器(12)也可采用金属感应线性位移传感器。

6.一种基于权利要求1所述的一种评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的装置的评价气动斯特林制冷机最优相位匹配的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)通过数据采集系统对压力传感器(5)、制冷量测试系统(8)压缩机第一位移传感器(10)、压缩机第二位移传感器(11)、斯特林冷指位移传感器(12)进行实时监控；

2)通过控制系统调节线性压缩机(1)和驱动电机(6)输入电压幅值及相位，调节活塞(101)位移X_c、膨胀活塞(302)位移X_d；

3)通过压力传感器(5)实时测量线性压缩机(1)与调相斯特林冷指(3)之间的压力波P；

4)根据热力学计算得到线性压缩机(1)输出的PV功:A_c为线性压缩机(1)的活塞(101)截面积，ΔP_c为连管(2)处最大压力P_max与最小压力P_min的差值，θ表示连管(2)处压力波超前于活塞(101)位移的相位角。

5)通过制冷量测试系统(8)采集冷头(301)处温度T_c和制冷量Q；

6)得到调相斯特林冷指(3)制冷性能：该性能是评价斯特林制冷机制冷性能的重要指标；

7)通过驱动电机(6)调节膨胀活塞(302)相位角，当COP为最优值时，此时的膨胀活塞(302)位移相位与活塞(101)位移相位差为

8)去除驱动电机(6)，采用气动调相代替电机驱动主动调相，通过数据采集系统测试压缩机内活塞(101)和待评价气动斯特林冷指(13)内膨胀活塞(302)的位移和相位关系，评价气动斯特林制冷机是否达到最优相位关系。此时的膨胀活塞(302)位移相位与压缩机的活塞(101)位移相位差为α，比较相位差和α的关系，若两相位差数值相等则气动斯特林制冷机(11)达到最优相位关系，否则未达到最优相位关系。