[发明专利]斯特林制冷器

说明书

本发明公开一种斯特林制冷器，包括壳体、气缸、动力活塞、排出器活塞、连接杆，动力活塞上的第一进气口通向第一气库，且第一进气口处设置有第一单向进气装置，动力活塞的侧壁上设置有第一节流装置；排出器活塞上设置有第二进气口，第二进气口通向第二气库，第二进气口处设置有第二单向进气装置，排出器活塞的侧壁上设置有第二节流装置；气缸的外部设置有直线电机，永磁组件与动力活塞之间固定连接；还包括调相板簧，连接杆从动力活塞端部伸出的一端连接至调相板簧；气缸的第一端外部依次设置有热端散热器、回热器、冷端散热器。本发明的优点在于：排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求。

技术领域

本发明涉及斯特林制冷领域，具体涉及一种斯特林制冷器。

背景技术

受限于逆斯特林热力循环制冷器高昂的技术成本和生产成本，其主要被应用于航天领域，对某些需要深低温工作条件的器件(如红外探测器件等)进行冷却，在经过了大量的研究和应用后，其技术成本和生产成本逐渐降低，使得逆斯特林热力循环的制冷器技术从航天、军用领域开始逐渐步入商用、民用市场。

低温冷冻及存储箱对深低温制冷技术的需求让逆斯特林热力循环的制冷器系统有了用武之地，而逆斯特林热力循环的制冷器是整个低温冰箱的核心技术部件，它的优势在于不采用复叠式压缩机制冷，逆斯特林热力循环的制冷器在制造时被密封，无需维护，便于现场更换。

传统的直线往复式逆向斯特林热力循环机器中通常包含两个弹簧结构来分别对压缩活塞(即动力活塞)和推移活塞(即排出器活塞)进行支撑和定位，例如申请号为CN201410062849.1的中国发明专利公开的一种斯特林循环机，以及申请号为CN200810213624.6的中国发明专利公开的斯特林循环机，均是采用双弹簧支撑结构，其优点在于可以通过调整两种弹簧机构的刚度系数来保证压缩活塞和推移活塞之间的相位夹角，并为活塞机构提供良好的径向支撑，其缺点在于受到弹簧结构的极限应力强度的限制，导致两个活塞尤其是动力活塞的行程不能太大，因此传统的直线往复式逆向斯特林热力循环机器排气容积普遍较小，制冷量也较小，无法满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，虽然可以通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，但这就会导致整个整机的尺寸和重量都会变大，成本提高。

另外，在实际应用中，动力活塞在运行过程尤其是启动瞬间可能会撞向气缸的前后两端从而无法稳定持续的运行下去，为保证动力活塞稳定运行，通常需要复杂的控制程序来保证，增加了产品的成本，控制器的可靠性也存在风险。

斯特林循环机是一种典型的回热式热力循环设备，对于回热式热力循环设备，热置换器的效率对设备的性能起到了决定性的作用，热置换器的任务是承担斯特林循环机内冷热流体间周期性的换热，要求热置换器在温度范围内有足够的热容且比表面积要尽可能的大，以利于换热，气体通过热置换器时阻力损失要小，轴向导热损失要小，填充率要高以减少热置换器的空体积。但是，热置换器的这些要求中大多数是相互矛盾的：为了减少流动阻力损失和轴向导热损失就要降低填充率，这就与热容大及比表面积大以及减少空体积的要求相互矛盾。

逆向斯特林热力循环制冷器包括一个减振机构，由于所述斯特林循环机内的动子属于高频运动部件，另外活塞压缩气体在压缩腔内来回穿梭都会导致制冷机产生的振动干扰，因此需要可靠的减振技术来减小制冷机的振动输出。常见的减振器通常是由圆柱弹簧或者是膜片弹簧和质量块以及一些支撑结构构成，圆柱弹簧的减振器结构简单，成本低廉，但整个减振机构的尺寸不容易实现轻量化，减振器通常体积和重量较大，没有足够的市场竞争优势，膜片弹簧在减振效果上和圆柱弹簧相同，并且可以大幅度降低减振器的体积和重量，但是膜片弹簧需要经过多道工艺处理才能实现要求的刚度和可靠性，因此单片膜片弹簧的成本较圆柱弹簧而言要高出很多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：

现有技术中的直线往复式逆向斯特林热力循环机器排气容积小，制冷量小，无法满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求的技术问题。