專利名稱：斯特林制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及斯特林制冷機。
排出器桿4，其一端固定在排出器2上，同時穿過活塞3，另一端與彈簧5連接。排出器2在氣缸1內(nèi)沿軸向作與活塞3同周期、不同相位的往復運動。排出器2及活塞3保持適當?shù)南辔徊钸\動時，封入上述工作空間內(nèi)部的工作氣體作逆斯特林循環(huán)，構(gòu)成已知的熱力學循環(huán)，主要是在膨脹空間7中產(chǎn)生制冷。
再生器8由細金屬絲陣列或卷繞成車輪的環(huán)狀間隙構(gòu)成，并具有蓄熱作用，在工作氣體從壓縮空間6向膨脹空間7移動時吸收來自工作氣體的熱量且儲存該熱量，在工作氣體從膨脹空間7向壓縮空間6返回時，把該熱量賦予工作氣體。
另外，9是高溫側(cè)熱交換器，工作氣體在壓縮空間被壓縮時所產(chǎn)生的一部分熱量通過該高溫側(cè)熱交換器9向外部放出。10是低溫側(cè)熱交換器，當工作氣體在膨脹空間7膨脹時，通過低溫側(cè)熱交換器10從外部吸收熱量。
下面，簡單地說明其工作原理。由活塞3壓縮的壓縮空間6內(nèi)的工作氣體，經(jīng)過再生器8沿圖中實線箭頭A的方向向膨脹空間7移動時，通過高溫側(cè)熱交換器9向外部放熱，由上述再生器8預冷卻，將熱量儲存在再生器8中。大部分工作氣體流入膨脹空間7時，開始膨脹，在該膨脹空間7內(nèi)產(chǎn)生制冷。
接著，工作氣體經(jīng)過再生器8沿圖中虛線箭頭B的方向返回壓縮空間6時，通過低溫側(cè)熱交換器10吸收外部的熱量，回收在半循環(huán)之前儲存到再生器8中的熱量，然后進入壓縮空間6。大部分工作氣體返回壓縮空間6時，開始再次壓縮，轉(zhuǎn)入下一個循環(huán)。通過連續(xù)反復地進行以上的循環(huán)，可得到極低溫的制冷。
但是，作為再生器8，使用了例如將聚酯等構(gòu)成的薄膜卷繞成圓筒狀的結(jié)構(gòu)等，然而，卷繞的薄膜之間的間隙有誤差，因此在將該再生器組裝到斯特林制冷機中的情況下，間隙比較大的部分有比較多的工作氣體流動，而該部分以外的部分工作氣體很難流動，帶來了再生器8內(nèi)的工作氣體流動不均勻的問題。結(jié)果，導致再生器8全體不能有效地用來蓄熱，使再生熱交換效率降低，從而使制冷機的性能劣化。
另外，也有填充到氣缸1內(nèi)的工作氣體中包含有水分的情況，但是，該水分在膨脹空間7內(nèi)凍結(jié)，粘附在排出器2上，在排出器2與氣缸1之間產(chǎn)生摩擦，有礙于圓滑的滑動，這也是當今制冷機性能劣化的原因。
或者說，水分在膨脹空間7內(nèi)凝縮，流入再生器8的薄膜之間的間隙中，使工作氣體在該間隙部分中不能流動，因此，不能有效地使用整個再生器8來蓄熱，這也是當今制冷機性能劣化的原因。
發(fā)明揭示本發(fā)明就是鑒于上述以往的問題提出的，其目的是提供一種改善經(jīng)過再生器內(nèi)部的工作氣體的流動不均勻、由此提高再生熱交換效率的斯特林制冷機。另外，本發(fā)明的另一目的是通過除去包含在工作氣體中的水分，以防止水分凝縮、凍結(jié)所引起的制冷機性能的劣化。本發(fā)明的再一目的是通過除去包含在工作氣體中的不純物，以防止不純物引起的再生器的堵塞。
為了完成為上述目的，本發(fā)明的特征是，提供一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，在上述再生器的上述膨脹空間側(cè)及上述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過上述再生器內(nèi)部的上述工作媒體的流動均勻的整流裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體，流入再生器之前，通過整流裝置流動。因此，借助于該整流裝置可改善通過再生器的工作媒體的流動不均勻。
此外，在上述再生器的上述膨脹空間側(cè)及上述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有除去包含在上述工作媒體中的水分的吸濕裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體，流入再生器之前，通過該吸濕裝置流動。因此，借助于該吸濕裝置可除去包含在工作媒體中的水分。
另外，在上述再生器的上述膨脹空間側(cè)及上述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有除去包含在上述工作媒體中的不純物的過濾器。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體，流入再生器之前，通過該過濾器流動。因此，借助于該過濾器可除去包含在工作媒體中的不純物。
另外，在上述再生器的上述膨脹空間側(cè)及上述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過上述再生器內(nèi)部的上述工作媒體的流動均勻的同時、將包含在上述工作媒體中的水分除去的整流兼吸濕裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體，流入再生器之前，通過該整流兼吸濕裝置流動。因此，借助于該整流兼吸濕裝置，可改善通過再生器的工作媒體的流動不均勻，同時，可除去包含在工作媒體中的水分。
此外，在上述再生器的上述膨脹空間側(cè)及上述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過上述再生器內(nèi)部的上述工作媒體的流動均勻的同時、將包含在上述工作媒體中的不純物除去的整流裝置兼過濾器。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體，流入再生器之前，通過該整流裝置兼過濾器流動。因此，借助于該整流裝置兼過濾器，可改善通過再生器的工作媒體的流動不均勻，同時，可除去包含在工作媒體中的不純物。
此外，在上述再生器的上述膨脹空間側(cè)及上述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有將包含在上述工作媒體中的水分及不純物除去的吸濕裝置兼過濾器。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體，流入再生器之前，通過該吸濕裝置兼過濾器流動。因此，借助于該吸濕裝置兼過濾器，可除去包含在工作媒體中的水分及不純物。
此外，在上述再生器的上述膨脹空間側(cè)及上述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過上述再生器內(nèi)部的上述工作媒體的流動均勻的同時、將包含在上述工作媒體中的水分及不純物除去的整流兼吸濕裝置兼過濾器。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，經(jīng)過膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體，流入再生器之前，通過該整流兼吸濕裝置兼過濾器流動。因此，借助于該整流兼吸濕裝置兼過濾器，可改善通過再生器的工作媒體的流動不均勻，同時，可除去包含在工作媒體中的水分及不純物。
再者，如果上述整流裝置、上述吸濕裝置、上述過濾器、上述整流兼吸濕裝置、上述整流裝置兼過濾器、上述吸濕裝置兼過濾器或上述整流兼吸濕裝置兼過濾器由具有適當熱容量的材料形成，對于上述這些裝置來說，可同時保持一定程度的蓄熱作用。
圖2是用于發(fā)明斯特林制冷機的整流器的透視圖。
圖3是以往斯特林制冷機一例子的概略斷面圖。
在

圖1中，除了整流器11鄰接再生器8的膨脹空間7側(cè)及壓縮空間6側(cè)設置之外，其余與圖3所示的以往斯特林制冷機的構(gòu)成相同。本發(fā)明的整流器11如圖2所示，是環(huán)狀部件，具有約1mm～5mm的厚度。整流器11是由例如聚氨酯泡沫塑料構(gòu)成的過濾器，調(diào)整其網(wǎng)眼粗度，使通過將再生器8、高溫側(cè)熱交換器9、低溫側(cè)熱交換器10及整流器11連接在一起形成工作氣體的流通通路時所確定的壓縮空間6與膨脹空間7之間的壓力損失為希望值。
驅(qū)動這樣構(gòu)成的斯特林制冷機時，工作氣體沿圖中箭頭A或B所示的方向從壓縮空間6及膨脹空間7的一方向另一方移動，而此時，借助于使工作氣體具有通過阻力的整流器11，工作氣體一邊沿著整個整流器11分散，一邊通過該整流器11的內(nèi)部，因此，通過后的流速與再生器8入口部分的流速大致相同。從而，不論工作氣體通過再生器8內(nèi)的任何地方，都能成為均勻的流動，可得到適度的整流效果。
表1示出了配設該整流器11的情況與不配設該整流器11的情況(即圖3所示的以往例)的斯特林制冷機的性能系數(shù)(COP)。在這里，作為溫度條件，將高溫側(cè)(壓縮空間6側(cè))設定30℃，將低溫側(cè)(膨脹空間7側(cè))設定-23℃。
表1


從表1可以看出，通過配設整流器11，使通過再生器8內(nèi)部的工作氣體的流動均勻化，可以有效地使用整個再生器11蓄熱，結(jié)果，證明可提高制冷機的性能。
另外，作為整流器11的材料，當然并不限于聚氨酯泡沫塑料，不言而喻，只要是不會引起壓力損失過高的具有適當網(wǎng)眼的材料，都能得到同樣的效果。
不過，作為整流器11的材料，通過使用具有優(yōu)良的吸濕性、吸水性的材料，除了能得到上述工作氣體的整流效果外，還可以除去包含在工作氣體中的水分。
作為這樣的材料的例子有例如棉、羊毛、絲、人造絲、乙酸酯、纖維素、親水性/吸水性聚酯、吸濕性/吸水性尼龍等的纖維；或者交聯(lián)聚丙烯酸酯系纖維等的高吸水性高分子材料、沸石、硅石、硅藻土、水鋁英石、硅酸鋁、磷酸鋯、多孔質(zhì)金屬材料等的多孔質(zhì)材料等。
將這些材料中的纖維材料加工成片材狀、蜂窩狀或波紋狀，將非纖維材料燒固成環(huán)狀，將粉末與粘合劑一起夾入無紡布中錨固，由此，可以很容易地制作出成為圖2所示形狀的吸濕性整流器11。
將這樣形成的整流器11預先充分干燥之后，如圖1所示，配設在制冷機內(nèi)，由此，可吸濕包含在工作氣體中的水分，即使該水分凝縮，也能迅速對此進行吸水，因此可防止水分在膨脹空間7側(cè)凍結(jié)、粘附在排出器2等上引起的制冷機的制冷性能的降低，或者可以防止水分在膨脹空間7內(nèi)凝縮、堵塞再生器8的薄膜間的間隙所引起的制冷性能的降低。此外，上述整流器11除了做成同時具有整流性及吸濕性的結(jié)構(gòu)之外，也可以將整流器與吸濕部件單獨構(gòu)成。
另外，作為整流器11的材料，通過使用沸石或濾紙等，除了能獲得上述的工作氣體的整流效果及吸濕、吸水效果外，還能夠吸附、除去由工作氣體作為介質(zhì)的部件上剝離的或從部件表面上剝離的涂層材料等的不純物，防止該不純物引起再生器8堵塞所導致的制冷機性能的降低。再者，上述整流器11除了采用同時具有整流性、吸濕性、吸水性以及過濾器功能的結(jié)構(gòu)之外，也可以采用從整流器、吸濕部件及過濾器中適當?shù)剡x擇兩個進行組合的結(jié)構(gòu)，或者將各個部件全部單獨構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
再者，如果用具有適當?shù)臒崛萘康牟牧?例如聚酯系材料)構(gòu)成整流器11，則不僅再生器8，就連整流器11也能實現(xiàn)某種程度的蓄熱，可提高再生熱交換效率。
在本實施形式中，說明了在再生器的膨脹空間側(cè)及壓縮空間的兩側(cè)設置整流器的情況，但是，不一定要在兩方設置，在其中任何一方設置也是可行的。在這種情況下，可削減零部件數(shù)目，實現(xiàn)費用的降低。
通過上文的說明，很明顯，可以對本發(fā)明進行各種修改或變形。因此，可以理解，本發(fā)明并不限于具體的描述，只要在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)能夠?qū)嵤┑慕Y(jié)構(gòu)都是可行的。
工業(yè)上的應用性如上文所述的本發(fā)明，在構(gòu)成使工作媒體經(jīng)過斯特林制冷機的氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的流通通路的再生器上，鄰接該再生器設置有使上述工作媒體的流動均勻的整流裝置，由此，可改善通過再生器內(nèi)的工作媒體的流動不均勻，從而提高再生熱交換效率，進而提高了制冷機的性能。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過給整流裝置設置具有除去包含在工作媒體中的水分的吸濕作用的整流兼吸濕裝置，可防止水分在膨脹空間側(cè)凍結(jié)所引起的制冷機性能的降低，或防止水分在膨脹空間7內(nèi)凝縮、堵塞再生器8的薄膜間的間隙所引起的制冷性能的降低。
權(quán)利要求
1.一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，其特征是，在所述再生器的所述膨脹空間側(cè)及所述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過所述再生器內(nèi)部的所述工作媒體的流動均勻的整流裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的斯特林制冷機，其特征是，所述整流裝置是由具有適當熱容量的材料構(gòu)成。
3.一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，其特征是，在所述再生器的所述膨脹空間側(cè)及所述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有除去包含在所述工作媒體中的水分的吸濕裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3記載的斯特林制冷機，其特征是，所述吸濕裝置是由具有適當熱容量的材料構(gòu)成。
5.一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，其特征是，在所述再生器的所述膨脹空間側(cè)及所述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有除去包含在所述工作媒體中的不純物的過濾器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5記載的斯特林制冷機，其特征是，所述過濾器是由具有適當熱容量的材料構(gòu)成。
7.一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，其特征是，在所述再生器的所述膨脹空間側(cè)及所述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過所述再生器內(nèi)部的所述工作媒體的流動均勻的同時、將包含在所述工作媒體中的水分除去的整流兼吸濕裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7記載的斯特林制冷機，其特征是，所述整流兼吸濕裝置是由具有適當熱容量的材料構(gòu)成。
9.一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，其特征是，在所述再生器的所述膨脹空間側(cè)及所述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過所述再生器內(nèi)部的所述工作媒體的流動均勻的同時、將包含在所述工作媒體中的不純物除去的整流裝置兼過濾器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9記載的斯特林制冷機，其特征是，所述整流裝置兼過濾器是由具有適當熱容量的材料構(gòu)成。
11.一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，其特征是，在所述再生器的所述膨脹空間側(cè)及所述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有將包含在所述工作媒體中的水分及不純物除去的吸濕裝置兼過濾器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11記載的斯特林制冷機，其特征是，所述吸濕裝置兼過濾器是由具有適當熱容量的材料構(gòu)成。
13.一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，其特征是，在所述再生器的所述膨脹空間側(cè)及所述壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過所述再生器內(nèi)部的所述工作媒體的流動均勻的同時、將包含在所述工作媒體中的水分及不純物除去的整流兼吸濕裝置兼過濾器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13記載的斯特林制冷機，其特征是，所述整流兼吸濕裝置兼過濾器是由具有適當熱容量的材料構(gòu)成。
全文摘要
一種斯特林制冷機，在經(jīng)過氣缸內(nèi)所形成的膨脹空間與壓縮空間之間往復運動的工作媒體的流通通路上設置有再生器，在再生器的膨脹空間側(cè)及壓縮空間側(cè)的一方或雙方上，設置有使經(jīng)過再生器內(nèi)部的工作媒體的流動均勻的整流裝置。因此，經(jīng)過再生器內(nèi)部的工作媒體的流動不均勻得到了改善，可提高再生熱交換效率，或者提高制冷機的性能。
文檔編號F25B9/14GK1413295SQ00817515
公開日2003年4月23日 申請日期2000年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月21日
發(fā)明者天野真輔 申請人:夏普公司