液氦溫區(qū)。冷端換熱器10通過U型管11連接脈管9，其熱端換熱器7為常溫，連接慣性管6和氣庫(kù)5。在后半個(gè)斯特林循環(huán)中，第二部分回?zé)崞鱎12前端膨脹的氣體依次經(jīng)過第二部分回?zé)崞鱎12和第一部分回?zé)崞鱎11，進(jìn)行換熱，回流至直線壓縮機(jī)3內(nèi)部，雙向進(jìn)氣閥4控制脈管9與第一部分回?zé)崞鱎ll熱端氣體的交換。因此，通過調(diào)節(jié)雙向進(jìn)氣閥4、慣性管6、氣庫(kù)5達(dá)到調(diào)節(jié)脈管9與第一部分回?zé)崞鱎ll與第二部分回?zé)崞鱎12的匹配性特性，發(fā)揮最優(yōu)制冷效應(yīng)，將冷端換熱器10溫度降低至液氦溫區(qū)，達(dá)到實(shí)際效果。
[0039]實(shí)施例2
[0040]如圖2所示的一種可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，包括單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)2、直線式壓縮機(jī)3和單級(jí)斯特林脈管制冷機(jī)。
[0041]所述的單級(jí)斯特林脈管制冷機(jī)包括依次相連的水冷器(或風(fēng)冷器)8、第一部分回?zé)崞鱎11、第二部分回?zé)崞鱎12、第三部分回?zé)崞鱎13、冷端換熱器10、脈管9、熱端換熱器7、慣性管6和氣庫(kù)5。所述第三部分回?zé)崞鱎13的冷頭通過冷端換熱器10與脈管9的冷頭相連，且第三部分回?zé)崞鱎13通過設(shè)置在冷端換熱器10下方的U型管11與脈管9相連通。
[0042]所述的單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)2，其冷頭的中部通過第一銅質(zhì)熱橋101分別與第一部分回?zé)崞鱎ll的冷頭、第二部分回?zé)崞鱎12的熱端相連，其冷頭的下端通過第二銅質(zhì)熱橋102分別與第二部分回?zé)崞鱎12的冷頭、第三部分回?zé)崞鱎13的熱端相連。
[0043]向單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)2、直線式壓縮機(jī)3供給交流電。一方面，單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)2工作，預(yù)冷第一銅質(zhì)熱橋101和第二銅質(zhì)熱橋102，并將第一部分回?zé)崞鱎ll預(yù)冷至80K溫區(qū)附近，將第二部分回?zé)崞鱎12預(yù)冷至10~20K溫區(qū)，為第二級(jí)斯特林脈管低溫制冷機(jī)提供預(yù)冷溫度。另一方面直線壓縮機(jī)3工作，產(chǎn)生壓力波，水冷器8冷卻高溫壓力波，冷卻后的壓力波依次進(jìn)入第一部分回?zé)崞鱎11、第二部分回?zé)崞鱎12與第三部分回?zé)崞鱎13，在回?zé)崞髦薪粨Q熱量，高壓氣體位于第三部分回?zé)崞鱎13前端膨脹制冷，冷卻冷端換熱器10。冷端換熱器10通過U型管11連接脈管9，其熱端換熱器7為常溫，連接慣性管6和氣庫(kù)5。在后半個(gè)斯特林循環(huán)中，第三部分回?zé)崞鱎13前端膨脹的氣體依次經(jīng)過第三部分回?zé)崞鱎13、第二部分回?zé)崞鱎12和第一部分回?zé)崞鱎11，進(jìn)行換熱，回流至直線壓縮機(jī)3內(nèi)部，雙向進(jìn)氣閥4控制脈管9與第一部分回?zé)崞鱎ll熱端氣體的交換。因此，通過調(diào)節(jié)雙向進(jìn)氣閥4、慣性管6、氣庫(kù)5達(dá)到調(diào)節(jié)脈管9與第一部分回?zé)崞鱎ll、第二部分回?zé)崞鱎12與第三部分回?zé)崞鱎13的匹配性特性，發(fā)揮最優(yōu)制冷效應(yīng)，將冷端換熱器10溫度降低至液氦溫區(qū)，達(dá)到實(shí)際效果。
[0044]在實(shí)施例1和實(shí)施例2中，本實(shí)用新型所采用的直線式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)為圖3-圖5所示三種結(jié)構(gòu)方案中的任意一種:
[0045]方案1:如圖3所示，所述的直線式壓縮機(jī)3包括氣缸31、活塞32和用于將活塞支承在氣缸內(nèi)部的板彈簧33。板彈簧33支承活塞32于氣缸31內(nèi)部，確保氣缸31與活塞32的間隙配合。施加交流電壓，電磁力驅(qū)動(dòng)活塞32往復(fù)運(yùn)動(dòng)于氣缸31內(nèi)部，產(chǎn)生壓力波，輸出PV功，驅(qū)動(dòng)斯特林脈管制冷機(jī)工作。直線式壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓力波進(jìn)入回?zé)崞?，高壓氣體位于膨脹腔內(nèi)部膨脹制冷，獲取達(dá)到液氦溫區(qū)的溫度。
[0046]方案2:如圖4所示，所述的直線式壓縮機(jī)3包括氣缸31和活塞32 ;活塞32與氣缸31之間通過氣體軸承支承活塞懸浮于氣缸31內(nèi)部。施加交流電壓，活塞32往復(fù)運(yùn)動(dòng)于氣缸31內(nèi)部，產(chǎn)生壓力波，輸出PV功，驅(qū)動(dòng)斯特林脈管制冷機(jī)工作。
[0047]方案3:如圖5所示，所述的直線式壓縮機(jī)3包括氣缸31、活塞32和用于軸向定位活塞的板彈簧33 ;活塞32與氣缸31之間通過氣體軸承支承活塞懸浮于氣缸31內(nèi)部。施加交流電壓，活塞32往復(fù)運(yùn)動(dòng)于氣缸31內(nèi)部，產(chǎn)生壓力波，輸出PV功，驅(qū)動(dòng)斯特林脈管制冷機(jī)工作。
[0048]綜上所述，本實(shí)用新型能夠解決現(xiàn)有的可達(dá)液氦溫區(qū)的三級(jí)甚至四級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制冷效率低等不足，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的可達(dá)到液氦溫區(qū)(4.2K)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)。首先，該兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)的第一級(jí)采用單級(jí)整體直線式斯特林制冷機(jī)，而單級(jí)整體直線式斯特林制冷機(jī)采用單側(cè)式Redlich壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)填充低溫溫區(qū)回?zé)崽盍系呐懦銎?，獲得10~20K左右的低溫。其中活塞和排出器材料主要采用輕質(zhì)高硬度材料，能夠保證第一級(jí)斯特林制冷機(jī)具有較小的體積和較輕的重量。其次，該兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)的第二級(jí)采用脈管制冷機(jī)。通過第一級(jí)制冷機(jī)的預(yù)冷，回?zé)崞髟跓岫烁浇_(dá)到10~20Κ左右的溫區(qū)，而在冷端獲得4.2Κ的液氦溫區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)在第二級(jí)斯特林脈管制冷機(jī)獲得液氦溫區(qū)。
[0049]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:包括單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)、直線式壓縮機(jī)和單級(jí)斯特林脈管制冷機(jī)； 所述的單級(jí)斯特林脈管制冷機(jī)包括依次相連的散熱器、回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、脈管、熱端換熱器、慣性管和氣庫(kù)；回?zé)崞魍ㄟ^U型管與脈管相連通； 所述的單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)通過銅質(zhì)熱橋與脈管制冷機(jī)回?zé)崞飨噙B； 所述的直線式壓縮機(jī)，其輸出端與水冷器相連，其輸出端與慣性管相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的脈管制冷機(jī)回?zé)崞鳛閮刹糠?，包括依次相連的第一部分回?zé)崞骱偷诙糠只責(zé)崞?；所述第二部分回?zé)崞鞯睦漕^通過冷端換熱器與脈管的冷頭相連，且第二部分回?zé)崞魍ㄟ^設(shè)置在冷端換熱器下方的U型管與脈管相連通； 所述的單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)，其冷頭通過銅質(zhì)熱橋分別與脈管制冷機(jī)的第一部分回?zé)崞鞯睦漕^、第二部分回?zé)崞鞯臒岫讼噙B。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的脈管制冷機(jī)回?zé)崞鳛槿糠?，包括依次相連的第一部分回?zé)崞鳌⒌诙糠只責(zé)崞骱偷谌糠只責(zé)崞?；所述第三部分回?zé)崞鞯睦漕^通過冷端換熱器與脈管的冷頭相連，且第三部分回?zé)崞魍ㄟ^設(shè)置在冷端換熱器下方的U型管與脈管相連通； 所述的銅質(zhì)熱橋包括第一銅質(zhì)熱橋和第二銅質(zhì)熱橋； 所述的單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)，其冷頭的中部通過第一銅質(zhì)熱橋分別與脈管制冷機(jī)第一部分回?zé)崞鞯睦漕^、第二部分回?zé)崞鞯臒岫讼噙B，其冷頭的下端通過第二銅質(zhì)熱橋分別與第二部分回?zé)崞鞯睦漕^、第三部分回?zé)崞鞯臒岫讼噙B。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)采用直線壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)，且其壓縮機(jī)和排出器均采用氣體軸承支承或板簧支承，其排出器的回?zé)崽盍喜捎?0-20K溫區(qū)高比熱容材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的直線式壓縮機(jī)包括氣缸、活塞和用于將活塞支承在氣缸內(nèi)部的板彈簧。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的直線式壓縮機(jī)包括氣缸和活塞；活塞與氣缸之間通過氣體軸承支承活塞懸浮于氣缸內(nèi)部。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的直線式壓縮機(jī)包括氣缸、活塞和用于軸向定位活塞的板彈簧；活塞與氣缸之間通過氣體軸承支承活塞懸浮于氣缸內(nèi)部。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的散熱器為水冷器或風(fēng)冷器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)，其特征在于:所述的直線式壓縮機(jī)，其輸出端通過雙向進(jìn)氣閥與慣性管相連。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及斯特林循環(huán)制冷機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可達(dá)液氦溫區(qū)的兩級(jí)斯特林循環(huán)制冷機(jī)。包括單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)、直線式壓縮機(jī)和單級(jí)斯特林脈管制冷機(jī)。單級(jí)斯特林脈管制冷機(jī)包括依次相連的水冷器（或風(fēng)冷器）、回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、脈管、熱端換熱器、慣性管和氣庫(kù)；回?zé)崞魍ㄟ^U型管與脈管相連通。單級(jí)整體直線式自由活塞斯特林制冷機(jī)通過銅質(zhì)熱橋與脈管制冷機(jī)回?zé)崞飨噙B。直線式壓縮機(jī)，其輸出端與水冷器相連，其輸出端還可通過雙向進(jìn)氣閥與慣性管相連。本實(shí)用新型通過兩級(jí)斯特林循環(huán)結(jié)構(gòu)便可達(dá)到液氦溫區(qū)，能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)、降低制冷機(jī)的體積和重量。
【IPC分類】F25B9/14
【公開號(hào)】CN204678734
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520273305
【發(fā)明人】王波, 孔中科, 郭良珠, 王建中, 寇翠翠, 侯光澤, 朱魁章
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十六研究所
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日