气动分置式斯特林制冷机的调相器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN1523309A
(43)申请公布日2004.08.25

(21)申请号CN03150822.7

(22)申请日2003.09.05

(71)申请人中国科学院上海技术物理研究所
地址200083上海市玉田路500号

(72)发明人吴亦农陈永生张武

(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司

代理人张泽纯

(51)Int.CI
F25B9/14

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称
气动分置式斯特林制冷机的调相器

(57)摘要
本发明公开了一种气动分置式斯特
林制冷机的调相器，所述的调相器由调节
件和二个圆柱形螺旋弹簧构成，调节件为
一金属圆盘，其上、下二圆面的径向外侧
开有圆周形的凹槽，其中一个圆面的圆心
有一个与膨胀活塞螺接的安装块。二个圆
柱形螺旋弹簧分别嵌在金属圆盘的圆周形
凹槽内，安装块与膨胀活塞连接成一体，
整个调相器置在膨胀单元的气动腔内，调
节件的外径与气动腔壁之间留有狭缝。本
发明是利用狭缝来为膨胀活塞提供一个合
适的阻尼，使压缩活塞和膨胀活塞的运动
维持在一个合适的相位差，从而使制冷机
产生制冷效应。本发明的最大优点是制冷
机寿命长、体积小和质量轻，适合于航
天、军事等部门的应用。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种气动分置式斯特林制冷机的调相器，所述的气动分置式斯特林制冷机由独立
结构的压缩单元与膨胀单元中间通过导气连管连接而成；其特征在于：

所述的调相器由调节件(2)和二个圆柱形螺旋弹簧(3)构成，调节件为一金属圆盘，
其上、下二圆面的径向外侧开有圆周形的凹槽(201)，其中一个圆面的圆心有一个
与膨胀活塞螺接的安装块(202)；二个圆柱形螺旋弹簧(3)分别嵌在金属圆盘的上、
下二圆周形凹槽(201)内，安装块与膨胀活塞(5)螺接成一体，整个调相器置在膨胀
单元的气动腔内(9)，调节件的外径与气动腔壁内径之间留有狭缝(10)。

说明书

<u>技术领域</u>

本发明涉及气动分置式斯特林制冷机，具体是指制冷机中的调相器。

<u>背景技术</u>

气动分置式斯特林制冷机由于其结构简单、系统控制方便，自问世以来，就受到了
航天、军事等部门的青睐。气动分置式斯特林制冷机由独立结构的压缩单元与膨胀
单元中间通过导气连管连接而成。压缩单元进来的脉动气体导致膨胀腔和气动腔之
间的压力差也脉动变化，使膨胀活塞在此脉动力下作往复运动，若此往复运动与膨
胀腔压力脉动之间的相位差保持在比较合适的范围内(其范围为80°-120°左右)，制
冷效应就能产生。因此，为了使制冷机能够达到较好的制冷效果，必须为膨胀活塞
提供一个合适的阻尼，使压缩活塞和膨胀活塞的运动维持在一个合适的相位差。

目前，比较通用的阻尼方式有以下三种：

1.摩擦阻尼：在膨胀活塞和膨胀气缸壁之间放置垫圈，气体的脉动变化要大到足以
克服摩擦阻力时，膨胀活塞才能运动，这样膨胀活塞的运动就被延迟了。这种方式
的先天不足就是摩擦阻力系数难以保持为恒定值，而且随着时间的推移，垫圈会被
一点点的磨光，从而导致摩擦阻力系数越来越小，制冷机将会失效。

2.蓄冷器(回热器)压降：在蓄冷器内把填料装填得非常紧密，或者装入目数比较高
的丝网，使蓄冷器内的阻力系数比较大，从而气体在蓄冷器内运动时会产生很大的
阻力，延迟了膨胀活塞的运动。这种方式的不足在于为了追求相位差而忽视了蓄冷
器的热力学性能，过大的蓄冷器阻力导致脉动压力衰减过大，从而制冷能力也被削
弱。

3.电磁阻尼：在气动腔内安装一个动圈直线电机，线圈与膨胀活塞做成一体，膨胀
活塞运动时将带动线圈运动，运动的线圈在磁场作用下产生电流，而该电流在磁场
的作用下产生了与线圈运动相反的力，从而达到延迟膨胀活塞运动的目的。该方式
的主要不足在于膨胀机体积过于庞大，而且质量过于沉重，同时线圈的放气会产生
对制冷机污染，影响运行寿命。

<u>发明内容</u>

基于上述已有技术存在的制冷机寿命短、效率低、体积大和质量沉等不足之处。本
发明的目的是提供一种气动分置式斯特林制冷机用的调相器，利用调相器与气动腔
壁之间的狭缝来为膨胀活塞提供一个合适的阻尼，使压缩活塞和膨胀活塞的运动维
持在一个合适的相位差，从而使制冷机产生制冷效应。

本发明的目的是这样实现的，一种用于气动分置式斯特林制冷机的调相器，所述的
气动分置式斯特林制冷机由独立结构的压缩单元与膨胀单元中间通过导气连管连接
而成。所述的调相器由调节件和二个圆柱形螺旋弹簧构成，调节件为一金属圆盘，
其上、下二圆面的径向外侧开有圆周形的凹槽，其中一个圆面的圆心有一个与膨胀
活塞螺接的安装块。二个圆