[发明专利]一种机架及脉管型自由活塞斯特林制冷机

说明书

根据本发明的机架及脉管型自由活塞斯特林制冷机，脉管型自由活塞斯特林制冷机包括直线电机、压缩单元、膨胀机单元、无阻尼动力吸振单元、机架、以及外壳，机架包括法兰、设置在法兰中的活塞管以及底座，其中，法兰呈圆盘形状，该法兰的一侧还设置有同心的小圆盘，底座呈筒状，一端与法兰的另一侧相连，另一端为自由端，底座的中心线与法兰的中心线重合，活塞管为直通管，一端开口位于小圆盘的外侧，用于连接制冷机的脉冲管，另一端开口位于底座内，活塞管内具有柱形活塞腔，用于容纳制冷机的压缩活塞和膨胀活塞，活塞腔上设置有多个穿透活塞管管壁的通孔，压缩活塞的外径、膨胀活塞的外径以及脉冲管的内径是相同的。

技术领域

本发明属于制冷领域，具体涉及一种机架及脉管型自由活塞斯特林制冷机。

背景技术

低温制冷机制冷作为一种重要的获取低温的方法，其广泛应用于航空、军事、超导、通信、电子、冶金、工业气体液化以及生物医疗等领域。特别是近年来，低温制冷机在冰箱、酒柜等的应用需求越来越大。

斯特林制冷机的理论制冷效率等于卡诺效率，其实际运行时的效率也是目前所有低温制冷机中效率最高的一种。自由活塞斯特林制冷机结构由William Beale于20世纪60年代提出，其主要特征是采用直线压缩机驱动、柔性弹簧支撑、间隙密封结合气体轴承等技术，具有结构紧凑、噪音小、寿命长、可靠性高等优点。Sunpower公司开发的商业自由活塞斯特林制冷机在液氮温区的最高相对卡诺效率已经突破20％，其子公司Stirling Ultracold公司(原Global Cooling公司)研制的低温冰箱采用的就是自由活塞斯特林制冷机。2012，Stirling Ultracold公司比较了两级复叠低温冰箱和斯特林低温冰箱，发现采用自由活塞斯特林制冷机的低温冰箱在节能方面具有重大优势，与传统的低温冰箱相比，斯特林低温冰箱可节能超过50％。

由于空间制冷对能耗有严格的要求，因此提高制冷机的效率一直就是空间制冷机的主流研究方向，目前主流的空间制冷机主要是斯特林制冷机和脉管制冷机，比较二者的理论制冷效率，从热力学角度而言，同温限工作下的脉管制冷机效率总是低于斯特林制冷机的。

脉管制冷机的效率之所以低于斯特林制冷机，主要是因为脉管制冷机不像斯特林制冷机有膨胀活塞这样的结构将气体的膨胀功“反馈”至压缩腔，脉管热端的膨胀功主要以热量的形式通过调相机构如惯性管和小孔等耗散至环境中，造成脉管制冷机效率较低。

发明内容

为了在保证脉管制冷机自身优点的同时，提高其制冷效率，声功回收型脉管制冷机应运而生。对于小冷量需求的场合，脉管制冷机在调相机构中耗散的声功非常小，声功回收的意义并不十分显著，而对于在中高温区制冷的大功率脉管制冷机而言，其热端耗散的声功十分可观，对这部分声功的有效回收有望大幅提高其制冷效率。因此，声功回收型脉管制冷机在中温区大冷量方面具有较高研究价值。

本发明的目的之一在于提供一种用于自由活塞斯特林制冷机的新型机架及脉管型自由活塞斯特林制冷机。

本发明提供了一种用于自由活塞斯特林制冷机的机架，具有这样的特征，包括法兰、设置在法兰中的活塞管以及底座，其中，法兰呈圆盘形状，该法兰的一侧还设置有同心的小圆盘，底座呈筒状，一端与法兰的另一侧相连，另一端为自由端，底座的中心线与法兰的中心线重合，活塞管为直通管，位于外侧的一端开口位于小圆盘的外侧，用于连接制冷机的脉冲管，另一端开口位于底座内，活塞管内具有柱形活塞腔，用于容纳制冷机的压缩活塞和膨胀活塞，活塞腔上设置有多个穿透活塞管管壁的通孔，压缩活塞的外径、膨胀活塞的外径以及脉冲管的内径是相同的。

在本发明提供的用于自由活塞斯特林制冷机的机架中，还可以具有这样的特征：其中，法兰上设置有多个连接孔。

另外，在本发明提供的用于自由活塞斯特林制冷机的机架中，还可以具有这样的特征：其中，底座的自由端上设置有多个连接螺孔。