一种多缸型大冷量斯特林低温制冷机的制作方法

本发明涉及低温制冷，尤其是涉及一种多缸型大冷量斯特林低温制冷机。

背景技术：

1、低温回热式低温制冷机主要包括g-m制冷机、脉管制冷机及斯特林制冷机等。其中，g-m制冷机多用于获取更低的温度，制冷量十分有限，由于存在配气阀门，冷端振动和噪声较大，造成维护周期短、成本较高和热效率低的缺点。脉管制冷机消除了低温端运动部件，可靠性得到提升，但由于在大尺寸条件下存在不均匀流动和换热现象，实际热效率较低。

2、斯特林制冷机主要采用质量-弹簧-阻尼谐振系统，实现活塞和排出器谐振运行，具有结构紧凑、寿命长、振动低。

3、如公开号为cn112815565a的中国专利文献公开了一种斯特林制冷机，包括壳体、活塞、排出器、外定组件及内定组件；活塞和排出器均安装在壳体内，排出器位于活塞的一侧，活塞的中部设有轴孔，排出器靠近活塞的一端连接有连杆，连杆穿过轴孔露置在活塞外；外定组件包括电磁铁芯、以及缠绕在电磁铁芯上的励磁线圈，活塞远离排出器的一端连接有活塞弹簧，活塞弹簧与壳体固定连接；连杆露置在活塞外的端部连接有排出器弹簧，排出器弹簧与壳体固定连接，排出器弹簧位于活塞弹簧内且排出器弹簧和活塞弹簧同轴线；电磁铁芯同轴套设在壳体外。

4、公开号为cn116753636a的中国专利文献公开了一种整体式自由活塞斯特林制冷机装置，包括：排出器结构和动力活塞结构、以及减振组件；动力活塞结构包括沿轴向方向依次设置的动力板弹簧、动力轴承以及动力活塞，其中动力板弹簧与动力轴承固定连接；排出器结构包括沿轴向方向依次设置的第一活塞、排出板弹簧、以及第二活塞，其中，排出板弹簧通过第一紧固件与第一活塞和第二活塞连接，从而使得在第一活塞和第二活塞在气压差作用下往复运动时，排出板弹簧径向支撑第一活塞和第二活塞。

5、然而，目前采用质量-弹簧-阻尼谐振系统的斯特林制冷机均存在结构复杂、技术发展尚不成熟的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种多缸型大冷量斯特林低温制冷机，采用曲柄连杆结构进行驱动，并采用多缸结构布置，制冷量大、结构紧凑、成本低，解决大冷量低温制冷机市场需求大、产品紧缺问题。

2、一种多缸型大冷量斯特林低温制冷机，包括机身组件以及安装在机身组件上的至少两组制冷单元；

3、所述的机身组件包括机身以及可转动设置在机身内部的曲轴，所述的曲轴上与每个制冷单元对应的位置均设有活塞连杆轴颈和排出器连杆轴颈；

4、所述的制冷单元包括冷端换热器、回热器、水冷器、活塞组件、排出器组件、缸套组件；

5、所述排出器组件包括膨胀气缸以及设置在膨胀气缸内的排出器，膨胀气缸与排出器之间形成膨胀腔；排出器的下端通过排出器连杆与排出器连杆轴颈连接，连接部位设有轴承机构；

6、所述缸套组件包括设置在膨胀气缸下端的气缸套；所述活塞组件包括设置在气缸套内的活塞，气缸套与活塞之间形成压缩腔；活塞的下端通过活塞连杆与活塞连杆轴颈连接，连接部位设有轴承机构；

7、所述冷端换热器、回热器、水冷器从上到下依次连接，布置在膨胀气缸外侧，并连通膨胀腔和压缩腔。

8、进一步地，所述排出器的下部外圆面设有密封环，所述活塞的外圆面上设有活塞环组。

9、进一步地，所述活塞的内圆面设有导向套；所述的排出器连杆穿过导向套内孔，上端与排出器相连，下端与排出器连杆轴颈相连。

10、进一步地，所述多缸型大冷量斯特林低温制冷机还包括真空罩及固定底板；所述回热器包括回热器外壳和回热器网片；

11、所述回热器外壳上部与冷端换热器连接、下部与固定底板连接，回热器外壳与冷端换热器、真空罩和固定底板形成封闭真空腔体；所述的回热器网片为环状多孔结构，装填于回热器外壳内部，位于冷端换热器与水冷器之间。

12、进一步地，所述冷端换热器和回热器外壳的外壁面上缠绕有复合材料绝热纸。

13、进一步地，所述气缸套的外部依次套设有冷却夹套和气缸体，所述的冷却夹套内通入水或润滑油对气缸套进行冷却。

14、进一步地，所述排出器连杆轴颈在相位上领先于活塞连杆轴颈，工质气体在压缩腔内实现压缩过程，在膨胀腔内实现膨胀过程。

15、所述活塞在气缸套内往复运动，对压缩腔内的工质气体压缩做功；所述排出器在膨胀气缸内往复运行，改变膨胀腔体积，调配工质气体在压缩腔和膨胀腔之间往返流动。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、1、本发明利用曲柄连杆机构驱动斯特林制冷机活塞运行进行制冷，技术成熟高、零件通用性好、成本价格低，且容易设备维护保养。采用多缸结构布置，提高了制冷机的功率密度，制冷量大、系统结构紧凑、运行振动和噪声低，在45～150k温度区间具有1～10kw制冷量。

18、2、相较于自由活塞斯特林制冷机弹簧-质量-阻尼谐振系统的活塞和排出器间运行相位差自适应变化，曲柄连杆机构可以保证活塞和排出器间以恒定相位差运行，不受制冷机工作温度影响，使得本发明斯特林制冷机具有制冷效率高、工作温区宽、变负荷运行稳定及启停快速等优点。

19、3、本发明斯特林低温制冷机采用真空多层缠绕绝热结构对真空罩内的冷端换热器和回热器外壳进行保温绝热，具有绝热性能好、结构简单、实施方便等优点，消除了普通绝热材料吸水率高和吸附气体造成的绝热性能下降和不定期加热烘干等问题，将冷端换热器的冷能损失降至最低。

技术特征：

1.一种多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，包括机身组件(7)以及安装在机身组件(7)上的至少两组制冷单元；

2.根据权利要求1所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述排出器(501)的下部外圆面设有密封环(503)，所述活塞(401)的外圆面上设有活塞环组(402)。

3.根据权利要求1所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述活塞(401)的内圆面设有导向套(504)；所述的排出器连杆(502)穿过导向套(504)内孔，上端与排出器(501)相连，下端与排出器连杆轴颈(703)相连。

4.根据权利要求1所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述多缸型大冷量斯特林低温制冷机还包括真空罩(9)及固定底板(10)；所述回热器(2)包括回热器外壳(201)和回热器网片(202)；

5.根据权利要求4所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述冷端换热器(1)和回热器外壳(201)的外壁面上缠绕有复合材料绝热纸(11)。

6.根据权利要求1所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述气缸套(601)的外部依次套设有冷却夹套(602)和气缸体(603)，所述的冷却夹套(602)内通入水或润滑油对气缸套(601)进行冷却。

7.根据权利要求1所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述排出器连杆轴颈(703)在相位上领先于活塞连杆轴颈(702)，工质气体在压缩腔(604)内实现压缩过程，在膨胀腔(506)内实现膨胀过程。

8.根据权利要求7所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述活塞(401)在气缸套(601)内往复运动，对压缩腔(604)内的工质气体压缩做功；所述排出器(501)在膨胀气缸(505)内往复运行，改变膨胀腔(506)体积，调配工质气体在压缩腔(604)和膨胀腔(506)之间往返流动。

9.根据权利要求1所述的多缸型大冷量斯特林低温制冷机，其特征在于，所述多缸型大冷量斯特林低温制冷机的制冷过程如下：

技术总结本发明公开了一种多缸型大冷量斯特林低温制冷机，包括两组及以上制冷单元，所述制冷单元包括冷端换热器、回热器、水冷器、活塞组件、排出器组件、缸套组件；所述制冷单元安装于机身组件上，所述机身组件包括曲轴、活塞连杆轴颈、排出器连杆轴颈和机身，所述活塞连杆轴颈和排出器连杆轴颈的个数与制冷单元的个数相对应。本发明采用多缸结构布置，具有制冷功率大、制冷效率高、体积小、结构紧凑、工作温区宽、变负荷运行稳定及启停快速等优点，在45～150K温度区间具有1～10kW的制冷量；在超导磁体冷却、超导线缆冷却、气体液化等领域具有广阔应用前景。技术研发人员：王建中,李栋,万勇,杨冬冬,姜思敏受保护的技术使用者：浙江紫明低温科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16