多级斯特林制冷机说明书

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1、说明书一种多级斯特林制冷机所属技术领域本发明涉及一种斯特林制冷机，具体为一种多级斯特林制冷机。背景技术随着科技进步，深度制冷技术在一些行业发挥着越来越重要的作用。航空航天、食品加工、医疗卫生、化肥生产、天然气储运、石油炼制等行业都离不开深度制冷技术。目前的深度制冷技术方案，主要利用林德循环经多级压缩和节流膨胀实现深度制冷。天然气储运是应用深度制冷技术的代表性行业。LNG产品绝大部份出自大型天然气液化厂，用于天然气调峰和天然气海运贸易。而微型LNG液化装置对油井伴生气分离储运、垃圾场和废水处理厂的沼气资源回收都必

2、不可少。为了满足对微型LNG液化装置的需求，在美国能源部的资助下，美国天然气技术研究所已经开发出一种已获得专利权的微型天然气液化装置。该微型天然气液化装置是利用使用制冷剂的制冷系统，LNG日产量在五千到三万加仑之间。美国天然气技术研究所已经许可商业化合作伙伴LindeBOC使用此项技术并在全世界范围内积极推行商业化。由此可见，微型天然气液化装置极具市场潜力。斯特林制冷机用作微型天然气液化装置前景乐观。目前，小功率的斯特林制冷机已广泛用作电子成像系统、电子控制系统的冷源，功率只有2到6瓦。大功率的斯特林制冷机尚无

3、应用实例。根本原因是工质密封难，没有简单可靠的主体结构能满足大功率深度制冷的要求。中国发明专利斯特林可逆热机（200710050949.2）以两级密封技术完全杜绝了工质泄漏，而且结构紧凑。但是斯特林可逆热机用作制冷机也达不到深度制冷温度（－100℃以下）。《斯特林热泵（制冷机）设计理论研究》8100032002.8说明书一文揭示了制冷深度（热泵扬程）和各结构参数及运行参数的内在联系。采用两台以上的斯特林可逆热机串联，完全可以达到深度制冷温度（－100℃以下）。一台斯特林可逆热机称为一级。有几台串联就称为几级斯特

4、林制冷机，两台以上串联统称多级斯特林制冷机。第一级的热量流入端从环境吸入热量，第二级的热量流入端从第一级的热量流出端吸入热量。以此类推。最后一级的热量流出端向环境放出热量。如何实现热量的级间传递是多级斯特林制冷机成败的关键。中国发明专利一种斯特林热机换热式回热器（201210000717.7）在同级内实现相位差为的两工作腔逆流换热，达到热量合理利用，在两级间实现相位差为的两工作腔换热，完成热量两级间可靠传递；中国发明专利多环连接型斯特林可逆热机（201210174097.7）使斯特林制冷机具有较大的制冷深度，空

5、间利用率也提高；中国发明专利一种斯特林热机工况控制器（201110035499.6）保证各工作腔工质均衡，运行平稳；中国发明专利一种斯特林热机换热装置（201210383424.1）使斯特林制冷机高效散热。这些专利技术的组合应用，确定恰当的制冷机级数和电机功率，可以制成满足各种制冷深度和制冷量要求的多级斯特林制冷机。中国发明专利一种斯特林热泵热水器（201210473554.4）就是单级斯特林制冷机（热泵）的应用实例。发明内容本发明的目的是应用斯特林可逆热机作制冷机，多级串联，采用中国发明专利一种斯特林热机换热

6、式回热器（201210000717.7）作级间换热器，设计一种能达到深度制冷温度的多级斯特林制冷机。为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括若干级斯特林制冷机、级间换热器、联轴通道、工况控制器、电动机。其特征在于：所述电动机置于最后一级斯特林制冷机热量流出端气缸中央的二级密封腔内。电动机转轴与各级斯特林制冷机热机转子在同一轴线上，并经联轴通道连成一体。8100032002.8说明书各级斯特林制冷机的二级密封腔连通为一个密封腔。各级斯特林制冷机的活塞组卡在各自的热机转子上，两端活塞分别插入热量流入端气缸和热量

7、流出端气缸。各级斯特林制冷机工作腔数量相同，同级相位差为的两工作腔连通同一回热器的两个换热通道，相邻两级间相位差为的两工作腔连通同一级间换热器的两个换热通道。所有工作腔连接到同一个工况控制器。工况控制器的密闭空间与二级密封腔连通。二级密封腔及各工作腔内充有工质。二级密封腔内工质压力是所有工作腔的最低工作压力。所述工质为氢气或氦气。所述第一级斯特林制冷机的气缸直径最小或冲程最短。气缸直径逐级增大，或冲程逐级增长。因为第一级工作温度低、工质密度大，最低工作压力一样，输运热量最少。所述各级斯特林制冷机可单独连接各自的

8、工况控制器，并将工况控制器的密闭空间与二级密封腔连通。本发明的优点在于：一是制冷热力学循环是高效的斯特林循环，相对林德循环有提高制冷能效的潜力。二是增加制冷机级数，制冷深度增大；加大电动机功率和提高工质压力，制冷量增加。能满足各种制冷深度和制冷量需求。三是制冷工艺简单、所需设备少，成本相应较低。四是对制冷规模适用范围广，不仅可用于大型空气或天然气液化厂，还适用于移动的车载制冷站，对沼气