斯特林冰箱的关键技术分析

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1、作者：admin关键词：冰箱，自由活塞斯特林制冷机，环境保护，关键技术摘要：斯特林制冷技术具有“绿色”制冷剂、制冷温度低、节能、制冷量易控等特点，在冰箱上的应用具有极大的优势。本文对斯特林冰箱的研制提出了初步的构思，并对斯特林冰箱的几个关键技术分别进行了介绍，最后展望了这种极具潜力的冰箱技术的发展前景。关键词：冰箱；自由活塞斯特林制冷机；环境保护；关键技术0前言19世纪60年代A.Kirk利用逆向斯特林循环进行制冷，获得成功以来，斯特林制冷技术发展已有百多年历史【1】,然而由于技术水平的限制，在20世纪90年代才有美国的Sunpower

2、公司研制成功可用于冰箱系统的斯特林制冷机。口前国内还无斯特林冰箱产品。作为一种新型的冰箱制冷技术，相对于传统的蒸汽压缩节流冰箱系统，采用斯特林制冷循环的冰箱具有高效率、“绿色”制冷剂、制冷温区广、启动电流低、制冷量易控等特点，在环保及节能方面具有明显的优势。斯特林冰箱与传统的冰箱有极大的不同，斯特林冰箱采用整体式自由活塞斯特林制冷机作为冷源，其原理是氨气膨胀制冷，因而无节流系统和蒸发器。斯特林冰箱的核心是斯特林制冷机，其技术和性能决定了斯特林冰箱的研究和发展。因此设计制造高效率、长寿命、大冷量的斯特林制冷机是研究的关键；斯特林制冷机冷头

3、到冰箱冷空间的冷量传递是影响系统整体效率的重耍因素，也有必要进行详细研究。1自由活塞斯特林制冷机斯特林制冷机的结构有多种，按形状分有整体式和分体式；按结构分有型、型、型【2】。用于冰箱的斯特林制冷机宜采用整体式自由活塞结构。W订liamBeale在20世纪60年代早期首次在斯特林冷机中使用自曲活塞技术，自由活寒型斯特林制冷机(FPSC)的特点是利用气动技术进行膨胀制冷的，即通过气体压力羞和弹簧控制推移活塞的运动，而不在膨胀机部分使用电机。采用直线电机驱动压缩机，利用气休轴承和板弹簧支撑内部的运动部件。自由活塞斯特林制冷机具有结构紧凑、重

4、量轻、无油、运动部件少、可靠性高、低噪音、低振动、不易磨损、寿命长、制冷量方便口J调等优点【3,4］。整体式自由活塞斯特林制冷机(FPSC)结构如图1所示。环形笞冷游外未e出游邨後图一整体式自由活塞斯特林制冷机结构图整体式U由活塞斯特林制冷机80年代得到极大发展。这导致了国外90年代初开始的斯特林冰箱研究热潮。FPSC的实验和理论研究还很不完善，特别是国内还没有单位对其进行详细的研究，对其关键技术还没有完全掌握，有待于详细研究。结合国外的研制情况，在此对其基本的关键技术进行初步分析。主耍包括环形蓄冷器、直线电机、静压气体轴承支撑技术、板

5、弹簧支撑技术及热端散热器和冷量换热器的设计。1.1坏形蓄冷器蓄冷器是斯特林制冷机的重要部件，其效率的高低对制冷机的制冷效率影响很大。针对大冷量自由活塞斯特林制冷机的结构需要，研究中采用环形柱形蓄冷器结构，内部填充丝网结构。蓄冷器对填料的基木要求是：保证有足够的冋热能力;获得小温差传热耍求；提供足够的气流空隙通道；满足气体流通及压力波的传播【2】。因而对所填充的材料性能要求是：具有大的热容性；热导率较高；空穴率适当。蓄冷器内部结构极其复杂，丝网（金属球）的排列是不规则的，作为一个整体研究一般把它当成多孔介质。环形蓄冷器的优化在于保证足够回

6、热能力的同时，降低空隙容积以提高压比，而氨气流过蓄冷器的压降要小。图2为环形蓄冷器的结构示意图。1上封头；2上导流板；3蓄冷器外套；4金属网片；5蓄冷器内套；6下导流板；7下封头图2环形蓄冷器的剖面图1.2直线电机目前，小型斯特林制冷机多采用动圈式直线振荡电机，它产生的平均推力小，而月•由于电机动子在工质屮往复运动、动子线圈的导线易短路和断路，并且电流产生的焦耳热也很难散出，由于上述结构特点，动圈式直线电机不宜用于中大冷量的斯特林制冷机屮。动磁式直线振荡电机不仅结构简单、损耗小、寿命长，控制屯路也不复杂，容易对振荡的频率和振幅实现控制，

7、而且随着NdFeB等具冇高磁通量新型永磁材料的出现，动磁式电动机在少量磁铁卜•就能产生足够的动力，因此相对于其它电动机来说，其运动部件的质量耍轻的多。较小的运动部件质量就意味着容易设计满足线性压缩机的谐振弹簧。图3为动磁和动圈直线电机示意图。Mini^PaFmiHvvt匸・ilMidgEiI动礒式直线电机动圈式直线电机图3动磁和动圈直线电机示意图1.3静压气体轴承支撑技术气体轴承是使用气体代替油作为润滑剂，所以它几乎无摩擦，无濟损，不发热，对使用环境和使用部位没有任何污染。在斯特林制冷机里采用静压气体轴承，其作用在于支撑运动活塞，减小磨

8、损，提高自由活塞型斯特林制冷机的寿命。特林制冷机的寿命。局创於大图4斯特林制冷机内静压气体轴承的结构示意图图4是采用静压气体轴承的自由活塞斯特林制冷机结构图。可以看岀在压缩活塞和排出器与气缸壁接触的部位有压