一種斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及回?zé)崾降蜏刂评錂C，尤其涉及一種斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機。
技術(shù)背景
[0002]高溫超導(dǎo)技術(shù)及小型低溫液化裝置的應(yīng)用極大地促進(jìn)了大功率低溫制冷機的快速發(fā)展。斯特林制冷機具有效率高、冷卻速率快、制冷溫度范圍廣等特點，并且其技術(shù)相對成熟、成本較低，是百、千瓦級制冷裝置的首選機型。
[0003]斯特林制冷機應(yīng)用斯特林循環(huán)獲得制冷量，斯特林循環(huán)是由等溫壓縮、等溫膨脹和兩個等容回?zé)徇^程構(gòu)成的閉式熱力學(xué)循環(huán)。等溫壓縮產(chǎn)生的壓縮熱在室溫端換熱器中被載冷劑帶走，一般采用水作為載冷劑。大冷量制冷機中壓縮熱較大，由于冷卻水比熱容有限，導(dǎo)致水冷器進(jìn)出口水溫有較大溫差，即平均水溫高于進(jìn)水溫度。實驗和理論都證明，冷卻水溫升高會導(dǎo)致回?zé)崞鳠岫藴囟壬?，造成制冷機性能下降。所以采取措施降低冷卻水溫度對于制冷機性能提升是很重要的。
[0004]通常采用冷水機組對斯特林制冷機熱端進(jìn)行冷卻。斯特林制冷機水冷器、水箱、泵和管路構(gòu)成循環(huán)水路，冷卻斯特林循環(huán)壓縮熱。水箱、壓縮式制冷機、泵和管路構(gòu)成循環(huán)水路，冷卻水箱熱量。將斯特林制冷機及其附屬設(shè)備作為整體考慮，整機功耗包含水箱制冷機及管路耗功，降低該處功耗可以有效提高斯特林制冷機系統(tǒng)的制冷效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機包括斯特林制冷機和蒸氣壓縮式制冷機，斯特林制冷機包括順次連接的壓縮活塞、壓縮腔、冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、膨脹腔、推移活塞，蒸氣壓縮式制冷機包括順次連接的壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、冷凝蒸發(fā)器。
[0008]所述的冷凝蒸發(fā)器采用間壁式換熱器結(jié)構(gòu)。
[0009]本實用新型提出的復(fù)合型深低溫制冷機，使用蒸氣壓縮制冷循環(huán)工質(zhì)B的相變換熱直接冷卻斯特林循環(huán)的壓縮熱量。與常用的冷水機組冷卻方法相比:1.蒸氣壓縮制冷循環(huán)工質(zhì)B (冷卻介質(zhì))的潛熱大于水的比熱容，則冷卻等量的壓縮熱并且冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度一致時，本實用新型中冷凝蒸發(fā)器內(nèi)冷卻介質(zhì)平均溫度較低，回?zé)崞鳠岫藴囟容^低，制冷性能提升；2.簡化了蒸氣壓縮制冷循環(huán)工質(zhì)與冷卻水、冷卻水與斯特林循環(huán)工質(zhì)的換熱過程，避免了涉及到冷卻水的換熱過程以及水箱本身的漏熱，所以冷卻相等的壓縮熱時壓縮機的耗功降低，整個系統(tǒng)的制冷效率提高；3.簡化了制冷機冷凝蒸發(fā)器(室溫端換熱器)的附屬設(shè)備，避免了水路循環(huán)，由于去掉了水泵的功耗，所以冷卻相等的壓縮熱時壓縮機的耗功降低，整個系統(tǒng)的制冷效率提高。
【附圖說明】
[0010]圖1是斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機包括斯特林制冷機和蒸氣壓縮式制冷機，斯特林制冷機包括順次連接的壓縮活塞1、壓縮腔2、冷凝蒸發(fā)器3、回?zé)崞?、冷端換熱器5、膨脹腔6、推移活塞7，蒸氣壓縮式制冷機包括順次連接的壓縮機8、冷凝器9、節(jié)流閥10、冷凝蒸發(fā)器3。
[0012]所述的冷凝蒸發(fā)器3采用間壁式換熱器結(jié)構(gòu)。制冷機驅(qū)動單元可采用旋轉(zhuǎn)電機與曲柄連桿機構(gòu)。
[0013]斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機使用的制冷方法是:壓縮活塞I上移，壓縮腔2內(nèi)的斯特林循環(huán)工質(zhì)A被壓縮，能量升高，流入冷凝蒸發(fā)器3，向蒸氣壓縮制冷循環(huán)工質(zhì)B釋放壓縮熱，實現(xiàn)工質(zhì)A的等溫壓縮過程；工質(zhì)B在冷凝蒸發(fā)器3中吸熱蒸發(fā)后進(jìn)入壓縮機8，被增壓升溫后進(jìn)入冷凝器9，向環(huán)境冷源放熱冷凝后進(jìn)入節(jié)流閥10，壓力下降，低溫低壓的液態(tài)工質(zhì)B再次進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器3吸熱蒸發(fā)，形成蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路。釋放壓縮熱后的工質(zhì)A進(jìn)入回?zé)崞?，將熱量傳遞給填料，溫度沿流動方向逐漸降低，實現(xiàn)等容放熱過程；推移活塞7上移，膨脹腔6內(nèi)的工質(zhì)A膨脹，能量降低，通過冷端換熱器5從冷源吸熱，獲得制冷量，實現(xiàn)工質(zhì)A的等溫膨脹過程；工質(zhì)A反向流動，進(jìn)入回?zé)崞?，從填料吸熱，溫度沿流動方向逐漸升高，實現(xiàn)等容吸熱過程。工質(zhì)A的往復(fù)流動形成斯特林循環(huán)回路；冷凝蒸發(fā)器3中冷流體為蒸氣壓縮制冷循環(huán)工質(zhì)B，熱流體為斯特林循環(huán)工質(zhì)A，兩股流體通過換熱壁面進(jìn)行熱交換，應(yīng)用工質(zhì)B的相變直接冷卻工質(zhì)A在斯特林循環(huán)中釋放的壓縮熱量。斯特林循環(huán)工質(zhì)A—般使用高壓氦氣、氫氣或者氮氣，蒸氣壓縮制冷循環(huán)工質(zhì)B一般使用氟利昂等空調(diào)制冷劑。
【主權(quán)項】
1.一種斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機，其特征在于包括斯特林制冷機和蒸氣壓縮式制冷機，斯特林制冷機包括順次連接的壓縮活塞(I)、壓縮腔(2)、冷凝蒸發(fā)器(3)、回?zé)崞?4)、冷端換熱器(5)、膨脹腔(6)、推移活塞(7)，蒸氣壓縮式制冷機包括順次連接的壓縮機(8 )、冷凝器(9 )、節(jié)流閥(10 )、冷凝蒸發(fā)器(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機，其特征在于:所述的冷凝蒸發(fā)器(3)采用間壁式換熱器結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種斯特林循環(huán)和蒸氣壓縮制冷循環(huán)直接耦合的制冷機。它包括斯特林制冷機和蒸氣壓縮式制冷機。其中斯特林制冷機包含壓縮活塞、壓縮腔、冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、膨脹腔、推移活塞，蒸氣壓縮式制冷機包含壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、冷凝蒸發(fā)器。冷凝蒸發(fā)器中冷流體即為蒸氣壓縮制冷循環(huán)的工質(zhì)，熱流體即為斯特林循環(huán)的工質(zhì)，二者通過換熱器的壁面交換熱量。本實用新型使用蒸氣壓縮制冷循環(huán)工質(zhì)直接冷卻斯特林循環(huán)的工質(zhì)，與采用載冷劑冷卻的方法相比，可大大降低冷凝蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)的平均溫度，提升斯特林循環(huán)的性能。同時，該發(fā)明簡化了換熱流程，減少了冷凝蒸發(fā)器附屬耗電設(shè)備，使整個系統(tǒng)的制冷效率得以提高。
【IPC分類】F25B25-00
【公開號】CN204593940
【申請?zhí)枴緾N201520132105
【發(fā)明人】孫大明, 張寧, 蔡亞超, 徐雅, 張沖, 沈愜, 喬鑫
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年3月9日