[发明专利]高比热推移活塞及其制备方法及蓄冷式制冷机

说明书

本发明公开了一种高比热推移活塞及其制备方法及蓄冷式制冷机，属于低温制冷机技术领域，该高比热推移活塞包括活塞筒体（121），所述活塞筒体（121）的外周面上有槽（123a），且在槽（123a）形成的凹陷区域的底部覆盖有与活塞筒体（121）材质不同的覆槽材料层（124），在50K温区以下，所述覆槽材料层（124）采用的材料的体积比热大于所述活塞筒体（121）采用的材料的体积比热。制备方法通过先覆盖覆槽材料层（124）、再覆盖树脂层（122）及相应的车削工艺制备出推移活塞。蓄冷式制冷机包括上述的推移活塞。本发明的推移活塞能增大活塞筒体壁面体积比热，增强对间隙中泄漏气体的换热能力，提升制冷机性能。

技术领域

本发明涉及低温制冷机技术领域，具体地说是一种能够提升制冷机换热能力的高比热推移活塞及其制备方法及蓄冷式制冷机。

背景技术

蓄冷式制冷机，例如，包括GM制冷机、斯特林制冷机。这些制冷机具有缸体和在其内部进行往复运动的推移活塞。在设计过程中，如果活塞热端的高温气流不经过蓄冷材料进行热交换，直接从活塞与气缸之间的间隙泄漏到低温侧，将造成制冷机冷量损失。为避免上述问题，通常将活塞的外周面上加工螺旋槽或气体迷宫密封方。具体说，如图1所示的螺旋槽结构，图1A所示的活塞筒体121采用不锈钢材质，确保低温下收缩率与气缸一致，且活塞筒体121的外周面覆盖有如图1B所示的耐磨树脂材料制成的树脂层122，树脂层122的厚度一般不超过0.5mm。活塞上下往复运动过程中，可防止活塞划伤气缸内壁。同时，沿着树脂层122的外周面上加工出螺旋状凹槽，且螺旋槽的加工的深度，要确保穿透树脂层122。进一步说，车削螺旋槽时，要车削掉活塞筒体121的本体外周面上的部分不锈钢基材，使得活塞筒体121的不锈钢材质暴露出来（图1C所示）。这样做，一是与和缸体轴平行地流动时相比，增加了气缸与活塞之间间隙泄漏的气体流动通路，让泄漏的气体与活塞外周面换热更加充分；二是相比较树脂材料，不锈钢筒体的体积比热、热导率更大大。在进气过程中，筒体冷却制冷剂气体对应温度和排气过程中，筒体加热制冷剂气体对应的温度，这两温度之差相对更小，即，一个周期内，对应相同位置的筒体温度变化更小，这就表明换热温差更低，换热效率更高，更有利于提升间隙狭缝中泄漏气体的热交换。