[发明专利]一种可快速制冷的线性斯特林-芯片级节流复合型制冷机

说明书

本发明涉及一种可快速制冷的线性斯特林‑芯片级节流复合型制冷机，包括线性斯特林制冷单元、节流制冷单元和电控单元，电控单元用于控制线性斯特林制冷单元和节流制冷单元的运行，线性斯特林制冷单元包括直线压缩机、膨胀机以及与膨胀机直接耦合装配的封装杜瓦，节流制冷单元采用MEMS节流制冷器，MEMS节流制冷器贴装在封装杜瓦内的芯片基板上，MEMS节流制冷器配置有供气瓶。上述制冷机具有多种工作模式，线性斯特林制冷单元与节流制冷单元可取长补短，既解决了线性斯特林制冷机受热质量和冷头温度限制等导致初始预冷时间较长的缺点，又解决了节流制冷器易受到高压气源供气有限等限制，实现既可快速制冷又可长期稳定提供冷量的目的。

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种可快速制冷的线性斯特林-芯片级节流复合型制冷机。

背景技术

回热式制冷技术和间壁式制冷技术是低温制冷领域中的两个重要分支，根据这两种技术各自的特点，目前在低温物理、国防军事、能源、医疗等领域广泛应用。

斯特林制冷机和节流制冷机分别是回热式和间壁式两种制技术中的典型低温制冷机。其中，线性斯特林制冷机利用直线电机驱动压缩机构和膨胀机构，利用回热填料与工质之间的换热完成制冷效应，具有结构紧凑、效率高、体积小等优点，已被用于百万像素大面阵、双色等红外探测器之中，但斯特林制冷机初始制冷时间较长，使其在要求迅速获得足够冷量的应用中受到了限制。

节流制冷机利用焦耳-汤姆逊效应，利用高压气体通过节流装置膨胀到低压以产生制冷效应，开式循环模式的节流制冷器采用高压储气器或高压气体钢瓶供气，这种系统不需要压缩机和制冷器之间的永久性连接，系统除要求连续供给高压气体外，不需要功率输入，开式节流器可以与小高压气瓶组装成一个完整的系统。但是由于高压气瓶容量的限制，开式节流制冷器无法长时间运行。

在某些应用领域中，既对预冷时间有苛刻的要求，又对探测器的体积和质量有严格的限制，例如红外制导系统。红外制导系统中，系统的尺寸规格直接影响到制导系统位标器的光学性能，制冷器的质量大小也会影响位标器的运动特性，如果有可能，会把制冷器的某些部件，如线性压缩机、阀门、压力传感器、高压气瓶或贮液器等尽量放置在远离位标器的部位，有时干脆不装在弹上，而是装在发射架上，导弹发射后红外探测器只靠蓄冷工作，但在某些特定场合，蓄冷量并不足以满足使用要求。

发明内容

本发明涉及一种可快速制冷的线性斯特林-芯片级节流复合型制冷机，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种可快速制冷的线性斯特林-芯片级节流复合型制冷机，包括线性斯特林制冷单元、节流制冷单元和电控单元，所述电控单元用于控制所述线性斯特林制冷单元和节流制冷单元的运行，所述线性斯特林制冷单元包括直线压缩机、膨胀机以及与所述膨胀机直接耦合装配的封装杜瓦，所述节流制冷单元采用MEMS节流制冷器，所述MEMS节流制冷器贴装在所述封装杜瓦内的芯片基板上，所述MEMS节流制冷器配置有供气瓶。

作为实施方式之一，所述MEMS节流制冷器包括贴装在所述芯片基板上的制冷板，所述制冷板内形成有高压通道、低压通道和膨胀腔，所述高压通道与所述低压通道均呈平面螺旋形并且二者上下分层布置，所述高压通道的出口端通过节流单元与所述膨胀腔连通，所述低压通道的入口端与所述膨胀腔连通，于所述制冷板上开设有与高压通道入口端连通的工质入口以及与低压通道出口端连通的工质出口，所述工质入口与所述供气瓶连接。

作为实施方式之一，所述制冷板包括层叠设置的第一层板、第二层板和第三层板，所述第二层板的第一板面和第二板面分别朝向所述第一层板和所述第三层板；

在所述第一层板的内侧板面上刻蚀形成有第一槽道，所述第一槽道由第二层板闭合以围设形成所述高压通道；或者，在所述第一板面上刻蚀形成有第二槽道，所述第二槽道与所述第一槽道上下拼合形成所述高压通道；