[发明专利]一种基于阶梯活塞脉管制冷机的低温冰箱

说明书

本发明涉及一种基于阶梯活塞脉管制冷机的低温冰箱，所述的低温冰箱包括阶梯活塞脉管制冷机、冰箱箱体和载冷系统，所述阶梯活塞脉管制冷机运行产生冷量，通过所述的载冷系统将冷量传递至所述的冰箱箱体内，使所述的冰箱箱体内处于低温状态。所述阶梯活塞脉管制冷机包括阶梯活塞压缩机和脉管制冷机冷头，阶梯活塞压缩机驱动脉管制冷机冷头，使脉管制冷机冷头产生制冷量，所述的阶梯活塞脉管制冷机内充注高压工质。与现有技术相比，本发明仅有一个运动部件，且在低温端无运动部件，体积小，装配精度无要求，加工难度低，提高了系统可靠性和生产可行性，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及低温冰箱技术领域，尤其是涉及一种基于阶梯活塞脉管制冷机的低温冰箱。

背景技术

许多物品的储存温度较低，例如金枪鱼的长期储存温度为-50℃至-55℃，mRNA疫苗的常见保存温度为-70℃，传统家用冰箱无法提供如此低的制冷温度。低温冰箱依靠其独特的制冷原理和制冷设备，能提供独特的低温保存有较低贮存温度的物品，已成为现代生物、医药、临床和工业领域不可缺少的重要设备。

目前，低温冰箱主要采用传统的复叠式或者混合工质蒸汽压缩制冷循环，存在体积较大，适用温区窄、低温油路易堵塞、制冷工质存在相变等缺陷；采用斯特林制冷机的低温冰箱虽然体积较小，但斯特林制冷机的排出器在低温下运动，存在造价高昂，加工精度高，运动复杂等缺陷，同时由于排出器的运动，斯特林制冷机会产生振动，影响低温冰箱的长期运行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种可靠性高、震动小、无工质相变、可用于微重力环境、制冷温度低的低温冰箱，能用于地面应用及空间应用，仅在室温端有一个运动部件，无高精度配合要求，机械加工难度低的基于阶梯活塞脉管制冷机的低温冰箱。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种基于阶梯活塞脉管制冷机的低温冰箱，包括阶梯活塞脉管制冷机、冰箱箱体和载冷系统，所述载冷系统连接在阶梯活塞脉管制冷机与冰箱箱体之间，所述阶梯活塞脉管制冷机运行产生冷量，通过所述的载冷系统将冷量传递至所述的冰箱箱体内，使所述的冰箱箱体内处于低温状态。

在本发明的一个实施方式中，所述的阶梯活塞脉管制冷机包括阶梯活塞压缩机和脉管制冷机冷头，阶梯活塞压缩机驱动脉管制冷机冷头，使脉管制冷机产生制冷量，所述的阶梯活塞脉管制冷机内充注高压工质。

在本发明的一个实施方式中，所述的阶梯活塞压缩机包括阶梯活塞和阶梯气缸，所述的阶梯活塞和所述的阶梯气缸组成阶梯活塞压缩机压缩腔和阶梯活塞压缩机膨胀腔。阶梯活塞的运动同时影响压缩机压缩腔和阶梯活塞压缩机膨胀腔的容积，因此，在阶梯活塞压缩机运行过程中，阶梯活塞压缩机压缩腔和阶梯活塞压缩机膨胀腔的容积变化同相，及容积同时增大或同时缩小。由于阶梯活塞压缩机压缩腔内的压力和阶梯活塞压缩机膨胀腔内的压力波几乎反向，因此，阶梯活塞压缩机在向脉管制冷机冷头输入声功的同时，回收脉管制冷机脉管热端的膨胀功，提高了脉管制冷机的效率。

在本发明的一个实施方式中，所述的脉管制冷机冷头包括依次相连的室温端换热器、回热器、低温端换热器、脉管和惯性管。所述的室温端换热器与阶梯活塞压缩机压缩腔相连，所述的惯性管与阶梯活塞压缩机膨胀腔相连。通过惯性管的惯性作用和阻力作用，使惯性管两端的压力波产生近180°的反向，这使得阶梯活塞压缩机压缩腔内的压力波与阶梯活塞压缩机膨胀腔内的压力波几乎反向，令阶梯活塞压缩机同时向脉管制冷机冷头输入声功驱动其运动并回收脉管制冷机脉管热端的膨胀功。回热器内填充回热填充材料，具有换热与储能的作用。

在本发明的一个实施方式中，可选地，在所述的惯性管后添加一个气库，气库与阶梯活塞压缩机膨胀腔相连。

本发明中，阶梯活塞脉管制冷机在低温端换热器处产生制冷量，通过所述载冷系统将冷量传递到冰箱箱体内。