多级斯特林制冷机说明书

一种多级斯特林制冷机所属技术领域本创造涉及一种斯特林制冷机，具体为一种多级斯特林制冷机。背景技术随着科技进步，深度制冷技术在一些行业发挥着越来越重要的作用。航空航天、食品加工、医疗卫生、化肥生产、天然气储运、石油炼制等行业都离不开深度制冷技术。目前的深度制冷技术方案，主要利用林德循环经多级压缩和节流膨胀实现深度制冷。天然气储运是应用深度制冷技术的代表性行业。LNG产品绝大部份出自大型天然气液化厂，用于天然气调峰和天然气海运贸易。而微型LNG液化装置对油井伴生气别离储运、垃圾场和废水处理厂的沼气资源回收都必不可少。为了满足对微型LNG液化装置的需求，在美国能源部的资助下，美国天然气技术研究所已经开发出一种已获得专利权的微型天然气液化装置。该微型天然气液化装置是利用使用制冷剂的制冷系统，LNG日产量在五千到三万加仑之间。美国天然气技术研究所已经许可商业化合作伙伴LindeBOC使用此项技术并在全世界范围内积极推行商业化。由此可见，微型天然气液化装置极具市场潜力。斯特林制冷机用作微型天然气液化装置前景乐观。目前，小功率的斯特林制冷机已广泛用作电子成像系统、电子控制系统的冷源，功率只有2到6瓦。大功率的斯特林制冷机尚无应用实例。根本原因是工质密封难，没有简单可靠的主体结构能满足大功率深度制冷的要求。中国创造专利斯特林可逆热机〔200710050949.2〕以两级密封技术完全杜绝了工质泄漏，而且结构紧凑。但是斯特林可逆热机用作制冷机也达不到深度制冷温度〔－100℃以下〕。《斯特林热泵〔制冷机〕设计理论研究》一文揭示了制冷深度〔热泵扬程〕和各结构参数及运行参数的内在联系。采用两台以上的斯特林可逆热机串联，完全可以到达深度制冷温度〔－100℃以下〕。一台斯特林可逆热机称为一级。有几台串联就称为几级斯特林制冷机，两台以上串联统称多级斯特林制冷机。第一级的热量流入端从环境吸入热量，第二级的热量流入端从第一级的热量流出端吸入热量。以此类推。最后一级的热量流出端向环境放出热量。如何实现热量的级间传递是多级斯特林制冷机成败的关键。中国创造专利一种斯特林热机换热式回热器〔202310000717.7〕在同级内实现相位差为的两工作腔逆流换热，到达热量合理利用，在两级间实现相位差为的两工作腔换热，完成热量两级间可靠传递；中国创造专利多环连接型斯特林可逆热机〔202310174097.7〕使斯特林制冷机具有较大的制冷深度，空间利用率也提高；中国创造专利一种斯特林热机工况控制器〔202310035499.6〕保证各工作腔工质均衡，运行平稳；中国创造专利一种斯特林热机换热装置〔202310383424.1〕使斯特林制冷机高效散热。这些专利技术的组合应用，确定恰当的制冷机级数和电机功率，可以制成满足各种制冷深度和制冷量要求的多级斯特林制冷机。中国创造专利一种斯特林热泵热水器〔202310473554.4〕就是单级斯特林制冷机〔热泵〕的应用实例。创造内容本创造的目的是应用斯特林可逆热机作制冷机，多级串联，采用中国创造专利一种斯特林热机换热式回热器〔202310000717.7〕作级间换热器，设计一种能到达深度制冷温度的多级斯特林制冷机。为了实现上述目的，本创造的方案是：其结构包括假设干级斯特林制冷机、级间换热器、联轴通道、工况控制器、电动机。其特征在于：所述电动机置于最后一级斯特林制冷机热量流出端气缸中央的二级密封腔内。电动机转轴与各级斯特林制冷机热机转子在同一轴线上，并经联轴通道连成一体。各级斯特林制冷机的二级密封腔连通为一个密封腔。各级斯特林制冷机的活塞组卡在各自的热机转子上，两端活塞分别插入热量流入端气缸和热量流出端气缸。各级斯特林制冷机工作腔数量相同，同级相位差为的两工作腔连通同一回热器的两个换热通道，相邻两级间相位差为的两工作腔连通同一级间换热器的两个换热通道。所有工作腔连接到同一个工况控制器。工况控制器的密闭空间与二级密封腔连通。二级密封腔及各工作腔内充有工质。二级密封腔内工质压力是所有工作腔的最低工作压力。所述工质为氢气或氦气。所述第一级斯特林制冷机的气缸直径最小或冲程最短。气缸直径逐级增大，或冲程逐级增长。因为第一级工作温度低、工质密度大，最低工作压力一样，输运热量最少。所述各级斯特林制冷机可单独连接各自的工况控制器，并将工况控制器的密闭空间与二级密封腔连通。本创造的优点在于：一是制冷热力学循环是高效的斯特林循环，相对林德循环有提高制冷能效的潜力。二是增加制冷机级数，制冷深度增大；加大电动机功率和提高工质压力，制冷量增加。能满足各种制冷深度和制冷量需求。三是制冷工艺简单、所需设备少，本钱相应较低。四是对制冷规模适用范围广，不仅可用于大型空气或天然气液化厂，还适用于移动的车载制冷站，对沼气和煤井瓦斯气作液化处理。附图说明下面结合附图与实施例对本创造作进一步说明：图1是一种两级斯特林制冷机整体示意图；图2是一种两级斯特林制冷机主体结构示意图；附图中，1、冷却水进口，2、热量流出端，3、冷却水出口，4、热量流出端连接管通过口，5、第二级制冷机回热器，6、第二级制冷机回热器与级间换热器连接管通过口，7、第一级制冷机回热器与级间换热器连接管通过口，8、第一级制冷机回热器，9、热量流入端连接管通过口，10、液化天然气出口，11、热量流入端，12、天然气进口，13、电动机，14、第二级制冷机热量流出端气缸，15、第二级制冷机热量流入端气缸，16、第一级制冷机热量流出端气缸，17、联轴通道，18、第一级制冷机热量流入端气缸，19、工况控制器，20、级间换热器。具体实施方式图1图2所示的两级斯特林制冷机是每级具有6个工作腔、双环连接型斯特林制冷机，两级共有12个工作腔。用于液化天然气制取。电动机13置于热量流出端2中央，电动机转轴与两级制冷机热机转子轴同轴并连成一体。两级斯特林制冷机的活塞组卡在各自的热机转子上，两端活塞分别插入热量流入端气缸和热量流出端气缸。在两级制冷机之间的联轴通道17将两级制冷机的二级密封腔连通。热量流出端2侧面下部有冷却水进口1，热量流出端2顶部有冷却水出口3。连接管经热量流出端连接管通过口4连通第二级制冷机热量流出端气缸14和第二级制冷机回热器5，连接管经第二级制冷机回热器与级间换热器连接管通过口6连通第二级制冷机回热器5和级间换热器20，连接管连通级间换热器20和第二级制冷机热量流入端气缸15，形成6个第二级制冷机工作腔。连接管连通级间换热器20和第一级制冷机热量流出端气缸16，连接管经第一级制冷机回热器与级间换热器连接管通过口7连通第一级制冷机回热器8和级间换热器20，连接管经热量流入端连接管通过口9连通第一级制冷机热量流入端气缸18和第一级制冷机回热器8，形成6个第一级制冷机工作腔。同级制冷机相位差为的两工作腔连通同一回热器的两个换热通道，两级制冷机间相位差为的两工作腔连通同一级间换热器的两个换热通道。由于第一级制冷机工作温度低、输运热量少，第一级制冷机的气缸直径小于第二级制冷机的气缸直径。12个工作腔一一对应地连接到具有12个接口的工况控制器19，工况控制器的密闭空间与二级密封腔连通。热量流入端11侧面中部有天然气进口12，热量流入端11底部有液化天然气出口10。本创造的工作过程是：接通电动机电源，电动机13驱动斯特林制冷机运转，进行斯特林制冷循环。第一级制冷机热量流入端气缸18及连接管内的工质氦气在等温膨胀过程中从天然气中吸收热量，使天然气温度降低，直至－162℃以下液化。低温吸热后的工质流入回热器8继续吸收相位差为的同级工作腔工质放出的热量，进入等容吸热过程。工质温度升高，并流入热量流出端气缸16。随后进入等温压缩过程，级间换热器20和热量流出端气缸16内工质温度进一步升高，而连在同一级间换热器的第二级制冷机的工作腔正处于等温膨胀过程，需要吸热。热量传递到第二级制冷机。最后该工作腔的工质流回制冷机热量流入端气缸18，并在回热器8中加热同级相位差为的同级工作腔工质，进入等容放热过程，完成一个热力学循环。第一级制冷机各工作腔就这样周而复始地进行热力学循环，将热量传递到第二级制冷机。第二级制冷机也按同样的工作模式将热量传递到热量流出端的冷却水中。翻开冷却水开关，冷却水从冷却水进口1进入热量流出端，吸收热量后由冷却水出口3排出。翻开天然气源开关，天然气源源不断从天然气进口12进入热量流入端，转变成液态后，由液化天然气出口10流出，进入储存容器。图1图2一、申请创造专利或实用新型专利必须提交说明书，一式两份〔原件及复印件各一份〕。二、说明书应当打字或者印刷，字迹应该整齐清晰，黑色，符合制版要求，字高在0.35厘米至0.45厘米之间，行距在0.25厘米至0.35厘米之间。说明书首页用此页，续页可用同样大小和质量相当的白纸续写。纸张纵向使用，只限使用正面，四周应当留有空白：左侧和顶部各2.5厘米，右侧和底部各1.5厘米。三、邮寄申请文件不得折叠。四、说明书第一页第一行应当写明创造名称，该名称应当与请求书中的一致，并左右居中。创造名称与说明书正文之间应空一行。说明书格式上应包括以下五个局部，并且在每一局部第一行第一字起写明小标题，小标题后空两格或另起一行起正文。例：技术领域〔正文内容〕背景技术〔正文内容〕创造内容〔正文内容〕附图说明〔正文