气动分置式斯特林制冷机的调相器 【技术领域】
本发明涉及气动分置式斯特林制冷机，具体是指制冷机中的调相器。
背景技术
气动分置式斯特林制冷机由于其结构简单、系统控制方便，自问世以来，就受到了航天、军事等部门的青睐。气动分置式斯特林制冷机由独立结构的压缩单元与膨胀单元中间通过导气连管连接而成。压缩单元进来的脉动气体导致膨胀腔和气动腔之间的压力差也脉动变化，使膨胀活塞在此脉动力下作往复运动，若此往复运动与膨胀腔压力脉动之间的相位差保持在比较合适的范围内(其范围为80°-120°左右)，制冷效应就能产生。因此，为了使制冷机能够达到较好的制冷效果，必须为膨胀活塞提供一个合适的阻尼，使压缩活塞和膨胀活塞的运动维持在一个合适的相位差。
目前，比较通用的阻尼方式有以下三种：
1.摩擦阻尼：在膨胀活塞和膨胀气缸壁之间放置垫圈，气体的脉动变化要大到足以克服摩擦阻力时，膨胀活塞才能运动，这样膨胀活塞地运动就被延迟了。这种方式的先天不足就是摩擦阻力系数难以保持为恒定值，而且随着时间的推移，垫圈会被一点点的磨光，从而导致摩擦阻力系数越来越小，制冷机将会失效。
2.蓄冷器(回热器)压降：在蓄冷器内把填料装填得非常紧密，或者装入目数比较高的丝网，使蓄冷器内的阻力系数比较大，从而气体在蓄冷器内运动时会产生很大的阻力，延迟了膨胀活塞的运动。这种方式的不足在于为了追求相位差而忽视了蓄冷器的热力学性能，过大的蓄冷器阻力导致脉动压力衰减过大，从而制冷能力也被削弱。
3.电磁阻尼：在气动腔内安装一个动圈直线电机，线圈与膨胀活塞做成一体，膨胀活塞运动时将带动线圈运动，运动的线圈在磁场作用下产生电流，而该电流在磁场的作用下产生了与线圈运动相反的力，从而达到延迟膨胀活塞运动的目的。该方式的主要不足在于膨胀机体积过于庞大，而且质量过于沉重，同时线圈的放气会产生对制冷机污染，影响运行寿命。
【发明内容】
基于上述已有技术存在的制冷机寿命短、效率低、体积大和质量沉等不足之处。本发明的目的是提供一种气动分置式斯特林制冷机用的调相器，利用调相器与气动腔壁之间的狭缝来为膨胀活塞提供一个合适的阻尼，使压缩活塞和膨胀活塞的运动维持在一个合适的相位差，从而使制冷机产生制冷效应。
本发明的目的是这样实现的，一种用于气动分置式斯特林制冷机的调相器，所述的气动分置式斯特林制冷机由独立结构的压缩单元与膨胀单元中间通过导气连管连接而成。所述的调相器由调节件和二个圆柱形螺旋弹簧构成，调节件为一金属圆盘，其上、下二圆面的径向外侧开有圆周形的凹槽，其中一个圆面的圆心有一个与膨胀活塞螺接的安装块。二个圆柱形螺旋弹簧分别嵌在金属圆盘的圆周形凹槽内，安装块与膨胀活塞连接成一体，整个调相器置在膨胀单元的气动腔内，调节件的外径与气动腔壁之间留有狭缝。
本发明的调相器是利用调节件将气动腔分割成两个子腔体，两腔体内的气体由调节件与气动腔壁之间的狭缝流通。由于该狭缝间距很小，一般为250-350μm，以致两腔体内的气体在此流通时会产生一定的粘滞阻力，从而阻止调节件也即膨胀活塞的运动，达到调相的作用。另外由于斯特林制冷机的驱动采用正弦波，因此希望膨胀活塞也做正弦运动。结合弹簧的调相作用，考虑将膨胀活塞用圆柱形螺旋弹簧支撑，使之成为一个谐振子，从而降低相位差对阻尼的严重依赖性。通过调节狭缝的宽度及长度，可以调节粘性阻力的大小，从而保证推移活塞的运动与气体的压力波动之间保持一个比较好的相位关系，最终产生预期的制冷效应。
本发明的最大优点是：制冷机的结构简单，寿命长、体积小，适合于航天、军事等部门的应用。
【附图说明】
图1是气动分置式斯特林制冷机的膨胀机的剖面结构示意图；
图2是调节件的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
见图1所示的结构，膨胀单元由气动缸体1、调节件2、二个圆柱形螺旋弹簧3、蓄冷器4、膨胀活塞5、密封件6、导气连管7和膨胀气缸8组成。二个圆柱形螺旋弹簧3分别嵌在调节件2的上下二个圆面的圆周形的凹槽201内，并置在气动缸体1的气动腔9内，调节件与气动腔壁之间留有狭缝10，并将气动腔分割成两个子腔体901与902。调节件2中的安装块202与膨胀活塞5的一头螺接固定成一体，膨胀活塞5的另一头置在膨胀气缸8内，并与蓄冷器4联接，整个膨胀单元通过导气连管7与压缩单元(图中未画出)连接，成为一台完整的气动分置式斯特林制冷机。
该结构的功能实现方式如下：从压缩活塞(图中未画出)排出的工质气体通过导气连管7输送到室温腔11及蓄冷器4，当气体的压力波动克服了膨胀活塞系统的阻力后，蓄冷器4、膨胀活塞5与调节件2一起沿轴向运动，但此时由于调节件2的运动，气动腔内的气体通过狭缝10在两子腔体901与902之间流动，从而使子腔体901与902内迅速产生压力波动，气体沿狭缝从高压端向低压端流动，产生一个反方向的阻尼力，以维持膨胀活塞合适的相位差与振幅。显然，该阻尼值与子腔体901与902的压力波动幅值有关，而压力波动的幅值与狭缝的宽度与长度有关，因此，可以通过调节狭缝宽度与长度来调节阻尼的大小，使膨胀活塞的运动符合制冷效所必需的相位差与振幅要求。本发明人在气动缸体内径为21mm、气动腔的高度为23mm、狭缝宽度为250～350μm、狭缝高度为6mm时获得了比较理想的调相效果。