本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種活塞，具體來說是一種用于斯特林低溫制冷機(jī)的膨脹活塞。

背景技術(shù)：

膨脹活塞作為斯特林制冷機(jī)的兩個(gè)運(yùn)動部件之一，其在膨脹腔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動時(shí)，膨脹活塞冷端溫度較低，而熱端溫度較高，特別是在進(jìn)行低溫制冷時(shí)，其冷熱端溫差達(dá)200℃以上，巨大的溫差必然會導(dǎo)致傳熱損失，高溫側(cè)的熱量傳遞至低溫側(cè)，這就導(dǎo)致了制冷機(jī)的冷量損失，降低了制冷機(jī)的效率。

中國專利，專利號：CN104534718A，其公開了一種用于斯特林制冷機(jī)的空心排出器及其真空抽氣裝置，通過真空抽氣裝置將空心排出器內(nèi)空氣抽出，排出器內(nèi)因此而形成真空，減弱了內(nèi)部氣體和排出器殼體的對流換熱，從而降低熱導(dǎo)率。該裝置的缺點(diǎn)是：真空抽氣過程比較復(fù)雜，不易操作，膨脹活塞的加工制作成本高。

中國專利，專利號：CN203731734U，其公開了一種斯特林制冷機(jī)用金屬外殼排出器，采用金屬外殼，排出器的軸向?qū)釗p失增加，而流經(jīng)排出器內(nèi)部的工質(zhì)流動阻力大大減小，采用金屬外殼排出器的制冷機(jī)制冷性能得到了一定的提升。但是，該排出器的冷端和熱端多出了一些附加結(jié)構(gòu)，使得排出器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于制冷機(jī)減輕整機(jī)重量，而且金屬結(jié)構(gòu)的外殼會增加導(dǎo)熱損失，制冷量會有一定的下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種充注二氧化碳的膨脹活塞，所述的這種充注二氧化碳的膨脹活塞要解決現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹活塞導(dǎo)致制冷機(jī)的冷量損失，制冷機(jī)的效率降低的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供了一種充注二氧化碳的膨脹活塞，包括膨脹活塞殼體，所述的殼體的一端設(shè)置有一個(gè)膨脹活塞端蓋，所述的殼體中具有一個(gè)膨脹活塞腔，其特征在于：所述的膨脹活塞內(nèi)部充注有一個(gè)大氣壓的二氧化碳?xì)怏w，所述的二氧化碳?xì)怏w的純度大于99.9%，所述的殼體的另外一端設(shè)置有一個(gè)安裝孔，所述的安裝孔中設(shè)置有一個(gè)膨脹活塞連桿，在所述的膨脹活塞連桿進(jìn)入膨脹活塞腔的端部設(shè)置有平墊片，在所述的平墊片的外側(cè)設(shè)置有一個(gè)螺母，在所述的螺母和所述的平墊片之間設(shè)置有彈簧墊圈，所述的膨脹活塞端蓋和膨脹活塞殼體通過螺紋連接，所述膨脹活塞端蓋內(nèi)表面上設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽，所述的凹槽的寬度為0.5-1mm,凹槽深度為2-3mm，任意兩個(gè)相鄰凹槽的間距為2-3mm，凹槽數(shù)量為4-6條，所述的凹槽為同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述的膨脹活塞端蓋上設(shè)置有至少一個(gè)外表面孔。

進(jìn)一步的，在所述的膨脹活塞端蓋和膨脹活塞殼體的螺紋連接處設(shè)置有低溫密封膠以增強(qiáng)密封性。

進(jìn)一步的，在膨脹活塞連桿與膨脹活塞殼體的接觸的表面設(shè)置有密封膠。

進(jìn)一步的，所述的膨脹活塞殼體的材料為聚醚醚酮，膨脹活塞殼體的厚度為3-4mm，其良好的自潤滑性能保證膨脹活塞較長的工作壽命，有助于減少膨脹活塞的軸向?qū)釗p失，具有耐溫耐壓、熱穩(wěn)定性高以及機(jī)械性能高的優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述充注二氧化碳的膨脹活塞端蓋材料為鋁合金，其厚度為5-6mm。膨脹活塞運(yùn)動時(shí)，膨脹活塞端蓋能憑借鋁合金優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，使膨脹活塞腔內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w較快的凍結(jié)在膨脹活塞端蓋內(nèi)表面。

進(jìn)一步的，所述的膨脹活塞端蓋上設(shè)置有兩個(gè)外表面孔。螺絲刀插入膨脹活塞端蓋外表面孔，可以對膨脹活塞端蓋進(jìn)行擰緊和擰松操作。

進(jìn)一步的，所述的安裝孔中設(shè)置有一個(gè)安裝軸肩。

二氧化碳在一個(gè)大氣壓下的相變點(diǎn)為-78.4℃，當(dāng)?shù)陀谠摐囟葧r(shí)，氣態(tài)的二氧化碳會凝固成固態(tài)干冰。制冷溫度為-100℃以下的斯特林制冷機(jī)，如果在空心的膨脹活塞腔內(nèi)充注二氧化碳，膨脹活塞端蓋因?yàn)榭拷漕^一側(cè)，溫度較低，膨脹活塞腔中的二氧化碳因?yàn)榈蜏囟坛晒腆w聚集在端蓋上的凹槽內(nèi)。

在本發(fā)明的膨脹活塞內(nèi)部充注有一個(gè)大氣壓的高純二氧化碳?xì)怏w（純度大于99.9%），膨脹活塞工作時(shí)，隨著制冷溫度降低，膨脹活塞內(nèi)部的二氧化碳?xì)怏w會由于低溫而凝固聚集在膨脹活塞端蓋內(nèi)表面凹槽內(nèi)，而不掉落在膨脹活塞底部，從而形成高真空環(huán)境，從而降低了膨脹活塞腔內(nèi)氣體的導(dǎo)熱和對流換熱，從而有效降低了膨脹活塞的軸向?qū)釗p失。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明提供的用于斯特林制冷機(jī)的膨脹活塞，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。斯特林制冷機(jī)工作時(shí)，可保證膨脹活塞內(nèi)形成高真空環(huán)境，減少膨脹活塞的導(dǎo)熱損失。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種充注二氧化碳的膨脹活塞剖面圖。

圖2為本發(fā)明的一種充注二氧化碳的膨脹活塞中膨脹活塞蓋內(nèi)表面俯視圖。

圖3為本發(fā)明的一種充注二氧化碳的膨脹活塞中膨脹活塞蓋外表面的俯視圖。

在圖1～3中，1為膨脹活塞端蓋、2為膨脹活塞外表面孔、3為膨脹活塞腔、4為膨脹活塞殼體、5為膨脹活塞蓋內(nèi)表面、6為膨脹活塞蓋內(nèi)表面凹槽、7為螺母、8為彈簧墊圈、9為平墊片、10為膨脹活塞連桿、11為安裝孔。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本發(fā)明提供了一種充注二氧化碳的膨脹活塞，包括膨脹活塞殼體4，所述的殼體4的一端設(shè)置有一個(gè)膨脹活塞端蓋1，所述的殼體4中具有一個(gè)膨脹活塞腔3，所述的殼體4的另外一端設(shè)置有一個(gè)安裝孔11，所述的安裝孔11中設(shè)置有一個(gè)膨脹活塞連桿10，在所述的膨脹活塞連桿10進(jìn)入膨脹活塞腔3的端部設(shè)置有平墊片9，在所述的平墊片9上設(shè)置有一個(gè)螺母7，在所述的螺母7和所述的平墊片9之間設(shè)置有彈簧墊圈8，所述膨脹活塞腔3中充注有二氧化碳，所述的膨脹活塞端蓋1和膨脹活塞殼體4通過螺紋連接，所述膨脹活塞端蓋1內(nèi)表面上設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)凹槽6，所述的凹槽6為同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)，

進(jìn)一步的，所述的凹槽6的寬度為0.5-1mm,凹槽6深度為2-3mm，凹槽6間距為2-3mm，凹槽6數(shù)量為4-6條。

進(jìn)一步的，在所述的膨脹活塞端蓋1和膨脹活塞殼體4的螺紋連接處設(shè)置有低溫密封膠。

進(jìn)一步的，在膨脹活塞連桿10與膨脹活塞殼體4的接觸的表面設(shè)置有密封膠。

進(jìn)一步的，所述的膨脹活塞內(nèi)部充注有一個(gè)大氣壓的二氧化碳?xì)怏w，所述的二氧化碳?xì)怏w的純度大于99.9%。

進(jìn)一步的，所述的膨脹活塞殼體4的材料為聚醚醚酮，膨脹活塞殼體4的厚度為3-4mm。

進(jìn)一步的，所述充注二氧化碳的膨脹活塞端蓋1材料為鋁合金，其厚度為5-6mm。

進(jìn)一步的，所述的膨脹活塞端蓋1上設(shè)置有外表面孔2。

進(jìn)一步的，所述的安裝孔11中設(shè)置有一個(gè)安裝軸肩。

本發(fā)明裝配時(shí)，先在膨脹活塞連桿10與膨脹活塞殼體4會接觸的表面涂上密封膠，將膨脹活塞連桿10插入膨脹活塞殼體4，在膨脹活塞連桿10進(jìn)入膨脹活塞腔3的端部，放置平墊片9，然后在平墊片9上放置彈簧墊圈8，最后，將螺母7按順時(shí)針旋緊，完成膨脹活塞連桿10和膨脹活塞殼體4的連接。采用二氧化碳?xì)怏w置換膨脹活塞腔3內(nèi)的空氣，在膨脹活塞端蓋1的螺紋連接處涂上低溫膠，然后將螺絲刀插入膨脹活塞端蓋外表面孔2內(nèi)，按順時(shí)針方向擰緊膨脹活塞端蓋1，在低溫膠的輔助作用下，膨脹活塞端蓋1和膨脹活塞殼體4緊密配合，完全密封，最后，將膨脹活塞在100℃的烤箱中烘干備用。

斯特林制冷機(jī)工作時(shí)，冷頭溫度迅速降低，由于膨脹活塞端蓋1和制冷機(jī)的冷頭接近，因此，冷頭處的低溫也會使得膨脹活塞端蓋1的溫度迅速降低。又因?yàn)榕蛎浕钊松w1的材料為鋁合金，其擁有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，可以將膨脹活塞端蓋1獲得的冷量傳遞給膨脹活塞腔3內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w，當(dāng)溫度降低至二氧化碳的凝固點(diǎn)，氣態(tài)二氧化碳將會凝固并聚集在膨脹活塞端蓋1內(nèi)表面凹槽6中，膨脹活塞腔3內(nèi)由于二氧化碳?xì)怏w的凝固而形成高真空，其真空度可達(dá)10^-4Pa以上，可以有效降低膨脹活塞的軸向?qū)釗p失。