CN102297540A

CN102297540A - 利用汽车振动能的脉管制冷机系统

Info

Publication number: CN102297540A
Application number: CN2011101941102A
Authority: CN
Inventors: 张小斌; 吴钊
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: CN102297540B

Abstract

本发明公开了一种利用汽车振动能的脉管制冷机系统。它包括气缸、第一管路、第二管路、第一脉管制冷机、第二脉管制冷机、调相结构；气缸、第一脉管制冷机、调相结构、第二管路、第二脉管制冷机顺次相连，第二脉管制冷机通过第一管路与气缸相连，气缸内设有活塞，活塞上设有弹簧，活塞周边设有凹槽，第一脉管制冷机和第二脉管制冷机包括顺次连接的回热器换热器、回热器、脉管冷端换热器、脉管、脉管热端换热器。本发明的特点是利用汽车振动时的惯性力做功来产生脉管制冷机所需的工质交变流动，从而产生冷量，且结构紧凑、体积小，无需电源。

Description

利用汽车振动能的脉管制冷机系统

技术领域

本发明涉及调温装置，尤其涉及一种利用汽车振动能的脉管制冷机系统。

背景技术

现在以气体作为工质的闭式循环制冷机，如汽车空调，通过气体膨胀的方法来降低温度，因此需要由电力驱动的压缩机，将工质从低压压缩到需要的高压。压缩机的耗能一方面制约了制冷机的广泛应用，另一方面，极大刺激了对外部能源的需求，对一些特殊环境产生重大影响，如汽车。汽车空调的使用增加了汽车发动机的功率负荷，对整车动力产生严重影响，而通过增加燃油消耗来补充汽车动力输出的方法，一方面使汽车排气量增加，加重对环境的污染，增加经济负担；另一方面，将使发动机结构复杂，提高整车成本。因此高效率的汽车空调系统，特别是高效率的小型气体压缩机系统的开发对汽车工业的发展、环境保护、节能等方面都有非常重要的意义。与此同时，汽车运动时不可避免的产生剧烈振动，并伴随大量的能量损失。如能将这些能量利用，则能大大提高汽车整体能量的利用效率，意义不可估量。

小型脉管制冷机一般用于深低温环境，如超导磁体的冷却（约零下269℃），低温真空泵（约零下193℃）等，它主要由压缩机、回热器、脉管和调相部件组成。高压气体从压缩机出来后经过回热器预冷，压缩脉管内气体，使脉管轴向出现从低温到室温的温度分布，并在高温端向外散热。当回热器与压缩机低压端连通，工质绝热膨胀，经过回热器返回到压机，同时温度降低，一方面输出冷量，冷却外部环境，一方面预冷回热器材料。调相部件主要用来调节工质在脉管冷端压力和流量的相位，优化制冷机性能。脉管制冷机发展到现在，技术已经成熟，并已商品化。其单级制冷机最低制冷温度已经达到11.8K；在压缩机输入为6kW时，两级制冷机在4.5K的制冷量超过1W。而且其没有低温下的运动部件，结构简单，而且效率不比传统的Stirling制冷机和GM制冷机差，已广泛的应用于教学、科研、高能物理研究、军事等各个领域的低温环境中。

然而，经对现有技术的文献检索发现，将脉管制冷机应用于人体环境或室温环境的文献尚未发现，另外，传统脉管制冷机仍由电源驱动的机械式压缩机驱动。也未发现利用汽车振动时的惯性力来压缩气体，并和制冷系统连接来制冷或加热的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的缺点和空白，提供一种利用汽车振动能的脉管制冷机系统。

一种利用汽车振动能的脉管制冷机，包括气缸、第一管路、第二管路、第一脉管制冷机、第二脉管制冷机、调相结构；气缸、第一脉管制冷机、调相结构、第二管路、第二脉管制冷机顺次相连，第二脉管制冷机通过第一管路与气缸相连，气缸内设有活塞，活塞上设有弹簧，活塞周边设有凹槽，第一脉管制冷机和第二脉管制冷机包括顺次连接的回热器换热器、回热器、脉管冷端换热器、脉管、脉管热端换热器。所述的调相结构为第一针阀、第二管路或第一惯性管。

一种利用汽车振动能的脉管制冷机，包括气缸、第一管路、第二管路、第一脉管制冷机、第二脉管制冷机、第二针阀、第一气库、第三针阀、第二气库；第一管路的一端与气缸、第一脉管制冷机、第二管路、第二针阀、第一气库顺次相连，第一管路的另一端与第二脉管制冷机、第三针阀、第二气库顺次相连，气缸内设有活塞，活塞上设有弹簧，活塞周边设有凹槽，第一脉管制冷机和第二脉管制冷机包括顺次连接的回热器换热器、回热器、脉管冷端换热器、脉管、脉管热端换热器。

一种利用汽车振动能的脉管制冷机，包括气缸、第一管路、第一脉管制冷机、第二脉管制冷机、第二惯性管、第一气库、第三惯性管、第二气库；第一管路的一端与气缸、第一脉管制冷机、第二惯性管、第一气库顺次相连，第一管路的另一端与第二脉管制冷机、第三惯性管、第二气库顺次相连，气缸内设有活塞，活塞上设有弹簧，活塞周边设有凹槽，第一脉管制冷机和第二脉管制冷机包括顺次连接的回热器换热器、回热器、脉管冷端换热器、脉管、脉管热端换热器。

本发明将汽车运动过程中产生振动能充分转化为气功内活塞压缩功，并与小型脉管制冷机结合组成完整的温度调节系统。具有运动部件简单，系统结构紧凑，加工工艺简单，制造成本低，运行寿命长，对发动机油耗、动力等影响微小等优点。

附图说明

图1为本发明利用汽车振动能并采用管路加针阀内调相方式的脉管制冷机系统结构示意图。

图2为本发明利用汽车振动能并采用惯性管内调相方式的脉管制冷机系统结构示意图。

图3为本发明利用汽车振动能并采用独立管路、针阀和气库调相方式的脉管制冷机系统结构示意图。

图4为本发明利用汽车振动能并采用独立惯性管和气库调相方式的脉管制冷机系统结构示意图；

图中，气缸1、凹槽2、活塞3、弹簧4、第一脉管制冷机A、换热器5、回热器6、脉管冷端换热器7、脉管8、脉管热端换热器9、第二管路10、第一管路11、第一针阀12、第一惯性管13、第二针阀14、第一气库15、第三针阀16、第二气库17、第二惯性管18、第三惯性管19。

具体实施方式

如图1、2所示，利用汽车振动能的脉管制冷机包括气缸1、第一管路10、第二管路11、第一脉管制冷机A、第二脉管制冷机B、调相结构；气缸1、第一脉管制冷机A、调相结构、第二管路11、第二脉管制冷机B顺次相连，第二脉管制冷机B通过第一管路10与气缸1相连，气缸1内设有活塞3，活塞3上设有弹簧4，活塞3周边设有凹槽2，第一脉管制冷机A和第二脉管制冷机B包括顺次连接的回热器换热器5、回热器6、脉管冷端换热器7、脉管8、脉管热端换热器9。所述的调相结构为针阀12、管路11或惯性管13。

如图3所示，利用汽车振动能的脉管制冷机包括气缸1、第一管路10、第二管路11、第一脉管制冷机A、第二脉管制冷机B、针阀14、气库15、针阀16、气库17；第一管路10的一端与气缸1、第一脉管制冷机A、第二管路11、针阀14、气库15顺次相连，第一管路10的另一端与第二脉管制冷机B、针阀16、气库17顺次相连，气缸1内设有活塞3，活塞3上设有弹簧4，活塞3周边设有凹槽2，第一脉管制冷机A和第二脉管制冷机B包括顺次连接的回热器换热器5、回热器6、脉管冷端换热器7、脉管8、脉管热端换热器9。

如图4所示，利用汽车振动能的脉管制冷机包括气缸1、第一管路10、第一脉管制冷机A、第二脉管制冷机B、惯性管18、气库15、惯性管19、气库17；第一管路10的一端与气缸1、第一脉管制冷机A、惯性管18、气库15顺次相连，第一管路10的另一端与第二脉管制冷机B、惯性管19、气库17顺次相连，气缸1内设有活塞3，活塞3上设有弹簧4，活塞3周边设有凹槽2，第一脉管制冷机A和第二脉管制冷机B包括顺次连接的回热器换热器5、回热器6、脉管冷端换热器7、脉管8、脉管热端换热器9。

汽车运动时由于路面凹凸不平，不可避免将产生上下无规律振荡，频率与振幅都随机。整个系统与车身随机同步振动，由于活塞质量相比于工质要大得多，惯性力将使活塞努力保持静止，活塞和气缸产生相对运动，产生对气缸内工质的压缩或膨胀作用。当活塞相对气缸相下运动时，下部气功体积减小被压缩，与气缸下部连接的脉管制冷系统向外散热；上部气体体积增大膨胀，与气缸上部连接的脉管制冷系统温度降低，产生冷量，反之同理。活塞质量越大，作用越明显。可见，系统能够保证连续制冷或制热，工质在两个脉管制冷系统中运动相位差180度。弹簧的作用是为了加强活塞的振动，防止汽车振动剧烈时，造成活塞对气缸的轴向冲击，同时对于图1、2中的调相结构，弹簧能使活塞保持平衡位置，避免由于气体从高压通过脉管热端的管路或毛细管漏到低压从而使活塞轴向受力不平衡。如果将气缸水平放置，则可利用汽车水平方向的振动能，如刹车能。制冷时，系统向外排放的热量可通过将脉管热端换热器与外部散热器热短路的方式排放到大气中。

为实现这一功能，活塞和气缸内壁组成狭缝密封，将气缸分割成上下相互不连通的两部分，气缸内壁作抛光处理，活塞环向有若干凹槽以增强密封效果。下部的充气压力要高于上部的充气压力，产生的压力差刚好抵消活塞重力，这样平衡时，使弹簧不受力，处于自然状态。气缸壁要保证一定的厚度，以抵制活塞的横向冲击。图1、2所示，采用调相机构即第二管路、第一针阀或第一惯性管，来实现相位调节，是系统工作在较好的条件下。图3、4所示的每个脉管热端换热器后通过管路和针阀或毛细管连接一气库的结构也为实现上述相位调节功能，显然，这一结构占有空间要比图1、2所示调相结构大的多，但它能保证两系统内的工质不相互渗漏，从而保证两者始终保持最初的压力差。

Claims

1.一种利用汽车振动能的脉管制冷机系统，其特征在于包括气缸(1)、第一管路(10)、第二管路(11)、第一脉管制冷机(A)、第二脉管制冷机(B)、调相结构；气缸(1)、第一脉管制冷机(A)、调相结构、第二管路(11)、第二脉管制冷机(B)顺次相连，第二脉管制冷机(B)通过第一管路(10)与气缸(1)相连，气缸(1)内设有活塞(3)，活塞(3)上设有弹簧(4)，活塞(3)周边设有凹槽(2)，第一脉管制冷机(A)和第二脉管制冷机(B)包括顺次连接的回热器换热器(5)、回热器(6)、脉管冷端换热器(7)、脉管(8)、脉管热端换热器(9)。

2.根据权利要求书1所述的一种利用汽车振动能的脉管制冷机系统，其特征在于所述的调相结构为第一针阀(12)、第二管路(11)或第一惯性管(13)。

3.一种利用汽车振动能的脉管制冷机系统，其特征在于包括气缸(1)、第一管路(10)、第二管路(11)、第一脉管制冷机(A)、第二脉管制冷机(B)、第二针阀(14)、第一气库(15)、第三针阀(16)、第二气库(17)；第一管路(10)的一端与气缸(1)、第一脉管制冷机(A)、第二管路(11)、第二针阀(14)、第一气库(15)顺次相连，第一管路(10)的另一端与第二脉管制冷机(B)、第三针阀(16)、第二气库(17)顺次相连，气缸(1)内设有活塞(3)，活塞(3)上设有弹簧(4)，活塞(3)周边设有凹槽(2)，第一脉管制冷机(A)和第二脉管制冷机(B)包括顺次连接的回热器换热器(5)、回热器(6)、脉管冷端换热器(7)、脉管(8)、脉管热端换热器 (9)。

4.一种利用汽车振动能的脉管制冷机系统，其特征在于包括气缸(1)、第一管路(10)、第一脉管制冷机(A)、第二脉管制冷机(B)、第二惯性管(18)、第一气库(15)、第三惯性管(19)、第二气库(17)；第一管路(10)的一端与气缸(1)、第一脉管制冷机(A)、第二惯性管(18)、第一气库(15)顺次相连，第一管路(10)的另一端与第二脉管制冷机(B)、第三惯性管(19)、第二气库(17)顺次相连，气缸(1)内设有活塞(3)，活塞(3)上设有弹簧(4)，活塞(3)周边设有凹槽(2)，第一脉管制冷机(A)和第二脉管制冷机(B)包括顺次连接的回热器换热器(5)、回热器(6)、脉管冷端换热器(7)、脉管(8)、脉管热端换热器(9)。