CN104154669A - 一种回热式制冷机用气体压力波发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回热式制冷机用气体压力波发生器，包括电机、波纹管组件和固定外壳。电机和波纹管组件位于固定外壳内。电机包括定子部件、动子部件和软磁体。波纹管组件包括波纹管和分别与波纹管两端固定相连的基体及盲板。基体位于波纹管内，且基体上设有排气口。基体、盲板和波纹管内壁围成压缩腔，并且密封。波纹管固定于基体的一端与定子部件固定相连，波纹管固定于盲板的一端与动子部件固定相连。波纹管与动子部件的固定端，在动子部件的带动下沿波纹管轴向做往复运动，在充有气体时，使气体产生压力波动。由以上技术方案可知，本发明无需压缩活塞与压缩气缸，消除了现有压缩机制造难度大、压缩效率低、气体需要量大的缺陷。

Description

一种回热式制冷机用气体压力波发生器

技术领域

本发明涉及回热式制冷机技术领域，具体涉及一种回热式制冷机用气体压力波发生器。

 

背景技术

目前在已经工程化应用及在研的回热式低温制冷机中，均采用活塞与气缸结构的压缩机作为气体压力波发生器，通过电机驱动活塞在气缸中往复运动形成压力波。

压缩机中电机作为驱动源，带动压缩活塞在压缩气缸中往复运动，经过排气口产生具有一定压比的压力波。采用该结构的压缩机存在以下不足：第一，在无油润滑条件下，活塞与气缸之间的密封只能通过微小的间隙，来保证往复运动过程中的相对密封，但这对活塞与气缸的尺寸精度和形位公差要求很高（一般要求在几个微米），且无形中增加了活塞与气缸制造中材料选取、精密加工、热处理和加工周期等过程的难度。第二，由于运动部件存在微小的间隙，但也会导致压力损失，降低压缩效率。第三，活塞与气缸结构的压缩机体内均要充入稀有气体高纯气体，这会在低温制冷机的研制和生产中增加高纯气体的需要量。

 

发明内容

本发明的目的在于提供回热式制冷机用气体压力波发生器，该气体压力波发生器无需压缩活塞与压缩气缸，从而消除了现有压缩机制造难度大、压缩效率低、高纯气体消耗量大等缺陷。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种回热式制冷机用气体压力波发生器，包括电机、波纹管组件和固定外壳。所述的电机和波纹管组件位于固定外壳内。所述的电机包括定子部件、动子部件和软磁体。所述的波纹管组件包括波纹管和分别与波纹管两端固定相连的基体及盲板。所述的基体位于波纹管内，且基体上设有排气口。所述的基体、盲板和波纹管内壁围成压缩腔，并且密封。所述的波纹管固定于基体的一端与定子部件固定相连，波纹管固定于盲板的一端与动子部件固定相连。所述的波纹管与动子部件的固定端，在动子部件的带动下沿波纹管轴向做往复运动。

进一步的，所述的波纹管固定于基体的一端通过固定外壳与定子部件固定相连；所述的波纹管固定于盲板的一端通过连接架与动子部件固定相连。

进一步的，所述的基体一端与波纹管端口处的内壁固定相连，另一端伸入波纹管内；且所述的基体伸入波纹管内的一端上固设有上限位板；所述的固定外壳的底部固设有下限位板。

进一步的，所述的上限位板和下限位板位于盲板两侧，且分别与波纹管轴线相垂直；波纹管自然静止时，所述的上限位板和下限位板的中心均位于波纹管的轴线上，且所述的上限位板和下限位板到盲板的距离相等。

更进一步的，所述的上限位板和下限位板均为弹性非金属材料。

由以上技术方案可知，本发明无需采用压缩活塞及气缸两个精密部件，只需通过电机驱动波纹管组件一端做周期性的往复运动，就能使压缩腔内体积发生周期性变化而产生具有一定压比的气体压力波。因此，本发明具有以下优点：第一，本发明简化了气体压力波发生器的结构，降低了加工难度，缩短了加工周期，提高了部件成品率。第二，本发明是通过波纹管自身的往复运动来产生压力波的，消除了现有压缩机中运动部件之间存在间隙导致压力损失的问题，从而大大降低了间隙密封损失和穿梭损失，提高了压缩效率。第三，本发明只需向波纹管组件的压缩腔中冲入高纯气体，降低了高纯气体的需要量。

 

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明波纹管组件的结构示意图。

其中：

1、波纹管组件，2、基体，3、盲板，4、压缩腔，5、电机，6、排气口，7、固定外壳，8、连接架，9、波纹管，10、上限位板，11、下限位板。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，图1和图2中的A代表波纹管固定于基体的一端，B代表波纹管固定于盲板的一端，C代表上限位板在基体上的安装位置：

实施例1

如图1-图2所示的一种回热式制冷机用气体压力波发生器，包括电机5、波纹管组件1和固定外壳7。所述的电机5和波纹管组件1位于固定外壳7内。所述的电机5包括定子部件、动子部件和软磁体。所述的波纹管组件1包括波纹管9和分别与波纹管9两端固定相连的基体2及盲板3。所述的基体2位于波纹管9内，且基体2上设有排气口6。所述的基体2、盲板3和波纹管9内壁围成压缩腔4。所述的波纹管9固定于基体2的一端通过固定外壳7与定子部件固定相连；所述的波纹管9固定于盲板3的一端通过连接架8与动子部件固定相连。所述的波纹管9与动子部件的固定端，在动子部件的带动下沿波纹管9轴向做往复运动，从而带动压缩腔4内的气体体积发生周期性变化，使排气口6处输出具有一定压比的压力波，为回热式低温制冷机提供驱动。本发明中所述的各个固定连接处 均要保证气体密封。

具体地说，所述的基体2为圆柱状，在圆柱的中间开设有一个排气通道，排气通道的端口处即为排气口6。通过将排气通道及排气口6设置在基体2的中心，能够减少压缩腔4内气体的流动损失，减少高纯气体的耗气量。所述的基体2一端与波纹管9端口处的内壁固定相连，另一端伸入波纹管9内。通过在波纹管9一端的内部固设基体2，一方面能够与盲板3一起将波纹管9内部围成一个压缩腔4；另一方面还能通过对基体2的各项参数进行设计，减小波纹管9内部的死隙容积、提高压缩腔4的空间利用率，使该产生的压力波的波比符合要求。

进一步的，所述的基体2伸入波纹管9内的一端上固定有上限位板10；所述的固定外壳7的底部固定有下限位板11。所述的上限位板10和下限位板11位于盲板3两侧，且分别与波纹管9轴线相垂直；波纹管9自然静止时，所述的上限位板10和下限位板11的中心均位于波纹管9的轴线上，且所述的上限位板10和下限位板11到盲板3的距离相等。所述的上限位板10，用于在波纹管9的B端向上移动到基体2的最低端时，限制波纹管9的B端继续向上运动。所述的下限位板11，用于在波纹管9的B端向下移动到固定壳体7的最底部时，限制波纹管的B端继续向下运动。因为电机5在充满气体的压缩腔4内工作时，电机5的工作参数会受压缩腔4内压力的干扰，使其运动出现偏差。所以，通过上限位板10和下限位板11，能够保证波纹管9的B端在一定范围内按规律进行往复运动。

更进一步的，所述的上限位板10和下限位板11均为弹性非金属材料。优选的，所述的上限位板10和下限位板11为橡胶材料或硅胶材料。选用橡胶或硅胶等弹性非金属材料来制作上限位板和下限位板，如图1所示，当波纹管9的B端往复运动接触到上限位板10或下限位板11时，具有一定弹性的橡胶或硅胶，不仅能起到一定的缓冲作用，避免对压力波发生器内部结构受损；还不会因为相互碰撞产生噪音。

实施例2

所述的电机5为旋转电机，所述的连接架8为曲柄连杆机构。通过曲柄连杆机构，将旋转电机的旋转角度转化为直线位移。进而通过电机5的动子部件带动波纹管9的B端沿波纹管9的轴向进行往复运动。

其它同实施例1。

本发明的具体工作过程为：

（1）在基体2的排气口6处连接三通阀，使一通阀压力波发生器内部，二通阀压力波负载，三通阀抽空泵。所述的气体压力波负载可以是斯特林膨胀机或脉管制冷机 ，制冷机所充气体为高纯氦气。

（2）先开启一通阀和三通阀，关闭二通阀，对压力波发生器内部进行抽空充气。充气时，工作气体仅进入密封的波纹管内，波纹管的外部为大气或其它散热介质（包括气体或液体）。然后再关闭三通阀，开启二通阀，电机5通电工作。

（3）在电机5动子部件的带动下，与电机5动子部件固定相连的波纹管9的B端沿波纹管9的轴向进行上下周期性往复运动。从而引起压缩腔4内的气体体积发生周期性的变化，在排气口6处产生一定压比的压力波。可根据压力表波发生器的具体参数要求，对电机5和波纹管6的参数进行设置及改变。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种回热式制冷机用气体压力波发生器，其特征在于：包括电机（5）、波纹管组件（1）和固定外壳（7）；所述的电机（5）和波纹管组件位于固定外壳（7）内；所述的电机（5）包括定子部件、动子部件和软磁体；

所述的波纹管组件（1）包括波纹管（9）和分别与波纹管（9）两端固定相连的基体（2）及盲板（3）；所述的基体（2）位于波纹管（9）内，且基体（2）上设有排气口（6）；所述的基体（2）、盲板（3）和波纹管（9）内壁围成压缩腔（4）；

所述的波纹管（9）固定于基体（2）的一端与定子部件固定相连，波纹管（9）固定于盲板（3）的一端与动子部件固定相连；所述的波纹管（9）与动子部件的固定端，在动子部件的带动下沿波纹管（9）轴向做往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种回热式制冷机用气体压力波发生器，其特征在于：所述的波纹管（9）固定于基体（2）的一端通过固定外壳（9）与定子部件固定相连；所述的波纹管（9）固定于盲板（3）的一端通过连接架（8）与动子部件固定相连。

3.根据权利要求1所述的一种回热式制冷机用气体压力波发生器，其特征在于：所述的基体（2）一端与波纹管（9）端口处的内壁固定相连，另一端伸入波纹管（9）内；且所述的基体（2）伸入波纹管（9）内的一端上固设有上限位板（10）；所述的固定外壳（7）的底部固定下限位板（11）。

4.根据权利要求3所述的一种回热式制冷机用气体压力波发生器，其特征在于：所述的上限位板（10）和下限位板（11）位于盲板（3）两侧，且分别与波纹管（9）轴线相垂直；波纹管（9）自然静止时，所述的上限位板（10）和下限位板（11）的中心均位于波纹管（9）的轴线上，且所述的上限位板（10）和下限位板（11）到盲板（3）的距离相等。

5.根据权利要求3所述的一种回热式制冷机用气体压力波发生器，其特征在于：所述的上限位板（10）和下限位板（11）均为弹性非金属材料。