CN106595140B - 双向相位可调式阀门、脉管膨胀机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温制冷，提供一种双向相位可调式阀门，包括高压阀控组件、低压阀控组件、凸轮组件、摆杆组件、顶头组件以及旋转阀体；还提供一种脉管膨胀机，包括上述阀门；还提供一种制冷系统，包括上述脉管膨胀机。本发明中通过驱动电机控制凸轮组件旋转，进而可以使得压缩机产生的高压气体通过两条第一流路分别进入脉管热端与脉管冷端，且在该过程中通过阀门调节脉管热端与冷端的开启时序，进而实现气体在脉管内膨胀降温，整个过程不但控制比较方便，可靠性高，而且膨胀效率非常高。

Description

双向相位可调式阀门、脉管膨胀机

技术领域

本发明涉及低温制冷，尤其涉及一种双向相位可调式阀门、脉管膨胀机。

背景技术

近年来低温设备迅速发展，对实现低温环境的核心部件膨胀机的要求也日益增加。随着热声理论、相位理论、气体活塞理论的发展完善，人们对气体在脉管中震荡降温的原理有了更加深刻的认识。在此基础上，脉管膨胀机成功实现了气体通过脉管进行膨胀降温的过程，并利用气体降温后的冷量实现低温环境。

脉管膨胀机只需通过阀门便可控制脉管内部气体压力与流量的相位，进而使气体在脉管中进行交变流动，当调节气体压力与流量的相位差约至0°时，可将脉管内部气体视为无数个经历压缩、放热、膨胀、吸热热力过程的气体微团，热量被气体微团从低温端泵送到高温端，实现低温端气体膨胀降温。脉管膨胀机相较于现有膨胀机具有结构简单，机械磨损小，可靠性高，运行寿命长的优势。脉管膨胀机内仅有的运动部件阀门机构，起着调节气体相位，控制气体流量，决定膨胀效率的重要作用。

此结构同样面临一些问题，首先，阀门在低温和常温环境下工作，现有结构存在绝热密封的问题；其次，为实现较高膨胀效率，需要保证流体在较高频率下震荡，阀门开闭频率较高，现有结构存在运动稳定性的问题；最后，脉管尺寸会对相位产生影响，不同尺寸需要不同的阀门开闭时序，现有阀门结构存在不易调控相位的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向相位可调式阀门，旨在用于解决现有的脉管膨胀机中阀门开闭调节不方便的问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种双向相位可调式阀门，包括高压阀控组件与低压阀控组件，所述高压阀控组件包括高压阀座以及内置于所述高压阀座内且可沿所述高压阀座移动的高压阀芯，所述低压阀控组件包括低压阀座以及内置于所述低压阀座内且可相对所述低压阀座移动的低压阀芯，还包括凸轮组件、摆杆组件、顶头组件以及旋转阀体，所述凸轮组件包括可绕旋转轴线做偏心运动的偏心轮以及可由所述偏心轮带动绕所述旋转轴线做同步圆周运动的旋转轮，所述旋转轴线垂直于所述高压阀芯以及低压阀芯的移动方向，所述旋转阀体具有可与压缩机连通的低压调节腔以及与所述低压调节腔位于同一圆周上的高压调节腔且所述旋转阀体与所述旋转轮固定连接，所述摆杆组件包括与所述旋转轴线平行设置的定位销、套设于所述定位销上且可由所述偏心轮推动绕所述定位销转动的摆杆以及安设于所述摆杆上的两根抵杆，所述顶头组件包括与两根所述抵杆一一对应且可由对应所述抵杆摆动控制沿垂直于所述旋转轴线方向移动的两根顶杆，两根所述顶杆分别与高压阀控组件以及所述低压阀控组件对应，且所述顶杆远离所述抵杆的一端与对应所述阀芯连接。

进一步地，所述旋转阀体的对称轴线与所述旋转轴线同轴，所述高压调节腔与所述低压调节腔均为弧形，且所述旋转阀体的对称轴线上具有与所述高压调节腔连通的进气口，所述高压调节腔的角度不大于170度，所述低压调节腔的角度不大于170度。

进一步地，于所述高压调节腔与所述低压调节腔内均滑动设置有调节滑块。

进一步地，各所述抵杆均为螺纹杆，所述螺纹杆与所述摆杆之间螺纹连接，且所述抵杆沿垂直于所述旋转轴线的方向设置。

进一步地，所述摆杆组件还包括与两根所述抵杆一一对应的两个连接套，所述连接套与对应所述抵杆连接，每一所述顶杆上还可转动连接有一个滚轮，所述滚轮位于对应所述连接套内且与所述连接套相切接触，所述抵杆伸入对应所述连接套内且与对应所述滚轮相切接触。

进一步地，所述凸轮组件还包括可推动所述摆杆绕所述定位销转动且套设于所述偏心轮上的滑动轴套，所述摆杆具有U型槽，所述滑动轴套位于所述U型槽内，且两根所述抵杆分别位于所述U型槽的相对两侧。

进一步地，所述旋转轮上设置有与所述旋转轴线平行的偏心凸轮柄，所述旋转阀体上设置有凸轮柄槽，所述偏心凸轮柄伸入所述凸轮柄槽固定连接。

本发明实施例还提供一种脉管膨胀机，包括驱动电机、主动配气阀以及脉管，所述主动配气阀具有进气路与出气路，所述出气路与所述脉管的热端连通，还包括上述的阀门，所述驱动电机与所述偏心轮驱动连接，所述主动配气阀与所述旋转阀体贴合，通过所述旋转轮旋转调节所述出气路与所述高压调节腔或者所述低压调节腔连通，所述出气路与所述脉管的热端连通，所述高压阀座与所述低压阀座均与所述脉管的冷端连通。

本发明具有以下有益效果：

本发明的阀门中，通过凸轮组件的偏心轮与旋转轮形成偏心运动以及圆周运动，通过偏心运动可以推动摆杆绕定位销转动，进而可以通过抵杆控制高压阀控组件与低压阀控组件工作，而高压阀控组件与低压阀控组件对应脉管的冷端，即通过偏心运动可以实现脉管冷端阀门开启，而通过圆周运动可以控制旋转阀体中高压调节腔或者低压调节腔与脉管的热端连通，进而实现脉管热端的阀门开启。对此，通过这种阀门结构可以实现脉管冷端与热端工作切换，可以准确实现脉管内部气体相位调节，非常方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的制冷系统的流路结构示意图；

图2为图1的制冷系统的脉管膨胀机的剖视图；

图3为图2中A处放大图

图4为图1的制冷系统的双向相位可调式阀门的结构示意图；

图5为图1的制冷系统的双向相位可调式阀门的剖视图；

图6为图5中B处放大图；

图7为图1的制冷系统的旋转阀体的结构示意图；

图8为图1的制冷系统的旋转阀体的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图3，本发明实施例提供一种双向相位可调式阀门1，包括高压阀控组件11与低压阀控组件12，高压阀控组件11包括高压阀座111以及高压阀芯112，高压阀芯112位于该高压阀座111内且其位于浮动状态，可以沿高压阀座111的内侧直线移动，对应地，低压阀控组件12包括低压阀座121以及低压阀芯122，低压阀芯122位于该低压阀座121内，也处于浮动状态，在外力作用下可以在低压阀座121内直线移动，阀门1还包括有凸轮组件13、摆杆组件14、顶头组件15以及旋转阀体16，细化各部分结构，凸轮组件13包括可绕旋转轴线做偏心运动的偏心轮131以及可由偏心轮131带动绕旋转轴线做同步圆周运动的旋转轮132，一般，采用电机驱动偏心轮131做偏心运动，同时带动旋转轮132做圆周运动，且两者均绕旋转轴线转动，另外旋转轴线的方向垂直于低压阀芯122以及高压阀芯112的移动方向；而旋转阀体16则具有低压调节腔161以及高压调节腔162，低压调节腔161可与外设的压缩机3连通，高压调节腔162与低压调节腔161位于同一圆周上，旋转阀体16与旋转轮132固定连接，即旋转阀体16可与旋转轮132同步圆周运动，可以采用一气体管路与高压调节腔162连通，当旋转阀体16旋转时，则该气体管路可与低压调节腔161连通，在实际应用时，在旋转阀体16的中心设置有进气孔与高压调节腔162连通，气体管路还可与脉管2的热端连通，对此气体由进气孔进入高压调节腔162内，进入该高压调节腔162内的气体调节为高压状态，当气体管路与高压调节腔162连通时，则高压气体通过气体管路进入脉管2的热端，而当旋转阀体16旋转一定角度后，气体管路与低压调节腔161连通，脉管2热端的气体由气体管路进入低压调节腔161内，再由低压调节腔161进入压缩机3内；摆杆组件14则包括与旋转轴线平行设置的定位销142、套设于定位销142上且可由偏心轮131推动绕定位销142转动的摆杆141以及安设于摆杆141上的两根抵杆143，当偏心轮131做偏心运动时，偏心轮131可以间歇性推动摆杆141绕定位销142来回摆动，进而带动两根抵杆143做小范围的转动；顶头组件15包括两根顶杆151，两根顶杆151与两根抵杆143一一对应且分别与高压阀控组件11以及低压阀控组件12对应，可以定义两根顶杆151与两根抵杆143均竖直设置，其中一根顶杆151的上端与抵杆143的下端抵接，其下端则与低压阀芯122连接或者高压阀芯112连接，当对应抵杆143小范围转动时，抵杆143拉动顶杆151向上移动，则顶杆151可以带动对应的低压阀芯122或者高压阀芯112沿竖直向上移动，且在移动的过程中低压阀芯122的开口可与低压阀座121的阀孔连通，则该低压阀控组件12打开，同理在该移动中，高压阀芯112的开口与高压阀座111的阀孔连通，高压阀控组件11打开，通常高压阀控组件11与低压阀控组件12均和脉管2的冷端连通，且当偏心轮131旋转带动高压阀控组件11打开后，气体先进入高压阀座111内，气体经高压阀控组件11进入脉管2的冷端，再由低压阀控组件12排出至压缩机3。本发明中，阀门1具有两条流路，其中一条流路为旋转阀体16中的高压调节腔162与低压调节腔161，两者可以与脉管2的热端连通，而另一条流路为高压阀控组件11与低压阀控组件12，两者可以与脉管2的冷端连通，且可以通过偏心轮131的偏心运动以及旋转轮132的圆周运动分别控制两条流路的连通，进而实现阀门1两条流路的切换，当其与脉管2配合时，则实现了脉管2热端与冷端的开启切换，控制非常方便。

参见图1、图4、图7以及图8,，优化上述实施例，旋转轮132的对称轴线与旋转轴线同轴，高压调节腔162与低压调节腔161均为弧形，高压调节腔162的弧度延伸的圆心角不大于170度，而低压调节腔161的弧度延伸的圆心角不大于170度，且旋转轮132自身的对称轴线上具有与高压调节腔162连通的进气口163，即在旋转阀体16的中心设置有进气口163。本实施例中，气体先进入进气口163内，再由进气口163进入高压调节腔162内，再进入脉管2热端，再由脉管2热端进入低压调节腔161，低压调节腔161内设置有圆孔166，再通过低压调节腔161中的圆孔166流至摆杆141一侧，再导入压缩机3内，由于进气口163位于旋转轮132的对称轴线上，则旋转阀体16绕旋转轴线旋转的过程中，进气口163的位置保持不变，且始终与高压调节腔162保持连通，而高压调节腔162与低压调节腔161的弧度延伸角度范围，主要基于脉管膨胀机的膨胀理论，使得膨胀前的气体可以由高压调节腔162导入脉管2内以及膨胀后的气体可以由脉管2导入低压调节腔161内。另外，在高压调节腔162与低压调节腔161内均设置有调节滑块165，且可以通过调节滑块165的位置来控制高压调节时间或者低压调节时间。通常，旋转轮132上设置有与旋转轴线平行的偏心凸轮柄133，旋转阀体16上设置有凸轮柄槽164，偏心凸轮柄133伸入凸轮柄槽164内且两者之间固定连接，即通过凸轮柄槽164与偏心凸轮柄133之间的配合连接，使得旋转阀体16可随旋转轮132做同步的圆周运动。同时为保证高压调节腔162与高压阀控组件11开启时序匹配，高压调节腔162起始点与凸轮柄槽164夹角190°，高压调节腔162终止点与凸轮柄槽164夹角50°，为保证低压调节腔161与低压阀控组件12开启时序匹配，低压调节腔161起始点与凸轮柄槽164夹角230°，低压调节腔161终止点与凸轮柄槽164夹角10°。

参见图1、图3-图5，进一步地，上述的抵杆143均为螺纹杆，螺纹杆与摆杆141之间螺纹连接，且抵杆143沿垂直于旋转轴线的方向设置。本实施例中，抵杆143与对应的顶杆151位于同一直线上，抵杆143抵压顶杆151，进而可以控制顶杆151的位置，进而可以定位低压阀芯122位于低压阀座121的位置或者高压阀芯112位于高压阀座111内的位置，对此当旋转抵杆143时，可以控制抵杆143相对摆杆141沿竖直方向移动，进而可以实现对高压阀控组件11中高压阀芯112的位置或者低压阀控组件12中低压阀芯122的位置，且该位置为高压阀控组件11的高压阀芯112平衡位置或者低压阀控组件12中低压阀芯122的平衡位置，即通过旋转抵杆143可以起到调节对应阀控组件中阀芯的平衡位置，进而可以实现高压阀控组件11与低压阀控组件12中阀座阀孔与阀芯开口连通时间，且当与脉管2连通时，可以实现对脉管2冷端开启时间的控制，且当抵杆143向下调节时，则开启时间延长，反之缩短。另外采用这种结构形式，可以实现对脉管2冷端开闭时序的精准控制，也比较方便，通常在摆杆141上设置有螺母144，通过该螺母144来实现摆杆141与抵杆143之间的螺纹连接。

参见图5以及图6，优化摆杆组件14的结构，摆杆组件14还包括两个连接套145，两个连接套145与两根抵杆143一一对应，连接套145与对应抵杆143连接，每一顶杆151上还可转动连接有一个滚轮152，滚轮152位于对应连接套145内且与连接套145相切接触，抵杆143伸入对应连接套145内且与对应滚轮152相切接触。本实施例中，连接套145整体为向上弯曲的圆弧状结构，其上端形成有端口，滚轮152位于该连接套145内且底部可与连接套145的内底面相切，对应的抵杆143由端口伸入连接套145内且可与滚轮152的上端相切，且连接套145的上端口与抵杆143连接，当摆杆141摆动的过程时，滚轮152可以在连接套145内相对连接套145滚动，且此时滚轮152与抵杆143相切，而与连接套145的内底面之间具有细小间隙，或者其与连接套145内底面相切，与抵杆143具有细小间隙，而通过滚轮152的滚动可以减小抵杆143对低压阀控组件12或者高压阀控组件11产生的侧向力，在高频条件下运动稳定性增强，磨损减小。

参见图3以及图4，进一步地，凸轮组件13还包括滑动轴套134，滑动轴套134套设于偏心轮131上，该滑动轴套134可推动摆杆141绕定位销142转动，摆杆141具有U型槽146，滑动轴套134位于U型槽146内，两根抵杆143分别位于U型槽146的相对两侧。本实施例中，滑动轴套134套设于偏心轮131上，当偏心轮131绕旋转轴线做偏心运动时，其可以带动滑动轴套134绕旋转轴线做同步偏心运动，且由于滑动轴套134位于摆杆141的U型槽146内，旋转轴线与U型槽146底面之间的距离大于旋转轴线与U型槽146侧壁之间的距离，且滑动轴套134的外表面与旋转轴线之间的最大距离不大于旋转轴线与U型槽146底面之间的距离，对此在滑动轴套134偏心运动的过程中，滑动轴套134不会对U型槽146的底面作用，而当其由U型槽146底面向侧壁旋转的过程中，滑动轴套134逐渐对该侧壁产生作用力，进而使得摆杆141整体绕定位销142向该侧转动，而在继续旋转后，摆杆141回位，进而滑动轴套134可以对另一侧壁产生作用力使得摆杆141整体向该侧旋转，如此循环往复过程中，摆杆141绕定位销142做向两侧壁方向转动的往复运动，即实现了摆杆141的摆动，进而形成了对高压阀控组件11与低压阀控组件12的开关时序控制。

参见图1、图4以及图5，本发明实施例还提供一种脉管膨胀机，包括驱动电机4、主动配气阀5以及脉管2，主动配气阀5具有进气路51与出气路52，出气路52与脉管2的热端连通，当然还应包括上述的阀门1，驱动电机4与偏心轮131驱动连接，具体为偏心轮131在旋转轴线上开设有连接孔135，驱动电机4的驱动轴伸入该连接孔135内，进而由驱动电机4的驱动轴驱使偏心轮131做偏心运动，主动配气阀5与旋转阀体16贴合，其可以使得主动配气阀5上的进气路51与旋转阀体16上的进气口163连通，气体由进气路51进入进气口163内，再由进气口163进入高压调节腔162内，而在旋转轮132旋转的过程中，出气路52与高压调节腔162或者低压调节腔161连通，且出气路52与脉管2的热端连通，对此在旋转的过程中，通过出气路52连通高压调节腔162与脉管2的热端连通，或者低压调节腔161与脉管2的热端连通，且高压阀控组件11与低压阀控组件12均与脉管2的冷端连通。本实施例中，将上述的阀门1应用于脉管膨胀机中，驱动电机4工作时，阀门1具有偏心运动与圆周运动，而偏心运动可以控制脉管2冷端的开启控制，且由摆杆141的摆动频率、高压阀控组件11中高压阀芯112位置以及低压阀控组件12中低压阀芯122位置来调节脉管2冷端开启时序，圆周运动则可以控制脉管2热端的开启，且由圆周运动的角速度、旋转阀体16中高压调节腔162与低压调节腔161来控制脉管2热端的开启时序，控制非常方便。

参见图1以及图5，本发明实施例还提供一种制冷系统，包括压缩机3以及上述的脉管膨胀机，压缩机3的高压出口通过两个第一流路31分别与主动配气阀5的进气路51以及高压阀控组件11的高压阀座111连通，压缩机3的低压进口则通过两个第二流路32分别与低压调节腔161以及低压阀控组件12的低压阀座121连通。本发明中，压缩机3内产生的高压气体由高压出口通过两个第一流路31分别进入主动配气阀5的进气路51内以及高压阀控组件11的高压阀座111内，且在驱动电机4工作时，其中一条流路的气体依次经进气路51、进气口163、高压调节腔162、出气路52、脉管2热端、出气路52以及低压调节腔161回到压缩机3的低压进口，而另一条流路的气体经高压阀控组件11、脉管2冷端以及低压阀控组件12回到压缩机3的低压进口，整个过程控制方便，可靠性高，膨胀效率比较高。

具体参见图1，优化上述实施例，制冷系统还包括换热器6以及蒸发器7，蒸发器7串联于压缩机3的低压进口与低压阀座121之间的流路上，压缩机3的高压出口与高压阀座111之间的流路和蒸发器7与压缩机3的低压进口之间的流路换热。本实施例中，在其中一条流路上，增设有换热结构，高压气体进入脉管2冷端后膨胀降温降压，在通过低压阀控组件12后进入蒸发器7内产生冷量，然后进入换热器6内进行换热增温形成低压常温气体进入压缩机3的低压进口，而在换热时，换热器6的热源为压缩机3的高压出口排出的高压气体，可以形成对热量的有效利用。通常，在压缩机3的高压出口与换热器6之间的流路上还增设有滤油器8与水冷器9，对气体进行过滤，同时能够调节进入主动配气阀5与高压阀控组件11的气体温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双向相位可调式阀门，包括高压阀控组件与低压阀控组件，所述高压阀控组件包括高压阀座以及内置于所述高压阀座内且可沿所述高压阀座移动的高压阀芯，所述低压阀控组件包括低压阀座以及内置于所述低压阀座内且可相对所述低压阀座移动的低压阀芯，其特征在于：还包括凸轮组件、摆杆组件、顶头组件以及旋转阀体，所述凸轮组件包括可绕旋转轴线做偏心运动的偏心轮以及可由所述偏心轮带动绕所述旋转轴线做同步圆周运动的旋转轮，所述旋转轴线垂直于所述高压阀芯以及所述低压阀芯的移动方向，所述旋转阀体具有可与压缩机连通的低压调节腔以及与所述低压调节腔位于同一圆周上的高压调节腔且所述旋转阀体与所述旋转轮固定连接，所述摆杆组件包括与所述旋转轴线平行设置的定位销、套设于所述定位销上且可由所述偏心轮推动绕所述定位销转动的摆杆以及安设于所述摆杆上的两根抵杆，所述顶头组件包括与两根所述抵杆一一对应且可由对应所述抵杆摆动控制沿垂直于所述旋转轴线方向移动的两根顶杆，两根所述顶杆分别与高压阀控组件以及所述低压阀控组件对应，且所述顶杆远离所述抵杆的一端与对应所述阀芯连接。

2.如权利要求1所述的双向相位可调式阀门，其特征在于：所述旋转阀体的对称轴线与所述旋转轴线同轴，所述高压调节腔与所述低压调节腔均为弧形，且所述旋转阀体的对称轴线上具有与所述高压调节腔连通的进气口，所述高压调节腔的角度不大于170度，所述低压调节腔的角度不大于170度。

3.如权利要求2所述的双向相位可调式阀门，其特征在于：于所述高压调节腔与所述低压调节腔内均滑动设置有调节滑块。

4.如权利要求1所述的双向相位可调式阀门，其特征在于：各所述抵杆均为螺纹杆，所述螺纹杆与所述摆杆之间螺纹连接，且所述抵杆沿垂直于所述旋转轴线的方向设置。

5.如权利要求1所述的双向相位可调式阀门，其特征在于：所述摆杆组件还包括与两根所述抵杆一一对应的两个连接套，所述连接套与对应所述抵杆连接，每一所述顶杆上还可转动连接有一个滚轮，所述滚轮位于对应所述连接套内且与所述连接套相切接触，所述抵杆伸入对应所述连接套内且与对应所述滚轮相切接触。

6.如权利要求1所述的双向相位可调式阀门，其特征在于：所述凸轮组件还包括可推动所述摆杆绕所述定位销转动且套设于所述偏心轮上的滑动轴套，所述摆杆具有U型槽，所述滑动轴套位于所述U型槽内，且两根所述抵杆分别位于所述U型槽的相对两侧。

7.如权利要求1所述的双向相位可调式阀门，其特征在于：所述旋转轮上设置有与所述旋转轴线平行的偏心凸轮柄，所述旋转阀体上设置有凸轮柄槽，所述偏心凸轮柄伸入所述凸轮柄槽固定连接。

8.一种脉管膨胀机，包括驱动电机、主动配气阀以及脉管，所述主动配气阀具有进气路与出气路，所述出气路与所述脉管的热端连通，其特征在于：还包括如权利要求1-7任一项所述的双向相位可调式阀门，所述驱动电机与所述偏心轮驱动连接，所述主动配气阀与所述旋转阀体贴合，通过所述旋转轮旋转调节所述出气路与所述高压调节腔或者所述低压调节腔连通，所述出气路与所述脉管的热端连通，所述高压阀座与所述低压阀座均与所述脉管的冷端连通。