CN107560211B - 一种环形制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形制冷系统，属于制冷技术领域，具体包括自压缩组件，具有一内环壁开口的环形腔体以及与环形腔体的开口配合的旋转体；环形腔体内具有高温区和低温区，且环形腔体的中心安装有一凸轮；旋转体上凸设有可随旋转体转动且对高温区和低温区内空气进行移动的密封凸块，旋转体上还设有分别与高温区和低温区连通且置有弹性活塞的压缩腔，弹性活塞的端部与凸轮的外轮廓接触；动力组件，用于驱动旋转体绕环形腔体的中心旋转；及冷源，与高温区进行换热。本发明不需要额外提供压缩机，本身具有压缩功能，同时，因为高温区和低温区通过环形腔体相对设置，具有连续制冷功能，同时，在压缩过程中振动相互抵消，大大减小了振动和噪声。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，具体地说，涉及一种环形制冷系统。
背景技术
利用外界能量使热量从温度较高的物质(或环境)转移到温度较低的物质(或环境)的系统叫制冷系统。现有的可循环使用的制冷机及其他制冷系统都需要额外的压缩机对气体进行压缩，并且压缩机多为线性压缩机，系统循环时连续性不足，且线性往复的运动方式容易引起振动。
发明内容
本发明的目的为提供一种环形制冷系统，该系统无需额外的压缩机，且不易产生振动。
为了实现上述目的，本发明提供的环形制冷系统包括：
自压缩组件，具有一内环壁开口的环形腔体以及与环形腔体的开口配合的旋转体；环形腔体内具有高温区和低温区，且环形腔体的中心安装有一凸轮；旋转体上凸设有可随旋转体转动且对高温区和低温区内空气进行移动的密封凸块，旋转体上还设有分别与高温区和低温区连通且置有弹性活塞的压缩腔，弹性活塞的端部与凸轮的外轮廓接触；
动力组件，用于驱动旋转体绕环形腔体的中心旋转；
冷源，与高温区进行换热。
上述技术方案中，环形腔体内充满气体，动力组件驱动旋转体绕环形腔体的中心旋转，从而带动弹性活塞绕凸轮的外轮廓旋转，利用凸轮的不规则外轮廓对弹性活塞进行挤压或释放，进而使环形腔体内对应的高温区或低温区内的气体体积发生变化，通过对高温区内的气体进行压缩做功，使高温区内气体产生热量，同时，利用冷源与高温区进行换热，带走高温区的热量，使压缩气体处于常温，接着被压缩的常温气体进入低温区，此时，弹性活塞被释放，气体膨胀，对外界做功失去热量变成具有冷量的空气。本方案不需要额外提供压缩机，本身具有压缩功能，同时，因为高温区和低温区通过环形腔体相对设置，具有连续制冷功能，同时，在压缩过程中振动相互抵消，大大减小了振动和噪声。
具体的方案为凸轮位于环形腔体的中心处设有一圆形通孔；动力组件包括穿过圆形通孔与环形腔体缠绕的线圈、为线圈提供直流电的电源以及设置在旋转体上的磁块。
电源为线圈提供直流电，线圈通电后生成圆形磁场，形成的磁场对磁块产生推力，从而带动旋转体绕凸轮转动，弹性活塞在转动过程中与凸轮不规则的外轮廓接触发生挤压或释放。
进一步具体的方案为环形腔体内还具有位于高温区或低温区的首尾两端的第一回热区和第二回热区；旋转体上凸设有可随旋转体转动且对第一回热区和第二回热区内空气进行移动的密封凸块；旋转体上还设有分别与第一回热区和第二回热区连通且置有弹性活塞的压缩腔，弹性活塞的端部与凸轮的外轮廓接触。设置回热区可以提高制冷效率。
更具体的方案为第一回热区和第二回热区的表面设有相互连通的脉动热管。脉动热管与第一回热区和第二回热区的表面紧贴，也可将脉动热管安装在第一回热区和第二回热区内，利用脉动热管与第一回热区或第二回热区内的空气进行换热，以达到更高的制冷效果。
为了使传热效果好，环形腔体的材料采用导热好的金属，例如铜。为了使高温区、第一回热区、低温区及第二回热区之间的壁面不相互传热，环形腔体在高温区、第一回热区、低温区及第二回热区的分界处的材料采用绝热材料。
另一个更具体的方案为密封凸块为设置在旋转体上的磁块。为了防止相邻区域间的空气换热，磁块表面采用密封且绝热性能好的材质进行包裹。
另一个更具体的方案为压缩腔内设有环状凸缘，弹性活塞包括一端抵靠在环状凸缘上，另一端装有橡胶塞的弹簧。也可将弹簧用弹性片代替，结构简单，易于操作。
再一个更具体的方案为高温区、第一回热区、低温区及第二回热区按照逆时针的顺序呈圆形排列；与第一回热区对应的弹性活塞位于凸轮在圆形通孔的近端的外轮廓上，与第二回热区对应的弹性活塞位于凸轮在圆形通孔的远端的外轮廓上，凸轮在圆形通孔的近端的外轮廓与凸轮在圆形通孔的远端的外轮廓之间为凸轮外轮廓的过渡端，与高温区和低温区对应的弹性活塞分别位于两过渡端。
进一步更具体的方案为旋转体按照逆时针旋转。
优选的方案为以圆形通孔为原点将凸轮划分为四个象限，分别对应环形腔体内的高温区、第一回热区、低温区及第二回热区；位于第一回热区和第二回热区的凸轮的外轮廓为四分之一的圆弧，位于高温区和低温区的凸轮的外轮廓为四分之一的椭圆弧，且第一回热区的圆弧大于第二回热区的圆弧。磁块具有强磁性，对于所有的磁块，若按顺时针的方向，则先经过N极，后经过S极。整个装置通电后，旋转体逆时针旋转。
另一个具体的方案为冷源为冷却水。冷却水与环形腔体的高温区的外壁接触从而实现换热。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的制冷系统采用电磁驱动，不需要额外提供压缩机，本身具有压缩功能；采用脉动热管，具有高效的回热效果；多个制冷循环同时进行，加强了制冷系统的连续性，减小了振动。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的自压缩组件的结构示意图；
图3为本发明实施例的环形腔体的示意图；
图4为本发明实施例的旋转体与凸轮配合的示意图；
图5为本发明实施例的脉动热管的布置示意图；
图6为本发明实施例的线圈的布置示意图；
图7为本发明实施例的凸轮的外轮廓设计示意图。
其中：1、电源；2、线圈；4、脉动热管；5、高温区；6、第一回热区；7、低温区；8、第二回热区；9、弹性活塞；10、磁块；11、环形腔体；12、凸轮；13、旋转体。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1至图6，本实施例的环形制冷系统包括自压缩组件、动力组件和冷源。
其中，自压缩组件包括一环形腔体11、安装在环形腔体11的中心的凸轮12以及绕环形腔体11的中心旋转的旋转体13。环形腔体11的内环壁开口设置，旋转体13与其开口配合。环形腔体11内空间设有四个区域，按照逆时针的顺序分别为高温区5、第一回热区6、低温区7及第二回热区8，所有腔室内均充满气体。
动力组件用于驱动旋转体13绕环形腔体11的中心旋转，在凸轮12位于环形腔体11的中心处开设有一圆形通孔，动力组件包括穿过该圆形通孔与环形腔体11缠绕的线圈2、为线圈2提供直流电的电源1以及设置在旋转体13上的磁块10。旋转体13上共设有四个磁块10，在磁块10的表面采用密封且绝热性能好的材质进行包裹，以方便密封地将环形腔体11内四个区域内的空气进行移动，在第一回热区6和第二回热区8的表面设有相互连通的脉动热管4，脉动热管4与第一回热区6和第二回热区8的表面紧贴，也可直接将脉动热管4安装在第一回热区6和第二回热区8内。
磁块10具有强磁性，对于所有的磁块10，若按顺时针的方向穿过磁块10，则先经过N极，后经过S极。为了增强通电后生成的磁场强度，线圈2的环绕次数要远多于图6所示的圈数。
同时，在旋转体13上设有分别与高温区5、第一回热区6、低温区7及第二回热区8连通的四个压缩腔，各压缩腔内均设有由弹簧和橡胶塞制成的弹性活塞9，橡胶塞的端部与凸轮12的外轮廓接触。弹簧的一端固定在弹性活塞9与旋转腔体13的连接处，弹簧另一端推动橡胶塞运动。橡胶塞紧贴在凸轮12的外轮廓上，可沿外轮廓光滑地滑动。
凸轮12的外轮廓设计参见图7，以凸轮12的中心为原点划分成四个象限，第一和第三象限部分的凸轮12的外轮廓为四分之一的圆弧，第二和第四象限的凸轮12的外轮廓为四分之一的椭圆弧，外轮廓的各段光滑过渡。
冷源为与环形腔体11的高温区5的外壁接触实现换热的冷却水。
本实施例的工作原理及过程如下：
电源1为线圈2提供直流电，电源1的正负极如图1所示，线圈2通电后，生成圆形磁场，形成的磁场对磁块10产生推力，磁块10带动旋转体13和弹性活塞9逆时针转动，弹性活塞9的橡胶塞和凸轮12互相挤压，弹性活塞9的橡胶塞在凸轮12的外轮廓上滑动到不同的位置，压缩腔内空间就会发生变化，从而改变对应的被磁块10分隔出的四分之一腔体内的气体体积。
当弹性活塞9在高温区5对应的位置逆时针移动，弹性活塞9对应的四分之一腔体的空间减小，其内部的气体被压缩放热，这部分热量通过高温区5的腔体壁面导出，与冷却水换热。
当弹性活塞9在第一回热区6对应的位置逆时针移动，弹性活塞9对应的四分之一腔体的空间不变，但气体的温度要高于第二回热区8内气体的温度，脉动热管4将第一回热区6中气体的热量传输到第二回热区8中的气体，达到对第一回热区6中气体的预冷效果。
当弹性活塞9在低温区7对应的位置逆时针移动，弹性活塞9对应的四分之一腔体的空间增加，其内部的气体膨胀吸热，这部分冷量通过低温区7的腔体壁面导出。
当弹性活塞9在第二回热区8对应的位置逆时针移动，弹性活塞9对应的四分之一腔体的空间不变，但气体的温度要低于第一回热区8内气体的温度，脉动热管4将第一回热区8中气体的热量传输到第二回热区6中的气体。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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)
1.一种环形制冷系统，其特征在于，包括：
自压缩组件，具有一内环壁开口的环形腔体以及与环形腔体的开口配合的旋转体；所述环形腔体内具有高温区和低温区，且环形腔体的中心安装有一凸轮；所述旋转体上凸设有可随旋转体转动且对高温区和低温区内空气进行移动的密封凸块，旋转体上还设有分别与高温区和低温区连通且设置有弹性活塞的压缩腔，所述弹性活塞的端部与所述凸轮的外轮廓接触；以凸轮的中心为原点划分成四个象限，第一和第三象限部分的凸轮的外轮廓为四分之一的圆弧，第二和第四象限的凸轮的外轮廓为四分之一的椭圆弧，外轮廓的各段光滑过渡；
动力组件，用于驱动所述旋转体绕所述环形腔体的中心旋转；
冷源，与所述高温区进行换热；
所述的环形腔体内还具有位于所述高温区或所述低温区的首尾两端的第一回热区和第二回热区；
所述的旋转体上凸设有可随旋转体转动且对所述的第一回热区和第二回热区内空气进行移动的密封凸块；
所述旋转体上还设有分别与第一回热区和第二回热区连通且设置有弹性活塞的压缩腔，弹性活塞的端部与所述凸轮的外轮廓接触；
当弹性活塞在高温区对应的位置逆时针移动，弹性活塞对应的四分之一腔体的空间减小，其内部的气体被压缩放热，这部分热量通过高温区的腔体壁面导出，与冷却水换热；
所述的高温区、第一回热区、低温区及第二回热区按照逆时针的顺序呈圆形排列；
与所述第一回热区对应的弹性活塞位于所述凸轮在圆形通孔的远端的外轮廓上，与所述第二回热区对应的弹性活塞位于所述凸轮在圆形通孔的近端的外轮廓上；
所述凸轮在圆形通孔的近端的外轮廓与所述凸轮在圆形通孔的远端的外轮廓之间为凸轮外轮廓的过渡端，与所述高温区和低温区对应的弹性活塞分别位于两所述过渡端。
2.根据权利要求1所述的环形制冷系统，其特征在于：
所述的凸轮位于所述环形腔体的中心处设有一圆形通孔；
所述的动力组件包括穿过所述圆形通孔与所述环形腔体缠绕的线圈、为所述线圈提供直流电的电源以及设置在所述旋转体上的磁块。
3.根据权利要求1所述的环形制冷系统，其特征在于：
所述的第一回热区和第二回热区的表面设有相互连通的脉动热管。
4.根据权利要求3所述的环形制冷系统，其特征在于：
所述的环形腔体在所述高温区、第一回热区、低温区及第二回热区的分界处的材料采用绝热材料，其余采用导热材料。
5.根据权利要求1所述的环形制冷系统，其特征在于：
所述的密封凸块为设置在所述旋转体上的磁块，磁块表面包裹有一层绝热材料。
6.根据权利要求1所述的环形制冷系统，其特征在于：
所述的压缩腔内设有环状凸缘，所述弹性活塞由橡胶塞和弹簧制成，所述橡胶塞的端部与所述凸轮的外轮廓接触；所述弹簧的一端固定在弹性活塞与所述环形腔体的连接处，另一端推动所述橡胶塞运动。
7.根据权利要求1所述的环形制冷系统，其特征在于：
所述的旋转体按照逆时针的顺序旋转。
8.根据权利要求1所述的环形制冷系统，其特征在于：
所述的冷源为冷却水。
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