CN108168136A - 一种用于声能制冷机的充气均压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于声能制冷机的充气均压装置，包括外壳、气缸、排出器、排出器杆、压缩活塞、固定螺钉、热端换热器、回热器以及冷端换热器，气缸开设有数个对称的排气通道，排出器和压缩活塞设置在气缸内并可沿气缸的轴线方向往复运动，固定螺钉开设有通孔，排出器杆的第一端开设有进气通道，进气通道的末端在径向开设有一径向小孔，轴孔与排出器杆之间具有间隙密封体，间隙密封体在轴向的长度大于排出器和压缩活塞的移动位移之间的差值；本发明具有充气状态和运行状态，当处于充气状态时，径向小孔与背压腔相连通，当处于运行状态时，径向小孔与背压腔不连通，其压缩腔与排出器内腔不串气，制冷性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种充气均压装置，具体说，是涉及一种用于声能制冷机的充气均压装置，属于制冷机技术领域。
背景技术
随着航天技术、红外技术、原子能技术、超导技术、低温物理、低温电子学、低温医学等现代科学技术的发展，自由活塞式声能制冷机因为其体积小、重量轻、无油润滑、可靠性高等诸多优点，受到越来越多人的关注。
充气压力作为声能制冷机的一个关键参数，直接影响着制冷机的性能。通常，声能制冷机的充气压力约在2.5MPa～3.5MPa。声能制冷剂的排出器两端存在着较大的温度梯度，冷端温度最低可低至-200℃以下，热端散热温度范围为0～70℃，所以排出器多采用由上下两部分通过螺纹旋合，从而使排出器内部中空的设计来减小轴向导热损失。此种结构设计的缺点在于，当给声能制冷机充气时，无法判断排出器内部空间的气体压力是否已达到充气压力。倘若排出器内部压力没有达到充气压力时就停止充气，那么制冷机会在运行一段时间以后，排出器内压力才与背压腔的压力平衡，导致充气压力减小，制冷性能降低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种压缩腔与排出器内腔不串气且制冷性能好的用于声能制冷机的充气均压装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于声能制冷机的充气均压装置，包括外壳、气缸、排出器、排出器杆、压缩活塞、固定螺钉、热端换热器、回热器以及冷端换热器，气缸位于外壳的内部，冷端换热器、回热器以及热端换热器分别依次地套气缸的外壁并位于外壳内，气缸在位于热端换热器处径向地开设有数个对称的排气通道，排出器和压缩活塞设置在气缸内并可沿气缸的轴线方向往复运动，排出器位于热端换热器的第一端通过固定螺钉与排出器杆的第一端连接，固定螺钉开设有通孔，排出器杆的第一端开设有进气通道，进气通道的末端在径向开设有一径向小孔，排出器具有排出器内腔，进气通道通过通孔与排出器内腔相连通，压缩活塞通过轴孔套在排出器杆上，轴孔与排出器杆之间具有间隙密封体，间隙密封体在轴向的长度大于排出器和压缩活塞的移动位移之间的差值，压缩活塞与外壳之间形成背压腔，外壳在背压腔区域开设有充气口，充气均压装置具有充气状态和运行状态，当充气均压装置处于充气状态时，径向小孔与背压腔相连通，当充气均压装置处于运行状态时，径向小孔与背压腔不连通。
更进一步的方案是，排出器具有上排出器和下排出器，上排出器的开口端与下排出器的开口端连接，下排出器的底部开设有阶梯孔，阶梯孔套在排出器杆的第一端。
更进一步的方案是，上排出器的开口端设置有轴肩部，轴肩部的外壁上具有外螺纹，下排出器的开口端具有内螺纹，内螺纹与外螺纹配合。
更进一步的方案是，径向小孔的直径为0.5至1.5毫米。
更进一步的方案是，通孔的直径为0.5至2.0毫米。
更进一步的方案是，进气通道的直径为其顶端内螺纹公称直径的0.85倍。
更进一步的方案是，顶端内螺纹为M5。
更进一步的方案是，排出器和压缩活塞的移动位移之间的最大差值为排出器和压缩活塞的振幅之和的0.7至0.9倍，间隙密封体在轴向的长度大于最大差值。
更进一步的方案是，间隙密封体在轴向的长度大于最大差值0.5至2.5毫米。
更进一步的方案是，间隙密封体在轴向的长度大于最大差值1.5毫米。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所述固定螺钉开设有通孔，排出器杆的第一端开设有进气通道，以及进气通道的末端在径向开设有径向小孔，气体依次通过充气口、径向小孔、进气通道、通孔，抵达排出器内腔，此时背压腔与排出器内腔的压力瞬间达到平衡，保证了所述充气均压装置在充气时，制冷机内部各部件均可迅速达到充气压力。并且在充气均压装置运行时，利用排出器杆与压缩活塞之间的间隙密封体，保证了压缩腔与排出器内腔不串气，提高了声能制冷机的制冷性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于声能制冷机的充气均压装置的结构剖视图；
图2为本发明实施例提供的一种用于声能制冷机的充气均压装置处于充气状态的剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种用于声能制冷机的充气均压装置处于运行状态的剖视图；
图4为本发明实施例提供的一种用于声能制冷机的充气均压装置不可使用状态的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例
结合图1至图3所示，本实施例提供的一种用于声能制冷机的充气均压装置，包括外壳、气缸、排出器1、排出器杆3、压缩活塞4、固定螺钉2、热端换热器82、回热器83以及冷端换热器84，气缸位于外壳的内部。冷端换热器84、回热器83以及热端换热器82分别依次地套气缸的外壁并位于外壳内，气缸在位于热端换热器82处径向地开设有两个对称的排气通道9。排出器1和压缩活塞4设置在气缸内并可沿气缸的轴线方向往复运动，排出器1具有上排出器13和下排出器12，上排出器13的开口端设置有轴肩部，轴肩部的外壁上具有外螺纹，下排出器12的开口端具有内螺纹，内螺纹与外螺纹配合。下排出器12的底部开设有阶梯孔，阶梯孔套在排出器杆3的第一端，固定螺钉2贯穿阶梯孔与排出器杆3的第一端螺纹连接。
固定螺钉2开设有通孔21，优选地，通孔21的直径为0.5至2.0毫米。排出器杆3的第一端开设有进气通道31，优选地，进气通道31的直径为其顶端内螺纹公称直径的0.85倍，本实施例进气通道31的顶端内螺纹为M5，进气通道31的直径为4.2毫米。进气通道31的末端在径向开设有一径向小孔32，优选地，径向小孔32的直径为0.5至1.5毫米。上排出器13和下排出器12的内部围成一排出器内腔11，进气通道31通过通孔21与排出器内腔11相连通。压缩活塞4与外壳之间形成背压腔6，外壳在背压腔6区域开设有充气口81，充气均压装置具有充气状态和运行状态。当充气均压装置处于充气状态时，径向小孔32与背压腔6相连通。当充气均压装置处于运行状态时，径向小孔32与压缩腔5不连通。
压缩活塞4通过轴孔套在排出器杆3上，轴孔与排出器杆3之间具有间隙密封体41，间隙密封体41在轴向的长度L大于排出器1和压缩活塞4的移动位移之间的差值a。排出器1和压缩活塞4的移动位移之间的最大差值amax为排出器1和压缩活塞4的振幅之和的0.7至0.9倍，间隙密封体41在轴向的长度L大于最大差值amax，保证了充气均压装置在运行过程中压缩腔5与排出器内腔11不会通过径向小孔32串气，压缩腔5由气缸的内部、压缩活塞4和排出器1之间围成。优选地，间隙密封体41在轴向的长度L大于最大差值amax0.5至2.5毫米，本实施例间隙密封体41在轴向的长度L大于最大差值amax1.5毫米。间隙密封体41在轴向的长度L也可通过下面的计算方法获取：设排出器1的振幅为x1，压缩活塞4的振幅为x2，排出器1位移领先压缩活塞4位移的相位角为排出器1与压缩活塞4的位移均为正弦函数，运行频率为f。则排出器1与压缩活塞4的移动位移之间的差值通常排出器1位移领先压缩活塞4位移的相位角为40°至100°。
当充气均压装置处于充气状态时，工质气体沿图2中所示的曲线路径抵达排出器内腔11。具体流动路径为：气体依次通过充气口81、径向小孔32、进气通道31、通孔21，抵达排出器内腔11，此时背压腔6与排出器内腔11的压力瞬间达到平衡，充气时间极短。现有的技术是工质气体只能通过下排出器12与上排出器13的螺纹旋合缝隙14慢慢渗入排出器内腔11，严重地延长了充气时间，增加了充气的不确定性。
在充气均压装置充气结束后，充气均压装置开始正常运行时，即充气均压装置处于运行状态，排出器1和压缩活塞4在气缸内做往复直线运动。气体在压缩腔5压缩后，通过气缸的排气通道9排出，依次经过热端换热器82、回热器83、冷端换热器84，最终抵达膨胀腔7进行膨胀制冷，然后沿原路线返回压缩腔5继续压缩。此时，径向小孔32与背压腔6不连通。
参见图4，若间隙密封体41在轴向的长度L过小，则压缩腔5内的工质气体会通过径向小孔32、进气通道31、螺钉通孔21与排出器内腔11串气。被压缩后的气体无法通过气缸上的排气通道9进入膨胀腔7，无法完成膨胀制冷过程，此时充气均压装置无法正常工作。但是，间隙密封体41在轴向的长度L也不能太长，否则会使排出器杆3的进气通道31在轴向的长度过长，增加了加工制造的难度。由此可见，间隙密封体41在轴向的长度L的设计非常重要。
本实施例充气均压装置的固定螺钉2开设有通孔21，排出器杆3的第一端开设有进气通道31，以及进气通道31的末端在径向开设有径向小孔32，气体依次通过充气口81、径向小孔32、进气通道31、通孔21，抵达排出器内腔11，此时背压腔6与排出器内腔11的压力瞬间达到平衡，保证了充气均压装置在充气时，制冷机内部各部件均可迅速达到充气压力。并且在充气均压装置运行时，利用排出器杆3与压缩活塞4之间的间隙密封体41，保证了压缩腔5与排出器内腔11不串气，提高了声能制冷机的制冷性能。
以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.一种用于声能制冷机的充气均压装置，其特征在于：
包括外壳、气缸、排出器、排出器杆、压缩活塞、固定螺钉、热端换热器、回热器以及冷端换热器，所述气缸位于所述外壳的内部；
所述冷端换热器、所述回热器以及所述热端换热器分别依次地套所述气缸的外壁并位于所述外壳内，所述气缸在位于所述热端换热器处径向地开设有数个对称的排气通道；
所述排出器和所述压缩活塞设置在所述气缸内并可沿所述气缸的轴线方向往复运动，所述排出器位于所述热端换热器的第一端通过所述固定螺钉与所述排出器杆的第一端连接；
所述固定螺钉开设有通孔，所述排出器杆的第一端开设有进气通道，所述进气通道的末端在径向开设有一径向小孔，所述排出器具有排出器内腔，所述进气通道通过所述通孔与所述排出器内腔相连通；
所述压缩活塞通过轴孔套在所述排出器杆上，所述轴孔与所述排出器杆之间具有间隙密封体，所述间隙密封体在轴向的长度大于所述排出器和所述压缩活塞的移动位移之间的差值；
所述压缩活塞与所述外壳之间形成背压腔，所述外壳在所述背压腔区域开设有充气口，所述充气均压装置具有充气状态和运行状态；
当所述充气均压装置处于充气状态时，所述径向小孔与所述背压腔相连通；
当所述充气均压装置处于运行状态时，所述径向小孔与所述背压腔不连通。
2.根据权利要求1所述的充气均压装置，其特征在于：
所述排出器具有上排出器和下排出器，所述上排出器的开口端与所述下排出器的开口端连接，所述下排出器的底部开设有阶梯孔，所述阶梯孔套在所述排出器杆的第一端。
3.根据权利要求2所述的充气均压装置，其特征在于：
所述上排出器的开口端设置有轴肩部，所述轴肩部的外壁上具有外螺纹，所述下排出器的开口端具有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹配合。
4.根据权利要求1所述的充气均压装置，其特征在于：
所述径向小孔的直径为0.5至1.5毫米。
5.根据权利要求1所述的充气均压装置，其特征在于：
所述通孔的直径为0.5至2.0毫米。
6.根据权利要求1所述的充气均压装置，其特征在于：
所述进气通道的直径为其顶端内螺纹公称直径的0.85倍。
7.根据权利要求6所述的充气均压装置，其特征在于：
所述顶端内螺纹为M5。
8.根据权利要求1至7任一项所述的充气均压装置，其特征在于：
所述排出器和所述压缩活塞的移动位移之间的最大差值为所述排出器和所述压缩活塞的振幅之和的0.7至0.9倍，所述间隙密封体在轴向的长度大于所述最大差值。
9.根据权利要求8所述的充气均压装置，其特征在于：
所述间隙密封体在轴向的长度大于所述最大差值0.5至2.5毫米。
10.根据权利要求9所述的充气均压装置，其特征在于：
所述间隙密封体在轴向的长度大于所述最大差值1.5毫米。
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