CN109028635A - 一种对置式无振动功回收脉管制冷机 - Google Patents

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陈曦
何韩军
杨易坤
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    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
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Abstract

本发明的对置式无振动功回收脉管制冷机，包括具有压缩腔的压缩部、冷指部以及功回收部；冷指部具有级后换热器、热端换热器，压缩腔通过压缩管路与级后换热器相连通，功回收部具有功回收缸，功回收缸内设置有两个对称布置的功回收活塞以及两个对称布置的位于功回收活塞外侧的固定活塞，功回收活塞、固定活塞以及功回收缸构成功回收腔，两个功回收活塞以及功回收缸构成膨胀腔，膨胀腔通过管路与热端换热器相连通，功回收腔通过功回收管路与压缩管路相连通，压缩部、冷指部以及功回收部呈直线设置，因为制冷机结构采用直线型，具有冷端气流直接从回热器进入脉管的优点，流动均匀，死体积小，最大限度地避免了气流转折损失，从而获取较高的制冷效率。

Description

一种对置式无振动功回收脉管制冷机
技术领域
本发明涉及低温制冷机领域，特别是涉及一种对置式脉管制冷机。
背景技术
基本型脉管制冷机是首先由吉福特(Gifford)和朗斯沃斯(Longsworth)在1963年提出的。它有两种理想循环：基本压缩循环和可逆循环。基本压缩循环中采用带有切换阀门的压缩机，故属于G-M型制冷机；可逆循环中采用的是无阀压缩机，属于斯特林型制冷机。脉管制冷机可分为同轴型、U型和直线型三种。基本型脉管制冷机除了压缩气体和切换阀是室温运动部件外，没有在低温下运动的部件。所以脉管制冷机结构简单、运行可靠；但制冷效率不高。
目前所使用的传统型脉管制冷机采用惯性管和气库对系统中的压力波与质量流进行调相，由于脉管热端出口的声功仍然具有做功能力，在惯性管型脉管制冷机中，这些声功会以废热的形式通过惯性管和气库耗散至大气，直接导致惯性管型脉管制冷机的效率低下。
发明内容
为了解决上述问题，以及提高脉管制冷机的效率，减小振动，增强可靠性，本发明对传统的脉管制冷机进行了优化设计，本发明的目的之一在于提供一种对置式无振动功回收脉管制冷机，本发明在原有的脉管制冷机基础上进行改进，用对置的压缩机代替原有的压缩机，增加了功回收系统，系统有两个对置的功回收活塞，用于回收脉管内气体膨胀产生的功，同时也具有调相功能。
本发明采用一种新型的调相结构—“质量-弹簧”组成的振子系统对制冷机调相，同时该结构的声功回收功能，能在一定程度上提高脉管制冷机的效率。另一方面为了减小脉管制冷机的振动，压缩机和功回收活塞采用对置设置，使之更加适用于酒柜、高空应用等对可靠性，振动要求极高的场合。
本发明提供了一种对置式无振动功回收脉管制冷机，具有这样的特征，包括压缩部，具有压缩缸，压缩缸内设置有两个对称布置的压缩活塞，两个压缩活塞以及压缩缸构成压缩腔；冷指部，具有级后换热器、热端换热器，压缩腔通过压缩管路与级后换热器相连通；以及功回收部，具有功回收缸，功回收缸内设置有两个对称布置的功回收活塞以及两个对称布置的位于功回收活塞外侧的固定活塞，功回收活塞、固定活塞以及功回收缸构成功回收腔，两个功回收活塞以及功回收缸构成膨胀腔，膨胀腔通过管路与热端换热器相连通，功回收腔通过功回收管路与压缩管路相连通，其中，压缩部、冷指部以及功回收部呈直线设置。
在本发明提供的对置式无振动功回收脉管制冷机中，还可以具有这样的特征：其中，冷指部包括顺次连接的级后换热器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器，回热器采用金属丝网，金属丝网的目数为250～600目，丝径为20～50微米。
另外，在本发明提供的对置式无振动功回收脉管制冷机中，还可以具有这样的特征：其中，功回收膨胀机包括分别对称设置在功回收缸内的两个功回收活塞、两个功回收活塞杆、两个固定活塞、两个板弹簧，功回收活塞杆的杆径与功回收活塞的直径比为0.2～0.5。
另外，在本发明提供的对置式无振动功回收脉管制冷机中，还可以具有这样的特征：其中，功回收腔与压缩腔的扫气容积之比为0.3～1。
另外，在本发明提供的对置式无振动功回收脉管制冷机中，还可以具有这样的特征：其中，固定活塞与功回收缸构成背压腔。
另外，在本发明提供的对置式无振动功回收脉管制冷机中，还可以具有这样的特征：其中，背压腔大小为功回收腔的10～20倍。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的对置式无振动功回收脉管制冷机，因为制冷机结构采用直线型，具有冷端气流直接从回热器进入脉管的优点，流动均匀，死体积小，最大限度地避免了气流转折损失，可以获取较高的制冷效率。
另外，压缩机采用对置压缩机布置，确保了轴向力能够得到最大的平衡，极大的减小了振动，增强了可靠性。
进一步地，增加了功回收系统，功回收系统的两个功回收活塞同压缩机一样对称布置，也能减小振动，增强可靠性，同时可以回收脉管内的气体膨胀功，再用于压缩气体工质，同时也可通过活塞的运动，调整回热器冷端的质量流和压力的相位差，从而获得更高的制冷效率。
进一步地，压缩部、冷指部以及功回收部呈直线设置，具有制造成本低、制造容易以及工作效率高的优点。
本发明的对置式脉管制冷机与传统脉管制冷机相比，具有振动小，稳定性高，效率高等优点，特别适用于酒柜、冰箱、航空航天等对可靠性，振动要求极高的场合。
附图说明
图1是本发明的实施例中对置式无振动功回收脉管制冷机结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的对置式无振动功回收脉管制冷机作具体阐述。
实施例
如图1所示，对置式无振动功回收脉管制冷机100包括压缩部10、冷指部20以及功回收膨胀机30。压缩部10、冷指部20以及功回收部30呈直线布置。
压缩部10包括两台线性压缩机，线性压缩机采用对置方式布置，用对置的压缩机代替原有的压缩机，用于确保线性压缩机的轴向力得到最大的平衡，减少震动。
压缩部10包括压缩缸11、两个压缩活塞12、压缩管路13以及两个线性电机(图中未画出)。
压缩缸11内设置有对称布置的两个压缩活塞12，两个压缩活塞12的活塞面相对设置，分别与两个压缩活塞12相连的两个压缩活塞杆位于两个压缩活塞12的外侧，两个压缩活塞12以及压缩缸11构成压缩腔14，压缩管路13的一端连通压缩腔14，另一端连通冷指部20，线性电机通电后通过压缩活塞杆带动压缩活塞12运动，气体工质被压缩活塞12压缩后，由压缩腔14进入冷指部分。
冷指部20包括顺次连接的级后换热器21、回热器22、冷端换热器23、脉管24、热端换热器25以及膨胀管路26。
压缩管路13的一端连通压缩腔14，另一端连通级后换热器21，来自压缩腔14的高压气体通过级后换热器21、回热器22、冷端换热器23，以层流形式进入脉管24，渐次推挤脉管24管内气体向热端移动，同时使之压缩，管内压力沿管长升高，温度上升，热端换热器25将气体的热量带走，管内气体放热，其温度和压力稍有降低，由于压缩机的往复运动，脉管24中的气体又以层流形式渐次向气源推移扩张，气体膨胀降压而获得低温，热端换热器25通过膨胀管路26与功回收部30相连通。
回热器23采用金属丝网，金属丝网的目数为250～600目，丝径为20～50微米。
功回收部30包括功回收缸31、两个对称布置的功回收活塞32、两个功回收活塞杆33、两个固定活塞34、两个板弹簧35以及功回收管路39。
两个功回收活塞32、两个功回收活塞杆33、两个固定活塞34、两个板弹簧35分别对称设置在功回收缸31内，两个功回收活塞32的的活塞面相对设置，两个板弹簧35分别位于两个功回收活塞32的外侧，分别与两个功回收活塞32相连的两个功回收活塞杆33位于两个功回收活塞32的外侧，功回收活塞杆33一端与功回收活塞32相连，另一端与板弹簧35相连，两个固定活塞34分别位于功回收活塞32与板弹簧35之间。
两个功回收活塞32以及功回收缸31构成膨胀腔36，功回收活塞32、固定活塞34以及功回收缸31构成功回收腔37，固定活塞34与功回收缸31构成背压腔38。功回收部30具有两个功回收腔37和两个背压腔38。膨胀腔36通过膨胀管路26与热端换热器相连通，两个功回收腔分别通过功回收管路39与压缩管路13相连通。
功回收活塞杆33杆径与功回收活塞32的直径比为0.2～0.5。
功回收腔37与压缩腔14的扫气容积之比为0.3～1。
背压腔38大小为功回收腔37的10～20倍。
功回收部30即功回收膨胀机的固有频率与运行频率一致。
热端换热器25通过膨胀管路26与膨胀腔36相连通，由于与热端换热器25相连通的膨胀腔36内气体膨胀，推动功回收活塞32，压缩功回收腔37内气体，回收脉管24内的气体膨胀功，再用于压缩气体工质，同时也可通过功回收活塞32的运动，调整回热器22冷端的质量流和压力的相位差，从而获得更高的制冷效率。
对置式无振动功回收脉管制冷机100制冷过程。
经线性压缩机压缩后温度为Ta的高压气体流经级后冷却器21和回热器22，被回热器22内的回热料冷却到接近Tc温度，通过冷端换热器23，以层流的形式进入脉管24，将管内的气体推向热端换热器25。气体受到挤压后，压力和温度上升，使热端换热器25的气体温度达到最高值Ta'。热端换热器25将气体的热量带走，管内气体的温度、压力略有降低，管内气体温度降低到Ta。与热端换热器25相连的膨胀腔36内气体膨胀，推动推移活塞32，压缩功回收腔37内气体，被压缩后的气体通过导流管39，提供一部分辅助压缩功。同时，脉管24内气体膨胀，产生制冷效应，气体温度降到Tc'。膨胀后的低压气体反向流过回热器22，吸收回热填料中热量，气体被复热升温至接近Ta，返回压缩管路13。至此，一个循环结束。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的对置式无振动功回收脉管制冷机，因为制冷机结构采用直线型，具有冷端气流直接从回热器进入脉管的优点，流动均匀，死体积小，最大限度地避免了气流转折损失，可以获取较高的制冷效率。
另外，压缩机采用对置压缩机布置，确保了轴向力能够得到最大的平衡，极大的减小了振动，增强了可靠性。
进一步地，增加了功回收系统，功回收系统的两个功回收活塞同压缩机一样对置布置，也能减小振动，增强可靠性，同时可以回收脉管内的气体膨胀功，再用于压缩气体工质，同时也可通过活塞的运动，调整回热器冷端的质量流和压力的相位差，从而获得更高的制冷效率。
进一步地，压缩部、冷指部以及功回收部呈直线设置，具有制造成本低、制造容易以及工作效率高的优点。
本实施例的对置式脉管制冷机与传统脉管制冷机相比，具有振动小，稳定性高，效率高等优点，特别适用于酒柜、冰箱、航空航天等对可靠性，振动要求极高的场合。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种对置式无振动功回收脉管制冷机，其特征在于，包括：
压缩部，具有压缩缸，所述压缩缸内设置有两个对称布置的压缩活塞，两个所述压缩活塞以及所述压缩缸构成压缩腔；
冷指部，具有级后换热器、热端换热器，所述压缩腔通过压缩管路与所述级后换热器相连通；以及
功回收部，具有功回收缸，所述功回收缸内设置有两个对称布置的功回收活塞以及两个对称布置的位于所述功回收活塞外侧的固定活塞，
所述功回收活塞、所述固定活塞以及所述功回收缸构成功回收腔，
两个所述功回收活塞以及所述功回收缸构成膨胀腔，
所述膨胀腔通过管路与所述热端换热器相连通，
所述功回收腔通过功回收管路与所述压缩管路相连通，
其中，所述压缩部、所述冷指部以及所述功回收部呈直线设置。
2.根据权利要求1所述的对置式无振动功回收脉管制冷机，其特征在于：
其中，冷指部包括顺次连接的所述级后换热器、回热器、冷端换热器、脉管、所述热端换热器，
所述回热器采用金属丝网，金属丝网的目数为250～600目，丝径为20～50微米。
3.根据权利要求1所述的对置式无振动功回收脉管制冷机，其特征在于：
其中，所述功回收膨胀机包括分别对称设置在所述功回收缸内的两个功回收活塞、两个功回收活塞杆、两个固定活塞、两个板弹簧，
所述功回收活塞杆的杆径与功回收活塞的直径比为0.2～0.5。
4.根据权利要求1所述的对置式无振动功回收脉管制冷机，其特征在于：
其中，所述功回收腔与所述压缩腔的扫气容积之比为0.3～1。
5.根据权利要求3所述的对置式无振动功回收脉管制冷机，其特征在于：
其中，所述固定活塞与所述功回收缸构成背压腔。
6.根据权利要求5所述的对置式无振动功回收脉管制冷机，其特征在于：
其中，所述背压腔大小为所述功回收腔的10～20倍。
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