CN110118450A - 一种热声制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热声制冷机，包括机座和在其上下两侧分别设置的膨胀活塞组件和动力活塞组件，所述动力活塞组件外侧端设有线圈结构，机座上侧通过外接固定环连接真空罐形成对所述膨胀活塞组件的密闭，下侧连接外壳形成对所述动力活塞组件和线圈结构的密闭，外壳底侧还连接有减震组件。本发明在膨胀活塞表面形成一层由内而外循环的气膜，避免膨胀活塞与缸体内部的接触，采用气悬浮状态取代回热器结构，并且，整个装置的制冷效果好，稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，具体涉及一种制冷结构，特别涉及一种热声制冷机。
背景技术
与传统的循环理论不同，声能压缩机采用的循环理论是一种更为高效的热力学理论，随着新技术的不断发展，声能压缩机也越来越受到技术人员的重视。
热声制冷机一般采用N2或He作工质，属于绿色工质，对大气臭氧层没有破坏。可见，热声压缩机是一种具有发展潜力的新型压力波发生器，在空间及输电困难但能提供热能的地方（如远海或荒漠中开采石油和天然气）有着广泛的应用前景。
而在声能压缩机中，活塞结构和气浮结构均设置在机座和壳体内，机座上部通过连接件配合真空罐设置膨胀活塞气浮结构，机座下部通过壳体设置动力活塞及其气浮结构，同时还设置弹性结构，故而机座自身的结构则显得尤为重要，能够承接上下两部分结构的同时，自身密封性能还需要有保障。
同时，线圈结构作为动力活塞运转的驱动部分，在线圈内形成轴向的磁场，从而能够带动活塞的轴杆做往复的直线运动，故而其结构极为重要，而动力活塞能否达到理想的振幅是由线圈的功率决定，则线圈结构的设计至关重要。
故而，需要研制出一种新型的热声制冷机。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种热声制冷机，在膨胀活塞表面形成一层由内而外循环的气膜，避免膨胀活塞与缸体内部的接触，采用气悬浮状态取代回热器结构，并且，整个装置的制冷效果好，稳定性高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种热声制冷机，包括机座和在其上下两侧分别设置的膨胀活塞组件和动力活塞组件，所述动力活塞组件外侧端设有线圈结构，机座上侧通过外接固定环连接真空罐形成对所述膨胀活塞组件的密闭，下侧连接外壳形成对所述动力活塞组件和线圈结构的密闭，外壳底侧还连接有减震组件；
所述膨胀活塞组件包括头部罐和可往复运动同轴悬浮设置在其内的膨胀活塞，头部罐上部连接有盖体，下部连接有连通孔气缸，膨胀活塞包括中空的膨胀活塞本体和其底部连接的中空座体，且两者之间内部设有进气单向阀；
中空座体底部为活塞杆；
膨胀活塞本体顶侧周向设有第一通孔，且内部上、下侧均设有吸热翅；
中空座体中部周向设有第二通孔，底部周向设有第三通孔；
所述动力活塞组件包括动力活塞本体，所述动力活塞本体内部设有中空的膨胀活塞通道柱，所述膨胀活塞通道柱顶部设有进气单向阀接通所述膨胀活塞通道柱与所述动力活塞本体之间的气室空间，所述动力活塞本体圆周上下均布排列的设有多个第一气路通道与所述气室空间连通，所述动力活塞本体的顶部与圆周部之间还设有补充气路；
所述动力活塞本体底侧与所述膨胀活塞通道柱同轴的设有弹性件固定结构，且其为螺纹槽体，并与膨胀活塞通道柱贯通，活塞杆同时穿过所述膨胀活塞通道柱、所述弹性件固定结构后在底部连接有第一弹片，所述弹性件固定结构连接有第二弹片，所述第一弹片与所述第二弹片之间有承接件。
进一步地，所述线圈结构包括由外至内的线圈架体、磁环和铁环，所述线圈架体上绕制有线圈，所述线圈在所述线圈架体上由内而外绕制，单层绕制18圈，绕制3层，所述线圈下侧端还设有线圈结构固定架，所述磁环与所述铁环之间设有衬环。
进一步地，所述机座包括机座本体和与所述机座本体连接的动力活塞气缸，所述机座本体为圆柱盖体结构，其内部中空，且顶部设有连接凸部，所述机座本体的边缘为平台部，所述平台部下侧呈阶梯状的设有壳体固定平台和线圈固定平台。
进一步地，所述动力活塞组件设置在所述动力活塞气缸内，且所述铁环套设在所述动力活塞气缸外侧，所述线圈结构固定架与所述线圈固定平台连接固定。
进一步地，所述动力活塞气缸通过其外侧面的连接环由下至上的固定在所述机座本体的内侧面，且所述动力活塞气缸穿过所述机座本体的中空结构在顶部形成环状连接部，所述连接凸部包括同心呈环状设置的第一连接凸部和第二连接凸部，且两者位于所述环状连接部外侧端。
进一步地，所述外接固定环包括上侧的连接部和下侧的散热部，所述连接部与所述散热部同轴设置，且两者均为内部中空的圆柱结构，所述连接部顶部设有连接法兰，所述连接法兰顶部向内部呈台阶式的设有二级承台，所述散热部上部内侧圆周向设置的固定承台与所述连接部下侧连接固定，且所述散热部下侧设有嵌合槽，所述嵌合槽包括第一嵌合槽和第二嵌合槽，两者与所述第一连接凸部和第二连接凸部配合固定。
进一步地，所述补充气路包括设置在所述动力活塞本体顶部端面的多个第二气路通孔和设在在所述动力活塞本体圆周面的多个第三气路通孔所述气路管路位于所述动力活塞本体的侧壁内部且不与所述气室空间接通，所述动力活塞本体底侧为座体。
进一步地，所述顶部的所述吸热翅周向开设有孔槽与所述第一通孔贯通，所述连接孔气缸上设有气槽，所述膨胀活塞本体内侧在两个所述吸热翅之间设有九孔棉，所述盖体为铜头盖体。
进一步地，所述散热部为紫铜散热部。
综上所述，本发明具备以下优点：
1、本发明通过头部罐同轴设置膨胀活塞形成膨胀室，并通过上中下三处的通孔设置，配合单向阀的使用，形成由内而外的气悬浮结构，同时，动力活塞结构顶部的气路孔和侧部的出气孔，配合单向阀的使用，形成由内而外的气悬浮结构。
2、膨胀活塞内部设有九孔棉，具备较优的通气效果。
3、由内而外的气体流动方式，能够使得冷量集中在顶部。
4、本发明在动力活塞侧壁内设置补充气路结构，增强气路循环技能，具备较优的通气效果，达到较优的气悬浮效果。
5、本发线圈区别于传统线圈的绕制方式，结合喇叭线圈的绕制方式，实现声能传动，其作用效果好，能够使得动力活塞在直线的往复运动上达到理想的振幅，保证制冷效果。
6、本发明线圈结构能够通过线圈结构固定架与机座固定，在结构的连接设置上，稳定性高。
7、本发明机座通过环状连接部和连接凸部与外接固定环连接，而下部通过壳体固定平台连接外壳，上部采用双道嵌合槽的设计，连接更为稳定，同时本装置在连接时均采用真空焊焊接，整个密封效果好。
8、散热部采用紫铜散热部，散热效果好。
附图说明
图1是本发明结构剖面示意图；
图2是本发明膨胀活塞组件结构示意图；
图3是本发明膨胀活塞结构剖视图；
图4是连通孔气缸结构示意图；
图5是膨胀活塞结构示意图；
图6是本发明动力活塞组件示意图；
图7是本发明动力活塞组件剖视图；
图8是线圈结构示意图；
图9是线圈结构剖面示意图；
图10是机座主视图；
图11是机座俯视图；
图12是机座仰视示意图；
图13是外接固定环结构示意图；
图14是外接固定环剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
一种热声制冷机，参照附图1-14，包括机座1和在其上下两侧分别设置的膨胀活塞组件2和动力活塞组件3，动力活塞组件3外侧端设有线圈结构4，机座1上侧通过外接固定环连接真空罐形成对膨胀活塞组件2的密闭，下侧连接外壳6形成对动力活塞组件3和线圈结构4的密闭，外壳6底侧还连接有减震组件7。
具体的，参照附2-4，膨胀活塞组件2包括头部罐2-1和可往复运动同轴悬浮设置在其内的膨胀活塞2-2，头部罐2-1上部连接有盖体2-11，下部连接有连通孔气缸2-3，膨胀活塞2-2包括中空的膨胀活塞本体2-21和其底部连接的中空座体2-22，且两者之间内部设有进气单向阀2-4；
中空座体2-22底部为活塞杆2-23；
膨胀活塞本体2-21顶侧周向设有第一通孔2-24，且内部上、下侧均设有吸热翅2-25；
中空座体2-22中部周向设有第二通孔2-26，底部周向设有第三通孔2-27；
动力活塞组件3包括动力活塞本体3-1，动力活塞本体3-1内部设有中空的膨胀活塞通道柱3-11，膨胀活塞通道柱3-11顶部设有进气单向阀3-12接通膨胀活塞通道柱3-11与动力活塞本体3-1之间的气室空间3-13，动力活塞本体3-1圆周上下均布排列的设有多个第一气路通道3-15与气室空间3-13连通，动力活塞本体3-1的顶部与圆周部之间还设有补充气路3-2；
动力活塞本体3-1底侧与所述膨胀活塞通道柱3-11同轴的设有弹性件固定结构3-17，且其为螺纹槽体，并与膨胀活塞通道柱11贯通，活塞杆2-23同时穿过膨胀活塞通道柱3-11、弹性件固定结构3-17后在底部连接有第一弹片100，弹性件固定结构3-17连接有第二弹片200，第一弹片100与第二弹片200之间有承接件300。
具体的， 头部罐上部连接有的盖体配合下部连接有的连通孔气缸作为膨胀室主体，同时也是膨胀活塞往复运动的主体结构。
第一通孔、第二通孔、第三通孔均为均布设置。
连接孔气缸上设有气槽，其与第二通孔相对，形成封闭腔室内气体流通的进气端。
进一步地，顶部的吸热翅2-25周向开设有孔槽与第一通孔2-24贯通，连接孔气缸2-3上设有气槽2-31，膨胀活塞本体2-21内侧在两个吸热翅2-25之间设有九孔棉，盖体2-11为铜头盖体
在气膜的形成上，气体从第二通孔进入，向上经过进气单向阀，穿过膨胀活塞本体内部，依次经过其内的吸热翅和九孔棉，并由上部第一通孔和顶部吸热翅流出，随后在头部罐和膨胀活塞本体之间向下形成气悬浮状态。
同时，气体从第二通孔进入在中空座体内向下从第三通孔内流出，并在在中空座体和连通孔气缸之间向上形成气悬浮状态。
气悬浮状态能够取代铜片回热器。
作为优选的，盖体为铜头盖体，盖体作为吸热装置，采用铜头盖体效果更好，而由内而外的气浮循环，能够使得冷量集中。
而在动力活塞气浮结构上，膨胀活塞通道柱顶部设有第一进气单向阀接通所述膨胀活塞通道柱与动力活塞本体之间的气室空间。
即第一进气单向阀作为动力活塞的进气口将气体导入气室空间内。
动力活塞本体圆周上下均布排列的设有多个第一气路通道与气室空间连通，即第一气路通孔将气室空间内的气体导出，并在气缸内从动力活塞本体外壁向上后从第一进气单向阀内进入气室空间内，将动力活塞本体与气缸之间形成气浮结构。
在本实施例中，第一气路通道双排设置，且单排沿圆周侧设置个数为4。
且在动力活塞本体的持续运动过程中，该气浮层持续存在。
同时，为进一步保证气浮效果，补充气路3-2包括设置在动力活塞本体3-1顶部端面的多个第二气路通孔3-21和设在在动力活塞本体3-1圆周面的多个第三气路通孔3-22，气路管路3-23位于动力活塞本体3-1的侧壁内部且不与气室空间3-13接通，动力活塞本体3-1底侧为座体3-16。
在本实施例中，第二气路通孔设置个数为2，单个第二气路通孔对应设置的第三气路通孔个数为2。
气体从第二气路通孔中进入，从第三气路通孔中排出，形成气浮的气路循环。
在结构的线圈结构上，线圈结构4包括由外至内的线圈架体4-1、磁环4-2和铁环4-3。
线圈架体4-1上绕制有线圈4-4，线圈4-4在线圈架体4-1上由内而外绕制，单层绕制18圈，绕制3层。
线圈4-4下侧端还设有线圈结构固定架4-5，磁环4-2与铁环4-3之间设有衬环4-6。
线圈结构固定架4-5与基座上的线圈固定平台1-13连接形成固定状态。
本结构上下侧的连接则是通过机座和外接固定环实现的，机座1包括机座本体1-1和与机座本体1-1连接的动力活塞气缸1-2。
机座本体1-1为圆柱盖体结构，其内部中空，且顶部设有连接凸部1-3，机座本体1-1的边缘为平台部1-11，平台部1-11下侧呈阶梯状的设有壳体固定平台1-12和线圈固定平台1-13。
动力活塞组件3设置在所述动力活塞气缸1-2内，且铁环4-3套设在动力活塞气缸1-2外侧，线圈结构固定架4-5与线圈固定平台1-13连接固定
动力活塞气缸1-2通过其外侧面的连接环1-21由下至上的固定在机座本体1-1的内侧面，且动力活塞气缸1-2穿过机座本体1-1的中空结构在顶部形成环状连接部1-22，连接凸部1-3包括同心呈环状设置的第一连接凸部1-31和第二连接凸部1-32，且两者位于环状连接部1-22外侧端。
而外接固定环5包括上侧的连接部5-1和下侧的散热部5-2，连接部5-1与散热部5-2同轴设置，且两者均为内部中空的圆柱结构。
连接部5-1顶部设有连接法兰5-11，连接法兰5-11顶部向内部呈台阶式的设有二级承台5-12。
散热部5-2为紫铜散热部，上部内侧圆周向设置的固定承台5-21与连接部5-1下侧连接固定，且散热部5-2下侧设有嵌合槽5-3，嵌合槽5-3包括第一嵌合槽5-31和第二嵌合槽5-32，两者与第一连接凸部1-31和第二连接凸部1-32配合固定。
机座通过环状连接部和连接凸部与外接固定环连接，而下部通过壳体固定平台连接外壳，上部采用双道嵌合槽的设计，连接更为稳定，同时本装置在连接时均采用真空焊焊接，整个密封效果好。
线圈结构能够通过线圈结构固定架与机座固定，在结构的连接设置上，稳定性高。
结合其工作机制进一步说明，当线圈通电时，线圈结构产生磁场，故而动力活塞运动沿其轴向往复运动，而膨胀活塞在压差的作用下，伴随着动力活塞的运动而运动，在等压变化时，盖体处的膨胀室相邻部分形成低温状态，而在散布部分的腔室相邻接部分形成高温状态。
而膨胀活塞和动力活塞的往复运动会产生振动，则底部的减震装置发挥作用，减震组件的中，配重块设置在其中部位置，并且连接件穿过上下设置的减震元件（圆盘弹簧）的中心位置将配重块3设置在两者之间，同时减震壳体与外壳连接，使其形成一个共振结构，且与振动轴线往复运动的轴线同轴。
此外，配重块为圆盘形金属块，且为中间凸出向两侧呈斜面的锥形配重块，减震元件直径大于配重块直径，故而配合减震外壳，形成夹心结构，配重块在其中心位置实现与热声电机壳体的共振，吸收振动，达到较优的减震效果。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种热声制冷机，其特征在于：包括机座（1）和在其上下两侧分别设置的膨胀活塞组件（2）和动力活塞组件（3），所述动力活塞组件（3）外侧端设有线圈结构（4），所述机座（1）上侧通过外接固定环（5）连接真空罐形成对所述膨胀活塞组件（2）的密闭，下侧连接外壳（6）形成对所述动力活塞组件（3）和所述线圈结构（4）的密闭，所述外壳（6）底侧还连接有减震组件（7）；
所述膨胀活塞组件（2）包括头部罐（2-1）和可往复运动同轴悬浮设置在其内的膨胀活塞（2-2），所述头部罐（2-1）上部连接有盖体（2-11），下部连接有连通孔气缸（2-3），所述膨胀活塞（2-2）包括中空的膨胀活塞本体（2-21）和其底部连接的中空座体（2-22），且两者之间内部设有进气单向阀（2-4）；
所述中空座体（2-22）底部为活塞杆（2-23）；
所述膨胀活塞本体（2-21）顶侧周向设有第一通孔（2-24），且内部上、下侧均设有吸热翅（2-25）；
所述中空座体（2-22）中部周向设有第二通孔（2-26），底部周向设有第三通孔（2-27）；
所述动力活塞组件（3）包括动力活塞本体（3-1），所述动力活塞本体（3-1）内部设有中空的膨胀活塞通道柱（3-11），所述膨胀活塞通道柱（3-11）顶部设有进气单向阀（3-12）接通所述膨胀活塞通道柱（3-11）与所述动力活塞本体（3-1）之间的气室空间（3-13），所述动力活塞本体（3-1）圆周上下均布排列的设有多个第一气路通道（3-15）与所述气室空间（3-13）连通，所述动力活塞本体（3-1）的顶部与圆周部之间还设有补充气路（3-2）；
所述动力活塞本体（3-1）底侧与所述膨胀活塞通道柱（3-11）同轴的设有弹性件固定结构（3-17），且其为螺纹槽体，并与所述膨胀活塞通道柱（11）贯通，所述活塞杆（2-23）同时穿过所述膨胀活塞通道柱（3-11）、所述弹性件固定结构（3-17）后在底部连接有第一弹片（100），所述弹性件固定结构（3-17）连接有第二弹片（200），所述第一弹片（100）与所述第二弹片（200）之间有承接件（300）。
2.根据权利要求1所述一种热声制冷机，其特征在于：所述线圈结构（4）包括由外至内的线圈架体（4-1）、磁环（4-2）和铁环（4-3），所述线圈架体（4-1）上绕制有线圈（4-4），所述线圈（4-4）在所述线圈架体（4-1）上由内而外绕制，单层绕制18圈，绕制3层，所述线圈（4-4）下侧端还设有线圈结构固定架（4-5），所述磁环（4-2）与所述铁环（4-3）之间设有衬环（4-6）。
3.根据权利要求2所述一种热声制冷机，其特征在于：所述机座（1）包括机座本体（1-1）和与所述机座本体（1-1）连接的动力活塞气缸（1-2），所述机座本体（1-1）为圆柱盖体结构，其内部中空，且顶部设有连接凸部（1-3），所述机座本体（1-1）的边缘为平台部（1-11），所述平台部（1-11）下侧呈阶梯状的设有壳体固定平台（1-12）和线圈固定平台（1-13）。
4.根据权利要求3所述一种热声制冷机，其特征在于：所述动力活塞组件（3）设置在所述动力活塞气缸（1-2）内，且所述铁环（4-3）套设在所述动力活塞气缸（1-2）外侧，所述线圈结构固定架（4-5）与所述线圈固定平台（1-13）连接固定。
5.根据权利要求3所述一种热声制冷机，其特征在于：所述动力活塞气缸（1-2）通过其外侧面的连接环（1-21）由下至上的固定在所述机座本体（1-1）的内侧面，且所述动力活塞气缸（1-2）穿过所述机座本体（1-1）的中空结构在顶部形成环状连接部（1-22），所述连接凸部（1-3）包括同心呈环状设置的第一连接凸部（1-31）和第二连接凸部（1-32），且两者位于所述环状连接部（1-22）外侧端。
6.根据权利要求5所述一种热声制冷机，其特征在于：所述外接固定环（5）包括上侧的连接部（5-1）和下侧的散热部（5-2），所述连接部（5-1）与所述散热部（5-2）同轴设置，且两者均为内部中空的圆柱结构，所述连接部（5-1）顶部设有连接法兰（5-11），所述连接法兰（5-11）顶部向内部呈台阶式的设有二级承台（5-12），所述散热部（5-2）上部内侧圆周向设置的固定承台（5-21）与所述连接部（5-1）下侧连接固定，且所述散热部（5-2）下侧设有嵌合槽（5-3），所述嵌合槽（5-3）包括第一嵌合槽（5-31）和第二嵌合槽（5-32），两者与所述第一连接凸部（1-31）和第二连接凸部（1-32）配合固定。
7.根据权利要求2所述一种热声制冷机，其特征在于：所述补充气路（3-2）包括设置在所述动力活塞本体（3-1）顶部端面的多个第二气路通孔（3-21）和设在在所述动力活塞本体（3-1）圆周面的多个第三气路通孔（3-22）所述气路管路（3-23）位于所述动力活塞本体（3-1）的侧壁内部且不与所述气室空间（3-13）接通，所述动力活塞本体（3-1）底侧为座体（3-16）。
8.根据权利要求1所述一种热声制冷机，其特征在于：所述顶部的所述吸热翅（2-25）周向开设有孔槽与所述第一通孔（2-24）贯通，所述连接孔气缸（2-3）上设有气槽（2-31），所述膨胀活塞本体（2-21）内侧在两个所述吸热翅（2-25）之间设有九孔棉，所述盖体（2-11）为铜头盖体。
9.根据权利要求3所述一种热声制冷机，其特征在于：所述散热部（1-2）为紫铜散热部。
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