一种热压缩机驱动的制冷机制造技术

本发明专利技术提供一种热压缩机驱动的制冷机，一种热压缩机驱动的制冷机，其包括热压缩机系统和脉管装置(7)，其中该热压缩机系统具有与该脉管装置(7)流体连通的装有工质的至少一个气缸(1)，设置在该气缸(1)内将气缸腔体分隔成热腔(8)和冷腔(9)的活塞(2)，驱动该活塞(2)在气缸内往复运动的驱动机构(6)，以及布置在所述气缸(1)的热腔端(8a)用于给气缸内的工质输入热量的热端换热器(4)和布置在所述气缸(1)的冷腔端(9a)用于给气缸内的工质输入冷量的冷端换热器(5)，并且该热腔(8)和该冷腔(9)之间由一通路流体连通，在该通路中设有回热器(3)。该脉管制冷机利用热能尤其是废热等作为动力源，采用外燃加热方式来驱动制冷机对外输出冷量，具有能利用低品位热源，振动小、噪声低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用热能驱动的制冷机领域，尤其涉及一种热压缩机驱动的制冷机。
技术介绍
现有的脉管制冷机是一种新型的低温制冷机，其主要是一种能通过进出脉管的气体周期性压缩和膨胀而获得低温的制冷装置。脉管制冷机的优点在于低温端没有运动部件并且结构简单，完全消除了由于密封材料的磨损带来的问题，具有更高的可靠性、更小的振动。这类制冷机的冷头没有运动部件，因而具有制造简单、寿命长以及噪声低的优点。此外， 这类脉管制冷机在气象、军事、空间技术、低温电子学器件、低温医学、天然气液化等领域有广泛的应用。然而，很多现有的脉管制冷机，多数需要由电驱动来工作，当制冷温度较低，制冷量较大时，需要消耗大量的电能。为了节约能源，可以使用低品位的热源例如废热等来驱动制冷。当前，废热的回收和再利用有非常大的市场和意义。发电厂、化工厂、钢铁厂等都有大量的废热产生，而最易获得的太阳能一般也只提供较低的热源温度。因此，当前迫切需要一种能利用低品位热源驱动的制冷机。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供这样一种热压缩机驱动的制冷机，其基于低品位热能驱动制冷，并且具有振动小、噪声低的特点。因此，本专利技术提供一种热压缩机驱动的制冷机，其包括热压缩机系统和脉管装置， 其中热压缩机系统具有与脉管装置流体连通的装有工质的至少一个气缸，设置在气缸内将气缸腔体分隔成热腔和冷腔的活塞，驱动活塞在气缸内往复运动的驱动机构，热压缩机系统还包括布置在气缸的热腔端用于给气缸内的工质输入热量的热端换热器和布置在气缸的冷腔端用于冷却气缸内工质的冷端换热器，并且该热腔和该冷腔之间由一通路流体连通，在该通路中设有回热器。在本专利技术中，封闭在系统内的工质例如可选自氦气、氮气、氢气、空气及其混合物中的任一种。当然，根据具体需求也可以选用其它合适的工质。封闭在热压缩机系统内的工质不会发生泄漏，从而在系统内可以获得很高的压力。另外，本专利技术中的回热器是低温制冷技术中常用到的一种装置，其由具有高比热容和低阻力系数的多孔介质固体填料组成， 填料可以是细金属丝网例如不锈钢、磷青铜等，小金属球或颗粒以及磁性材料等组成。按照本专利技术的另一个方案，所述通路由沿该活塞的纵向开设的通孔形成，该回热器布置在该通孔中，这样配置的通路和回热器具有结构简单，效率高的优点。按照本专利技术的又一方案，所述通路由该气缸的内壁和外壁之间的空腔形成，该回热器布置在该空腔内。按照本专利技术的另一方案，所述通路由在该气缸外的从该热腔端到该冷腔端的连接管路形成，该回热器串联在在该连接管路中。按照本专利技术的另一方案，所述通路由该活塞和该气缸内壁之间的夹隙形成，夹隙中的工质起到回热器的作用。在本专利技术中，在驱动机构的驱动下，活塞在气缸内往复运动，通过活塞的运动使工质在热腔和冷腔之间流动，当活塞从靠近冷端换热器的下止点向靠近热端换热器的上止点移动时，经热端换热器加热后的工质从热腔流向冷腔，在该过程中，高温工质的部分热量储存在回热器中，当活塞移动到上止点时，系统内的大部分工质位于冷腔内，通过冷端换热器冷却冷腔内的工质，使系统内工质的平均温度下降，从而导致工质的平均压力处于最低值; 而当活塞从靠近热端换热器的上止点向靠近冷端换热器的下至点移动时，经冷端换热器冷却后的工质从冷腔经所述通路流向热腔，低温工质从回热器吸收热量，相当于对低温工质进行预热，当活塞移动到下至点时，通过热端换热器向热腔内的工质输入热量，系统内的大部分工质位于热腔内，系统内工质的平均温度升高，从而导致工质的平均压力处于最高值。 这样一来，在活塞的周期性运动过程中，系统中的工质压力也发生周期性的变化，从而能够驱动脉管装置制冷。回热器的设置，减小了系统的加热量，从而起到提高了能量利用效率。在本专利技术中，所使用的脉管是现有技术中常用的脉管，例如斯特林型脉管或者GM 型脉管。在活塞向冷端换热器移动的过程中，由于系统内的压力升高，使得气体工质进入脉管装置中，当活塞到达下止点时，脉管装置内的压力也达到最大值；在活塞向热端换热器移动的过程中，由于系统内的压力降低，气体工质从脉管装置中流出，当活塞到达上止点时， 脉管装置内的压力达到最小值，从而完成一次循环。随着活塞在气缸内的往复运动，热压缩机系统产生交替的压力波动，驱动脉管装置制冷。按照本专利技术的一个方案，驱动机构可以为主轴与该活塞同轴布置的直线电机，直线电机通常具有行程限制器，活塞在气缸内的往复运动通过行程控制器的控制来实现。另外，驱动机构也可以采用旋转电机，这时需要通过曲柄连杆机构与活塞相连接，将电机的旋转运动转化为活塞的往复直线运动。在本专利技术中，热压缩机系统气缸的数目可以根据需要进行选择，可以采用单缸结构，也可以采用多缸结构。采用多缸结构的情况下，例如气缸的数目可以是2，3，4，5等；根据具体的气缸数目，可以选择将这些气缸对称布置，或者布置成V型。另外，在采用多缸结构时，可以利用通过将每个气缸各自的活塞串联起来实现多缸的同时动作，这将在文中进一步描述。按照本专利技术，为了增强制冷效果，制冷机中的脉管装置可以配置成一级或多级，布置方式可根据需要选择，例如按照直线、同轴和U型方式中任一种布置。另外，为了改善这种热压机驱动的制冷机的性能，还设置有用于脉管的调相机构， 调相机构可以是双向进气机构、多路旁通机构、由小孔阀和气库组成的小孔-气库调相机构、由惯性管和气库组成的惯性管-气库调相机构、惯性管中的至少一种。另外，热端换热器可以采用外燃加热方式，冷端换热器可以采用风冷或水冷方式进行冷却。本领域技术人员应当明白，对热端换热器采用内燃加热，对冷端换热器进行其它形式的冷却也落在本专利技术的范围内。根据本专利技术的脉管制冷机只需要很少的机械功驱动，并利用低品位热能例如废热等来压缩气体驱动脉冲管制冷，对外产生冷量，具有容易制造，噪低，振动小的特点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，图中相同的附图标记表示相同的元件，其中图1是根据本专利技术的热压缩机驱动的制冷机的一个实施例的结构示意图，其中回热器布置在活塞中；图2是根据本专利技术的热压缩机驱动的制冷机的另一个实施例的结构示意图，其中回热器布置在气缸的内壁和外壁之间；图3是根据本专利技术的热压缩机驱动的制冷机的另一个实施例的结构示意图，其中回热器布置在气缸外；图4是根据本专利技术的热压缩机驱动的制冷机的另一个实施例的结构示意图，其中回热器由活塞和气缸壁之间夹隙中的工质构成；图5是根据本专利技术的双缸结构的热压缩机驱动的制冷机的结构示意图，其中两个气缸对称布置；图6是根据本专利技术的四缸结构的热压缩机驱动的制冷机的结构示意图，其中四个气缸对称布置；图7至图10示出了用于本专利技术的热压缩机驱动的制冷机调相的多种调相机构。附图标记一览表1-气缸；2-活塞；3-回热器；4-热端换热器；5-冷端换热器；6_驱动机构；7_脉管装置；7a-脉管装置的热端换热器；7b-脉管装置的冷端换热器；8-热腔；9-冷腔；8a-热腔端；9a-冷腔端；10-蓄冷器；IOa-蓄冷器热端；IOb-蓄冷器冷端；11_惯性管；12-气库； 13-小孔阀；14-多路旁通阀；15-双向进气阀。具体实施例方式参见图1，示出了根据本专利技术的热压缩机驱动的制冷机的一个实施例的结构示意图。从图中可以看出，该制冷机主要包括脉管装置7和热压缩机系统，热压缩机系统包括与脉管装置7流体连通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周远，王俊杰，薛小代，顾超，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：