CN111089435A

CN111089435A - 一种制冷机

Info

Publication number: CN111089435A
Application number: CN201911129496.1A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shanghai Houku Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Houku Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-05-01

Abstract

本发明公开了一种制冷机，包括压力壳体、机身、直线电机、配气活塞及动力活塞，所述直线电机包括外定子、磁石罐及内定子，所述机身及所述外定子固定安装于所述压力壳体，所述内定子安装于所述机身，所述磁石罐安装于所述动力活塞使所述磁石罐与所述外定子及所述内定子间隙配合，所述动力活塞安装于所述机身内，所述配气活塞部分位于所述动力活塞内并且与所述动力活塞同轴，所述压力壳体与所述配气活塞之间形成膨胀腔，所述配气活塞与所述动力活塞之间形成压缩腔，通过上述设计制冷机结构简单、体积小、重量小、小型化。

Description

一种制冷机

技术领域

本发明涉及制冷技术，尤其是涉及一种制冷机。

背景技术

斯特林循环制冷机内的工作气体是以高压封入的容易泄露的氦或氢。通过气缸内的工质(氢气或氦气)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来制冷。

但现有的制冷机结构复杂，体积大、重量大，无法做到小型化，以便于应用至一些场合。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单，体积小、重量小，小型化的制冷机。

一种制冷机，包括压力壳体、机身、直线电机、配气活塞及动力活塞，所述直线电机包括外定子、磁石罐及内定子，所述机身及所述外定子固定安装于所述压力壳体，所述内定子安装于所述机身，所述磁石罐安装于所述动力活塞使所述磁石罐与所述外定子及所述内定子间隙配合，所述动力活塞安装于所述机身内，所述配气活塞部分位于所述动力活塞内并且与所述动力活塞同轴，所述压力壳体与所述配气活塞之间形成膨胀腔，所述配气活塞与所述动力活塞之间形成压缩腔。

进一步地，所述磁石罐包括压环、磁钢及底座，所述压环及所述底座固定于所述磁钢两端。

进一步地，所述底座设有气孔，使所述磁石罐内气体工质流动顺畅，减小所述磁石罐往复运动的阻力。

进一步地，所述制冷机还包括换热***，所述换热***包括回热器组件，所述回热器组件套设于所述配气活塞端部，所述回热器组件包括套筒、过滤棉及薄膜，所述薄膜缠绕于所述套筒，所述过滤棉位于所述回热器组件两端的进出口位置，能够过滤、限位、均匀气流，所述薄膜设有若干凸起，每一凸起设有开口，所述薄膜缠绕于所述套筒形成若干层，气流通过所述开口在不同层之间流动，构成复杂的气体流通路径，从而扰乱工质流动。

进一步地，所述凸起的截面呈八字形。

进一步地，所述薄膜由聚萘二甲酸乙二醇酯制成。

进一步地，所述配气活塞包括活塞主体、气体轴承及多孔体，所述活塞主体为中空结构，所述活塞主体设有连通孔及凹穴，所述凹穴位于所述活塞主体外表面，所述连通孔贯穿所述活塞主体并且两端分别与所述活塞主体内部及所述凹穴连通，所述气体轴承将所述多孔体按压在所述活塞主体内表面，所述活塞主体内的气体工质受气压流经所述气体轴承及所述多孔体从所述连通孔及所述凹穴流出，使所述活塞主体及所述机身之间形成气膜间隙，形成密封。

进一步地，所述活塞主体外表面镀有工程塑料。

进一步地，所述工程塑料为聚四氟乙烯。

进一步地，所述多孔体由超高分子量聚乙烯制成，孔隙率为30％-40％。

相比现有技术，本发明制冷机的机身及外定子固定安装于压力壳体，内定子安装于机身，磁石罐安装于动力活塞使磁石罐与外定子及内定子间隙配合，动力活塞安装于机身内，配气活塞部分位于动力活塞内并且与动力活塞同轴，压力壳体与配气活塞之间形成膨胀腔，配气活塞与动力活塞之间形成压缩腔，通过上述设计制冷机结构简单、体积小、重量小、小型化。

附图说明

图1为本发明制冷机的剖视图；

图2为图1的制冷机的直线电机的剖视图；

图3为图2的直线电机的外定子的立体图；

图4为图3的外定子的剖视图；

图5为图2的直线电机的磁石罐的剖视图；

图6为图1的制冷机的吸振器的结构示意图；

图7为图6的吸振器的俯视图；

图8为图6的吸振器的板簧的俯视图；

图9为图6的吸振器的配重块的俯视图；

图10为图1的制冷机的内部结构示意图；

图11为图10的制冷机A处的放大图；

图12为图1的制冷机换热***的结构示意图；

图13为图12的回热器组件的立体图；

图14为图13的回热器组件的薄膜的凸起的结构示意图。

图中：10、压力壳体；20、机身；30、直线电机；31、外定子；310、外铁芯；3101、缺口；3102、收容部；3103、内孔；312、线圈；32、磁石罐；320、压环；321、磁钢；322、底座；3220、通孔；3221、气孔；33、内定子；40、吸振器；41、板簧；410、螺旋臂；412、安装孔；42、质量块；43、配重块；430、固定孔；431、边缘；44、连接套筒；45、垫片；46、紧固件；460、螺钉；461、螺母；47、垫圈；50、配气活塞；51、活塞主体；510、连通孔；512、凹穴；52、气体轴承；53、多孔体；54、气膜间隙；60、动力活塞；70、压缩腔；80、膨胀腔；90、换热***；91、吸热器组件；92、回热器组件；921、过滤棉；922、套筒；923、薄膜；9230、凸起；9231、开口；9232、流通孔；93、散热器组件；931、内散热器组件；932、外散热器组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当被称为“固定于”另一个，它可以直接在另一个上或者也可以存在另一中间，通过中间固定。当一个被认为是“连接”另一个，它可以是直接连接到另一个或者可能同时存在另一中间。当一个被认为是“设置于”另一个，它可以是直接设置在另一个上或者可能同时存在另一中间。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图14，本发明一种制冷机包括压力壳体10、机身20、直线电机30、吸振器40、配气活塞50、动力活塞60及换热***90。机身20固定安装于压力壳体10，直线电机30安装于压力壳体10及机身20，磁石罐32与动力活塞60连接。动力活塞60安装于机身20内，配气活塞50部分位于动力活塞60内并且与动力活塞60同轴。压力壳体10与配气活塞50之间形成膨胀腔80，配气活塞50与动力活塞60之间形成压缩腔70。

直线电机30包括外定子31、磁石罐32以及内定子33。

外定子31包括两外铁芯310及线圈312。外铁芯310为软磁材料制成。外铁芯310设有缺口3101、收容部3102以及内孔3103。两外铁芯310上下配合，两收容部3102形成线圈312的装配空间。线圈312为方形铜线通过工装绕制成型，配合胶水、绝缘胶带定型。每一外铁芯310设有四个缺口3101，用于与机身连接的紧固件及线圈312的安装。在装配过程中，绝缘胶水用于填充线圈312与外铁芯310之间的间隙，保证线圈312在工作振动中不产生松脱。内孔3103作为装配基准。

磁石罐32包括压环320、磁钢321以及底座322。磁钢321通过胶水与压环320以及底座322固定。磁钢321内外圆面分别与内定子33以及外定子31形成电磁气隙。磁石罐32与外定子31之间的间隙为单边0.4mm-0.7mm。磁石罐32与内定子33之间的间隙为单边0.5mm-0.8mm。底座322设有通孔3220、气孔3221。底座322呈中空圆柱形。通孔3220位于圆心处，气孔3221均匀环绕于通孔3220。气孔3221使磁石罐32内气体工质流动顺畅，减小磁石罐32往复运动的阻力。

吸振器40包括两板簧41、质量块42、配重块43、连接套筒44、垫片45、紧固件46、垫圈47。

每一板簧41设有四螺旋臂410及四安装孔412。四螺旋臂410周向分布。每一螺旋臂410的内外曲线均为渐开线。内曲线及外曲线均包含两条渐开线，两条渐开线之间平滑过渡。螺旋臂410内外曲线之间采用圆弧过渡。圆弧半径为1.5mm。每一安装孔412直径为8.2mm。四安装孔412的圆心位于直径为95.4mm的圆上。每一安装孔412圆心与板簧41圆心的连线与相邻螺旋臂410的圆弧圆心与板簧41圆心的连线夹角为14°。整个板簧41呈圆形，直径为108mm，厚度为2.1mm。板簧41圆心处设有孔，孔直径10.2mm。

质量块42呈圆环形，外直径为108mm，厚度为5.9mm。

配重块43呈圆弧形，设有固定孔430。每一固定孔430的直径为8.2mm。配重块43的边缘431与固定孔430至配重块43圆心之间的连线夹角为10°。配重块43的内径为41mm，外径为54mm。

紧固件46包括螺钉460及螺母461。

组装吸振器40时，一板簧41、垫片45、另一板簧41依次安装于连接套筒44，质量块42以及配重块43位于板簧41上方，螺钉460穿过板簧41的安装孔412、质量块42的通孔、配重块43的固定孔430与螺母461固定，使质量块42、配重块43固定于板簧41。

使用吸振器40时，由于配重块43使吸振器40的固有频率与制冷机本体20的固有频率相同，使吸振器40吸收制冷机工作频率下的振动。

配气活塞50包括活塞主体51、气体轴承52及多孔体53。

活塞主体51为中空结构，设有连通孔510以及凹穴512。凹穴512位于活塞主体51的外表面，连通孔510为通孔，一端与活塞主体51内部连通，另一端与凹穴512连通。活塞主体51外表面镀有工程塑料。在本实施例中，工程塑料为聚四氟乙烯。镀层厚度为35-45um。

气体轴承52采用双列8个小孔的轴承。多孔体53由超高分子量聚乙烯制成，孔隙率为30％-40％，厚度为0.35mm-0.75mm。多孔体53与活塞主体51内壁过盈配合，气体轴承52与多孔体53过盈配合将多孔体53按压在活塞主体51内壁上。活塞主体51收容于机身20并与机身20间隙配合。

活塞主体51内的气体工质处于高压状态，从气体轴承52及多孔体53流过，流经连通孔510及凹穴512进入机身20与活塞主体51的间隙中，形成气膜间隙54，为活塞提供径向刚度。

通过上述设计，在较小的耗气量状态下，提供足够多的气体轴承径向刚度，并保证密封性及润滑性。

换热***90包括吸热器组件91、回热器组件92及散热器组件93。

吸热器组件91包括吸热器以及衬套。吸热器由紫铜带料经过滚带机压制而成，导热系数高，换热面积大，氦气气体工质在通过狭缝空间时与铜带发生强制对流换热吸收或释放热量，吸热器相比压力壳体10光面的对流换热面积更大，换热效率更高。衬套由不锈钢制成。衬套位于吸热器内圈，避免紫铜翅片收紧后对塑料套筒922外壁直接施加外力，导致回热器组件92的套筒922上端变形，影响配气活塞往复运动。

回热器组件92包括过滤棉921、套筒922以及薄膜923。薄膜923由聚萘二甲酸乙二醇酯制成。套筒922由工程塑料注塑而成，其内壁与配气活塞形成膨胀腔80。薄膜923缠绕在套筒922表面。薄膜923设有若干凸起9230，每一凸起9230设有开口9231及流通孔9232，开口9231与流通孔9232连通，开口9231的直径小于流通孔9232的直径。凸起9230的截面呈八字形。薄膜923缠绕于套筒922形成若干层，气流通过开口9231在不同层之间流动，构成复杂的气体流通路径，从而扰乱流动，显著提高换热效率。薄膜923厚度为0.05mm。凸起9230高度为0.13mm。开口9231呈圆形，直径为0.18mm。流通孔9232呈圆形，直径为0.34mm。过滤棉921位于套筒922两端位于回热器组件92的上下进出口位置，起到过滤、限位以及均匀气流的作用。

散热器组件93包括内散热器组件931以及外散热器组件932。内散热器组件931包括若干翅片，翅片宽度为5.5mm。外散热器组件932包括外散热器翅片以及卡箍。外散热器翅片的宽度为25.5mm。外散热器翅片通过导热硅脂固化粘接于压力壳体10外壁。卡箍将若干外散热器翅片箍紧成型。在本实施例中，卡箍为铁丝。

使用制冷机换热***90时，吸热器组件91将膨胀腔80内的热量通过压力壳体10的铜冷头导入吸热器组件91内壁，工质在穿过吸热器21狭缝时通过强制对流换热吸收热量，工质温度升高，达到对工质加热的目的。膨胀腔80内温度降低，达到制冷目的。回热器组件92交替地从工质吸收热量和向工质提供热量。内散热器组件931吸收工质的热量，通过压力壳体10热传导给外散热器组件932，再由外部散热风扇强制对流排至制冷机外部。

通过上述设计，换热***90位于气缸中，减轻膨胀活塞的重量，并且换热效率高。

使用时，直线电机30的磁石罐32带动动力活塞60及配气活塞50往复运动，动力活塞60及配气活塞50之间存在位移差，使工质在压缩腔70内被压缩，膨胀腔80内膨胀，从而达到制冷的效果。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种制冷机，包括压力壳体及机身，其特征在于：所述制冷机还包括直线电机、配气活塞及动力活塞，所述直线电机包括外定子、磁石罐及内定子，所述机身及所述外定子固定安装于所述压力壳体，所述内定子安装于所述机身，所述磁石罐安装于所述动力活塞使所述磁石罐与所述外定子及所述内定子间隙配合，所述动力活塞安装于所述机身内，所述配气活塞部分位于所述动力活塞内并且与所述动力活塞同轴，所述压力壳体与所述配气活塞之间形成膨胀腔，所述配气活塞与所述动力活塞之间形成压缩腔。

2.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于：所述磁石罐包括压环、磁钢及底座，所述压环及所述底座固定于所述磁钢两端。

3.根据权利要求2所述的制冷机，其特征在于：所述底座设有气孔，使所述磁石罐内气体工质流动顺畅，减小所述磁石罐往复运动的阻力。

4.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于：所述制冷机还包括换热***，所述换热***包括回热器组件，所述回热器组件套设于所述配气活塞端部，所述回热器组件包括套筒、过滤棉及薄膜，所述薄膜缠绕于所述套筒，所述过滤棉位于所述回热器组件两端的进出口位置，能够过滤、限位、均匀气流，所述薄膜设有若干凸起，每一凸起设有开口，所述薄膜缠绕于所述套筒形成若干层，气流通过所述开口在不同层之间流动，构成复杂的气体流通路径，从而扰乱工质流动。

5.根据权利要求4所述的制冷机，其特征在于：所述凸起的截面呈八字形。

6.根据权利要求4所述的制冷机，其特征在于：所述薄膜由聚萘二甲酸乙二醇酯制成。

7.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于：所述配气活塞包括活塞主体、气体轴承及多孔体，所述活塞主体为中空结构，所述活塞主体设有连通孔及凹穴，所述凹穴位于所述活塞主体外表面，所述连通孔贯穿所述活塞主体并且两端分别与所述活塞主体内部及所述凹穴连通，所述气体轴承将所述多孔体按压在所述活塞主体内表面，所述活塞主体内的气体工质受气压流经所述气体轴承及所述多孔体从所述连通孔及所述凹穴流出，使所述活塞主体及所述机身之间形成气膜间隙，形成密封。

8.根据权利要求7所述的制冷机，其特征在于：所述活塞主体外表面镀有工程塑料。

9.根据权利要求8所述的制冷机，其特征在于：所述工程塑料为聚四氟乙烯。

10.根据权利要求7所述的制冷机，其特征在于：所述多孔体由超高分子量聚乙烯制成，孔隙率为30％-40％。