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CN108168135A - 一种声能制冷机及其膨胀活塞 - Google Patents

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CN108168135A
CN108168135A CN201810153025.3A CN201810153025A CN108168135A CN 108168135 A CN108168135 A CN 108168135A CN 201810153025 A CN201810153025 A CN 201810153025A CN 108168135 A CN108168135 A CN 108168135A
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杨厚成
陈曦
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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Abstract

本发明提供一种声能制冷机及其膨胀活塞，膨胀活塞包括上活塞体、下活塞体、橡胶挡圈以及密封圈，上活塞体的开口端设置有轴肩部，轴肩部的外壁上具有外螺纹和密封圈槽，密封圈套在密封圈槽上，下活塞体的开口端具有内螺纹，内螺纹与外螺纹配合，橡胶挡圈嵌入上活塞体的开口端，橡胶挡圈和上活塞体的内部之间形成密封腔，密封腔内具有导热系数很小的填料。上活塞体与下活塞体通过螺纹连接，密封腔内具有导热系数很小的填料，能更好地减小膨胀活塞的轴向导热损失。通过密封圈将膨胀活塞内部的气体与环隙隔绝开，保证膨胀活塞内部气体不与环隙和膨胀腔内气体串气，减小了膨胀活塞在轴向的导热损失，提高声能制冷机的使用性能。

Description

一种声能制冷机及其膨胀活塞
技术领域
本发明涉及制冷机技术领域，尤其涉及一种声能制冷机，以及用于声能制冷机的膨胀活塞。
背景技术
声能制冷机采用声能逆循环，理论制冷效率和逆卡诺循环的效率相等。声能制冷机采用直线压缩机驱动、柔性弹簧支撑、间隙密封等技术，使得和其他制冷系统相比，具有结构紧凑、噪音小、寿命长、可靠性高等优点。凭借以上优点，声能制冷机在航空、航天、超导、低温冰箱，甚至家用制冷领域得到了广泛应用。
声能制冷机的膨胀活塞两侧分别压缩腔和膨胀腔，压缩腔温度可达40℃～50℃，而膨胀腔温度可低至-200℃甚至更低。因此膨胀活塞两侧存在着巨大的温度梯度，由此造成的轴向导热损失是十分可观的。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种用于声能制冷机且减小轴向导热损失的膨胀活塞。
本发明的第二目的是提供一种使用上述膨胀活塞的声能制冷机。
为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种膨胀活塞，包括上活塞体、下活塞体、橡胶挡圈以及密封圈，上活塞体的开口端设置有轴肩部，轴肩部的外壁上具有外螺纹和密封圈槽，密封圈套在密封圈槽上，下活塞体的开口端具有内螺纹，内螺纹与外螺纹配合，橡胶挡圈嵌入上活塞体的开口端，橡胶挡圈和上活塞体的内部之间形成密封腔，密封腔内具有导热系数很小的填料。
更进一步的方案是，填料为羊绒或毛毡，填料的填充率为30％至80％。
更进一步的方案是，上活塞体由PEEK塑料、PPO塑料、MPPO塑料、尼龙1010、尼龙6、尼龙66中的其中一种材料制成。
更进一步的方案是，下活塞体由铝材料制成，且下活塞体的外壁上喷涂一层耐磨材料。
更进一步的方案是，下活塞体在轴向的长度为10至40毫米。
更进一步的方案是，下活塞体的底部开设有阶梯孔。
更进一步的方案是，阶梯孔位于下活塞体的轴线上。
由上述方案可见，上活塞体与下活塞体通过螺纹连接，橡胶挡圈和上活塞体的内部之间形成密封腔，密封腔内具有导热系数很小的填料，能更好地减小膨胀活塞的轴向导热损失。通过密封圈将膨胀活塞内部的气体与外部隔绝开，保证膨胀活塞内部气体不与外部气体串气，减小了膨胀活塞在轴向的导热损失。
为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种声能制冷机，包括气缸、活塞杆以及膨胀活塞，膨胀活塞包括上活塞体、下活塞体、橡胶挡圈以及密封圈，上活塞体的开口端设置有轴肩部，轴肩部的外壁上具有外螺纹和密封圈槽，密封圈套在密封圈槽上，下活塞体的开口端具有内螺纹，内螺纹与外螺纹配合，橡胶挡圈嵌入上活塞体的开口端，橡胶挡圈和上活塞体的内部之间形成密封腔，密封腔内具有导热系数很小的填料，活塞杆与下活塞体的底部连接，膨胀活塞设置在气缸内并可沿气缸的轴线方向往复运动，下活塞体的外壁与气缸的内壁之间设置有间隙密封环。
更进一步的方案是，下活塞体的外壁与气缸的内壁之间的间距为8.0至20微米。
更进一步的方案是，上活塞体的外壁与气缸的内壁之间的间距为200至400微米。
由上述方案可见，上活塞体与下活塞体通过螺纹连接，橡胶挡圈和上活塞体的内部之间形成密封腔，密封腔内具有导热系数很小的填料，能更好地减小膨胀活塞的轴向导热损失。通过密封圈将膨胀活塞内部的气体与环隙隔绝开，保证膨胀活塞内部气体不与环隙和膨胀腔内气体串气，减小了膨胀活塞在轴向的导热损失，提高声能制冷机的使用性能。
附图说明
图1为本发明膨胀活塞实施例的结构剖视图；
图2为本发明膨胀活塞实施例的结构分解图；
图3为本发明膨胀活塞实施例的使用状态剖视图。
图中标号示意如下：1、膨胀活塞；11、上活塞体；12、下活塞体；13、橡胶挡圈；14、密封圈；15、填料；111、外螺纹；112、密封圈槽；121、内螺纹；2、固定螺钉；3、活塞杆；4、气缸；5、环隙；6、膨胀腔。
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和图2所示，本实施例提供的一种膨胀活塞1包括上活塞体11、下活塞体12、橡胶挡圈13以及密封圈14，上活塞体11的开口端设置有轴肩部，轴肩部的外壁上具有外螺纹111和密封圈槽112，密封圈14套在密封圈槽112上。下活塞体12的开口端具有内螺纹121，内螺纹121与外螺纹111配合，由此，上活塞体11与下活塞体12通过螺纹连接。橡胶挡圈13嵌入上活塞体11的开口端，橡胶挡圈13和上活塞体11的内部之间形成密封腔，密封腔内具有导热系数很小的填料15。优选地，填料15为羊绒或毛毡，填料15的填充率为30％至80％，能更好地减小膨胀活塞1的轴向导热损失。
上活塞体11的材料为具有润滑性且低温下性能良好、轴向导热系数较小、热膨胀系数较小的PEEK塑料、或PPO塑料、MPPO塑料、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、或其他复合材料等，目的是为了减小膨胀活塞1的轴向导热损失。下活塞体12由铝材料制成，且下活塞体12的外壁上喷涂一层耐磨材料。
参见图3，声能制冷机包括气缸4、活塞杆3以及膨胀活塞，膨胀活塞为上述实施例的膨胀活塞1，并且下活塞体12的底部在轴线上开设有阶梯孔，阶梯孔套在活塞杆3的一端，然后通过固定螺钉2将活塞杆3与下活塞体12的底部连接起来。膨胀活塞1设置在气缸4内并可沿气缸4的轴线方向往复运动，下活塞体12的外壁与气缸4的内壁之间设置有间隙密封环(未标示)，该间隙密封环具有弹性。下活塞体12在轴向的长度L即为间隙密封环在轴向的密封长度，优选地，下活塞体12在轴向的长度L为10至40毫米。下活塞体12的外壁与气缸4的内壁之间的间距b为8.0至20微米，上活塞体11的外壁与气缸4的内壁之间的间距a为200至400微米，因此对加工装配的精度要求较低。
上活塞体11的外壁与气缸4的内壁之间形成环隙5，该环隙5在径向的宽度即为上活塞体11的外壁与气缸4的内壁之间的间距a，因此环隙5较大，在环隙5内会存有少量气体，且环隙5内的气体与膨胀腔6直接相通。通过密封圈14将膨胀活塞1内部的气体与环隙5隔绝开，保证膨胀活塞1内部气体不与环隙5和膨胀腔6内气体串气，减小了膨胀活塞1在轴向的导热损失，提高声能制冷机的使用性能。
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.膨胀活塞，其特征在于：
包括上活塞体、下活塞体、橡胶挡圈以及密封圈，所述上活塞体的开口端设置有轴肩部，所述轴肩部的外壁上具有外螺纹和密封圈槽，所述密封圈套在所述密封圈槽上；
所述下活塞体的开口端具有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹配合；
所述橡胶挡圈嵌入所述上活塞体的开口端，所述橡胶挡圈和所述上活塞体的内部之间形成密封腔，所述密封腔内具有导热系数很小的填料。
2.根据权利要求1所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述填料为羊绒或毛毡，所述填料的填充率为30％至80％。
3.根据权利要求1所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述上活塞体由PEEK塑料、PPO塑料、MPPO塑料、尼龙1010、尼龙6、尼龙66中的其中一种材料制成。
4.根据权利要求1所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述下活塞体由铝材料制成，且所述下活塞体的外壁上喷涂一层耐磨材料。
5.根据权利要求1至4任一项所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述下活塞体在轴向的长度为10至40毫米。
6.根据权利要求5所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述下活塞体的底部开设有阶梯孔。
7.根据权利要求6所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述阶梯孔位于所述下活塞体的轴线上。
8.一种声能制冷机，包括气缸、活塞杆以及膨胀活塞，其特征在于：
所述膨胀活塞为上述权利要求1至7的膨胀活塞；
所述活塞杆与所述下活塞体的底部连接，所述膨胀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，所述下活塞体的外壁与所述气缸的内壁之间设置有间隙密封环。
9.根据权利要求8所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述下活塞体的外壁与所述气缸的内壁之间的间距为8.0至20微米。
10.根据权利要求8或9所述的膨胀活塞，其特征在于：
所述上活塞体的外壁与所述气缸的内壁之间的间距为200至400微米。
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