CN217520083U - 一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，包括压缩机，所述压缩机上设有第一进气口和第一出气口；脉管冷指，所述脉管冷指上设有第二进气口和第二出气口，且所述第一出气口和第二进气口之间连通有第一连通管；膨胀功回收装置，所述膨胀功回收装置包括两个对称的回收组件，所述回收组件包括回收缸体和活塞，两个回收组件的活塞之间设有膨胀腔，该膨胀腔通过第二连通管与第二出气口接通，每个回收组件的活塞与回收缸体之间均设有密封的辅助压缩腔，所述辅助压缩腔均与回收管接通，所述回收管与第一连通管接通；本实用新型的膨胀功回收装置在调节压力波和质量流之间的相位差的同时，也能将部分的膨胀功回收，提高制冷机的制冷效率。

Description

一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机

技术领域

本实用新型涉及制冷设备的技术领域，具体涉及一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机。

背景技术

小型回热式低温制冷机结构紧凑，单位质量功率密度高，低温下制冷效率高，制冷工质环保并且制冷量容易调节，其中采用脉管制冷器的低温制冷机完全没有运动部件，同时具有结构简单、运行噪声小、振动量级低寿命长以及可靠性高等优点，因此在航空航天、高温超导、红外探测、生物医药领域有着广泛的应用。

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膨胀功仍然具有做功能力，在惯性管型脉管制冷机中，脉管制冷机的膨胀功主要以热量的形式通过惯性管或者小孔等传统调相机构耗散至环境中，具体来说就是这些膨胀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；因此，现亟需对现有的脉管制冷机进行必要的改进和创新，以提高制冷效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，包括呈分体设置的：

压缩机，所述压缩机上设有分别用于气体工质进入和排出的第一进气口和第一出气口；

脉管冷指，所述脉管冷指上设有分别用于气体工质进入和排出的第二进气口和第二出气口，且所述第一出气口和第二进气口之间连通有用于气体工质流通的第一连通管；

膨胀功回收装置，所述膨胀功回收装置包括两个回收组件，两个所述回收组件通过连接缸体对称连接在一起，所述回收组件包括回收缸体和在回收缸体内往复运动的活塞，两个回收组件的活塞之间设有密封的膨胀腔，该膨胀腔通过第二连通管与所述第二出气口接通，每个所述回收组件的活塞与对应的回收缸体之间均设有密封的辅助压缩腔，所述辅助压缩腔均与回收管接通，所述回收管与串联接通在所述第一连通管上的三通式第一转接头接通。

作为本实用新型的进一步改进，所述压缩机包括壳体，所述壳体内部两侧均设置有直线电机，所述壳体内部两侧的直线电机呈对称布置，所述直线电机均包括活塞轴，所述活塞轴的端部连接有活塞头，所述活塞轴上连接有永磁体组，所述永磁体组位于内磁极和外磁极之间，所述外磁极上连接有导电线圈，所述壳体上连接有气缸座，所述气缸座内部形成有活塞腔，所述活塞腔位于所述壳体内部，所述壳体内部两侧的直线电机的活塞头均滑移地连接在所述活塞腔内，所述气缸座上设置有所述第一进气口和所述第一出气口，所述第一进气口和所述壳体内部相连通，所述第一出气口与所述活塞腔相连通。

作为本实用新型的进一步改进，所述脉管冷指包括依次连接的冷端换热器、回热器和热端换热器，所述热端换热器和所述回热器相连通，所述回热器内部连接有脉管，所述脉管和所述回热器的轴线相重合，所述脉管一端和所述冷端换热器相连通，所述热端换热器上设有与所述第一连通管接通的第二进气口，所述热端换热器内部连接有热套芯，所述热套芯内部设置有气孔，所述气孔的一端和所述脉管相连通，所述气孔的另一端为与所述第二连通管接通的第二出气口。

作为本实用新型的进一步改进，所述回收组件的活塞滑动安装在回收缸体内部设置的第一腔室内，两个回收缸体上的第一腔室相连通，且两个回收组件的活塞同轴心设置。

作为本实用新型的进一步改进，两个所述活塞相对的端面与所述连接缸体的内部之间形成所述膨胀腔，所述第二连通管连接在所述连接缸体上，所述连接缸体上设有连通膨胀腔与所述第二连通管的第一通孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述活塞远离膨胀腔的一端同轴设有导向轴，所述导向轴滑动安装在回收缸体内部设置的第二腔室内，所述活塞远离膨胀腔一端的端面与所述第一腔室的部分腔体形成所述辅助压缩腔。

作为本实用新型的进一步改进，所述回收缸体上设有与所述辅助压缩腔连通的第二通孔，所述第二通孔的外端与支管的一端接通，所述支管的另一端与三通式的第二转接头接通，所述第二转接头与所述回收管的一端接通，所述回收管的另一端与所述第一转接头接通。

作为本实用新型的进一步改进，所述导向轴远离活塞的一端同轴设有连接轴，所述连接轴上同轴固定有多个沿其轴向等间距分布的板簧，所述板簧位于所述回收缸体内部设置的第三腔室内，所述板簧的外边缘固定所述第三腔室的内壁上，所述回收缸体的外端固定有将所述第三腔室密封形成背压腔的端盖。

作为本实用新型的进一步改进，所述导向轴与所述第二腔室的内壁之间采用间隙配合，所述活塞与所述第一腔室的内壁之间也采用间隙配合。

作为本实用新型的进一步改进，所述活塞的横截面面积大于导向轴的横截面面积，所述导向轴的横截面面积大于连接轴的横截面面积。

本实用新型的有益效果：

为本实用新型是一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，首先，本实用新型采用对置式的气缸活塞结构连接于脉管冷指的热端，在调节压力波和质量流之间的相位差的同时，也能将部分的膨胀功回收，提高制冷机的效率，解决“传统的脉管制冷机冷的膨胀功主要以热量的形式通过惯性管或者小孔等传统调相机构耗散至环境中，造成制冷效率低下”的问题；其次，本实用新型的膨胀功回收装置采用对称的分体式结构，可以避免由于两个活塞尺寸公差存在偏差导致的无法进行微米级厚度间隙密封下的装配，或者避免造成两个尺寸公差不一致的活塞在共用缸体中出现漏气或磨缸问题，本实用新型的膨胀功回收装置只要保证各自的活塞与对应缸体良好装配即可，降低了对装配工艺的要求，节省了活塞零件加工成本；再者，本实用新型有效地将压缩机、膨胀功回收装置和脉管冷指进行了分离，大大提高了制冷机平台的可靠性，在精密设备冷却方面具有较大的优势。

附图说明

图1为本实用新型一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机的立体结构示意图；

图2为本实用新型一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机的主视图；

图3为图2中A-A方向的剖视图；

图4为膨胀功回收装置的主视图；

图5为图4中B-B方向的剖视图；

图6为回收缸体的全剖视图；

图7为板簧的立体结构示意图；

图中标号说明：

100、压缩机；101、壳体；102、活塞轴；103、内磁极；104、外磁极；105、活塞头；106、永磁体组；107、导电线圈；108、气缸座；109、活塞腔；110、第一进气口；111、第一出气口；200、脉管冷指；201、冷端换热器；202、回热器；203、热端换热器；204、脉管；205、热套芯；206、气孔；207、第二进气口；208、第二出气口；300、第一连通管；301、第一转接头；400、第二连通管；500、回收管；501、第二转接头；502、支管；600、膨胀功回收装置；601、连接缸体；602、回收缸体；603、第一腔室；604、第二腔室；605、第三腔室；606、活塞；607、膨胀腔；608、第一通孔；609、导向轴；610、辅助压缩腔；611、第二通孔；612、连接轴；613、板簧；614、背压腔；615、端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1-图7所示，本实用新型一种具有膨胀功回收功能的脉管204制冷机的一实施例；

一种具有膨胀功回收功能的脉管204制冷机，包括呈分体设置的：

压缩机100，所述压缩机100上设有分别用于气体工质进入和排出的第一进气口110和第一出气口111；

脉管冷指200，所述脉管冷指200上设有分别用于气体工质进入和排出的第二进气口207和第二出气口208，且所述第一出气口111和第二进气口207之间连通有用于气体工质流通的第一连通管300；

膨胀功回收装置600，所述膨胀功回收装置600包括两个回收组件，两个所述回收组件通过连接缸体601对称连接在一起，所述回收组件包括回收缸体602和在回收缸体602内往复运动的活塞606，两个回收组件的活塞606之间设有密封的膨胀腔607，该膨胀腔607通过第二连通管400与所述第二出气口208接通，每个所述回收组件的活塞606与对应的回收缸体602之间均设有密封的辅助压缩腔610，所述辅助压缩腔610均与回收管500接通，所述回收管500与串联接通在所述第一连通管300上的三通式第一转接头301接通。

经过脉管冷指200制冷循环之后的气体工质从脉管204热端进入膨胀功回收装置600内部的膨胀腔607，推动活塞606往复震荡运动，推移活塞606的运动将对辅助压缩腔610内的气体工质进行做功，气体通过支管502及回收管500进入到压缩机100与脉管冷指200之间的第一连通管300内，重新进入脉管冷指200进行制冷，此举意味着额外产生了高压气体进入制冷循环，也相当于回收了部分膨胀功，将整个循环的效率大大提升。

因此，本实用新型采用对置式的气缸活塞606结构连接于脉管冷指200的热端，在调节压力波和质量流之间的相位差的同时，也能将部分的膨胀功回收，提高制冷机的效率，解决“传统的脉管204制冷机冷的膨胀功主要以热量的形式通过惯性管或者小孔等传统调相机构耗散至环境中，造成制冷效率低下”的问题；且本实用新型的膨胀功回收装置600采用对称的分体式结构，可以避免由于两个活塞606尺寸公差存在偏差导致的无法进行微米级厚度间隙密封下的装配，或者避免造成两个尺寸公差不一致的活塞606在共用缸体中出现漏气或磨缸问题，本实用新型的膨胀功回收装置600只要保证各自的活塞606与对应缸体良好装配即可，降低了对装配工艺的要求，节省了活塞606零件加工成本。

在本实用新型的一具体实施例中，所述压缩机100包括壳体101，所述壳体101内部两侧均设置有直线电机，所述壳体101内部两侧的直线电机呈对称布置，所述直线电机均包括活塞轴102，所述活塞轴102的端部连接有活塞头105，所述活塞轴102上连接有永磁体组106，所述永磁体组106位于内磁极103和外磁极104之间，所述外磁极104上连接有导电线圈107，所述壳体101上连接有气缸座108，所述气缸座108内部形成有活塞腔109，所述活塞腔109位于所述壳体101内部，所述壳体101内部两侧的直线电机的活塞头105均滑移地连接在所述活塞腔109内，所述气缸座108上设置有所述第一进气口110和所述第一出气口111，所述第一进气口110和所述壳体101内部相连通，所述第一出气口111与所述活塞腔109相连通；本实施例中压缩机100的结构为现有技术，具体结构请参见现有技术(文件号：CN214250185U，文件名称：一种分体式脉管204制冷机)中的压缩机结构，因此不再具体赘述。

在本实用新型的一具体实施例中，所述脉管冷指200包括依次连接的冷端换热器201、回热器202和热端换热器203，所述热端换热器203和所述回热器202相连通，所述回热器202内部连接有脉管204，所述脉管204和所述回热器202的轴线相重合，所述脉管204一端和所述冷端换热器201相连通，所述热端换热器203上设有与所述第一连通管300接通的第二进气口207，所述热端换热器203内部连接有热套芯205，所述热套芯205内部设置有气孔206，所述气孔206的一端和所述脉管204相连通，所述气孔206的另一端为与所述第二连通管400接通的第二出气口208；本实施例中脉管冷指200的结构为现有技术，具体结构请参见现有技术(文件号：CN214250185U，文件名称：一种分体式脉管204制冷机)中的脉管组件，因此不再具体赘述。

在本实用新型的一具体实施例中，所述回收组件的活塞606滑动安装在回收缸体602内部设置的第一腔室603内，两个回收缸体602上的第一腔室603相连通，且两个回收组件的活塞606同轴心设置；两对活塞606及对应的回收缸体602是相互独立的，中间通过连接缸体601连接成一个整体，连接缸体601与回收缸体602之间设置有密封槽和橡胶O型圈并进行螺接密封，该结构与传统的两个活塞606共用一个缸体结构相比，可以避免由于两个活塞606尺寸公差存在偏差导致的无法进行微米级厚度间隙密封下的装配，或者避免造成两个尺寸公差不一致的活塞606在共用缸体中出现漏气或者磨缸问题，只要保证各自的活塞606与对应缸体良好装配即可，降低了对装配工艺的要求，节省了活塞606零件加工成本，且两个活塞606运动相位相差180度，可以抵消轴向的振动。两个所述活塞606相对的端面与所述连接缸体601的内部之间形成所述膨胀腔607，所述第二连通管400连接在所述连接缸体601上，所述连接缸体601上设有连通膨胀腔607与所述第二连通管400的第一通孔608；所述活塞606远离膨胀腔607的一端同轴设有导向轴609，所述导向轴609滑动安装在回收缸体602内部设置的第二腔室604内，所述活塞606远离膨胀腔607一端的端面与所述第一腔室603的部分腔体形成所述辅助压缩腔610。

所述回收缸体602上设有与所述辅助压缩腔610连通的第二通孔611，所述第一通孔608和第二通孔611在圆周方向上的夹角呈60°，所述第二通孔611的外端与支管502的一端接通，所述支管502的另一端与三通式的第二转接头501接通，所述第二转接头501与所述回收管500的一端接通，所述回收管500的另一端与所述第一转接头301接通。

所述导向轴609远离活塞606的一端同轴设有连接轴612，所述连接轴612上同轴固定有多个沿其轴向等间距分布的板簧613，所述板簧613位于所述回收缸体602内部设置的第三腔室605内，所述板簧613的外边缘固定所述第三腔室605的内壁上，所述回收缸体602的外端固定有将所述第三腔室605密封形成背压腔614的端盖615。凭借多个板簧613对连接轴612及活塞606进行径向支承，且提供必要的轴向恢复弹力，活塞606通过尺寸较小连接轴612与板簧613固定，这样会在保证活塞606具有必要机械强度的前提下，进一步减轻活塞606自重，以缓解板簧613径向支撑的压力，同时较细的连接轴612可以降低弹板簧613中心孔尺寸，使得弹板簧613表面的镂空型线分布更均匀，从而大大降低了板簧613轴向运行时型线根部及边缘的应力，提高板簧613使用寿命。本实施例中的板簧613采用偏心圆渐开线形式，材料为60Si2Mn。活塞606为实心钛合金轻质金属，为保证活塞606在回收缸体602和连接缸体601之间良好的间隙密封运动，降低金属体之间的摩擦，在活塞606表面设有采用离子溅射渗透工艺加工形成的二硫化钨固体润滑涂层。

所述导向轴609与所述第二腔室604的内壁之间采用间隙配合，所述活塞606与所述第一腔室603的内壁之间也采用间隙配合，所述活塞606的横截面面积大于导向轴609的横截面面积，所述导向轴609的横截面面积大于连接轴612的横截面面积。对于单个活塞606而言，在膨胀腔607内的活塞606面积与辅助压缩腔610内的活塞606面积设置一个比值，即膨胀腔607内为第一截面，辅助压缩腔610内为第二截面，两个腔体在活塞606上产生一个理想的压差，以实现活塞606最佳运动的动力学相位，结合机械板簧613刚度达到谐振状态，以获得较高的能量回收效率。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，包括呈分体设置的：

压缩机，所述压缩机上设有分别用于气体工质进入和排出的第一进气口和第一出气口；

脉管冷指，所述脉管冷指上设有分别用于气体工质进入和排出的第二进气口和第二出气口，且所述第一出气口和第二进气口之间连通有用于气体工质流通的第一连通管；

膨胀功回收装置，所述膨胀功回收装置包括两个回收组件，两个所述回收组件通过连接缸体对称连接在一起，所述回收组件包括回收缸体和在回收缸体内往复运动的活塞，两个回收组件的活塞之间设有密封的膨胀腔，该膨胀腔通过第二连通管与所述第二出气口接通，每个所述回收组件的活塞与对应的回收缸体之间均设有密封的辅助压缩腔，所述辅助压缩腔均与回收管接通，所述回收管与串联接通在所述第一连通管上的三通式第一转接头接通。

2.如权利要求1所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述压缩机包括壳体，所述壳体内部两侧均设置有直线电机，所述壳体内部两侧的直线电机呈对称布置，所述直线电机均包括活塞轴，所述活塞轴的端部连接有活塞头，所述活塞轴上连接有永磁体组，所述永磁体组位于内磁极和外磁极之间，所述外磁极上连接有导电线圈，所述壳体上连接有气缸座，所述气缸座内部形成有活塞腔，所述活塞腔位于所述壳体内部，所述壳体内部两侧的直线电机的活塞头均滑移地连接在所述活塞腔内，所述气缸座上设置有所述第一进气口和所述第一出气口，所述第一进气口和所述壳体内部相连通，所述第一出气口与所述活塞腔相连通。

3.如权利要求1所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述脉管冷指包括依次连接的冷端换热器、回热器和热端换热器，所述热端换热器和所述回热器相连通，所述回热器内部连接有脉管，所述脉管和所述回热器的轴线相重合，所述脉管一端和所述冷端换热器相连通，所述热端换热器上设有与所述第一连通管接通的第二进气口，所述热端换热器内部连接有热套芯，所述热套芯内部设置有气孔，所述气孔的一端和所述脉管相连通，所述气孔的另一端为与所述第二连通管接通的第二出气口。

4.如权利要求1所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述回收组件的活塞滑动安装在回收缸体内部设置的第一腔室内，两个回收缸体上的第一腔室相连通，且两个回收组件的活塞同轴心设置。

5.如权利要求4所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，两个所述活塞相对的端面与所述连接缸体的内部之间形成所述膨胀腔，所述第二连通管连接在所述连接缸体上，所述连接缸体上设有连通膨胀腔与所述第二连通管的第一通孔。

6.如权利要求4所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述活塞远离膨胀腔的一端同轴设有导向轴，所述导向轴滑动安装在回收缸体内部设置的第二腔室内，所述活塞远离膨胀腔一端的端面与所述第一腔室的部分腔体形成所述辅助压缩腔。

7.如权利要求6所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述回收缸体上设有与所述辅助压缩腔连通的第二通孔，所述第二通孔的外端与支管的一端接通，所述支管的另一端与三通式的第二转接头接通，所述第二转接头与所述回收管的一端接通，所述回收管的另一端与所述第一转接头接通。

8.如权利要求6所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述导向轴远离活塞的一端同轴设有连接轴，所述连接轴上同轴固定有多个沿其轴向等间距分布的板簧，所述板簧位于所述回收缸体内部设置的第三腔室内，所述板簧的外边缘固定所述第三腔室的内壁上，所述回收缸体的外端固定有将所述第三腔室密封形成背压腔的端盖。

9.如权利要求8所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述导向轴与所述第二腔室的内壁之间采用间隙配合，所述活塞与所述第一腔室的内壁之间也采用间隙配合。

10.如权利要求8所述的一种具有膨胀功回收功能的脉管制冷机，其特征在于，所述活塞的横截面面积大于导向轴的横截面面积，所述导向轴的横截面面积大于连接轴的横截面面积。

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