專利名稱：由直線電機(jī)驅(qū)動的熱壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱壓縮機(jī)，尤其涉及由直線電機(jī)驅(qū)動的熱壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
熱壓縮機(jī)技術(shù)源于斯特林發(fā)動機(jī)技術(shù)，它是一種外燃、閉式循環(huán)熱力發(fā)動機(jī)，它 理想的熱力循環(huán)稱作概括性卡諾循環(huán)，因此，同溫度下其理論效率高。它具有兩個(gè)明顯優(yōu) 點(diǎn)一是能利用各種能源，無論是常用的液體燃料，還是氣體燃料或固體燃料，甚至余熱、太 陽能、化學(xué)反應(yīng)能和放射性同位素能源，只要是能產(chǎn)生一定溫度的熱量，熱壓縮機(jī)就可以工 作；二是振動噪音低、排放污染小，具有良好的環(huán)境特性。在熱電冷聯(lián)產(chǎn)、太陽能綜合利用、 工業(yè)余熱廢汽回收利用等方面，具有很大優(yōu)勢。與熱動力回?zé)崾街评錂C(jī)中的熱壓縮機(jī)類似，脈管型熱壓縮機(jī)也是利用高低溫?zé)嵩?的溫度差進(jìn)行工作，但與以往的熱壓縮機(jī)不同的是，脈管型熱壓縮機(jī)活塞的兩側(cè)都處于室 溫環(huán)境，這樣在很大程度上降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提高了熱壓縮機(jī)的可靠性。目前脈管型熱壓縮機(jī)屬于一個(gè)比較新的研究課題，在現(xiàn)有技術(shù)中脈管型熱壓縮機(jī) 基本都采用單個(gè)永磁式直線振蕩電機(jī)驅(qū)動，而這類電機(jī)結(jié)構(gòu)普遍存在排氣量小，驅(qū)動力不 足等問題。動鐵型直線電機(jī)和相同體積的其他直線電機(jī)相比能產(chǎn)生較大的驅(qū)動力，用其制 作成的壓縮機(jī)的壓縮比也較大，但是這種壓縮機(jī)在氣隙中的運(yùn)動不太穩(wěn)定，容易偏離氣隙 中心軸線，不利于壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行、排氣量較大的熱壓 縮機(jī)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思是熱壓縮機(jī)采用對稱布置的動鐵型直 線電機(jī)，活塞運(yùn)動時(shí)的慣性力可以互相平衡，而且由于相對運(yùn)動的活塞受力相反，恰好能夠 抵消。加上軸承的定位導(dǎo)向作用，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)振動小，能夠長時(shí)間穩(wěn)定工作。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種熱壓縮機(jī)，包括驅(qū)動單元和依次連接的第一 冷卻器、回?zé)崞鳌⒓訜崞?、脈沖管和第二冷卻器，該驅(qū)動單元包括氣缸和設(shè)置在氣缸中的直 線電機(jī)-活塞組件，其中，各自具有雙頭活塞的兩個(gè)相同的直線電機(jī)-活塞組件相對氣缸的 徑向中心線對稱布置，兩個(gè)直線電機(jī)-活塞組件的雙頭活塞的彼此相向的活塞頭與缸壁一 起在氣缸中部界定第一工作腔，而彼此遠(yuǎn)離的活塞頭在氣缸兩端與缸壁一起界定第二工作 腔，第一連通管將缸壁兩端連通，第一工作腔通過第一出口與第一冷卻器連通，第二工作腔 通過第二出口與第二冷卻器連通，兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū)動兩個(gè)雙頭活塞在氣缸中沿相反方 向往復(fù)運(yùn)動。本發(fā)明的有益效果是1.在采用對稱布置的直線電機(jī)時(shí)，活塞運(yùn)動時(shí)的慣性力可以互相平衡，熱壓縮機(jī) 運(yùn)行時(shí)振動小，能夠長時(shí)間穩(wěn)定工作。
2.通過采用對稱布置的直線電機(jī)，克服了單一電機(jī)行程短，掃氣容積小等缺點(diǎn)，提 高了系統(tǒng)的輸氣量。
3.氣缸兩端通過一根連通管相連，這樣兩組活塞的前后壓差一樣，受力平衡，有利 于減少機(jī)械振動。此外在壓縮機(jī)工作前先將工作腔部分充填工質(zhì)到相同的壓力值，當(dāng)壓縮 機(jī)運(yùn)行時(shí)活塞兩側(cè)的壓力差就比較小，擺脫了現(xiàn)在常規(guī)直線壓縮機(jī)的高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，提 高了壓縮機(jī)的可靠性。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的熱壓縮機(jī)的驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示的驅(qū)動單元在脈沖管壓縮機(jī)中的連接示意圖。附圖標(biāo)記一覽表la, lb, lc, Id、活塞頭；2、電樞繞組；3、軟鐵；4、第一工作腔；5a、第一出口 ；5b、第 二出口 ；6、活塞桿；7、永磁磁鋼；8、第二工作腔9、氣缸；10、骨架；11、軸承；12、第一連通 管；13、第一冷卻器；14、回?zé)崞鳎?5、加熱器；16、脈沖管；17、第二冷卻器；18、第二連通管； 19、脈沖管制冷機(jī)。
具體實(shí)施例方式參見圖1，它是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的熱壓縮機(jī)的驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意圖。 在該實(shí)施例中，直線電機(jī)為動鐵型振蕩電機(jī)。如圖所示，驅(qū)動單元包括氣缸9和設(shè)置在該氣 缸中的直線電機(jī)-活塞組件，其中，各自具有雙頭活塞的兩個(gè)相同的直線電機(jī)-活塞組件相 對該氣缸9的徑向中心線對稱布置，兩個(gè)直線電機(jī)-活塞組件的雙頭活塞的彼此相向的活 塞頭lb、Ic與缸壁一起在氣缸中部界定第一工作腔4，而彼此遠(yuǎn)離的活塞頭la、Id在氣缸兩 端與缸壁一起界定第二工作腔8，第一連通管12將缸壁兩端連通，第一工作腔4通過第一出 口 fe與第一冷卻器13連通，第二工作腔8通過第二出口 5b與第二冷卻器17連通，兩個(gè)直 線電機(jī)分別驅(qū)動兩個(gè)雙頭活塞在氣缸9中沿相反方向往復(fù)運(yùn)動。在本實(shí)施例中，氣缸9的 截面為圓形，呈臥式分布，外面安裝有一個(gè)支架(未示出)，起支撐固定作用。氣缸9的兩 端通過第一連通管12連通，這樣，兩組活塞的前后壓差一樣，受力平衡，有利于減少機(jī)械振 動，從而使熱壓縮機(jī)工作壽命延長。氣缸9中的兩個(gè)出口 fe和恥可以設(shè)置在兩組電機(jī)的 對稱線上，即氣缸9的徑向中心線上，其中一個(gè)開設(shè)在氣缸壁上，另一個(gè)設(shè)在連通管12上。 氣缸9內(nèi)的電樞繞組2、永磁磁鋼7和軟鐵3構(gòu)成直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。該電樞繞組2最好 是由兩個(gè)繞組軸向串聯(lián)而成的組合電樞，由漆包線繞制而成，分別裝在骨架10的兩側(cè)凹槽 中。軟鐵3的截面為圓環(huán)形，中空部分用來放置活塞桿6。組合電樞和它們共用軟鐵3的軸 心重合，軟鐵3和活塞桿6的軸心共線。永磁磁鋼7和軟鐵3也同心，該永磁磁鋼7布置在 電樞繞組2的中間，即骨架10的中間凹槽。在該直線電機(jī)中，軟鐵3、活塞桿6和活塞1構(gòu) 成了直線電機(jī)的動子部分，其中軟鐵3和活塞桿6，活塞桿6和活塞1可以用螺紋聯(lián)接。軸 承11安裝在骨架10的兩側(cè)，對活塞桿6起定位和導(dǎo)向的作用。另外，直線電機(jī)可以設(shè)有行 程限制器(未示出)，通過該行程限制器的控制，可以方便地調(diào)節(jié)軟鐵3的位移量。填充在 第一和第二工作腔中的工質(zhì)可以是氦氣、氮?dú)狻錃?、空氣或其混合物。此外在壓縮機(jī)工作前先將第一和第二工作腔充填工質(zhì)到相同的壓力值，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)活塞兩側(cè)的壓力差就 比較小，擺脫了現(xiàn)在常規(guī)直線壓縮機(jī)的高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，提高了壓縮機(jī)的可靠性。該實(shí)施例中的直線電機(jī)所基于的原理是當(dāng)直線電機(jī)的電樞繞組線圈加上交流電 時(shí)，在永磁磁鋼和電樞繞組內(nèi)表面之間的氣隙產(chǎn)生一個(gè)振蕩磁場，推動軟鐵鐵芯往復(fù)振蕩， 從而帶動連接在軟鐵上的活塞桿以及活塞一起作往復(fù)運(yùn)動，從而兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū)動兩 個(gè)雙頭活塞在氣缸中以相反方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，這樣氣缸中的工質(zhì)便會產(chǎn)生周期性的波 動，通過負(fù)載出口就能輸出一定壓縮比的壓力波。通過調(diào)節(jié)電壓可以控制雙頭活塞的位移 量，從而可以調(diào)節(jié)熱壓縮機(jī)的排氣量。參見圖2，是圖1所示的驅(qū)動單元在脈沖管壓縮機(jī)中的連接示意圖。第一冷卻器 13、回?zé)崞?4、加熱器15、脈沖管16和第二冷卻器17依次連接，第一冷卻器13通過第一出 口與驅(qū)動單元連接，第二冷卻器17通過第二出口與驅(qū)動單元連接。當(dāng)兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū) 動兩個(gè)雙頭活塞在氣缸中以相反方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動時(shí)，氣缸9中的工質(zhì)便會在雙頭活塞的 帶動下，通過第二連通管18在第一工作腔4和第二工作腔8之間流動，通過脈管型熱壓縮 機(jī)產(chǎn)生一定振幅的壓力波，從而驅(qū)動脈沖管制冷機(jī)19 (PTC)工作。通過調(diào)節(jié)電壓可以控制 活塞1的位移量，從而可以調(diào)節(jié)熱壓縮機(jī)的排氣量。上述實(shí)施例僅是對實(shí)施本發(fā)明的方式的示例性說明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該 理解，在不超出后附權(quán)利要求書限定的精神和范圍內(nèi)，可采用不同于上述本發(fā)明實(shí)施例的 各種方案。后附的權(quán)利要求書旨在用來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，并旨在用來涵蓋在權(quán)利要 求范圍內(nèi)的方法和裝置及其等同物。
權(quán)利要求
1.一種熱壓縮機(jī)，包括驅(qū)動單元和依次連接的第一冷卻器(13)、回?zé)崞?14)、加熱器 (15)、脈沖管(16)和第二冷卻器(17)，該驅(qū)動單元包括氣缸(9)和設(shè)置在該氣缸中的直線 電機(jī)-活塞組件，其特征是，各自具有雙頭活塞的兩個(gè)相同的所述直線電機(jī)-活塞組件相對 該氣缸(9)的徑向中心線對稱布置，兩個(gè)所述直線電機(jī)-活塞組件的雙頭活塞的彼此相向 的活塞頭(lb，lc)與缸壁一起在氣缸中部界定第一工作腔G)，而彼此遠(yuǎn)離的活塞頭(la， Id)在氣缸兩端與缸壁一起界定第二工作腔(8)，第一連通管(1 將缸壁兩端連通，第一工 作腔(4)通過第一出口(5a)與所述第一冷卻器(1 連通，第二工作腔(8)通過第二出口 (5b)與所述第二冷卻器(17)連通，兩個(gè)所述直線電機(jī)分別驅(qū)動兩個(gè)所述雙頭活塞在所述 氣缸(9)中沿相反方向往復(fù)運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，所述直線電機(jī)是動鐵型振蕩電機(jī)，該動 鐵型振蕩電機(jī)的永磁磁鋼(7)和電樞繞組O)固定在所述氣缸(9)上的骨架(10)上，該動 鐵型振蕩電機(jī)的軟鐵( 通過活塞桿(6)與所述活塞固定相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，所述電樞繞組( 是由兩個(gè)繞組軸向串 聯(lián)而成的組合電樞。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，所述軟鐵(3)的截面為圓環(huán)形，在該軟 鐵(3)的中空部分中放置所述活塞桿(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，在所述骨架(10)的兩側(cè)設(shè)有軸承 (11)，用于對所述活塞桿(6)進(jìn)行定位和導(dǎo)向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，所述組合電樞、永磁磁鋼(7)、軟鐵(3)、 軸承(11)和活塞桿(6)同心布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，所述動鐵型振蕩電機(jī)具有 行程限制器，用來調(diào)節(jié)所述軟鐵(3)的位移量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，填充在第一和第二工作腔 中的工質(zhì)包括氦氣、氮?dú)狻錃?、空氣或其混合物?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱壓縮機(jī)，其特征是，在第一和第二工作腔中填充所述工質(zhì) 到相同的壓力值。
全文摘要
本發(fā)明的熱壓縮機(jī)包括驅(qū)動單元和依次連接的第一冷卻器(13)、回?zé)崞?14)、加熱器(15)、脈沖管(16)和第二冷卻器(17)，驅(qū)動單元包括氣缸(9)和設(shè)置在氣缸中的直線電機(jī)-活塞組件。各自具有雙頭活塞的兩個(gè)相同的直線電機(jī)-活塞組件相對氣缸的徑向中心線對稱布置，第一連通管(12)連通缸壁兩端，第一工作腔(4)通過第一出口(5a)與第一冷卻器連通，第二工作腔(8)通過第二出口(5b)與第二冷卻器連通，兩個(gè)直線電機(jī)分別驅(qū)動兩個(gè)雙頭活塞在氣缸中彼此反向往復(fù)運(yùn)動，以驅(qū)動脈沖管制冷機(jī)工作。直線電機(jī)對稱布置使排氣量較大，活塞運(yùn)動時(shí)的慣性力互相平衡，運(yùn)行時(shí)振動?。磺一钊昂髩翰钜粯?，也有利于減少機(jī)械振動。
文檔編號F04B35/04GK102042194SQ20091023655
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者呂君, 吳小華, 周遠(yuǎn), 楊魯偉, 王厚生 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所