用于斯特林制冷装置的振动吸收型泵

摘要

本发明提供了一种用于斯特林制冷装置的振动吸收型泵,它可以吸收当斯特林制冷装置运行时所产生的振动,并利用所吸收的振动产生使热传递介质循环流动的驱动力,从而可以大幅度的降低能量消耗,减少制冷装置的体积。

说明书

本发明涉及斯特林制冷装置，特别是涉及一种振动吸收型泵，当斯特林制冷装置运行时，通过吸收所产生的振动而提高制冷装置的质量，并且可以利用所吸收的振动，产生使热传递介质循环流动的驱动力，从而降低能量消耗，并减少制冷装置的体积。

一般说来，斯特林制冷装置可用于产生制冷能力，其方式是使诸如氦或氢等的工作流质重复的经历两个等温过程和两个等容过程，目前已经有了许多种不同形式的斯特林制冷装置。

在上述各种类型的装置中，1993年5月21日出版的日本专利P5-126427号公开了一种常规的斯特林制冷装置。

这种常规的斯特林制冷装置如图1所示，包括有一个由压缩腔室11′、第一连接管12′、散热器13′、第二连接管14′、冷却蓄积器15′、第三连接管16′和膨胀腔室17′构成的系统18′。该系统18′包含有工作流质，并且还包括一个用于控制工作流质压力和速度的流体压力-速度控制器29′。

流体压力-速度控制器29′包括一个其一端部与第三连接管16′相连接的支管26′，一个与支管26′的另一端部串联连接的隙孔27′，以及一个支持箱体28′。

在如上所述的常规斯特林制冷装置中，系统18′的流体压力-速度控制器29′可以更为有效的在超低温的环境下工作，并且可以使在超低温时的工作流质的压力和速度差，与在常温或低温时保持大体相同。因此，流体压力-速度控制器29′使得该斯特林制冷装置即使在超低温环境下也可以有效的运行，从而改进了制冷装置的效率。

然而如上所述的常规斯特林制冷装置具有下述的缺点，即驱动装置21′和24′分别设置在压缩腔室11′处和膨胀腔室17′处，从而在运行时会产生过大的振动和过大的噪声，因此降低了斯特林制冷装置的质量。

另外，冷却蓄积器15′和散热器13′分别需要热传递介质，并且分别需要使热传递介质循环流动的泵组件，这将大大增加能量消耗，并使制冷装置的体积过大。

这也就是说，常规的斯特林制冷装置存在有下述的问题，即由驱动装置产生的振动和噪声会降低制冷装置的质量，由于需要设置用于循环热传递介质的分离的泵组件，不仅使能量消耗增大，而且也使制冷装置的体积增大。

本发明就是要克服在先技术中的上述缺点，因而本发明的一个目的就是提供一种斯特林制冷装置用的振动吸收型泵，它可通过吸收在斯特林制冷装置运行时所产生的振动，提高斯特林制冷装置的质量，并且可利用所吸收的振动，产生使热传递介质循环流动的驱动力，从而可以降低能量消耗，减少制冷装置的体积。

为了实现上述目的，本发明提供了一种斯特林制冷装置用的振动吸收型泵，它包括：

一个包括直线驱动电机、活塞、平衡浮子的制冷装置主体，在制冷装置主体中包含有工作流质；

一个热交换组件，用于通过压缩和膨胀包含在制冷装置主体中的工作流质而进行放热或吸热；

一个冷却组件，用于通过使流过高温腔室的第一热传递介质循环流动，冷却热交换组件中的高温腔室，而且用该第一热传递介质，吸收由该高温腔室放出的热量；

一个冷凝组件，用于通过使第二热传递介质循环流动，将热量释放至热交换组件的低温腔室而产生冷凝效果；以及

至少一个通过振动器与制冷装置主体相连接的振动-吸收-和一泵送组件，振动-吸收-和一泵送组件吸收并衰减在制冷装置主体中产生的振动，同时利用在制冷装置主体中产生的振动，使该振动-吸收-和一泵送组件产生用于使冷却组件中的第一热传递介质，和冷凝组件中的第二热传递介质循环流动的驱动力。

通过下面参考附图给出的对最佳实施例的详细说明，可以更清楚的了解本发明的上述目的，以及其它的特征和优点。

图1表示常规的斯特林制冷装置的示意性系统图；

图2表示本发明第一实施例的斯特林制冷装置的示意性系统图；

图3表示适用于图2所示的斯特林制冷装置的振动-吸收-和一泵送组件的横剖面图，其中的泵部件14的容积已被减少；

图4表示图3所示的振动吸收型泵组件的横剖面图，其中的泵部件14的容积已被增大；

图5表示本发明的另一实施例的振动-吸收-和一泵送组件的横剖面图，其中的泵部件14的容积已被减少；

图6表示图5所示的振动-吸收-和一泵送组件的横剖面图，其中的泵组件14的容积已被增大；

图7表示本发明第二实施例的斯特林制冷装置的示意性系统图；

图8表示本发明第三实施例的斯特林制冷装置的示意性系统图。

下面参考附图详细说明本发明的几个最佳实施例，各附图中的相类似的元件用相同的参考标号示出。

图2为根据本发明的第一实施例的斯特林制冷装置的示意性系统图，图3和图4分别为采用图2所示的斯特林制冷装置的振动-吸收-和一泵送组件的横剖面图，其中图3表示的是泵部件14的容积通过往复运动部件12被减少时的状态，图4表示的是泵部件14的容积通过往复运动部件12被增大时的状态。

下面首先参考图2至图4，说明本发明的第一实施例。参考标号20为制冷装置主体，它包含有诸如氦或氢等的工作流质。制冷装置主体20包括一个用于产生驱动力的直线驱动型电机24，一个由直线驱动型电机24产生的驱动力驱动其往复运动的活塞23，以及一个按相对活塞23以预定相位滞后的往复运动的平衡浮子22。

平衡浮子22在制冷装置主体20的内部一侧限定着一个膨胀腔室25，平衡浮子22和活塞23在制冷装置主体20的内部中间部分限定着一个压缩腔室26，而且在制冷装置主体20内部的另一侧还限定着一个缓冲腔室27，其中安装有直线驱动电机24。

同时，在制冷装置主体20的每一侧均固定有一个振动器21。当由于直线驱动电机24、活塞23和平衡浮子22的运行而使制冷装置主体20振动时，振动器21也跟随制冷装置主体20振动。每一个振动器21均连接着一个振动-吸收-和一泵送组件10。该振动-吸收-和一泵送组件10吸收并衰减从制冷装置主体20通过振动器21传递的振动，同时产生使如下所述的冷却组件和冷凝组件中的热传递介质循环流动的驱动力。

正如图3和图4更详细示出的那样，振动-吸收-和一泵送组件10包括有一个壳体13、一个弹性部件11、一个往复运动部件12和一个泵部件14。形成为振动-吸收-和一泵送组件10外貌的壳体13，与振动器21整体构成。第一孔131和第二孔132贯穿过壳体13。弹性部件11组装在振动器21的一个端部，以吸收并衰减由制冷装置主体20传递来的振动。往复运动部件12组装的弹性部件11上。因此当弹性部件11因吸收振动而移动时，往复运动部件12将往复移动，以便对弹性部件11的运动所产生的振动进行第二级的吸收和衰减。

泵部件14设置在壳体13上。泵部件14引导往复运动部件12的往复运动，并通过往复运动部件12的往复运动而产生泵吸力，用于将冷却组件和冷凝组件中的热传递介质进行循环流动。引入管141和排出管142连接到泵部件14，并由泵部件14向外延伸。泵部件14上的排出管142与壳体13上的第二孔132相适配，泵部件14上的引入管141与壳体13上的第一孔131相适配。

引入管141的横剖面积在振动-吸收-和一泵送组件10的内部比在振动-吸收-和一泵送组件10的外部小，从而使冷却组件和冷凝组件中的热传递介质可以容易的引入至泵部件14。而在另一方面，排出管142的横剖面积在振动-吸收-和一泵送组件10的内部比在振动-吸收-和一泵送组件10的外部大，从而使冷却组件和冷凝组件中的热传递介质可以容易的由泵部件14中排出。

再参照图2，参考标号30示出一个热交换组件，它用于通过包含在制冷装置主体20中的工作流质的压缩或膨胀，而进行放热或吸热。热交换组件30包括一个通过工作流质的压缩而产生放热的高温腔室31，一个通过工作流质的膨胀而产生吸热的低温腔室33，以及配置在高温腔室31和低温腔室33之间的，以便进行蓄热的预热器32。

而且，热交换组件30的高温腔室31，还通过第一管71与制冷装置主体20的压缩腔室26相互连接，第一管71将工作流质由压缩腔室26引导至高温腔室31，因此可以压缩工作流质以便放出热量。

热交换组件30的低温腔室33，还通过第二管72与制冷装置主体20的膨胀腔室25相互连接，第二管72将工作流质由膨胀腔室25引导至低温腔室33，因此可以膨胀工作流质以便吸收热量。

同时，参考标号40示出了一个冷却组件，它用于冷却由高温腔室31放出的热量。冷却组件40包括一个热吸收部件41和一个高温热交换部件42。热吸收部件41环绕着高温腔室31，并充填有热传递介质，以吸收由高温腔室31放出的热量，而且由高温热交换部件42释放出由热吸收部件41中的热传递介质吸收到的热量。

热吸收部件41通过第三管73与高温热交换部件42相互连接，第三管73引导热传递介质由热吸收部件41进入高温热交换部件42，因此已加热至高温的热传递介质能在高温热交换部件42中进行冷却。

振动-吸收-和一泵送组件10还通过第四管74与高温热交换部件42相互连接，通过第五管75与热吸收部件41相互连接，因此利用振动-吸收-和一泵送组件10中的驱动力，使冷却组件40中的热传递介质能循环流动。

就是说，冷却组件40的第四管74与振动-吸收-和一泵送组件10的引入管141相连接，冷却组件40的第五管75与振动-吸收-和一泵送组件10的排出管142相连接。因此，由制冷装置主体20吸收到的振动所产生的振动-吸收-和一泵送组件10的泵吸力，可以使冷却组件40的热传递介质，在冷却组件40的热吸收部件41和高温热交换部件42之间循环流动。

参考标号50示出了一个冷凝组件，其用于产生冷凝效果。冷凝组件50包括有一个散热器52、一个低温热交换部件51和一个风扇54。散热器52环绕着低温腔室33，并且充填有热传递介质，以便将热量散发至低温腔室33中。将热量散发至低温腔室33中后，借助冷却了的热传递介质，在低温热交换部件51中产生冷凝效果。风扇54吹动由低温热交换部件51产生的具有冷凝效果的热传递介质，使其到达所需要的区域。

冷凝组件50的低温热交换部件51，通过第七管77与散热器52相互连接，第七管77将热传递介质从低温热交换部件51引导到散热器52。振动-吸收-和一泵送组件10还通过第六管76与低温热交换部件51相互连接，并通过第八管78与散热器52相互连接，以便可以利用振动-吸收-和一泵送组件10的驱动力，使冷凝组件50中的热传递介质能循环流动。

也就是说，冷凝组件50通过第八管78，与振动-吸收-和一泵组件10的引入管141相连接，冷凝组件50的第六管76与振动-吸收-和一泵组件10的排出管142相连接。因此，通过吸收制冷装置主体20的振动所产生的振动-吸收-和一泵送组件10的泵吸力，可以使冷凝组件50的热传递介质，在冷凝组件50的低温热交换部件51和散热器52之间循环流动。

下面说明根据本发明构成的、具有上述结构的斯特林制冷装置中的振动-吸收-和一泵送组件的运行方式。

首先，当斯特林制冷装置开始运行时，要将电力施加至产生驱动的直线驱动型电机24。然后在直线驱动型电机24的驱动力作用下，活塞23和平衡浮子22按彼此间具有预定的相位滞后的方式，分别在制冷装置主体20中被引导进行往复运动。

由于在直线驱动型电机24的驱动力作用下，活塞23和平衡浮子22按彼此间具有预定的相位滞后的方式，分别进行往复运动，所以在制冷装置主体20中限定的膨胀腔室25和压缩腔室26的容积将发生变化，而膨胀腔室25和压缩腔室26的容积变化，又将导致包含在其中的工作流质的压缩和膨胀。

此外，在膨胀腔室25中的工作流质将进入至低温腔室33，随后膨胀，通过其吸收热量来冷却充满冷凝组件50的散热器52中的热传递介质。将在散热器52中冷却了的热传递介质供给至低温热交换部件51，以产生冷凝效果。

与此同时，将制冷装置主体20的压缩腔室26中的工作流质，供给至高温腔室31中，随后被压缩以放出热量，从而加热充满冷却组件40的热吸收部件41中的热传递介质。由高温腔室31放出的热量加热至高温的热传递介质，将在高温热交换部件42中产生热交换，随后被冷却。

同时，当在直线驱动电机24的驱动力作用下，活塞23和平衡浮子22按彼此间具有预定相位滞后的方式分别作往复运动时，包括有直线驱动型电机24、平衡浮子22和活塞23在内的几个内部部件将产生振动，这种振动使固定在制冷装置主体20中的振动器21随之产生振动。

产生在振动器21中的振动可由振动-吸收-和一泵送组件10吸收以至消失，并由此产生驱动力，通过对该振动的吸收而使冷凝组件50中的或冷却组件40中的热传递介质循环流动。

换句话说，振动器21的振动将导致固定在振动器21上的振动-吸收-和一泵送组件10的弹性部件11，以及组装在弹性部件11上的往复运动部件12的跟随振动，由此吸收并衰减制冷装置主体20和振动器21的振动。结果，由于制冷装置主体20中产生的振动，可以由振动-吸收-和一泵送组件10中的弹性部件11和往复运动部件12吸收并衰减，所以可以提供一种高质量的、可以大幅度的减少或消除振动和噪声的斯特林制冷装置。

如上所述的斯特林制冷装置还具有下述的优点，因此通过吸收在振动-吸收-和一泵送组件10中的振动而产生驱动力，所以可以使冷却组件40中的和冷凝组件50中的热传递介质进行循环流动，而不需要辅助的动力源。

就是说，根据振动-吸收-和一泵送组件10中的往复运动部件12的往复运动，可以改变泵部件14的容积，而泵部件14中的容积的变化，又造成压力的变化，以使冷却组件40中的和冷凝组件50中的热传递介质进行循环流动。

为了做出更详细的说明，如图3和图4所示，往复运动部件12通过往复运动，吸收和衰减由制冷装置主体20和振动器21产生的振动。当如图3所示往复运动部件12朝向泵部件14移动时，泵部件14中的容积减小，而使其内部压力增大。随后由于压力的增大，热传递介质将通过排出管142排出至冷却组件40或冷凝组件50。

另一方面，当如图4所示，往复运动部件12沿远离泵部件14的方向移动时，泵部件14中的容积将增大，而使内部压力降低。由于内部压力的降低，冷却组件40中的或冷凝组件50中的热传递介质，将通过引入管141导引入泵部件14中。

因此，通过由制冷装置主体20中产生的振动，便可以使冷却组件40中的和冷凝组件50中的热传递介质循环流动，而不需要设置分立的动力源，从而可大大降低其能量消耗。

下面参考图5和图6，说明根据本发明另一实施例的振动-吸收-和一泵送组件。

图5表示根据本发明另一实施例的振动-吸收-和一泵送组件的横剖面图，其中泵部件14的容积已被压缩，图6表示如图5所示的振动-吸收-和一泵送组件的横剖面图，其中泵部件14的容积已被增大。

由图5和图6示出的振动-吸收-和一泵送组件10与图3和图4示出的相类似，只是泵部件14的引入管141和排出管142的横剖面积，在壳体13的内部和外部之间分别是相等的，而且在泵部件14的引入管141和排出管142处，还分别配置有第一阀门17和第二阀门18，以便打开和闭合引入管和排出管。

换句话说，如图5所示，当往复运动部件12朝向泵部件14移动，使泵部件14内的容积减少，并使泵部件14内的内部压力增大时，第一阀门17将闭合引入管141，而第二阀门18将同时打开排出管142，因此热传递介质可通过排出管142排出。

与此相反，如图6所示，当往复运动部件12沿离开泵部件14的方向移动，使泵部件14的容积增大，并使泵部件14内的内部压力减小时，第一阀门17将打开引入管141，而第二阀门18将同时闭合排出管142。

下面参考图7，简要的说明本发明的第二实施例的斯特林制冷装置，图7为本发明的第二实施例的一种斯特林制冷装置的示意图。

本发明的第二实施例的斯特林制冷装置，与本发明的第一实施例的斯特林制冷装置相类似，只是冷却组件40中的热传递介质的循环流动，是由实际设置的泵组件(P)进行传递的，冷凝组件50中的热传递介质的循环流动，是由振动-吸收-和一泵送组件10进行传递的。

下面参考图8，简要的说明本发明的第三实施例的斯特林制冷装置，图8为本发明的第三实施例的一种斯特林制冷装置的示意图。

本发明的第三实施例的斯特林制冷装置，与本发明的第一实施例的斯特林制冷装置相类似，只是冷凝组件50中的热传递介质的循环流动，是由实际设置的泵组件(P)进行传递的，冷却组件40中的热传递介质的循环流动，是由振动-吸收-和一泵送组件10进行传递的。

如上所述，在本发明的斯特林制冷装置的振动-吸收-和一泵送组件中，由于振动-吸收-和一泵送组件配置在斯特林制冷装置的主体上，所以可以吸收和衰减斯特林制冷装置运行过程中所产生的振动。本发明实现了一种具有高质量的斯特林制冷装置。而且因为可以利用由斯特林制冷装置产生的振动所给出的驱动力，使冷却组件和冷凝组件中的热传递介质循环流动，所以本发明提供了一种可以大幅度的降低能量消耗、并且可以大幅度的减少装置尺寸的斯特林制冷装置。

虽然本发明参考特定的最佳实施例给出了具体的描述和说明，但在不脱离本发明的由下述各权利要求限定的主题和范围内，本领域的技术人员可对其形状和细部做出各种变形。