[发明专利]一种热压缩机驱动的制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及利用热能驱动的制冷机领域，尤其涉及一种热压缩机驱动的制冷机。

背景技术

现有的脉管制冷机是一种新型的低温制冷机，其主要是一种能通过进出脉管的气体周期性压缩和膨胀而获得低温的制冷装置。脉管制冷机的优点在于低温端没有运动部件并且结构简单，完全消除了由于密封材料的磨损带来的问题，具有更高的可靠性、更小的振动。这类制冷机的冷头没有运动部件，因而具有制造简单、寿命长以及噪声低的优点。此外，这类脉管制冷机在气象、军事、空间技术、低温电子学器件、低温医学、天然气液化等领域有广泛的应用。

然而，很多现有的脉管制冷机，多数需要由电驱动来工作，当制冷温度较低，制冷量较大时，需要消耗大量的电能。为了节约能源，可以使用低品位的热源例如废热等来驱动制冷。当前，废热的回收和再利用有非常大的市场和意义。发电厂、化工厂、钢铁厂等都有大量的废热产生，而最易获得的太阳能一般也只提供较低的热源温度。因此，当前迫切需要一种能利用低品位热源驱动的制冷机。

发明内容

本发明的目的是提供这样一种热压缩机驱动的制冷机，其基于低品位热能驱动制冷，并且具有振动小、噪声低的特点。

因此，本发明提供一种热压缩机驱动的制冷机，其包括热压缩机系统和脉管装置，其中热压缩机系统具有与脉管装置流体连通的装有工质的至少一个气缸，设置在气缸内将气缸腔体分隔成热腔和冷腔的活塞，驱动活塞在气缸内往复运动的驱动机构，热压缩机系统还包括布置在气缸的热腔端用于给气缸内的工质输入热量的热端换热器和布置在气缸的冷腔端用于冷却气缸内工质的冷端换热器，并且该热腔和该冷腔之间由一通路流体连通，在该通路中设有回热器。

在本发明中，封闭在系统内的工质例如可选自氦气、氮气、氢气、空气及其混合物中的任一种。当然，根据具体需求也可以选用其它合适的工质。封闭在热压缩机系统内的工质不会发生泄漏，从而在系统内可以获得很高的压力。另外，本发明中的回热器是低温制冷技术中常用到的一种装置，其由具有高比热容和低阻力系数的多孔介质固体填料组成，填料可以是细金属丝网例如不锈钢、磷青铜等，小金属球或颗粒以及磁性材料等组成。

按照本发明的另一个方案，所述通路由沿该活塞的纵向开设的通孔形成，该回热器布置在该通孔中，这样配置的通路和回热器具有结构简单，效率高的优点。

按照本发明的又一方案，所述通路由该气缸的内壁和外壁之间的空腔形成，该回热器布置在该空腔内。

按照本发明的另一方案，所述通路由在该气缸外的从该热腔端到该冷腔端的连接管路形成，该回热器串联在在该连接管路中。

按照本发明的另一方案，所述通路由该活塞和该气缸内壁之间的夹隙形成，夹隙中的工质起到回热器的作用。

在本发明中，在驱动机构的驱动下，活塞在气缸内往复运动，通过活塞的运动使工质在热腔和冷腔之间流动，当活塞从靠近冷端换热器的下止点向靠近热端换热器的上止点移动时，经热端换热器加热后的工质从热腔流向冷腔，在该过程中，高温工质的部分热量储存在回热器中，当活塞移动到上止点时，系统内的大部分工质位于冷腔内，通过冷端换热器冷却冷腔内的工质，使系统内工质的平均温度下降，从而导致工质的平均压力处于最低值；而当活塞从靠近热端换热器的上止点向靠近冷端换热器的下至点移动时，经冷端换热器冷却后的工质从冷腔经所述通路流向热腔，低温工质从回热器吸收热量，相当于对低温工质进行预热，当活塞移动到下至点时，通过热端换热器向热腔内的工质输入热量，系统内的大部分工质位于热腔内，系统内工质的平均温度升高，从而导致工质的平均压力处于最高值。这样一来，在活塞的周期性运动过程中，系统中的工质压力也发生周期性的变化，从而能够驱动脉管装置制冷。回热器的设置，减小了系统的加热量，从而起到提高了能量利用效率。

在本发明中，所使用的脉管是现有技术中常用的脉管，例如斯特林型脉管或者GM型脉管。在活塞向冷端换热器移动的过程中，由于系统内的压力升高，使得气体工质进入脉管装置中，当活塞到达下止点时，脉管装置内的压力也达到最大值；在活塞向热端换热器移动的过程中，由于系统内的压力降低，气体工质从脉管装置中流出，当活塞到达上止点时，脉管装置内的压力达到最小值，从而完成一次循环。随着活塞在气缸内的往复运动，热压缩机系统产生交替的压力波动，驱动脉管装置制冷。