[发明专利]一种直线型双作用制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷系统，特别是涉及一种新型的直线型双作用制冷系统。

背景技术

超导电力技术是21世纪具有经济战略意义的高新技术。超导电力技术的应用可以提升电力工业的发展水平和促进电力工业的重大变革。超导电网不仅可以极大地提高电力系统中单机容量和电网的输送容量并大大降低电网的损耗，还可以明显改善电能的质量，提高电力系统运行的稳定性和可靠性。由于高温超导体可以在比低温超导体所需液氦温区（4.2K）高得多的液氮温区（77K）下运行，高温超导的研究倍受重视。为了获得稳定的低温环境，高可靠性、高效率的低温制冷机是必须的，而脉管制冷机效率接近卡诺循环效率，无机械运动部件，具有高效，稳定，寿命长的特点，因此被认为是一种较为理想的提供低温环境的制冷设备。直线电机是一种电声转换装置，由于采用了板弹簧支撑和间隙密封，消除了摩擦损失，在理论上其可以获得极高的声电转换效率，因此由直线电机驱动的脉管制冷机系统能够获得很高的整机效率，是近年来研究的热点。

美国能源部在2002年提出，脉冲管制冷机应用于高温超导时其相对卡诺效率要达到30%（制冷温度77K）以上，但由于技术所限，目前的最高效率仅为22%，因此脉冲管制冷机应用于超导电网还有较大的距离。

传统的脉管制冷机调相机构是采用惯性管加气库或增加双向进气的形式，如图1所示为采用惯性管和气库作为调相机构的制冷系统，该系统由直线型压缩机1和脉管制冷机2组成。所述直线型压缩机1其组成包括压缩活塞8、与所述压缩活塞8相连的压缩机动子6、固定所述动子6的板弹簧7、绕制于所述动子6外围的定子线圈5，所述直线型压缩机1采用对置式结构，能够大幅度的减少装置工作时的震动。所述脉管制冷机2包括主室温换热器13、回热器14、冷端换热器15、热缓冲管16、次室温换热器17以及惯性管18和气库19。对所述主室温换热器13和次室温换热器17通冷却水，温度维持在室温范围。所述直线型压缩机1将输入的电能转化为声功输入所述脉管制冷机2，在所述回热器14处发生热声转换效应，消耗声功将热量由冷端换热器15泵送到主室温换热器13，在冷端实现制冷效应。所述惯性管18和气库19用于调节脉管制冷机相位。

如图2所示为采用双向进气结构作为调相机构的制冷系统，该系统由直线型压缩机1和脉管制冷机2组成。所述直线型压缩机1其组成包括压缩活塞8、与所述压缩活塞8相连的压缩机动子6、固定所述动子6的板弹簧7、绕制于所述动子6外围的定子线圈5，所述直线型压缩机1采用对置式结构，能够大幅度的减少装置工作时的震动。所述脉管制冷机2包括主室温换热器13、回热器14、冷端换热器15、热缓冲管16、次室温换热器17、惯性管18和气库19以及双向进气结构20。对所述主室温换热器13和次室温换热器17通冷却水，温度维持在室温范围。所述直线型压缩机1将输入的电能转化为声功输入所述脉管制冷机2，在所述回热器14处发生热声转换效应，消耗声功将热量由冷端换热器15泵送到主室温换热器13，在冷端实现制冷效应。所述惯性管18和气库19以及双向进气结构20用于调节脉管制冷机相位。

这两种结构的弊端在于，由脉管制冷机次室温换热器流出的声功都在惯性管和气库或双向进气结构中耗散，没有得到回收利用，这对于脉管制冷机效率的损失巨大，所以目前脉管制冷机效率一直尚未达到应用于超导电网的要求。另一方面以目前技术而言，单台脉管制冷机的制冷量较小，难以应用在大冷量需求的场合。

图3所示为新型的双作用制冷系统，此系统由三台完全相同的脉管制冷机2和直线型双作用压缩机3首位相连而成，对所述三台压缩机通入三相电，电压之间互成120°相位，因此脉管制冷机两端的相位差被锁定在120°，不再需要调相机构。所述脉管制冷机2包括主室温换热器13、回热器14、冷端换热器15、热缓冲管16、次室温换热器17、惯性管18、气库19。对所述主室温换热器13和次室温换热器17通冷却水，温度维持在室温范围。所述直线型双作用压缩机3将输入的电能转化为声功输出到脉管制冷机，在所述回热器14处发生热声转换效应，消耗声功将热量由冷端换热器15泵送到主室温换热器13，在冷端实现制冷效应。所述直线型双作用压缩机3包括膨胀活塞18、板弹簧19、定子线圈20、动子21、板弹簧22、压缩活塞23。所述膨胀活塞18、板弹簧19、板弹簧22和压缩活塞23固定在同一跟轴上。由脉管制冷机2流出的声功完全被膨胀活塞18所吸收，提高了脉管制冷机效率。