[发明专利]用于驱动热力设备中的置换器的中心定位线性致动器

说明书

公开了一种热泵，其具有热置换器部分和冷置换器部分，其中在所述热置换器部分与所述冷置换器部分之间布置了线性致动器部分。通过在置换器之间提供线性致动器部分，将线性致动器部分中的致动器耦接至它们各自的置换器的轴比线性致动器部分位于冷置换器底部的情况短。较短的轴会不太硬，以避免屈曲。由于更不容易翘起，因此在往复运动时轴的摩擦力较小。

技术领域

本发明涉及用于热泵内置换器的线性致动系统的安置。

背景技术

维勒米尔(Vuilleumier)热泵自20世纪初以来就广为人知。如在U.S.1,275,507中所公开的，这种热泵具有两个置换器，它们将内部容积分成热室、暖室和冷室。置换器以90度偏移曲柄驱动。在最近的发展中，热泵中的置换器由机电系统驱动，如共同转让的US9,677,794中所述。在图1中，基于来自’794参考文献的图，热泵100具有在热置换器缸体107内往复运动的热置换器102和在冷置换器缸体106内往复运动的冷置换器104。热置换器缸体107和冷置换器缸体106共用一条中心线108。置换器102和104由机电致动器控制，机电致动器的线性致动器部分布置在热泵100的下半部中。热置换器致动器110和冷置换器致动器120分别耦接至热置换器102和冷置换器104。致动器110和120中的每一个分别具有铁磁斗(bucket)116和126。铁磁斗116和126充当电枢。电枢116具有从圆筒部分向外延伸的板部分，弹簧124穿过该圆筒部分，并且弹簧114耦接至该圆筒部分。弹簧114与热置换器102相关联；弹簧124与冷置换器104相关联。电枢126具有板部分和圆筒部分，弹簧114和124耦接至圆筒部分。在该示例中，弹簧114和124是随着与其耦接的置换器在行程的端部之间移动而在压缩与拉伸之间移动的弹簧。

致动器110在电枢116的两侧具有线圈112和118。当线圈112被激活时，电枢116被朝向线圈112吸引。当线圈112被去激活时，弹簧114使电枢116(和置换器102)向下移动。如果随后激活线圈118，则它将电枢116朝向线圈118吸引。通过将线圈118去激活，弹簧114使电枢116朝向线圈112移动。通过对耦接至置换器102的电枢116进行作用，使得置换器102在缸体106内的行程的两端之间往复运动。类似地，通过审慎地致动布置在电枢126两侧的线圈122和128，使置换器104在其行程的两端之间往复运动。设置弹簧114和126以分别在置换器102和104上施加力，以实现置换器在行程的端部之间的移动。特别是当置换器处在行程的中间部分时，对与置换器相关联的电枢进行作用的线圈的效率远小于置换器更靠近行程的端部时的效率。在冲程的中间，电枢至线圈的电流消耗很高，从而增大了线圈的尺寸，增加了电能损耗，并可能使线圈过热。弹簧提供了很大的力来移动置换器，线圈用于控制行程的最后部分，并使置换器在行程的端部停留期望的持续时间。

在热泵100中，置换器102和104将缸体106和107内的容积分为四个容积：热容积140、热-暖容积142、冷-暖容积144、和冷容积146。桥150将热-暖容积142与冷-暖容积144分开。

除了对热置换器102作用的弹簧114和对冷置换器104作用的弹簧104之外，已发现提供在置换器102与104之间作用的气体弹簧是有利的。气体弹簧的一部分是布置有冷置换器104的容积138。另外，气体弹簧可以包括热置换器102和冷置换器104内的容积。桥150具有柱塞151，其在冷置换器104处在其行程的上端时使容积138几乎为零。冷置换器104在图1中被示出在中间位置处，其中容积138处于中间容积。通过选择柱塞151和轴的横截面积并选择气体弹簧的总容积，气体弹簧中的压力可以帮助置换器102和104的移动。

在热泵100中，置换器102和104将缸体106和107内的容积分为四个容积：热容积140、热-暖容积142、冷-暖容积144、和冷容积146。桥150将热-暖容积142与冷-暖容积144分开。

热置换器102经由耦接器132耦接至与轴134耦接的轴130。轴134耦接至电枢126。电枢126的移动对热置换器102进行移动。冷置换器104经由中空轴136耦接至电枢116。