球形压缩机在微型制冷系统中的应用研究

　　0 引言

　　微型制冷系统可广泛应用于军事、航空航天、工业、环境保护及医疗电子等各行业,美国已将这种技术用于伊拉克战争和第四代战机上,引起了国际上的广泛关注[3]。大规模集成电路CPU芯片发展迅速,随着运算速度和集成度的提高其散热问题已成为世界难题[4],而微型压缩机制冷系统是有效的解决方案,并能够应用于多种电子、激光、红外、雷达设备上[1-4]。

　　目前这一领域的研究关键是微型压缩机的开发,如何开发体积小、重量轻、工作平稳、效率高的微型制冷压缩机是一个世界性的前沿课题。国内外目前所开发的这类压缩机大都是采用传统的经典机型,例如三角转子式、滚动活塞式、涡旋式、单螺杆式、滑片式等。这些机型都有一个共同的特点就是在用于微型机时其密封性差、泄漏大、效率低。造成这种结果的原因是:它们的机构都具有线密封的特征,从而决定了其密封的薄弱环节太多。另外,当整机尺寸小型化后更造成了许多新的密封薄弱环节[2, 5]。

　　微型球形制冷压缩机是在王陆一的发明专利一种用于压缩机的变容式机构0[6]的基础上设计出的适用于微型制冷系统的压缩机,其主要目标是解决其它形式的微型压缩机泄漏大、效率低的问题。效率的提高对便携式设备和单兵装备有重大意义,在相同的电池下可延长使用时间。

　　1 球形压缩机结构设计

　　1.1 结构介绍

　　球形压缩机的结构剖面图如图1所示。

　　本文所附的结构图,其结构参数为:内缸径D=30mm;特征角A=15b;排量1. 8cm3~2cm3,材料为铸铁和钢,重量400g ~450g,压缩机的外形尺寸可设计成外径<45mm,高度<45mm,制冷量200W ~300W。

　　缸体和缸盖相连形成一个球形内腔,活塞具有球形顶面、从球形顶面中央伸出一活塞轴、活塞下部有一活塞销座;缸盖上设有与活塞轴相配的轴孔,活塞可绕活塞轴在轴孔中自由转动,活塞球形顶面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合;转盘的下端面中心伸出一转盘轴,转盘上部和下端面之间的外周面为转盘球面,转盘球面与球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合;在转盘上部与活塞销座相对应有一转盘销座;中心销插入活塞销座和转盘销座,主轴支架与缸体相连,为主轴的旋转提供支撑,主轴的一端为偏心斜孔,偏心斜孔位于缸体内与转盘轴相连,另一端与动力机构相连,为压缩机变容提供动力;上述活塞轴和转盘轴及主轴的轴线都通过球形内腔的球心,并且活塞轴和转盘轴的轴线与主轴的轴线形成相同的夹角A,以上结构形成对称的2个工作腔V1和V2。

　　1.2 工作原理介绍