一種氣動(dòng)gm制冷機(jī)及其控制過程的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫制冷機(jī)，尤其是涉及一種氣動(dòng)GM制冷機(jī)及其控制過程。
【背景技術(shù)】
[0002]GM制冷機(jī)是一種利用高壓氣體制冷的低溫制冷機(jī)。通常高壓氣體為氦氣。通過切換閥分別與高壓氣源和低壓氣源相通，使高壓氣體流入制冷機(jī)中膨脹做功制冷，然后流入低壓氣源。氣源通常是一個(gè)GM壓縮機(jī)，有高壓氣體出口和低壓氣體進(jìn)口。在常規(guī)的氣動(dòng)GM制冷機(jī)中，推移活塞的運(yùn)動(dòng)由壓縮機(jī)來的高壓氣體通過驅(qū)動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但要消耗一部分壓縮機(jī)來的高壓氣體，因而效率較低。如果只有一個(gè)氣庫(kù)，雖然用于控制推移活塞的氣體不需要了，但壓縮機(jī)來的氣體的制冷過程存在很大不可逆損失，理論效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率提高的氣動(dòng)GM制冷機(jī)及其控制過程。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種氣動(dòng)GM制冷機(jī)，包括驅(qū)動(dòng)氣缸、制冷氣缸、驅(qū)動(dòng)活塞、推移活塞及冷量換熱器，所述的驅(qū)動(dòng)氣缸與制冷氣缸上下連接，所述的驅(qū)動(dòng)活塞與推移活塞上下連接，且所述的驅(qū)動(dòng)活塞與驅(qū)動(dòng)氣缸配合滑動(dòng)連接，驅(qū)動(dòng)活塞可在驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)滑動(dòng)，驅(qū)動(dòng)氣缸與驅(qū)動(dòng)活塞之間形成驅(qū)動(dòng)腔，所述的推移活塞與制冷氣缸配合滑動(dòng)連接，所述的推移活塞可在制冷氣缸內(nèi)滑動(dòng)，制冷氣缸內(nèi)部被推移活塞分成室溫腔與低溫腔，所述的冷量換熱器與低溫腔連接，所述的室溫腔與低壓氣體管路及高壓氣體管路連接，所述的低壓氣體管路上設(shè)有低壓出氣閥，所述的高壓氣體管路上設(shè)有高壓進(jìn)氣閥，所述的推移活塞內(nèi)部裝填回?zé)岵牧?，所述的室溫腔與低溫腔之間通過回?zé)岵牧系膬?nèi)部空隙連通。所述的驅(qū)動(dòng)腔至少連接有低壓氣庫(kù)與高壓氣庫(kù)，且驅(qū)動(dòng)腔與低壓氣庫(kù)及高壓氣庫(kù)的連接管路上分別設(shè)有低壓氣庫(kù)閥及高壓氣庫(kù)閥。
[0006]所述的驅(qū)動(dòng)腔同時(shí)與低壓氣庫(kù)、中壓氣庫(kù)及高壓氣庫(kù)連接，且驅(qū)動(dòng)腔與低壓氣庫(kù)、中壓氣庫(kù)及高壓氣庫(kù)的連接管路上分別設(shè)有低壓氣庫(kù)閥、中壓氣庫(kù)閥及高壓氣庫(kù)閥。
[0007]所述的制冷氣缸與第二級(jí)氣缸連接，所述的推移活塞與第二級(jí)推移活塞連接，且第二級(jí)推移活塞與第二級(jí)氣缸配合滑動(dòng)連接，第二級(jí)推移活塞與第二級(jí)氣缸之間形成第二級(jí)低溫腔，所述的第二級(jí)氣缸底端連接第二級(jí)冷量換熱器，此時(shí)為雙級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)，根據(jù)實(shí)際需要，也可以在第二級(jí)推移活塞與第二級(jí)氣缸上繼續(xù)設(shè)置第三級(jí)推移活塞與第三級(jí)氣缸，做成三級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)，二級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)或三級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)的效率在更低溫度下比普通的一級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)效率好。
[0008]所述的驅(qū)動(dòng)活塞的側(cè)壁上設(shè)有驅(qū)動(dòng)活塞環(huán)，該驅(qū)動(dòng)活塞環(huán)與驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)壁貼合，所述的推移活塞的側(cè)壁上設(shè)有推移活塞環(huán)，該推移活塞環(huán)與制冷氣缸內(nèi)壁貼合。
[0009]所述的驅(qū)動(dòng)活塞的端部與驅(qū)動(dòng)氣缸之間設(shè)有彈簧。
[0010]所述的驅(qū)動(dòng)活塞與推移活塞一體式連接或通過萬向節(jié)連接。
[0011]為了增大換熱面積，所述的推移活塞的底部設(shè)有氣體導(dǎo)管，使氣體經(jīng)翅片進(jìn)出低溫腔，所述的冷量換熱器為翅片式冷量換熱器，其上設(shè)有向外界釋放冷量的翅片，翅片的中間設(shè)有導(dǎo)氣通道，所述的氣體導(dǎo)管可在導(dǎo)氣通道內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)可相對(duì)，氣體可經(jīng)低溫腔與導(dǎo)氣通道間的翅片流動(dòng)，從而將冷量通過翅片傳出。為了使盡可能多的氣體經(jīng)過翅片，導(dǎo)氣通道可做成氣缸型式，氣體導(dǎo)管可加裝活塞環(huán)。
[0012]當(dāng)只連接低壓氣庫(kù)與高壓氣庫(kù)時(shí)，低壓氣庫(kù)的壓力略高于低壓氣體管路的壓力，高壓氣庫(kù)的壓力略低于高壓氣體管路的壓力。
[0013]氣動(dòng)GM制冷機(jī)的控制過程，包括以下步驟:
[0014]I)打開低壓氣庫(kù)閥，驅(qū)動(dòng)腔里的氣體流入到低壓氣庫(kù)中，驅(qū)動(dòng)腔里的壓力降低，使得驅(qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)推移活塞上移，推移活塞上移對(duì)室溫腔內(nèi)的氣體進(jìn)行擠壓，室溫腔里的氣體流入低溫腔中，從而使總體平均溫度降低，進(jìn)而使得室溫腔與低溫腔壓力降低；
[0015]2)待室溫腔內(nèi)的壓力降到略高于低壓氣體管路內(nèi)的壓力時(shí)，低壓出氣閥打開，低溫腔里的一部分氣體通過回?zé)岵牧线M(jìn)入室溫腔內(nèi)，并流入到低壓氣體管路中，此時(shí)，室溫腔內(nèi)的壓力高于低壓氣體管路內(nèi)的壓力，略低于低壓氣庫(kù)里的氣體壓力，此時(shí)低壓氣庫(kù)里的氣體通過低壓氣庫(kù)閥流入驅(qū)動(dòng)腔中，使驅(qū)動(dòng)活塞下移，驅(qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)推移活塞下移，將低溫氣體壓出低溫腔，冷量通過冷量換熱器輸出；
[0016]3)關(guān)閉低壓氣庫(kù)閥和低壓出氣閥，打開高壓氣庫(kù)閥，高壓氣庫(kù)里的氣體流入驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)活塞繼續(xù)下移帶動(dòng)推移活塞下移，低溫腔里的氣體通過回?zé)岵牧线M(jìn)入室溫腔，從而使總體平均溫度升高，進(jìn)而使得室溫腔與低溫腔壓力升高；
[0017]4)待室溫腔內(nèi)壓力升到略低于高壓氣體管路內(nèi)的壓力時(shí)，高壓進(jìn)氣閥打開，高壓氣體管路內(nèi)的高壓氣體流入，室溫腔內(nèi)壓力升高，室溫腔內(nèi)氣體通過回?zé)岵牧线M(jìn)入低溫腔里，此時(shí)，室溫腔內(nèi)的壓力略低于高壓氣體管路內(nèi)的壓力，略高于高壓氣庫(kù)的壓力，此時(shí)低溫腔里的氣體使得推移活塞驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞上移，驅(qū)動(dòng)腔里的氣體流入到高壓氣庫(kù)中，待到驅(qū)動(dòng)活塞回到初始位置時(shí)，關(guān)閉高壓進(jìn)氣閥和高壓氣庫(kù)閥，然后進(jìn)行下一個(gè)周期。
[0018]當(dāng)還連接有中壓氣庫(kù)時(shí)，低壓氣庫(kù)的壓力略高于低壓氣體管路的壓力，高壓氣庫(kù)的壓力略低于高壓氣體管路的壓力，中壓氣庫(kù)的壓力介于低壓氣庫(kù)的壓力與高壓氣庫(kù)的壓力之間。
[0019]氣動(dòng)GM制冷機(jī)的控制過程，包括以下步驟:
[0020]I)打開中壓氣庫(kù)閥，驅(qū)動(dòng)腔里的氣體流入中壓氣庫(kù)里，驅(qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)推移活塞上移，由于室溫腔里的氣體流入低溫腔中，從而使總體平均溫度降低，進(jìn)而使得室溫腔與低溫腔壓力降低；當(dāng)室溫腔里的壓力降為接近中壓氣庫(kù)內(nèi)壓力時(shí)，關(guān)閉中壓氣庫(kù)閥；
[0021]2)將低壓氣庫(kù)閥打開，驅(qū)動(dòng)腔里的氣體流入到低壓氣庫(kù)中，驅(qū)動(dòng)腔里的壓力降低，使得驅(qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)推移活塞上移，推移活塞上移對(duì)室溫腔內(nèi)的空氣進(jìn)行擠壓，室溫腔里的氣體流入低溫腔中，從而使總體平均溫度降低，進(jìn)而使得室溫腔與低溫腔壓力降低；
[0022]3)待室溫腔內(nèi)的壓力降到略高于低壓氣體管路內(nèi)的壓力時(shí)，低壓出氣閥打開，低溫腔里的一部分氣體通過回?zé)岵牧线M(jìn)入室溫腔內(nèi)，并流入到低壓氣體管路中，此時(shí)，室溫腔內(nèi)的壓力高于低壓氣體管路內(nèi)的壓力，略低于低壓氣庫(kù)里的氣體壓力，此時(shí)低壓氣庫(kù)里的氣體通過低壓氣庫(kù)閥流入驅(qū)動(dòng)腔中，使驅(qū)動(dòng)活塞下移，驅(qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)推移活塞下移，將低溫氣體壓出低溫腔，冷量通過冷量換熱器輸出；
[0023]4)關(guān)閉低壓氣庫(kù)閥和低壓出氣閥，打開高壓氣庫(kù)閥，中壓氣庫(kù)里的氣體流入驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)活塞帶動(dòng)推移活塞下移，低溫腔里的氣體通過回?zé)岵牧线M(jìn)入室溫腔，從而使總體平均溫度升高，進(jìn)而使得室溫腔與低溫腔壓力升高，當(dāng)壓力升為接近中壓氣庫(kù)內(nèi)壓力時(shí)，關(guān)閉中壓氣庫(kù)閥；
[0024]5)打開高壓氣庫(kù)閥，高壓氣庫(kù)里的氣體流入驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)活塞繼續(xù)下移帶動(dòng)推移活塞下移，低溫腔里的氣體通過回?zé)岵牧线M(jìn)入室溫腔，從而使總體平均溫度升高，進(jìn)而使得室溫腔與低溫腔壓力升高；
[0025]6)待室溫腔內(nèi)壓力升到略低于高壓氣體管路內(nèi)的壓力時(shí)，高壓進(jìn)氣閥打開，高壓氣體管路內(nèi)的高壓氣體流入，室溫腔內(nèi)壓力升高，室溫腔內(nèi)氣體通過回?zé)岵牧线M(jìn)入低溫腔里，此時(shí)，室溫腔內(nèi)的壓力略低與高壓氣體管路內(nèi)的壓力，略高于高壓氣庫(kù)的壓力，此時(shí)低溫腔里的氣體使得推移活塞驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞上移，待到驅(qū)動(dòng)活塞回到初始位置時(shí)，關(guān)閉高壓進(jìn)氣閥和高壓氣庫(kù)閥，然后進(jìn)行下一個(gè)周期。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0027](I)本發(fā)明在原有GM制冷機(jī)基礎(chǔ)上，通過在驅(qū)動(dòng)腔上設(shè)置低壓氣庫(kù)與高壓氣庫(kù)，利用氣庫(kù)里的氣體驅(qū)動(dòng)推移活塞運(yùn)動(dòng)，從而提高制冷機(jī)的制冷效率。
[0028](2)本發(fā)明通過設(shè)置更多的氣庫(kù)，可以進(jìn)一步提高制冷效率。
[0029](3)本發(fā)明可以在一級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)基礎(chǔ)上，做出結(jié)構(gòu)改進(jìn)，做成二級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)或三級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)，二級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)或三級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)的效率比普通的一級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)效率更高。
[0030](4)通過采用翅片式冷量換熱器，可以使得換熱面積更大，提高該氣動(dòng)GM制冷機(jī)的效率。
[0031](5)各氣庫(kù)與驅(qū)動(dòng)腔之間的管路上分別設(shè)有獨(dú)立的氣庫(kù)閥，在低壓氣體管路上設(shè)有低壓出氣閥，在高壓氣體管路上設(shè)有高壓進(jìn)氣閥，使用時(shí)，通過控制各閥體的開閉來控制推移活塞的運(yùn)動(dòng)，易于操作并精確控制。
【附圖說明】
[0032]圖1為實(shí)施例1中二氣庫(kù)單級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為實(shí)施例2中三氣庫(kù)單級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為實(shí)施例3中三氣庫(kù)雙級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為實(shí)施例4中三氣庫(kù)單級(jí)氣動(dòng)GM制冷機(jī)第一種結(jié)構(gòu)示意圖；
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