CN108645069A - 用于蓄冷器的隔断构件及采用该隔断构件的低温制冷机 - Google Patents
用于蓄冷器的隔断构件及采用该隔断构件的低温制冷机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于蓄冷器的隔断构件及采用该隔断构件的低温制冷机，隔断构件(30)包括环状主体(31)、阻尼件(32)、过滤组件(33)和环状卡环(34)，所述的环状主体(31)为中央开口的凹槽，环状主体(31)用于容纳过滤组件(33)，环状卡环(34)的凸出部嵌入凹槽内并压住过滤组件(33)，用于将隔断构件(30)嵌置在蓄冷器筒体(12d)内的阻尼件(32)嵌置在环状主体(31)和环状卡环(34)之间，且阻尼件(32)的外径大于蓄冷器筒体(12d)的内径。低温制冷机包括内置有隔断构件(30)的蓄冷器。本发明的隔断构件能有效的分隔蓄冷材料且与蓄冷器筒体的内径形成过盈配合，便于加工安装。
Description
技术领域
本发明涉及低温制冷机技术领域，具体地说是一种能有效的分隔蓄冷材料且与蓄冷器筒体的内径形成过盈配合的用于蓄冷器的隔断构件及采用该隔断构件的低温制冷机。
背景技术
蓄冷式制冷机，例如，包括GM制冷机、斯特林制冷机。这些制冷机具有缸体和在其内部进行往复运动的推移活塞。例如，4K左右的超低温，采用利用氦气等制冷剂气体,蓄冷材料放置于的蓄冷器内，用于储藏冷能。由于蓄冷材料需要分层，防止混合在一起，采用隔断部件将其进行分隔开。若分隔部件的外周面的尺寸精度不高，与蓄冷器筒体内径形成有大于颗粒尺寸的间隙，分隔部件两侧的蓄冷材料可能出现混合现象。需要尺寸精度良好地制作分隔部件的外周形状，以免在分隔部件的外周面与置换器的内周面之间形成间隙。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能有效的分隔蓄冷材料且与蓄冷器筒体的内径形成过盈配合的用于蓄冷器的隔断构件及采用该隔断构件的低温制冷机。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述的隔断构件包括环状主体、阻尼件、过滤组件和环状卡环，所述的环状主体为中央开口的凹槽，环状主体用于容纳具有阻止蓄冷材料通过且能够使制冷剂气体通过的层叠的过滤组件，呈中央开口、倒置凸台状的环状卡环的凸出部嵌入凹槽内并压住过滤组件，用于将隔断构件嵌置在蓄冷器筒体内的阻尼件嵌置在环状主体和环状卡环之间，且阻尼件的外径大于蓄冷器筒体的内径使得两者过盈配合。
所述环状主体的主体内壁面的内径比过滤组件的外径大0.1mm～0.3mm。
所述环状主体的主体外侧壁的外径和环状卡环的底部外延部的外径皆小于蓄冷器筒体的内径。
所述阻尼件的内径不小于环状卡环的凸出部外径和/或环状主体的主体内壁面的内径。
所述的过滤组件设置在凹槽的台阶面上并嵌置在环状卡环的卡环底面和台阶面之间，使得环状主体和环状卡环从过滤组件的轴向两侧夹住过滤组件。
所述的过滤组件包括轴向层叠的加强件、过滤件和加强件；所述的加强件采用圆形金属丝网或者圆形孔板制作而成，所述的过滤件采用100目～200目的圆形金属丝网或者是圆形毛毡制作而成。
所述的阻尼件设置在环状主体的主体顶面上，且主体顶面、环状卡环的卡环外延底面以及环状卡环的凸出部的卡环内凹侧壁构成一个嵌置阻尼件的区域，通过环状主体和环状卡环的轴向预紧力使得阻尼件嵌置在主体顶面和卡环外延底面之间。
所述的阻尼件采用环状的100目～200目的金属丝网层叠起来或环状毛毡制作而成。
一种采用隔断构件的低温制冷机，所述的低温制冷机包括用于放置蓄冷器并使制冷剂气体膨胀的气缸，其特征在于：所述的蓄冷器内放置有用于分割蓄冷材料且制冷剂气体能够通过的隔断构件。
所述的低温制冷机为具有容纳于蓄冷器内部的隔断构件的蓄冷式制冷机，该低温制冷机包括斯特林型制冷机、吉福德-麦克马洪型制冷机。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的隔断构件通过过滤组件能有效的分隔蓄冷材料且分隔部件通过阻尼件与蓄冷器筒体的内径形成过盈配合，从而不必考虑隔断构件的加工精度，就可消除隔断构件与蓄冷器筒体内径之间的间隙，便于加工和制作安装。
附图说明
附图1为本发明的隔断构件截面结构示意图；
附图2为本发明的隔断构件俯视结构示意图；
附图3为本发明的隔断构件的环状主体截面结构示意图；
附图4为本发明的隔断构件的阻尼件平面结构示意图；
附图5为本发明的隔断构件的过滤组件平面结构示意图；
附图6为本发明的隔断构件的环状卡环截面结构示意图；
附图7为采用本发明的隔断构件的超低温制冷机的构成示意图；
附图8为采用本发明的隔断构件的GM制冷机中的第二级蓄冷器的截面结构图；
附图9为附图8中涉及本发明的隔断构件区域的截面结构示意图。
其中：1—压缩机；2—罩体组件；3—气体管路；7—密封环；8—热腔；9—一级膨胀腔；10—二级膨胀腔；11—一级推移活塞；11a—一级活塞前孔；11b—一级活塞后孔；11c—一级蓄冷材料；12—二级推移活塞；12a—二级活塞前孔；12b—排气口；12c—二级蓄冷材料；12c1—二级热端蓄冷材料；12c2—二级冷端蓄冷材料；12d—蓄冷器筒体；13—气缸；13b—二级换热器；30—隔断构件；31—环状主体；311—主体外侧壁；312—主体内壁面；313—台阶面；314—主体顶面；32—阻尼件；33—过滤组件；33a—加强件；33b—过滤件；34—环状卡环；341—卡环内凹侧壁；342—卡环底面；343—卡环外延底面。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示：一种用于蓄冷器的隔断构件，该隔断构件30包括环状主体31、阻尼件32、过滤组件33和环状卡环34，所述的环状主体31为中央开口的凹槽，环状主体31用于容纳具有阻止蓄冷材料通过且能够使制冷剂气体通过的层叠的过滤组件33，呈中央开口、倒置凸台状的环状卡环34的凸出部嵌入凹槽内并压住过滤组件33，用于将隔断构件30嵌置在蓄冷器筒体12d内的阻尼件32嵌置在环状主体31和环状卡环34之间，且阻尼件32的外径大于蓄冷器筒体12d的内径使得两者过盈配合；同时环状主体31的主体内壁面312的内径比过滤组件33的外径大0.1mm～0.3mm，环状主体31的主体外侧壁311的外径和环状卡环34的底部外延部的外径皆小于蓄冷器筒体12d的内径，阻尼件32的内径不小于环状卡环34的凸出部外径和/或环状主体31的主体内壁面312的内径。
在上述隔断构件30中，过滤组件33设置在凹槽的台阶面313上并嵌置在环状卡环34的卡环底面342和台阶面313之间，使得环状主体31和环状卡环34从过滤组件33的轴向两侧夹住过滤组件33；过滤组件33包括轴向层叠的加强件33a、过滤件33b和加强件33a，加强件33a采用圆形金属丝网或者圆形孔板制作而成，过滤件33b采用100目～200目的圆形金属丝网或者是圆形毛毡制作而成。阻尼件32设置在环状主体31的主体顶面314上，且主体顶面314、环状卡环34的卡环外延底面343以及环状卡环34的凸出部的卡环内凹侧壁341构成一个嵌置阻尼件32的区域，通过环状主体31和环状卡环34的轴向预紧力使得阻尼件32嵌置在主体顶面314和卡环外延底面343之间；阻尼件32采用环状的100目～200目的金属丝网层叠起来或环状毛毡制作而成。
如图7-8所示，一种采用隔断构件的低温制冷机，该低温制冷机包括用于放置蓄冷器并使制冷剂气体膨胀的气缸13，在蓄冷器内放置有用于分割蓄冷材料且制冷剂气体能够通过的隔断构件30。上述的低温制冷机为具有容纳于蓄冷器内部的隔断构件30的蓄冷式制冷机，该低温制冷机包括斯特林型制冷机、吉福德-麦克马洪型制冷机。
如图7所示：图7是本发明的一个实施例的低温制冷机的结构示意图。制冷机包含压缩机1、罩体组件2、气体管路3、气缸13、一级推移活塞11、二级推移活塞12，压缩机1通过将制冷剂气体吸入、压缩，而使之作为高压的制冷剂气体排出，气体管路3将该高压的制冷剂气体向罩体组件2进行供给；气缸13是两级式的气缸，本体采用304不锈钢制成，同轴布置。一级推移活塞11与二级推移活塞12同轴连接，在驱动机构(图中未画出)的带动下一起在气缸13内沿着Z1～Z2方向运动，一级推移活塞11和二级推移活塞12向图中上方(Z1方向)移动，则一级膨胀腔9和二级膨胀腔10的容积增加。反之，对应的膨胀腔容积变小。
在上述膨胀腔容积的变化下，来流的制冷剂气体经过一级活塞前孔11a与一级推移活塞11内部的一级蓄冷材料11c进行热交换，再从一级活塞后孔11b流出；一部分气体在一级膨胀腔9内进行膨胀，剩余的气体通过二级活塞前孔12a流进二级推移活塞12内，与其内部的二级蓄冷材料12c进行换热，然后从排气口12b流出，进入到二级膨胀腔10内，该过程制冷剂气体将自身的热量传递给蓄冷材料，温度由常温变成低温。沿着上述气体流动方向，即Z2方向，气缸13以及一级推移活塞11、二级推移活塞12连续降低，形成温度梯度。
回流的气体与上述流动过程相反，制冷剂气体从二级膨胀腔10流出，通过排气口12b与二级推移活塞12内的二级蓄冷材料12c进行换热，从二级活塞前孔12a流出，与一级膨胀腔9内的制冷剂气体混合；然后经过一级活塞后孔11b，与一级推移活塞11内的一级蓄冷材料11c进行换热，接着通过一级活塞前孔11a，进入到罩体组件2内，再流到压缩机1的低压侧。该过程制冷剂气体从蓄冷材料吸收热量，由低温变成常温。
通过反复进行以上的动作，一级蓄冷材料11c、二级蓄冷材料12c和制冷剂气体被冷却。低温气体在一级膨胀腔9和二级膨胀腔10内不断的膨胀做功，形成制冷源。
下面以二级推移活塞12中的隔断构件30进行详细地进行说明。
如图8所示，为了提升制冷机制冷效果，根据温区的不同，二级蓄冷材料12c一般分隔成两部分：二级热端蓄冷材料12c1和二级冷端蓄冷材料12c2，并且容纳于蓄冷器(二级推移活塞12)内。二级推移活塞12的上部有二级活塞前孔12a、下部有排气口12b、以及二级蓄冷材料12c组成多孔通道，形成贯通的气体通路。在二级推移活塞12内安装有三块隔断构件30，将二级热端蓄冷材料12c1和二级冷端蓄冷材料12c2分别牢牢的固定在其内部；隔断构件30允许制冷剂气体流过，但不允许蓄冷材料通过。
如图1-6、9所示，隔断构件30由环状主体31、阻尼件32、过滤组件33以及环状卡环34组成。环状主体31以及环状卡环34均有中央开口，提供制冷剂气体的流动通道。具体的说：环状主体31为中央开口的凹槽，并且有内陷的台阶面313，过滤组件33可层叠的放置在这一台阶面313上，过滤组件33可通过制冷剂气体且同时能够阻止蓄冷材料12c通过；过滤件33b由100目～200目的金属丝网或者是质地柔软的毛毡来制作。为防止安装的过滤件33b塌陷，过滤件33b的上下安装有质地较硬的加强件33a，加强件33a选用粗目数的金属丝网或者孔板来制作。环状主体31的主体内壁面312的内径大于过滤组件33的外径D3约0.1mm～0.3mm，这样便于加工和制作安装；环状卡环34的卡环内凹侧壁341与环状主体31的主体内壁面312为过盈配合，在制作过程中，环状主体31和环状卡环34的其中一个采用不锈钢制作、另外一个采用质地较软的铝合金制作，这样能够较轻松的将环状卡环34压入到环状主体31内，使得形成沿着层叠方向的预紧力，并依靠预紧力将过滤组件33层叠在一起，靠环状卡环34的卡环底面342将过滤组件33压紧在台阶面313上。
阻尼件32采用环形的100目～200目的金属丝网层叠起来或质地较软的环形毛毡制作而成，阻尼件32安装在环状卡环34的卡环外延底面343下方，依靠卡环内凹侧壁341将阻尼件32自身的内侧支撑起来；同样的，依靠前述的环状主体31与环状卡环34配合的预紧力，层叠在一起的阻尼件32靠环状主体31的主体顶面314将阻尼件32压紧。阻尼件32的外径D2大于蓄冷器筒体12d的内径D1，并且阻尼件32的材质较为柔软，可轻松压入到蓄冷器筒体12d内，使得整个隔断构件30与蓄冷器筒体12d形成过盈配合，过盈配合形成的预紧力能较好的约束隔断构件30防止其在蓄冷器筒体12d内发生相对运动。
采用上述方式，隔断构件30的中部形成了可通过气体通过、但蓄冷材料不能通过的通道，隔断构件30的圆周尺寸只要小于蓄冷器筒体12d的内径D1即可，加工精度小。阻尼件32质地柔软，可轻松压入蓄冷器筒体12d内，因此加工的精度也不高；又可以牢牢将分隔部件固定在蓄冷器筒体12d的内腔中。
并且，实施方式中，对将具有本发明所涉及的隔断构件30的蓄冷器式制冷机应用于GM制冷机的例子进行了说明。但是，本发明所涉及的隔断构件30不限于分隔容纳于GM制冷机的蓄冷材料的分隔部件，可应用于分隔容纳于脉冲管制冷机的蓄冷管(相当于本发明中的蓄冷器)的蓄冷材料等容纳于各种制冷机的蓄冷器或者蓄冷管的蓄冷材料的分隔部件。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述的隔断构件(30)包括环状主体(31)、阻尼件(32)、过滤组件(33)和环状卡环(34)，所述的环状主体(31)为中央开口的凹槽，环状主体(31)用于容纳具有阻止蓄冷材料通过且能够使制冷剂气体通过的层叠的过滤组件(33)，呈中央开口、倒置凸台状的环状卡环(34)的凸出部嵌入凹槽内并压住过滤组件(33)，用于将隔断构件(30)嵌置在蓄冷器筒体(12d)内的阻尼件(32)嵌置在环状主体(31)和环状卡环(34)之间，且阻尼件(32)的外径大于蓄冷器筒体(12d)的内径使得两者过盈配合。
2.根据权利要求1所述的用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述环状主体(31)的主体内壁面(312)的内径比过滤组件(33)的外径大0.1mm～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述环状主体(31)的主体外侧壁(311)的外径和环状卡环(34)的底部外延部的外径皆小于蓄冷器筒体(12d)的内径。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述阻尼件(32)的内径不小于环状卡环(34)的凸出部外径和/或环状主体(31)的主体内壁面(312)的内径。
5.根据权利要求1所述的用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述的过滤组件(33)设置在凹槽的台阶面(313)上并嵌置在环状卡环(34)的卡环底面(342)和台阶面(313)之间，使得环状主体(31)和环状卡环(34)从过滤组件(33)的轴向两侧夹住过滤组件(33)。
6.根据权利要求1或5所述的用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述的过滤组件(33)包括轴向层叠的加强件(33a)、过滤件(33b)和加强件(33a)；所述的加强件(33a)采用圆形金属丝网或者圆形孔板制作而成，所述的过滤件(33b)采用100目～200目的圆形金属丝网或者是圆形毛毡制作而成。
7.根据权利要求1所述的用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述的阻尼件(32)设置在环状主体(31)的主体顶面(314)上，且主体顶面(314)、环状卡环(34)的卡环外延底面(343)以及环状卡环(34)的凸出部的卡环内凹侧壁(341)构成一个嵌置阻尼件(32)的区域，通过环状主体(31)和环状卡环(34)的轴向预紧力使得阻尼件(32)嵌置在主体顶面(314)和卡环外延底面(343)之间。
8.根据权利要求1或7所述的用于蓄冷器的隔断构件，其特征在于：所述的阻尼件(32)采用环状的100目～200目的金属丝网层叠起来或环状毛毡制作而成。
9.一种采用如权利要求1-8任一所述的隔断构件的低温制冷机，所述的低温制冷机包括用于放置蓄冷器并使制冷剂气体膨胀的气缸(13)，其特征在于：所述的蓄冷器内放置有用于分割蓄冷材料且制冷剂气体能够通过的隔断构件(30)。
10.根据权利要求9所述的低温制冷机，其特征在于：所述的低温制冷机为具有容纳于蓄冷器内部的隔断构件(30)的蓄冷式制冷机，该低温制冷机包括斯特林型制冷机、吉福德-麦克马洪型制冷机。
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