CN1144002C - 脉冲管制冷器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲管制冷器，包括压缩机，用于在活塞因接收安装在壳体内的工作电机的工作力而在缸体内产生的往复运动时压缩工作气体；连接压缩机的后冷却器；连接后冷却器的交流换热组件；与交流换热组件相连的脉冲管；储罐，与密封外壳或壳体形成一体；振动吸收组件，通过固定地结合在密封外壳或壳体的密封件上而减少电机工作产生的振动；提高振动吸收组件效率的密封件；惯性管，环绕脉冲管和储罐的外周以连接脉冲管和储罐。

Description

脉冲管制冷器

本发明涉及一种脉冲管制冷器，特别涉及能够减小运行过程中产生的振动并且总体结构简单的脉冲管制冷器。

一般，脉冲管制冷器是一种振动小、可靠性高的低温制冷器，其被用于冷却小型电器件或超导体。搅动式制冷器，GM制冷器都被普遍用作低温制冷器。

正如图1所示，传统的脉冲管制冷器包括：压缩机10，用于通过产生线性往复工作力来压缩工作气体；脉冲管20，在工作气体由于压缩机10的操作而压缩并在管的两端膨胀时在压缩部分21散发热量、并在膨胀部分22吸收外部热量；惯性管30，用于在质量流和因与脉冲管20的连接而发生波动的工作气体的压力脉动之间产生相位差并同时获得热平衡；与惯性管30的端部连接的储罐40；连接在脉冲管20和后冷却器60之间的交流换热组件(regenerating unit)50，用以存储和散发工作气体的可感知热量，所述工作气体通过在压缩机10中的抽吸和压缩而穿过脉冲管20；以及后冷却器60，设置在交流换热组件50和压缩机10之间，用于在工作气体达到交流换热组件50之前对该被压缩机10推动的工作气体进行冷却。

并且，用于压缩和抽吸工作气体同时产生往复工作力的压缩机10包括具有内部区域覆盖壳体11B，11C的密封外壳11，上壳体11A紧密地接合到密封外壳11的上部外圆周上且在中心部具有圆筒部件，中央壳体11B设置在密封外壳11内，其上表面紧密地接合到上壳体11A的下表面上，弹性支撑件15被结合在中央壳体11B上，带有插入到圆筒部件13的内侧的活塞14的工作电机12被固定地安装在中央壳体11B上，下壳体11C设置在密封外壳内，且其上表面被接合在中央壳体11B的下表面上，弹性支撑件15被接合到其上。

下面将描述传统脉冲管制冷器的操作。

首先，当压缩机10压缩工作气体并通过施加动力而抽吸工作气体时，工作气体在经过后冷却器60和交流换热组件50之后流入到脉冲管20内，并且被排出到惯性管30内，重复相反操作，在重复上述操作的同时，在质量流和压力脉冲之间产生相位差，据此在脉冲管20的压缩部分21发生压缩而在脉冲管20的膨胀部分22发生膨胀，脉冲管20的膨胀部分22处的温度剧烈地降低。

惯性管30和储罐40加速了工作气体在脉冲管20的压缩和膨胀，后冷却器预先冷却从压缩机10推出的气体，并且交流换热组件50存储/释放在压缩机10和脉冲管20之间往复的工作气体。

在重复上述操作的同时，脉冲管20的膨胀部分22持续地被冷却，由此获得了低温。

但是，在传统的脉冲管制冷器中，在工作气体被接收安装在压缩机内的工作电动机的线性往复运动的活塞所压缩的同时会发生振动，而这会引起振动噪声。

另外，由于储罐作为附件与具有一定长度的惯性管相连，使得脉冲管制冷器的整体尺寸较大，要求很高的制造费用，并难于运输，并且要求很多的安装费用。

本发明的目的是提供一种整体结构简单的脉冲管制冷器。

本发明的另一目的是提供一种带有振动吸收组件的脉冲管制冷器，该振动吸收组件能够在压缩工作气体时有效减少振动。

本发明的另一目的是提供一种脉冲管制冷器，其带有能够提高振动吸收效率的密封件的组合结构。

为了实现本发明的目的，提供一种脉冲管制冷器，包括：压缩机，用于通过缸体内的活塞因接收安装在壳体上的工作电机的工作力而产生的往复运动来压缩和抽吸工作气体，所述壳体被结合在用于防止工作气体泄漏的密封外壳内；后冷却器，其与压缩机相连以便冷却从压缩机排出的工作气体；交流换热组件，其与后冷却器相连，以存储和释放在压缩机和储罐之间往复的工作气体的可感知热量；脉冲管，其与交流换热组件相连，带有由压缩机的工作而产生的低温部分；惯性管，其与脉冲管相连，以便加速低温部分的产生；盖子，所述盖子与密封外壳的下外表面相结合并形成一整体，并且与惯性管相连；储罐，所述储罐通过密封外壳与盖子相结合而形成；振动吸收组件，其设置在储罐内，包括固定件、弹簧和质量体，并且固定地结合到密封外壳的下侧表面上，以便减少因工作电机的工作而产生的振动。

此外，为了实现本发明的目的，提供一种脉冲管制冷器，包括：压缩机，用于通过缸体内的活塞因接收安装在壳体上的工作电机的工作力而产生的往复运动来压缩和抽吸工作气体，所述壳体用于防止工作气体泄漏；后冷却器，其与压缩机相连以便冷却从压缩机排出的工作气体；交流换热组件，其与后冷却器相连，以存储和释放在压缩机和储罐之间往复的工作气体的可感知热量；脉冲管，其与交流换热组件相连，带有由压缩机的工作而产生的低温部分；惯性管，其与脉冲管相连，以便加速低温部分的产生；盖子，所述盖子与壳体的下端相结合从而与压缩机形成一整体，并且与惯性管相连；储罐，所述储罐通过密封外壳与盖子相结合而形成；密封件，其设置在盖子和中央壳体之间，以避免工作气体的泄漏，并且密封件的中心线与工作电机的中心线相一致；和振动吸收组件，其设置在储罐内，包括固定件、弹簧和质量体，以通过固定地结合到密封件的下侧表面中心上而减少因工作电机的工作而产生的振动。

图1是示出传统脉冲管制冷器的简化剖面图；

图2是示出根据本发明第一实施例的脉冲管制冷器的简化剖面图；

图3是示出根据本发明第一实施例的脉冲管制冷器的工作状态局部剖面图；

图4是示出根据本发明第二实施例的脉冲管制冷器的简化剖面图；

图5是示出根据本发明第二实施例的图4的脉冲管制冷器的压缩机的简化剖面图；

图6是示出根据本发明实施例的密封件组合的局部剖面图，所述密封件组合用于构成根据本发明第二实施例的压缩机；

图7是示出根据本发明另一实施例的密封件组合的局部剖面图，所述密封件组合用于构成根据本发明第二实施例的压缩机；

图8是示出根据本发明又一实施例的密封件组合的局部剖面图，所述密封件组合用于构成根据本发明第二实施例的压缩机。

下面将参照附图描述根据本发明的脉冲管制冷器的实施例。

正如图2所示，根据本发明第一实施例的脉冲管制冷器包括：压缩机100，用于通过产生线性往复工作力来压缩和抽吸工作气体；脉冲管20，以在工作气体由于压缩机100的操作而分别在两端处压缩和膨胀时，在压缩部分21上通过在压缩机100处被压缩和抽吸的工作气体的质量流而散发热量，并且在膨胀部分22处吸收外部热量；惯性管300，用于在质量流和因与脉冲管20的连接而发生波动的工作气体的压力脉动之间产生相位差并同时获得热平衡；与惯性管300的端部连接的储罐400；连接在脉冲管20和后冷却器60之间、用以散发工作气体的可感知热量的交流换热组件50，所述工作气体通过在压缩机100中的抽吸和压缩而穿过脉冲管20；以及后冷却器60，用于在工作气体达到交流换热组件50之前对该被压缩机10推动的工作气体进行冷却。

并且，用于压缩和抽吸工作气体同时产生往复工作力的压缩机100包括具有内部区域覆盖壳体110B，110C的圆柱形密封外壳110，上壳体110A紧密地接合到密封外壳110的上部外圆周上且在中心部具有圆筒部件，中央壳体110B设置在密封外壳110内且其上表面紧密地接合到上壳体110A的下表面上，弹性支撑件150被结合在其内侧，带有与插入到圆筒部件130内侧的活塞140相联接的工作轴160的工作电机120被固定地安装在弹性支撑件150上，而下壳体110C设置在密封外壳内且其上表面被紧密地接合在中央壳体110B的下表面上，并且弹性支撑件150被接合到其上。

带有预定密封区域的储罐400与压缩机100的密封外壳110的外侧底表面接合并形成一体。

储罐400通过将杯形的盖子410结合到密封外壳110的下侧表面而形成，从而位于压缩机100的密封外壳110的下侧表面上。

此外，在储罐400的另一个实施例中，密封外壳110的形状更长，通过堵截住密封外壳110的内侧可以形成一个预定的密封区域。

并且，密封外壳110和储罐400可以通过焊接、螺钉、螺母、销和铆钉等结合在一起。

同时，惯性管300绕着形成为一体的压缩机100和储罐400的外周盘绕，从而减小脉冲管制冷器的安装面积。这里，惯性管300盘绕成螺旋形。

并且，用来减少在工作电机120工作时产生的振动的振动吸收组件170被结合到密封外壳110的中央下侧表面上，从而设置在储罐400中。

振动吸收组件170包括固定轴171，其固定地结合在密封外壳110上并且位于与工作电机120的振动方向相同的直线上；多个结合在固定轴171的端部的板簧172，以及固定地结合在板簧172之间的质量体173。

下面，将描述根据本发明的第一实施例的脉冲管制冷器的工作效果。

当安装在压缩机100内的工作电机120接通电源时，工作电机120进行线性往复运动，而工作力被传输给活塞140，活塞140在圆筒部件130内进行线性往复运动，以便压缩和抽吸工作气体，在运动过程中产生振动并且该振动被传递给密封外壳110。

这里，正如图3所示，传递给密封外壳110的振动被传递给安装在密封外壳110内的振动吸收组件170，振动吸收组件170的振动是抵抗密封外壳110发生的振动模式的次级模式，并且密封外壳110的振动被减低。在工作过程中发生的振动被减低，而且由振动引起的噪声也被减低，因此工作中的安静度得到提高。

此外，在根据本发明第一实施例的脉冲管制冷器中，设置有振动吸收组件170的储罐400实现与传统储罐40的相同的功能，并且被结合到密封外壳110的下侧表面。惯性管300绕着形成为一体的压缩机100和储罐400的外周盘绕。由此，脉冲管制冷器的整体尺寸可以被减少，脉冲管制冷器的运输变得容易，并且所要求的安装面积得到减少。

下面将详细描述根据本发明第二实施例的脉冲管制冷器。

根据本发明第二实施例的脉冲管制冷器的结构将结合附图4和5进行说明。根据本发明第二实施例的脉冲管制冷器包括压缩机200，用于通过产生线性往复工作力来压缩和抽吸工作气体；脉冲管20，在压缩部分21上通过在压缩机100处被压缩和抽吸的工作气体的质量流以及压力脉动的相差而散发热量，并且在膨胀部分22处吸收外部热量；惯性管300，用于对质量流和在脉冲管200上的压力脉动进行加速并同时获得热平衡；形成在压缩机200的下端并与之一体的储罐500；连接在脉冲管20和压缩机200之间、用以散发工作气体的可感知热量的交流换热组件50，所述工作气体通过在压缩机200中的抽吸和压缩而穿过脉冲管20；以及后冷却器60，用于对被压缩机200推动的工作气体进行冷却。

同时，压缩机200包括一侧的圆筒部件230，带有固定安装的弹性支撑件250的上壳体210A，以及带有多种结构部分的中央壳体210B。

下面，详细描述中央壳体210B的结构。

中央壳体210B包括联接在工作电机220的操作器280和活塞240之间的工作电机220，工作电机220带有工作轴260，以便将工作电机220的线性往复工作力传递给插入到圆筒部件230中的活塞240，而弹性支撑件250连接到工作轴220上以便引导活塞240的线性运动。

带有通孔的凸缘部分形成在中央壳体210B的下部圆周上，与形成在凸缘部分的通孔相对应的通孔形成在具有杯状外形及圆板形密封件的盖子510的外圆周上，中央壳体、密封件、盖子被预定的接合件固定地结合在一起，通过该结合形成了储罐500。

惯性管300的一侧与盖子510的一侧相连。

此外，惯性管300形成为绕着压缩机200的上壳体210A和中央壳体210B的外周盘绕成螺旋形状，从而减小安装空间，并且惯性管将脉冲管20连接到储罐500。

并且，上壳体210A、中央壳体210B、密封件70和盖子可通过焊接、螺钉、螺母、销和铆钉等而固定结合在一起。

这里，弹性支撑件250将工作电机220的线性往复运动存储为弹性能量，并将存储的弹性能量转化为线性能量，引发了活塞240的共振运动，并对结合到工作轴260的活塞240的线性往复运动进行引导。

同时，由在压缩机200的工作中进行线性往复运动的工作电机220的工作件280、工作轴260和活塞240构成运动质量的运动引起轴线振动，并且振动吸收组件600形成在储罐500的内，以便吸收和减低轴向振动。

固定轴610被结合到密封件700上，以便与工作电机220的工作轴260的中心线相一致，多个板簧620被结合到固定轴610上，并且具有一定重量的质量体630结合到板簧620上。

当因压缩机200的工作而产生振动时，振动吸收组件600的激励频率与板簧620和质量体630的固有频率相一致，在压缩机200中的振动被吸收在板簧620和质量体630中，从而仅有板簧620和质量体630振动。

在这里，较合理的是使得运动质量的轴向振动中心与用于吸收振动的振动吸收组件600的振动中心相一致，以便提高振动吸收组件600的吸振效率。

下面，将参照附图详细描述使运动质量的轴向振动中心与振动吸收组件600的振动中心相一致的方法。

正如图6所示，结合部81凸出地形成在定位型密封板80的上表面上，其具有盘形的形状，以便结合到中央壳体210B的内圆周表面。

具有预定长度的固定轴610被结合到与定位型密封板80的结合部81的侧表面相对的一侧的中心处。结合有固定轴610的定位型密封板80插入地结合到中央壳体210B的下部，从而在中央壳体210B的内圆周上结合到结合部81上。

这里，通过使结合部81结合到中央壳体210B的内圆周表面上，而使得设置在壳体210B内的工作轴260的中心与结合到定位型密封板80的固定轴610的轴向相一致，并且定位型密封板80密封了中央壳体210B。

定位型密封板80通过多个螺栓1固定地结合到中央壳体210B上，螺栓被插入在中央壳体210B的端部延伸形成的凸缘部700形成的以及在定位型密封板80上形成的多个通孔H中。

并且，多个板簧620被固定地结合到固定轴610的端部，具有预定重量的质量体630固定地结合到板簧620上。并且，杯形的盖子510固定地形成在定位型密封板80上，以便覆盖住板簧620和质量体630。具有预定密封区域的储罐500通过定位型密封板80和盖子510而构成，惯性管300的一侧与盖子510的一侧相连通。

此外，正如图7所示，在中央壳体210B的外圆周上形成有定位部A，结合有固定轴610的密封板90A结合到中央壳体210B，以便通过定位部A定位。

定位部A包括在中央壳体210B的下端延伸形成从而与密封板90A的外直径相对应的凸缘部700以及从凸缘部700的端部向下弯折延伸地形成地定位凸起部710。

密封板90A被插入到通过凸缘部700和定位凸起部710形成的槽中，由此设置在中央壳体210B上的工作轴260的中心与结合到密封板90A的固定轴610的中心相一致，并且中央壳体210B被密封。

多个通孔H形成在中央壳体210B的凸缘部700和密封板90A的外圆周，以便将密封板90A结合到中央壳体210B上，并且通过将多个螺栓1插入通孔H并以螺母2紧固而将密封板90A结合到中央壳体210B上。

并且，多个板簧620被固定地结合到固定轴610的端部，具有预定重量的质量体630固定地结合到板簧620上。杯形的盖子510结合到形成在密封板90A，以便覆盖住振动吸收组件600。储罐500通过密封板90A和盖子510构成，惯性管300的一侧与盖子510的一侧相连通。

此外，正如图8所示，多个定位销3被固定地结合到中央壳体210B的凸缘部800的外周上。

并且，多个销孔91形成在密封板90B的外周上，而多个定位销3就插入在其中；固定轴610被结合到密封板90B的下中心部，并且又结合到中央壳体210B的凸缘部。

密封板90B将中央壳体210B封闭，并且通过将多个定位销3插入到销孔91中而使得设置在中央壳体210B内的工作轴260的中心与结合在密封板90B上的固定轴610的中心相一致。

多个定位销3固定地结合到在中央壳体210B的端部延伸地形成的凸缘部800上，并且多个销孔91形成在密封板90B的外周上。

并且，中央壳体210B通过下述方式结合到密封板90B上，即在中央壳体210B的凸缘部和密封板90B的边缘上形成多个通孔H，并且将多个螺栓1插入到通孔H中并以多个螺母2紧固。

并且，多个板簧620被固定地结合到固定轴610的端部，具有一定重量的质量体630固定地结合到板簧620上。杯形的盖子510固定地形成在密封板90B上，以便覆盖住振动吸收组件600。具有预定密封区域的储罐500通过密封板90B和盖子510而构成，盖子510的一侧与惯性管300的一侧相连。

此外，中央壳体210B的凸缘部上形成有多个销孔，与多个销孔对应的多个定位销3被固定地结合到密封板90B上，由此，固定地结合到密封板90B上的固定轴610的中心与设置在中央壳体210B内的工作轴260的中心相一致。

下面描述根据本发明的第二实施例的脉冲管制冷器的工作效果。

如上所述，通过使压缩机的工作中的轴向振动与用于吸收振动的振动吸收组件的板簧和质量体的轴向振动处于相同的轴向上，根据本发明的脉冲管制冷器能够避免板簧和质量体相对于压缩机的轴向振动发生偏心振动。

因此，根据本发明的脉冲管制冷器能够通过稳定板簧和质量体的振动而减低整个系统的噪声进而提高工作过程中的安静度。并且，通过将惯性管设置在适当位置并形成与壳体一体的储罐可减小脉冲管制冷器的尺寸，籍此根据本发明的脉冲管制冷器可以被方便地运输并要求更小的安装空间。

Claims (11)

1.一种脉冲管制冷器，包括：

压缩机，用于通过缸体内的活塞因接收安装在壳体上的工作电机的工作力而产生的往复运动来压缩和抽吸工作气体，所述壳体被结合在用于防止工作气体泄漏的密封外壳内；

后冷却器，其与压缩机相连以便冷却从压缩机排出的工作气体；

交流换热组件，其与后冷却器相连，以存储和释放在压缩机和储罐之间往复的工作气体的可感知热量；

脉冲管，其与交流换热组件相连，带有由压缩机的工作而产生的低温部分；

惯性管，其与脉冲管相连，以便加速低温部分的产生；

盖子，所述盖子与密封外壳的下外表面相结合并形成一整体，并且所述盖子与惯性管相连；

储罐，通过密封外壳与盖子相结合而形成；

振动吸收组件，其设置在储罐内，包括固定件、弹簧和质量体，并且固定地结合到密封外壳的下侧表面上，以便减少因工作电机的工作而产生的振动。

2.根据权利要求1所述的脉冲管制冷器，其特征在于，惯性管绕着压缩机和储罐的外周盘绕。

3.根据权利要求1所述的脉冲管制冷器，其特征在于，振动吸收组件包括：

固定轴，其结合到密封外壳的外底表面的中心，从而与压缩机的工作轴的中心线处于同一直线上；

多个板簧，被结合在固定轴的外周上，以便产生与工作电机的固有振动频率相一致的振动频率；和

质量体，固定地结合到多个板簧上。

4.一种脉冲管制冷器，包括：

压缩机，用于通过缸体内活塞因接收安装在壳体上的工作电机的工作力而产生的往复运动来压缩和抽吸工作气体，所述壳体用于防止工作气体泄漏；

后冷却器，其与压缩机相连以便冷却从压缩机排出的工作气体；

交流换热组件，其与后冷却器相连，以存储和释放在压缩机和储罐之间往复的工作气体的可感知热量；

脉冲管，其与交流换热组件相连，带有由压缩机的工作而产生的低温部分；

惯性管，其与脉冲管相连，以便加速低温部分的产生；

盖子，所述盖子与壳体的下端相结合从而与压缩机形成一整体，并且所述盖子与惯性管相连；

储罐，通过密封外壳与盖子相结合而形成；

密封件，其设置在盖子和中央壳体之间，以避免工作气体的泄漏，并且密封件的中心线与工作电机的中心线相一致；和

振动吸收组件，其设置在储罐内，包括固定件、弹簧和质量体，以通过固定地结合到密封件的下侧表面中心上而减少因工作电机的工作而产生的振动。

5.根据权利要求4所述的脉冲管制冷器，其特征在于，惯性管绕着压缩机和储罐的外周盘绕。

6.根据权利要求4所述的脉冲管制冷器，其特征在于，振动吸收组件包括：

固定轴，其结合到密封件的下侧表面的中心，从而与压缩机的工作轴的中心线处于同一直线上；

多个板簧，被结合在固定轴上，以便产生与工作电机的固有振动频率相一致的振动频率；和

质量体，固定地结合到多个板簧上。

7.根据权利要求4所述的脉冲管制冷器，其特征在于，外壳、密封件和盖子以结合件而密封地结合在一起，方式是：在密封件的外周上形成通孔，在结合到密封件的壳体的下圆周的凸缘部上和结合到密封件的盖子的上外圆周上形成通孔，从而与形成在密封件上的通孔相对应。

8.根据权利要求7所述的脉冲管制冷器，其特征在于，在密封件的上部上形成有凸出结合部，使得该结合部被插入结合到中央壳体的内侧圆周上，以便使得工作电机的工作轴的中心线与固定轴的中心线相一致。

9.根据权利要求7所述的脉冲管制冷器，其特征在于，所述壳体包括径向延伸形成的凸缘部和从凸缘部的外轮廓向下延伸弯折而形成的定位凸起部，以便使得工作电机的工作轴与固定轴的中心线相一致，密封件的外圆周延伸而与定位凸起部的内槽的内圆周相对应，盖子延伸从而与延伸的凸缘部的外圆周相对应。

10.根据权利要求7所述的脉冲管制冷器，其特征在于，定位销固定地结合到形成在中央壳体的下圆周的凸缘部的外周上，以便使得工作电机的工作轴与固定轴的中心线相一致，并且在密封件的外周上形成有销孔，从而与定位销相对应。

11.根据权利要求7所述的脉冲管制冷器，其特征在于，定位销固定地结合到密封件的外周上，以便使工作电机的工作轴与固定轴的中心线相一致，并且在中央壳体的下圆周上形成的凸缘部的外周上形成有销孔。

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