CN1253267A - 搅拌装置 - Google Patents

Abstract

一种搅拌装置,可以防止油升,以及防止随着曲轴腔室温度上升而来的压力增高对油封波纹管产生不利影响。油封波纹管设置在壳体空间和压缩汽缸、膨胀汽缸之间,在压缩、膨胀活塞后表面处空间与壳体空间之间安置了一带有压力调节波纹管的缓冲箱,以便吸收壳体中压力增高和空间中压力波动。

Description

搅拌装置

本发明涉及一种搅拌装置，它可以用来使所有的工业领域中的工业装置或家用器具产生致冷或冷却作用，工业装置例如食品分发装置，环境测试装置，医疗器具，生物工程装置，半导体制造业装置等。

这些年来，搅拌致冷器一直作为一种使用氟利昂代用品以解决地球环境问题的致冷装置，或作为一种其运行温度范围比常用装置更宽的冷却装置而得到重点发展。因此，这种致冷器可以应用于利用冷却热(cooling heat)的器具上，以供商用或家用，例如冷冻箱，冰箱，和接入(throw-in)式致冷箱，和供所有工业领域用冷却热应用装置，例如低温流体循环系统，低温等温装置，等温箱，热冲击(heat shock)测试装置，冷冻干燥机，热性能测试装置，血液/细胞贮藏装置，低温冷却箱，以及其它各种冷却热装置。此外，这种致冷器体积紧凑，致冷效果好，而且能量效率极佳。

图1是一般常用搅拌致冷器1的整体示意图，在箱体2中装有一个由电动机3带动的曲轴4，其曲拐部分5，6通过十字导向头7，8与压缩活塞杆9和膨胀活塞杆10连接。借助于压缩活塞杆9和膨胀活塞杆10，压缩活塞11和膨胀活塞12分别在压缩汽缸13和膨胀汽缸14中以一个相位差做往复运动。由此，工作气体被压缩，然后又进行膨胀。另外，通过安置在压缩汽缸13的高温腔室(压缩腔室)15和膨胀汽缸14的低温腔室16(膨胀腔室)之间蓄热器17两侧的辐射热交换器(高温侧热交换器)18和冷却热交换器(低温侧热交换器)19，就可以在放热致冷剂，冷却热致冷剂，以及工作气体之间进行热交换。

这里就产生一个称之为油升(oil rising)的问题，即油或油雾顺活塞杆9，10由曲轴箱向上升起。由于有油升现象，油或油雾就会进入压缩和膨胀汽缸，粘结在其内表面上，或由于热的作用而炭化，于是搅拌致冷器的性能和耐用性就显著地降低。在现有技术中，为了解决油升的问题，压缩活塞杆9和膨胀活塞杆10用油封20，21密封。

油封在结构上和材料上做了各种改进，但它们在性能及耐用性上还是达不到需求。另外，曾提出一种卷筒形软保护套式(rollsocks type)的密封系统，这种系统的耐用性在目前情况下不能说是足够好。

当搅拌致冷器运作时，温度上升，曲轴箱中的内压增大。曲轴箱中压力的增大就会在油封上施加一个机械载荷，使油封性能降低。这时还产生另一个问题，即压力的增大加剧了油升现象，这对于运行性能产生不利的影响。

另外，压缩和膨胀活塞的往复运动在后表面侧产生一个压力波动，而这对于油封产生不好的作用。

本发明的目的就是要解决这些为包括有上述搅拌致冷器的搅拌装置所特有的问题，下列为本发明要解决的问题：

(1)防止油升现象，实现一种使用寿命长的活塞杆油封波纹管件，使搅拌致冷器的性能和寿命都得到改善。

(2)对于随曲轴箱温度升高而出现的压力增大，当采用一般的油封时，其性能的降低或油升现象都是不可能避免的。另外，即使使用油封波纹管时也会产生内外压力差，这对波纹管本身以及致冷器的性能都会产生不利的影响。本发明采用一种缓冲箱来解决随曲轴箱温度升高而出现的压力增大问题，该缓冲箱设有压力调节波纹管。

(3)在压缩或膨胀活塞的后表面侧产生压力波动，从而对油封或致冷器性能产生不利影响的问题是通过采用缓冲箱来解决的，缓冲箱可以带有或不带有压力调节波纹管。

(4)在活塞的后表面侧产生压力波动的问题是通过在设有曲轴腔室的箱体中设置一空间来解决的。具体说，该问题是这样解决的，即通过一油捕集装置将活塞后表面与设有曲轴腔室的箱体中设置的空间连接。在这种情况下，也可以一起使用一种用于调节油捕集装置的收缩装置(以串联方式使用)。

为了解决这些问题，本发明提供了一种搅拌装置，它包括有：一设有曲轴腔室的箱体；一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；一在该汽缸中往复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞，或一置换器；一在运作上与曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞或置换器连接；一设置在曲轴腔室顶部开口处的油封，活塞杆的运动就是通过这个开口的。在所述搅拌装置中，油封包括有油封波纹管，该管的顶端固定在处于汽缸中的活塞杆上，其底端固定在活塞杆从中运动通过的、曲轴腔室顶部的开口处。由于设置了油封波纹管，就阻止了油通过箱体的空间进入汽缸。

使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧处空间和箱体中空间之间通过连接装置连接着一缓冲箱，以吸收后表面侧空间处的压力波动，和箱体中压力的增高。在缓冲箱内部安置有压力调节波纹管，后者将缓冲箱分成两个腔室，一个腔室在压力调节波纹管开口侧，一个腔室在封闭壁侧，开口侧腔室和封闭壁侧腔室可以与活塞后表面侧空间和箱体中空间两者中之一连接。

另外，使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧处空间和箱体中空间可以通过一油捕集装置而连接，以吸收后表面侧空间处的压力波动。

再有，在使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧空间中通过连接装置连接着一缓冲箱，以吸收后表面侧空间处的压力波动。在缓冲箱和箱体中空间之间可以安置一油捕集装置，或者与压力调节收缩装置连接的油捕集装置，以便压力调节可以在使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧空间中和箱体的空间中进行。

此外，作为油封，除了油封波纹管外，在曲轴腔室顶部的开口中安置了一环状抗压油密封件，后者在压紧状态下与活塞杆接触。在使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧空间和由油封波纹管形成的密封腔室之间，通过连接装置连接着一缓冲箱，以减小活塞后表面侧产生的无效的压力波动，和密封腔室中产生的无效的压力波动。在缓冲箱内部安置有压力调节波纹管，后者将缓冲箱分成两个腔室，一个腔室在压力调节波纹管开口侧，一个腔室在封闭壁侧，开口侧腔室和封闭壁侧腔室可以与活塞后表面侧空间和密封腔室两者中之一连接。

另外，为了解决这些问题，本发明提供了一种搅拌装置，它包括有：一设有曲轴腔室的箱体；一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；一在该汽缸中住复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞，或一置换器；一在运作上与曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞或置换器连接；一设置在曲轴腔室顶部开口处的油封，活塞杆的运动就是通过这个开口的。在所述搅拌装置中，在活塞的后表面侧处空间和箱体中空间之间，通过连接装置连接着一缓冲箱，以吸收后表面侧空间处的压力波动，和箱体中压力的增高。在缓冲箱内部安置有压力调节波纹管，后者将缓冲箱分成两个腔室，一个腔室在压力调节波纹管开口侧，一个腔室在封闭壁侧，开口侧腔室和封闭壁侧腔室可以与活塞后表面侧空间和箱体中空间两者中之一连接。

另外，为了解决这些问题，本发明提供了一种搅拌装置，它包括有：一设有曲轴腔室的箱体；一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；一在该汽缸中往复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞，或一置换器；一在运作上与曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞或置换器连接；一设置在曲轴腔室顶部开口处的油封，活塞杆的运动就是通过这个开口的。在所述搅拌装置中，在活塞的后表面侧处空间和箱体中空间之间，通过连接装置连接着一缓冲箱，以吸收后表面侧空间处的压力波动，和箱体中压力的增高，在缓冲箱和箱体中空间之间可以安置一油捕集装置，或者与压力调节收缩装置连接的油捕集装置，以便压力调节可以在使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧空间中和箱体的空间中进行。

另外，为了解决这些问题，本发明提供了一种搅拌装置，它包括有：一设有曲轴腔室的箱体；一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；一在该汽缸中往复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞，或一置换器；一在运作上与曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞或置换器连接；一设置在曲轴腔室顶部开口处的油封，活塞杆的运动就是通过这个开口的。在所述搅拌装置中，活塞的后表面侧处空间和箱体中空间可以通过一油捕集装置而连接，以吸收后表面侧空间处的压力波动。

还有，压力调节波纹管可以由一组波纹管组成，或者由一对相对而设的相对型波纹管组成。

另外，可以通过一弹簧对压力调节波纹管的封闭壁施以压力。

再有，压力调节波纹管通过一导向件导接到缓冲箱上，并且其结构做得能平顺地膨胀和收缩，而不会产生绕曲。

再有，可以设置一个，或两个，或更多的缓冲箱。

搅拌装置的工作气体是氮气，氦气，或氢气，而冷却热致冷剂可以是由下列一组中任选的一种气体：乙醇，HFE，PFC，PFG，氮气和氦气。

搅拌装置可以作为组成一种搅拌致冷装置来应用，后者包括一设有一压缩活塞的压缩汽缸和一设有膨胀活塞的膨胀汽缸，或一置换器，其中压缩活塞和膨胀活塞或置换器以一个相位差做往复运动。

另外，搅拌装置可以作为搅拌致冷器，或搅拌发动机来应用。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一个设有一柱形顶部热交换壳体的缸体，壳体设有一顶壁和一侧壁；和一安置在顶部热交换壳体中的内汽缸，活塞或置换器在其中滑动。在顶部热交换壳体的顶端侧的内周面上沿轴向加工出一线形细槽，以便形成一个与内汽缸外周面相连通的工作气体通道。在顶部热交换壳体的底端侧的内周面上加工出一环状凹槽，以便为工作气体再生器形成一个与内汽缸外周面相连通的通道。顶部热交换壳体是用失蜡精密铸造法制备的。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一个设有一内汽缸的缸体，活塞或置换器在内汽缸中滑动。在内汽缸的外边设置了一个柱形热交换器，它包括一环形热交换壳体和一个插装/固定在壳体内的热交换器体。对于热交换器体来说，在其外周面上形成有一热交换叶片，而在其内周面上沿轴向形成有一线形细槽，以便形成一个与内汽缸外周面相连通的工作气体通道。在环形热交换壳体和热交换器体之间形成有一作为致冷剂通道的空间。在环形热交换壳体中设有一致冷剂进口和一致冷剂出口，这样致冷剂的通道就连接起来了。环形热交换壳体是用失蜡精密铸造法或普通铸铁法制备的，热交换器体是用失蜡精密铸造法制备的。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一个设有一柱形顶部热交换壳体的缸体，壳体设有一顶壁和一侧壁；和一安置在顶部热交换壳体中的内汽缸，活塞或置换器在其中滑动。在顶部热交换壳体的顶端侧的内周面上沿轴向加工出一线形细槽，以便形成一个与内汽缸外周面相连通的工作气体通道。在顶部热交换壳体的底端侧的内周面上加工出一环状凹槽，以便为工作气体再生器形成一个与内汽缸外周面相连通的通道。在内汽缸的外边设置了一个柱形热交换器，它包括一环形热交换壳体和一个插装/固定在壳体内的热交换器体。对于热交换器体说，在其外周面上形成有一热交换叶片，而在其内周面上沿轴向形成有一线形细槽，以便形成一个与内汽缸外周面相连通的工作气体通道。在环形热交换壳体和热交换器体之间形成有一作为致冷剂通道的空间。在环形热交换壳体中设有一致冷剂进口和一致冷剂出口，这样致冷剂的通道就连接起来了。顶部热交换壳体和热交换器体是用失蜡精密铸造法制备的，或者环形热交换壳体是用失蜡精密铸造法或普通铸铁法制备的。

顶部热交换壳体在其顶端侧外周面中设有一叶片，该叶片可以与顶部热交换壳体一体形成，也可以分别形成，然后再安装在一起。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一冷端盖和一辐射热交换器；一冷却热致冷剂管线，它能连接到一利用冷却热的装置上，以便从冷端盖出来的冷却热致冷剂能在搅拌致冷器和利用冷却热装置之间进行循环；一个设置在冷却热致冷剂管线中间位置的冷却热致冷剂等温流体储槽，它用来储存冷却热致冷剂，以便防止由于搅拌致冷器的运行状态而产生的冷却热致冷剂的温度波动直接影响到利用冷却热装置的冷却温度。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一冷端盖和一辐射热交换器；一冷却热致冷剂管线，其两端都与冷端盖连接，用来使在冷端盖中冷却过的冷却热致冷剂进行循环；一个第二冷却热致冷剂等温流体储槽，在该储槽中装有第二冷却热致冷剂，并插装有冷却热致冷剂管线的热交换部分，这样热交换部分就与第二冷却热致冷剂接触；和一个第二冷却热致冷剂管线，其两端与第二冷却热致冷剂等温流体储槽连接，并与一利用冷却热装置连接，以便使第二冷却热致冷剂在第二冷却热致冷剂等温流体储槽和利用冷却热装置之间进行循环，这样就防止由于搅拌致冷器的运行状态而产生的冷却热致冷剂的温度波动直接影响到利用冷却热装置的冷却温度。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一冷端盖和一辐射热交换器；一用来通过在冷端盖中已冷却过的冷却热致冷剂的管线，它连接到一利用冷却热装置上，并安置得使冷却热致冷剂在搅拌致冷器和利用冷却热装置之间循环；和一冷却热致冷剂等温流体储槽，在该储槽中装有冷却热致冷剂，冷端盖由底部开始通过该储槽，储存的冷却热致冷剂得到冷却，这样就防止由于搅拌致冷器的运行状态而产生的冷却热致冷剂的温度波动直接影响到利用冷却热装置的冷却温度。

另外，还设置了一温度调节装置，它对搅拌致冷器进行运行控制和/或对一安置在冷却热致冷剂等温流体储槽中的电加热器进行控制，以便对温度进行控制。

再有，搅拌致冷器的电动机要控制得能反向转动，这样就能进行温度调节，高温加热，除霜等操作。

还有，在冷却热致冷剂等温流体储槽中设置一可转动的搅动叶片，就能防止冷却热致冷剂在冷却热致冷剂等温流体储槽中产生温差。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；一热性能测试容器，用来储放将经受热性能测试的测试物件，由冷却热致冷剂进行冷却；和一冷却热致冷剂管线，用来使经热性能测试容器中冷端盖冷却的冷却热致冷剂在其中流通，并使冷却热致冷剂在冷端盖和热性能测试容器之间循环，其中通过向前或反向转动搅拌致冷器来冷却或加热冷却热致冷剂，对测试物件施以热冲击，并进行热性能测试。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；一热性能测试容器，用来储放将经受热性能测试的测试物件，由冷却热致冷剂进行冷却；和一冷却热致冷剂管线，用来使经热性能测试容器中冷端盖冷却的冷却热致冷剂在其中流通，以便冷却热致冷剂围绕热性能测试容器流动，并在冷端盖和热性能测试容器之间循环，其中通过向前或反向转动搅拌致冷器来冷却或加热冷却热致冷剂，对测试物件施以热冲击，并进行热性能测试。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；一热性能测试容器，其中装放着将经受热性能测试的测试物件，并安置有一冷端盖，由底部开始通过该容器，其中通过向前或反向转动搅拌致冷器来冷却或加热冷却热致冷剂，对测试物件施以热冲击，并进行热性能测试。

在热性能测试容器中可以设置一个用来储放测试物件的储存盒或存放架。

空气，氮气或氦气作为冷却热致冷剂而循环，热性能测试容器设有储存盒，该储存盒在其上设有孔口，以便于测试物件储放在该储存盒中；或者不设置储放测试物件的储存盒。

也可以设置一个用来操作/控制搅拌致冷器的温度调节装置，以便对温度进行控制。

热性能测试容器，冷端盖和冷却热致冷剂管线中任何一个都可设置一电加热器，以便能对热性能测试容器进行精确的温度控制，进行除霜等操作。另外，通过控制搅拌致冷器的电动机朝反向转动，可以提高热性能测试容器的温度。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；一冷冻/干燥箱，其中在外周面上设置一热交换螺旋管，并能够装有待干燥材料；和一冷却热致冷剂管线，用来使经冷端盖冷却的冷却热致冷剂在冷端盖和热交换螺旋管之间循环，其中通过操作搅拌致冷器，使冷却热致冷剂通过热交换螺旋管，并使冷冻/干燥箱进行冷冻/干燥，待干燥材料就可得到干燥。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；一冷冻/干燥箱，其中设置一热交换螺旋管，并能够装有待干燥材料；和一冷却热致冷剂管线，用来使经冷端盖冷却的冷却热致冷剂在冷端盖和热交换螺旋管之间循环，其中通过操作搅拌致冷器，使冷却热致冷剂通过热交换螺旋管，并使冷冻/干燥箱进行冷冻/干燥，待干燥材料就可得到干燥。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；一冷冻/干燥箱，其中引入冷却热致冷剂，并能够装有待干燥材料；和一冷却热致冷剂管线，用来使经冷端盖冷却的冷却热致冷剂在冷端盖和冷冻/干燥箱内部之间循环，其中通过操作搅拌致冷器，使冷却热致冷剂引入冷冻/干燥箱，并进行冷冻/干燥操作，待干燥材料就可得到干燥。

另外，本发明提供了一种搅拌装置，它包括一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；一冷冻/干燥箱，冷端盖由底部开始从其中通过，该箱中可以装有待干燥材料，其中通过操作搅拌致冷器，并进行冷冻/干燥操作，待干燥材料就可得到干燥。

另外，可以设置一个用来操作/控制搅拌致冷器的温度调节装置，以便对温度进行控制。

再有，通过控制搅拌致冷器的电动机朝反向转动，可以提高冷冻/干燥箱的温度。

现结合附图，根据与搅拌致冷器相关的第一至第九实施例对本发明搅拌装置进行说明。

图1是常用搅拌致冷器整体示意图；

图2是本发明搅拌致冷器第一实施例的示意图；

图3是本发明搅拌致冷器第二实施例的示意图；

图4是本发明搅拌致冷器第三实施例的示意图；

图5是本发明搅拌致冷器第四实施例的示意图；

图6A和图6B是本发明搅拌致冷器第五实施例的示意图；

图7是本发明搅拌致冷器第六实施例的示意图；

图8是本发明搅拌致冷器第七实施例的示意图；

图9是本发明搅拌致冷器第八实施例的示意图；

图10是本发明搅拌致冷器第九实施例的示意图；

图11A至图11D是一示意图，示出本发明搅拌致冷器的缓冲箱中的压力调节波纹管的具体实例；

图12A至图12C是一示意图，示出本发明搅拌致冷器中压力调节波纹管的一个导向件的具体实例；

图13是一剖视图，示出本发明搅拌致冷器的膨胀缸体；

图14A至图14C是一剖视图和一平面图，示出图13所示膨胀缸体的低温侧热交换壳体(顶部热交换壳体)；

图15A至图15C是一剖视图和一平面图，示出图13所示膨胀缸体的高温侧热交换壳体(环形热交换壳体)；

图16A和图16B是一剖视图，示出本发明搅拌致冷器的膨胀缸体低温侧热交换壳体的第一种和第二种改型；

图17是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的等温流体循环装置的一实施例；

图18是一示意图，示出应用图17所示搅拌致冷器的等温流体循环装置上的冷却热交换器和辐射热交换器的一实例；

图19是一利用冷却热装置的示意图，该装置与应用图17所示搅拌致冷器的等温流体循环装置连接；

图20是一示意图，示出应用图17所示搅拌致冷器的等温流体循环装置的温度调节装置；

图21是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的等温流体循环装置的另一实施例；

图22是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的等温流体循环装置的另一实施例；

图23是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的热冲击测试器的一实施例；

图24A和图24B是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的热冲击测试器的另一实施例；

图25是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的热冲击测试器的再一实施例；

图26是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的热冲击测试器的温度调节装置；

图27A和图27B是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的冷冻干燥器的一实施例；

图28A和图28B是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的冷冻干燥器的另一实施例；

图29是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的冷冻干燥器的再一实施例；

图30是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的冷冻干燥器的再一实施例；

图31是一示意图，示出应用本发明搅拌致冷器构成的冷冻干燥器的温度调节装置。

第一实施例

图2示出本发明搅拌致冷器的第一实施例。对于第一实施例的搅拌致冷器22概括的说，其第一特征在于在构造上设有防止油升现象的油封波纹管，其另一个特征在于在构造上安置了一缓冲箱，该缓冲箱设有一与曲轴腔室连接的压力调节波纹管，对于油封波纹管说，由于曲轴腔室温度的升高而产生的箱体空间中压力的增高，以及压缩活塞或膨胀活塞后表面侧处的压力波动就得到缓解。

关于这方面将做详细的说明。在图2中，搅拌致冷器22A的箱体23是由铸造材料制成的。箱体23的内部由一隔壁24分成一电动机腔室25和一曲轴腔室26，电动机腔室25设有一能正反转的电动机27，曲轴腔室26设有一转动/往复运动的转换机构28，它能将电动机27的转动转换成往复运动。电动机腔室25和一曲轴腔室26分别用端盖件29，30封闭。

在箱体23中，转动的曲轴34穿过隔壁24，由轴承31～33支承着。电动机27由一定子35和一转子36构成，曲轴34就固定在转子36的中部。

转动/往复运动的转换机构28是由下列部分构成：设置在曲轴腔室26中的曲轴34的曲拐部分37，38；与曲拐部分37，38连接的连杆39，40；以及与连杆顶端连接的十字导向头41，42；该转换机构作为搅拌致冷器22A的驱动传动机构而运行。

十字导向头41，42设置在十字导向套筒43，44中，做往复运动，导向套筒则安置在箱体23的汽缸内壁上。曲拐部分37，38在构造上形成一相位差，这样，当电动机27正转时，曲拐部分38先于曲拐部分37运动。就相位差说，通常采用约90度的相位差。

在搅拌致冷器22A箱体23的曲轴腔室26中设有一压缩汽缸45和一膨胀汽缸46。工作气体，例如氦气，氢气和氮气就被密封在压缩汽缸45，膨胀汽缸46和箱体23中。

压缩汽缸45有一压缩汽缸体47，用螺钉等固定在箱体23上，在该压缩汽缸体47的空间中压缩活塞48做往复运动。在所述空间的上方形成高温腔室(压缩空间)，在该腔室中，工作气体被压缩，产生高温。

压缩活塞杆50的一端固定在压缩活塞48上，其另一端则可转动地连接到十字导向头41上。为了封闭住箱体23上部中的开口51，油封波纹管53的上端固定在压缩活塞杆50上，其下端则固定在开口51的周边上。

于是，箱体23的压缩汽缸45和曲轴腔室26就被完全地密封住，这样就完全地防止了油从曲轴腔室26进入压缩汽缸45。在油封波纹管53中，使用金属材料整体模压的模压波纹管，或采用焊接组装的焊接波纹管。

由于做往复运动的压缩活塞45的运动方向在上死点处和下死点处产生换向变化，速度此时变为零。在接近上死点或下死点处，速度慢，单位时间容积变化量不大。在从下死点到上死点或从上死点到下死点的运动中，速度在各中点处达最大值，每单位时间活塞运动所产生的容积变化量也达到最大值。

另一方面，膨胀汽缸46的位置略高于压缩汽缸45，该膨胀汽缸46有一膨胀汽缸体54，用螺钉等固定在箱体23上。在该膨胀汽缸体54的空间中，带有一活塞环的膨胀活塞55做往复运动/滑动。在所述空间的上方形成低温腔室(膨胀空间)56，在该腔室中，工作气体膨胀，产生低温。膨胀活塞55先于压缩活塞48运动，约90度相位。

膨胀活塞杆57的一端固定在膨胀活塞55上，其另一端则可转动地连接到十字导向头42上。为了封闭住箱体23上部中的开口52，油封波纹管58的上端固定在膨胀活塞杆57上，其下端则固定在箱体23的开口52的周边上。

于是，膨胀汽缸46和曲轴腔室26就被完全地密封住，这样就完全地防止了油顺着膨胀活塞杆57从曲轴腔室26进入膨胀汽缸46。在油封波纹管58中，使用的波纹管类似于压缩汽缸中使用的。

在搅拌致冷器22A中设置了一缓冲箱59，而在缓冲箱59中安置了一个在轴向上进行膨胀和收缩的压力调节波纹管61。缓冲箱59由于有压力调节波纹管61而分成两部分：位于压力调节波纹管61开口侧的腔室63和位于压力调节波纹管61封闭壁侧的腔室65。

位于压力调节波纹管61开口侧的腔室63与压缩汽缸的压缩活塞48的后表面侧处的空间69连接。另外，在腔室69的隔壁上设有一连通孔69’，与膨胀汽缸的膨胀活塞55的后表面侧处的空间70相通，这样，两个空间69，70就互相连通。位于压力调节波纹管61封闭壁侧的腔室65通过管线71与箱体23的电动机腔室25和曲轴腔室26连通(就这点说，尽管电动机腔室25和曲轴腔室26为隔壁24所分隔开，但它们的分隔不是处于气密状态，而是互相连通的。所以，在说明书中提到了与箱体23的空间的连通)。在所述压力调节波纹管61中，采用金属波纹管，或树脂波纹管，或橡胶波纹管，使用方式与油封波纹管53，58相同。

膨胀汽缸体54设有一环状支管73，与压缩汽缸45的高温腔室49(压缩空间)连通，另外，辐射热交换器74，再生器75和冷却热交换器76也依次连接，并呈环状设置。在邻近压缩汽缸体45的上端处设有一连通孔77，这样，高温腔室56(压缩空间)依次通过连通孔77，支管73，辐射热交换器74，再生器75和冷却热交换器76而与低温腔室56(膨胀空间)互相连通。

在辐射热交换器74中采用环式热交换器，例如管壳，和管式热交换器(在这种热交换器中沿轴向安置多个使工作气体流通进入环式热交换器的管道，以便在热交换器的腔室中流通冷却水，从而冷却工作气体)。

辐射热交换器74通过冷却水管线78和循环冷却水的冷却水泵P1与散热器79连接，以循环冷却水。经过热交换过程的、并且被辐射热交换器74加过热的水由散热器79的冷却风扇80进行冷却。冷却水循环管线78通过阀门81与储水箱82连接。另外，散热器79还与通风口83，以及排放阀84连接。

冷却热交换器76设在膨胀汽缸体54的上部(冷端盖85)。冷却热交换器76在其中设有一工作气体通道86，而在交换器的外面设置一冷却风扇。为实现目的，在冷却热交换器中使用了各种结构。例如，交换器在结构上可以在膨胀汽缸体54的顶部设置一个套壁，这样，冷却热致冷剂，例如乙醇，HFE，PFC，PFG，氮气，和氦气就可在套壁中循环。

在本发明的搅拌致冷器中，由于在压缩汽缸45和膨胀汽缸46中设置了两个活塞，并且增加了搅拌致冷器充注工作气体空间的体积变化，这样就得到一种具有大致冷能力的搅拌致冷器22A。

现在说明本发明搅拌致冷器的运行。曲轴34由电动机27驱动做正向转动，在曲轴腔室26中的曲拐部分37，38以不同的相位进行转动。十字导向头41，42通过连杆39，40在十字导向套筒43，44中往复运动，连杆可转动地与曲拐部分37，38连接。压缩活塞48和膨胀活塞55通过压缩活塞杆50和膨胀活塞杆57与十字导向头41，42连接，以一相位差做往复运动。

当膨胀活塞55以导前约90度相位在邻近上死点处缓慢向前移动时，此时压缩活塞48在接近中点处以极快速度向上死点运动，以便对工作气体进行压缩操作。压缩的工作气体经由连通孔77和支管73进入辐射热交换器74。工作气体将其热量放给辐射热交换器74中的冷却水，然后在再生器75中得到冷却，并通过通道86进入低温腔室56(膨胀空间)。

当压缩活塞48在上死点邻近处缓慢移动时，膨胀活塞55则快速移向下死点，进入低温腔室56(膨胀空间)的工作气体于是就迅速膨胀，由此产生冷却热。于是环绕膨胀空间的冷端盖85得到冷却，达到一低温状态。

当膨胀活塞55从下死点移向上死点时，压缩活塞48从中部位置移向下死点，工作气体从低温腔室56(膨胀空间)经由通道86进入再生器75，工作气体的冷却热在再生器75中得到集蓄。在再生器75中得到集蓄的冷却热可以再用来冷却由高温腔室49经由辐射热交换器74进入的工作气体，正如上面已说明过得那样。

冷端盖86的冷却热用于冷冻箱，冰箱，接入式致冷箱，低温流体循环系统，用于各种热性能测试的低温等温装置，等温箱，热冲击(heat shock)测试装置，冷冻干燥机，低温冷却箱，以及其它各种利用冷却热装置。

在辐射热交换器74中经过热交换的冷却水通过冷却水循环管线78流进散热器79，由冷却风扇80进行冷却，然后再一次循环到辐射热交换器74。

在本发明中，由于压缩活塞杆50和开口51之间的空间完全被油封波纹管53密封住，就能完全防止油或油雾顺压缩活塞杆50从曲轴腔室26上升进入压缩汽缸45。同样，由于膨胀活塞杆57和开口52之间的空间完全被油封波纹管58密封住，就能完全防止油或油雾顺膨胀活塞杆57从曲轴腔室26上升进入膨胀汽缸46。

另外，在箱体23的空间中，温度会在搅拌致冷器的运行过程中升高，而随着温度的升高，该空间中的压力也会增大。再有，在压缩活塞48和膨胀活塞55的后表面侧的空间69，70中产生压力波动。箱体23的空间中温度上升和空间69，70中的压力波动由于有缓冲箱59而得到缓解。特别是，对于因箱体23空间中温度上升而导致的压力增大来说，当设置压力调节波纹管61时，腔室65中的压力由于管线71而上升，从而压缩压力调节波纹管61，于是压力的增大得到有效地缓解。

现在搅拌致冷器22A的电动机27反向转动。这时，压缩活塞48和膨胀活塞55的相位差约为90度，与电动机27正转时的情况完全相反，压缩活塞48起膨胀活塞55的作用，而膨胀活塞55起压缩活塞48的作用。于是，在膨胀汽缸的膨胀空间中的工作气体将被膨胀活塞55压缩，产生热。在搅拌致冷器需要进行温度控制操作时，或需要去除在利用冷却热装置的冷却热交换器上产生的霜时，就应用这种反向操作。

由于反向转动，膨胀汽缸46也达到高温，这就引起了一个称之为炭化的问题，即上升的油或油雾被加热，并炭化，粘附在汽缸上。但是，由于油封波纹管58完全防止了油升现象，所以不会出现炭化问题。

第二实施例

图3示出本发明搅拌致冷器的第二实施例。对于第二实施例的搅拌致冷器22B概括的说，在构造上设有油封波纹管以防止油升现象。除了油封波纹管，为了防止由于曲轴腔室温度升高引起压力增高，以及压缩和膨胀活塞后表面侧处空间中的压力波动所带来的不利影响，本实施例设置了两个带有压力调节波纹管的缓冲箱，与后表面侧处的空间和箱体23的空间连接。第二实施例不同于第一实施例的地方就在于前者设置了两个缓冲箱，但在构造及运行等其它方面第二实施例却与第一实施例相同。

现对构造及运行等其它方面进行详细说明。在图3中，搅拌致冷器22B设有两个缓冲箱59，60，在缓冲箱59，60中安置了在轴向上膨胀和收缩的压力调节波纹管61，62。由于安置了压力调节波纹管61，62，缓冲箱59，60被分隔成：位于压力调节波纹管开口侧处的腔室63，64和位于压力调节波纹管封闭壁侧处的腔室65，66。

位于压力调节波纹管开口侧处的腔室63，64通过管线67，68与压缩活塞48和膨胀活塞55后表面侧处空间69，70连接。位于压力调节波纹管封闭壁侧处的腔室65，66通过管线71，72与箱体23中的空间连接。在压力调节波纹管61，62中采用金属波纹管，其方式与油封波纹管53，58相同。

第二实施例的运行基本与第一实施例的相同，但在第二实施例中，随着箱体23中温度上升而引起的压力增高，以及后表面侧处空间69，70中压力波动是由两个带有两套波纹管的缓冲箱59，60来缓解的。

第三实施例

图4示出本发明搅拌致冷器的第三实施例。第三实施例的搅拌致冷器22C设有油封波纹管以防止油升现象。由于曲轴腔室中温度上升而引起的压力增高，会在油封波纹管中产生内外压力差，并在压缩活塞48和膨胀活塞55的活塞后表面侧处空间69，70中产生压力波动。为了防止这点，后表面侧处空间69，70通过一油捕集装置87(油阱)与箱体23的空间连接。

具体说，压缩活塞的后表面侧处的空间69，70通过管线67，油捕集装置87以及管线71与箱体23中空间连接。在压缩活塞48和膨胀活塞55的活塞后表面侧处空间69，70中产生的压力波动就在箱体23的空间中得到缓解，这样就防止在油封波纹管中产生内外压力差。

油捕集装置87应设置得能防止曲轴腔室中的油或油雾流进压缩和膨胀活塞的后表面侧处的空间69，70中，另外，滤油器和其它相应的结构应根据产生污染(油污)的油的型号和量来选择。还有，为了捕获引起污染的材料，根据这种材料来选用吸气剂等。

第四实施例

图5示出本发明搅拌致冷器的第四实施例。第四实施例的搅拌致冷器22D设有油封波纹管53，58以防止油升现象，以及一个缓冲箱59’(缓冲箱不带有压力调节波纹管)以缓解在压缩活塞48和膨胀活塞55的活塞后表面侧处空间69，70中产生的压力波动。另外，还设有一油捕集装置87以防止曲轴腔室中的油或油雾流进压缩和膨胀活塞的后表面侧处的空间69，70中。

再有，在第四实施例中，压力调节收缩装置88与油捕集装置87呈串联连接，如果必要，要安置压力调节收缩装置88，以防止箱体23中的油雾直接抵达油捕集装置87。具体说，在压力调节收缩装置88中应用毛细管，压力调节阀等。

第五实施例

图6A和图6B示出本发明搅拌致冷器的第五实施例。就第五实施例说，搅拌致冷器22E应用于由于曲轴腔室26的温度上升而引起的压力升高不大的情况。具体说，设置了油封波纹管和抗压油封以防止油升。由于曲轴腔室中温度上升而引起的压力升高通过抗压油封来控制，而油封波纹管内外压力波动通过缓冲箱中的压力调节波纹管来缓解。

在图6A中，在箱体23的上开口51，52和压缩活塞杆50，57之间设有油封(油封环)89，90，它们用橡胶，树脂等制备，采用一般结构，但做得能抗压。另外，压缩活塞48和膨胀活塞55的后表面侧处空间69，70通过开口91互相连接，油封波纹管53，58是一体形成的，将空间69，70分隔开，并形成一密封腔室92。油封波纹管53，58设有波纹管状圆筒形部分，后者的顶部固定在压缩活塞杆50和膨胀活塞杆57上，其底部周边固定在压缩汽缸45和膨胀汽缸46内表面上。

再有，还设有一缓冲箱59，其结构与第一实施例的相同，在其内部设置了压力调节波纹管61。位于开口侧的腔室63通过管线67与空间69，70连接，位于封闭壁的腔室65通过管线71与密封腔室92连接。另外，如图6B所示，缓冲箱59也可以在水平方向上呈反向设置。

上述第五实施例应用于由于箱体23中空间温度上升而引起的压力增高不大的情况下，抗压油封(油封环)89，90防止了油升，并且防止了由于箱体23中空间温度上升而引起的压力增高在密封腔室92上产生的波动。

另外，由于压缩活塞48和膨胀活塞55的往复运动，后表面侧处空间69，70和密封腔室92之间会产生压力波动，但这些压力波动由于缓冲箱59中的压力调节波纹管61的作用而得到缓解或消除。再有，第五实施例与第一实施例不同之处在于如上所述的密封结构和压力调节结构，但这两个实施例在其它结构和运行上却是相同的。

第六实施例

图7示出本发明第六实施例，第六实施例的搅拌致冷器22F在结构上的特征是，在设有一般橡胶油封或树脂油封以防止油升的常用搅拌致冷器中设有缓冲箱，该缓冲箱中设有压力调节波纹管，以调节曲轴腔室中的压力。

第六实施例与第一实施例不同之处在于防止油升的密封结构，但这两个实施例在其它结构和运行上却是相同的。具体说，在第六实施例中没有设置油封波纹管53，58，而是在箱体23的上部开口51，52和压缩、膨胀活塞杆50，57之间安置了一般的橡胶或树脂等的油封93，94，以防止油升。

另外，与第一实施例运作方式一样，在搅拌致冷器运行过程中，伴随箱体23中空间温度上升产生的压力增高，以及压缩、膨胀活塞后表面侧处空间69，70处的压力波动可以由于缓冲箱59中的压力调节波纹管61的作用而得到缓解。这样就防止了油封93，94由于曲轴腔室26中压力增高极易产生的破损以及油升现象，从而改进了搅拌致冷器的耐用性和性能。

第七实施例

图8示出本发明第七实施例，与第六实施例方式一样，第七实施例的搅拌致冷器22G在结构上的特征是，设有一般橡胶或树脂油封来防止油升，并设置带有压力调节波纹管的缓冲箱，以调节曲轴腔室中的压力。但是与第五实施例不同，本实施例设置了两个缓冲箱59，60，这与第二实施例相同。

另外，在搅拌致冷器运行过程中，伴随箱体23中空间温度上升产生的压力增高，以及压缩、膨胀活塞后表面侧处空间69，70处的压力波动可以由于缓冲箱59中的压力调节波纹管61，62的作用而得到缓解。这样就防止了油封93，94由于曲轴腔室26中压力增高极易产生的破损以及油升现象，从而改进了搅拌致冷器的耐用性和性能。

第八实施例

图9示出本发明第八实施例，第八实施例的搅拌致冷器22H在结构上设置了一般橡胶或树脂油封来防止油升，并设置了不带有压力调节波纹管的缓冲箱59’，因此没有波纹管来缓解由于压缩活塞48和膨胀活塞55的活塞后表面侧处空间69，70中产生的压力波动，而是设置了油捕集装置87来防止曲轴腔室26中的油或油雾流进压缩活塞和膨胀活塞的活塞后表面侧处空间69，70中。

另外，有需要时，可以设置一压力调节收缩装置88，与油捕集装置87呈串联连接。在压力调节收缩装置88中使用毛细管，调节阀等，与第四实施例情况一样。

再有，与第一实施例运作方式一样，在搅拌致冷器运行过程中，伴随箱体23中空间温度上升产生的压力增高，以及压缩、膨胀活塞后表面侧处空间69，70处的压力波动可以由于缓冲箱59中的压力调节收缩装置88的作用而得到缓解。这样就防止了油封由于曲轴腔室26中压力增高极易产生的破损以及油升现象，从而改进了搅拌致冷器的耐用性和性能。

第九实施例

图10示出本发明第九实施例，在第九实施例的搅拌致冷器22I中，在箱体23的上部开口51，52和压缩活塞杆50，57之间安置了一般的橡胶或树脂等的油封93，94，以防止油升，压缩活塞和膨胀活塞后表面侧处空间69，70通过管线67，油捕集装置87和管线71与箱体23的空间连接，这样就可防止在空间69，70中产生压力波动。

现在说明带有波纹管的缓冲箱的结构。图11A至图11D示出一些缓冲箱及压力调节波纹管的实例。图11A示出包括有一组波纹管的基本结构，它们与上述的实施例中所使用的相同。对于静力波动(static fluctuation)说，搅拌致冷器运行过程中曲轴腔室压力是随着静力波动而增高的，压力调节波纹管61移动缓慢，但移动量加大。另外，对于随膨胀活塞等往复运动产生的后表面侧处的动力压力波动(dynamic pressure fluctuation)说，移动量小，并进行振动操作(vibrating operation)。

图11B示出一种结构，在该结构中，通过压缩螺旋弹簧95对压力调节波纹管61施以一初始设定压缩力。在该结构中，压力调节波纹管移动量对应于后表面侧处压力波动(曲轴腔室压力增加量-初始设定压力)+膨胀活塞等后表面侧处压力波动。因此，由于由曲轴腔室的压力增高而引起的移动是在初始阶段进行的，波纹管接近其自由长度(free length)，从而解决运行过程中移动量问题，这样就可达到增加波纹管使用寿命的目的。

图11C示出一种相对型压力调节波纹管的结构，在这种结构中，一对左右压力调节波纹管61，61’整体地安置在缓冲箱中。压力调节波纹管61，61’外面的左右空间96，96’通过连接中间支承部分97的连通孔98而互相连通。压力调节波纹管61，61’的内空间99与压缩活塞等的后表面侧连接，压力调节波纹管外面的左右空间96，96’与曲轴腔室侧连接。对于缓冲箱来说，由于设置了左右压力调节波纹管61，61’，压力调节波纹管可以相对地缩短，于是在垂直于膨胀/收缩的方向上(横向上)的绕曲就可消除。

图11D示出一种结构，在该结构中压缩螺旋弹簧95，95’安置在相对型压力调节波纹管61，61’和缓冲箱59的两端内表面之间。从而产生与图11B中所示相同的作用和效果。具体说，由于由曲轴腔室的压力增高而引起的移动是在初始阶段进行的，波纹管接近其自由长度(free length)，从而解决运行过程中移动量问题，这样就可达到增加波纹管使用寿命的目的。

图12A至图12C示出压力调节波纹管的导向结构。在压力调节波纹管中，当膨胀/收缩方向的尺寸加大时，也就是说加长时，在横向上就会产生绕曲。作为解决措施，如图12A所示，在压力调节波纹管的顶端附设一个环形的树脂等导向件100，它沿缓冲箱的内表面滑动。

另外，如图12B所示，从压力调节波纹管的顶端表面伸出一导向杆101，而在缓冲箱的内表面上则设置了一个与该导向杆相对的导向汽缸102，这样导向杆的滑动就得到导向。当导向结构应用于上述实施例中设置的压力调节波纹管时，就解决了绕曲的问题。图12C示出一种结构，这种导向结构应用于相对型的压力调节波纹管中。

本发明的实施方式已根据上述实施例做了具体说明，但不用说，本发明不限于上述的实施例，可以做各种变化以实现本发明的技术思想。另外，在上述实施例中，使用了双汽缸型的搅拌致冷器，但不用说，本发明可以应用到置换器型和其它形式的搅拌致冷器上。

上述结构的本发明搅拌致冷器具有下列效果：

(1)由于箱体和压缩、膨胀活塞杆之间的空间完全由油封波纹管密封住，可以防止油升污染(油升污物)。另外，由于实现了优良耐用性的油封，所以搅拌致冷器的寿命和性能得到改进。

(2)由于随着曲轴腔室温度上升而产生的压力增高通过设置缓冲箱得到解决，缓冲箱可以带有或不带有压力调节波纹管，这就防止了由于压力增高在油封波纹管内外产生的压力波动，一般油封的质量变坏和油升的出现，以及其它一些问题的出现。

(3)压缩、膨胀活塞后表面侧处所产生的压力波动的问题，这种波动对油封或致冷器的性能起有害作用，是通过采用带有或不带有压力调节波纹管的缓冲箱而得到解决的。

(4)通过解决上述搅拌致冷器所特有的问题，就可以应用非氟利昂致冷剂的低熔点致冷剂来作为工作气体，例如乙醇，氮气和氦气，其使用温度的范围要比常用的冷却装置宽，为了扩大应用范围，本发明可以应用于利用冷却热装置。另外，可以设置一个适于解决地球环境问题的，并具有大致冷能力的装置，在这种装置中，加热/冷却的运行可以通过电动机的正反转来进行。

作为应用于上述搅拌致冷器中的汽缸体的一实例，将结合附图13至图16对汽缸体54进行详细的说明。在附图13中，汽缸体54是由下列组成：一内汽缸131，同心地安置在内汽缸131下部外围的辐射热交换器74，以及一安置在热交换器上的低温侧热交换壳体132(顶部热交换壳体)。内汽缸131形成有一膨胀活塞55在其中做往复运动的汽缸空间，其上、下部分133，134通过O形圈124组装在一起，也可以制成一体。

图14A示出低温侧热交换壳体132，图14B为沿图14A中A-A线的平面图，图14C为主要部分的放大视图。在图13和图14A至图14C中，低温侧热交换壳体132具有一圆筒形状，由一顶壁135，一侧壁136和一下端法兰部分137构成。顶壁135由一法兰盘顶壁部分135’和一中间顶壁部分135”组成，中间顶壁部分135”与侧壁136的内表面顶端部分焊接成一体。另外，顶壁135和侧壁136可以用失蜡铸造法做成一体，后面还要对此进行说明。

内汽缸131的外表面紧靠在侧壁136内周面上端部分，并且在圆周部分以一定间隔设有多个纵向细槽139。细槽139和内汽缸131外表面形成工作气体的通道。这样，低温侧热交换壳体132的顶部(上述冷端盖85)形成冷却热交换器76(低温侧热交换器)。冷端盖85接触冷却热致冷剂，例如空气，水和酒精，以便冷却所述冷却热致冷剂。

低温侧热交换壳体132设有一在其中部的内周面上形成的环形凹部141，并与内汽缸131形成一环形空间142，而在壳体内部充填金属网物和其它再生器材料，以组成再生器75。低温侧热交换壳体132的下端法兰部分137是放置在辐射热交换器74的上端法兰部分143上的。

本发明低温侧热交换壳体132是用SUS和其它材料通过失蜡铸造法制备的。具体说，低温侧热交换壳体132在结构上的特征在于，壳体是通过失蜡铸造法整体制成的，以便在外圆周面上形成冷却叶片138，而工作气体通道细槽139则在内圆周面上形成。

上述通过失蜡铸造法制备的低温侧热交换壳体132具有极优良的辐射性能，因为冷却叶片138精确地以精细的肋形状在外表面上形成。另外，由于在内表面上形成的轴向细槽139也是精确地铸造出来的，所以工作气体能均匀的流动，而不会有些部分受阻碍，从而提高了致冷性能。

图15B为沿图15A中B-B线的平面图，图15C为主要部分的放大视图。在图13和15中，辐射热交换器74是环形热交换器，高温侧热交换壳体(环形热交换壳体)144和热交换器体145同心地安放在壳体中。热交换中间通道146设在高温侧热交换壳体144和热交换器体145之间，其上下端由密封件147密封住。设置了一流体进口148和一流体出口149，它们与通道146连接。

在热交换器体145的外周面上与通道146相对处设置多个散热片150，而在热交换器体145的内周壁表面上沿圆周方向以一定间隔设置了多个细槽151，以形成氦气等与内汽缸131连通的热交换流体通道。

如图2所述，辐射热交换器74是通过冷却水循环管线78和冷却水泵P1与散热器79连接的，以便使冷却水循环。在辐射热交换器74中经过热交换并加热的冷却水由散热器79的冷却风扇80进行冷却。冷却水循环管线78通过阀门81与储水箱82连接。另外，散热器79与通风口83以及排放阀84连接。

本发明辐射热交换器74的热交换器体145是用如SUS，铜，铝和其它材料通过失蜡精密铸造法铸造出来的，而热交换器体145外表面上形成的散热片150以精细的肋形状铸造出来，因而具有极其优良的散热性能。另外，由于在内表面上形成的轴向细槽151是整体精密地铸造出来的，所以工作气体能均匀的流动，而不会有些部分受阻碍，从而提高了致冷性能。高温侧热交换器壳体144是通过上述失蜡铸造法铸造出来，也可使用普通铁铸造法铸造。

图16A和图16B示出本发明膨胀汽缸体54的低温侧热交换壳体的变化实施例。图16A示出作为第一变化实施例的低温侧热交换壳体132’，在其外表面上没有形成用失蜡精密铸造法整体铸造出来的叶片或法兰。在第一变化实施例中，壳体是在不设置叶片等的状态(图16A的状态)下应用的，热交换是在与周边接触的空气和其它致冷剂之间进行的。另外，外周面绕装有热交换管(未示出)，以便让要经受热交换的致冷剂通过，或在外周面上后装上叶片和法兰等。

图16B示出第二变化实施例，其外叶片和法兰是后装上去的。在作为第二变化实施例的低温侧热交换壳体132”中，外叶片159和法兰160，161是用焊接等方法安装上去的，叶片是由SUS，铜，铝等材料制成环形的，而法兰的材料与壳体的材料一致。外叶片也可以是螺旋状的或其它形状的。

在构造上，当膨胀活塞55在接近上死点处导前约90度地缓慢移动时，压缩活塞48在接近中点处迅速向上死点移动，以便对工作气体进行压缩操作。压缩后的工作气体流经连通孔77和支管73而进入辐射热交换器74的细槽151。工作气体将其热量放给辐射热交换器74中的冷却水，然后在再生器75中进行冷却，并流经冷却热交换器76的槽道而进入低温腔室56(膨胀空间)。

当压缩活塞48在上死点邻近处缓慢移动时，膨胀活塞55则快速移向下死点，进入低温腔室56(膨胀空间)的工作气体于是就迅速膨胀，由此产生冷却热。于是冷端盖85得到冷却，达到一低温状态。

然后，在冷端盖85中，与冷却叶片138接触的冷却热致冷剂得到冷却。当膨胀活塞55从下死点移向上死点时，压缩活塞48从中部位置移向下死点，工作气体从低温腔室56(膨胀空间)经由冷端盖85的细槽139进入再生器75，工作气体的冷却热在再生器75中得到集蓄。

上述构造具有下列效果：

(5)在构成膨胀汽缸体的顶部热交换壳体中，通过在内表面上整体制备出工作气体通道，或通过在内表面设置工作气体通道之外再在外表面上整体地设置用于冷却冷却热致冷剂用的叶片，特别是通过失蜡精密铸造法铸造出精密形状，处理能力得到改善，而搅拌致冷器本身在结构上大大简化，从而降低了成本。另外，工作气体在细槽通道中的流动是均匀的，不会有些部分受到阻碍，而且由于精确成型的叶片具有均匀的厚度，所以热交换性能和可靠性得到提高。

(6)由于辐射热交换器的环形热交换壳体和热交换器体是整体成形的，尤其组件是用失蜡精密铸造法精确成形的，处理能力得到改善，并而降低了成本。工作气体在细槽通道中的流动是均匀的，不会有些部分受到阻碍，所以热交换性能和可靠性得到提高。

(7)由于采用非氟利昂致冷剂，例如乙醇，氮气，氦气以及其它低熔点致冷剂作为工作气体，因而可以提供一种具有优良环境保护特性的氟利昂代用品的致冷器。

另外，汽缸体可以有效地应用于搅拌循环装置，维尔米(Wirmie)循环装置，库克·雅伯罗夫(Kuk Yaborof)循环装置，以及其它搅拌装置。

图17示出作为搅拌装置的等温流体循环装置211，它是利用上述第一实施例的搅拌致冷器22A构成的。另外，在附图中与第一实施例中相同的组件采用相同的参考标号。在本装置中，在冷却热交换器76的外面不设置冷却叶片，而是在冷端盖85的周围设置一套管261，如图18所示，这样冷却热致冷剂就可在套管261中流动，以便冷却冷端盖85中的冷却热致冷剂。另外，参考标号202所指为一箱形容器，后面将要说明的搅拌致冷器22A和一冷却热致冷剂等温流体储槽262就安置在该箱形容器202中。

如图19所示，冷端盖85通过冷却热致冷剂管线205和一冷却热致冷剂泵P2与利用冷却热装置208连接，以循环冷却热致冷剂。另外，在箱形容器202的外面设置了冷却热致冷剂进口止挡件206，它连接到冷却热致冷剂等温流体储槽262上。在箱形容器202的外面设置了出口止挡件207，它与冷却热致冷剂管线205连接。

进口止挡件206和出口止挡件207可拆卸地连接于利用冷却热装置208，例如冷冻箱的冷却热致冷剂管线209的出口端220和进口端210。另外，除冷冻箱以外，利用冷却热装置208还包括例如冰箱，接入式致冷箱，等温流体循环装置用于各种热性能测试的低温等温装置，等温箱，热冲击(heat shock)测试装置，冷冻干燥机，低温冷却箱等。等温流体循环装置211可以通过将利用冷却热装置208连接到进口止挡件206和出口止挡件207上进行使用。

冷却热致冷剂等温流体储槽262安置在冷却热致冷剂管线205的中间位置上。冷却热致冷剂等温流体储槽262是通过在流体储槽壁263上覆盖一隔热壁264构成的，该储槽可以是封闭型的，也可以是带有槽盖的开启型的。

冷却热致冷剂等温流体储槽262的容量是根据冷冻箱的冷冻能力，用途等来设计的，例如可以采用10～20升的容量。在冷却热致冷剂等温流体储槽262中安置了搅拌叶片265，以搅拌冷却热致冷剂，它可以由电动机266驱动。所以，在冷却热致冷剂等温流体储槽262中的冷却热致冷剂的流体温度是均匀的。

冷却热致冷剂等温流体储槽262的作用是储存冷却热致冷剂，并减小其温度波动。对于冷却热致冷剂的温度来说，由于采用乙醇，HFE，PFC，PFG，氮气，氦气等作为冷却热致冷剂，能获得-150℃的超低温。

利用本发明搅拌致冷器的等温流体循环装置211设有一温度调节装置。温度调节装置267利用对搅拌致冷器22A运行的控制和电加热器268的加热两者或其中之一来进行温度调节，电加热器268安装在流体储槽壁262的外表面上。

在图20中，冷却热致冷剂等温流体储槽262设有一冷却热致冷剂温度传感器，一用于温度设定的温度设定控制面板，和一温度控制装置。在构成温度控制装置的温度控制线路上的比较线路中，将由冷却热致冷剂温度传感器检测到的温度信号与温度设定控制面板中的设定值进行比较，以便判断温度是否落在以设定温度为中心的允许温度范围内，根据比较结果，搅拌致冷器22A的电动机27进行PID控制，以调节冷却温度。另一种作法是，通过对电加热器268进行开/关控制，或进行转换器脉冲控制来调节加热温度，从而可以对冷却热致冷剂的温度进行调节。在有些情况下，通过使电动机27反转而使冷端盖85处于高温状态，也能进行温度调节操作。

现在说明利用本发明第一实施例搅拌致冷器的等温流体循环装置211的运行。将经过冷端盖85冷却的冷却热致冷剂从冷却热致冷剂管线205和冷却热致冷剂出口止挡件207送入到利用冷却热装置208，例如冷冻箱的冷却热致冷剂管线209中，以便在利用冷却热装置208中实施冷冻或冷却作用。在利用冷却热装置208中，冷却热致冷剂吸收热量，实施冷却作用，然后由冷却热致冷剂管线209输送到冷却热致冷剂进口止挡件206，并且经过冷却热致冷剂管线205返回到冷却热致冷剂等温流体储槽262，以便储存流体。

随后，冷却热致冷剂等温流体储槽262中的冷却热致冷剂经过泵P2返回到搅拌致冷器22A的冷端盖85。在本发明中，冷却热致冷剂等温流体储槽262放置在冷却热致冷剂管线205的中间位置处，冷却热致冷剂等温流体储槽262起缓冲件作用，以消除温度波动。

随后，在构成温度控制装置267的温度控制线路上的比较线路中，将由设置在冷却热致冷剂等温流体储槽262中的冷却热致冷剂温度传感器检测到的温度信号与温度设定控制面板中的设定值进行比较，以便判断温度是否落在以设定温度为中心的允许温度范围内，根据比较结果，搅拌致冷器22A的电动机27进行PID控制，以调节冷却热致冷剂的温度。随后，根据比较线路出来的结果，通过对电加热器268进行开/关控制，或进行转换器脉冲控制来调节冷却温度，或通过调节电加热器的加热温度，以便对冷却热致冷剂的温度进行调节。

可以采用同时对搅拌致冷器22A和电加热器268的电动机进行运行控制的方法，但也可以采用其中之一的方法来对冷却热致冷剂进行温度控制。当采用同时对搅拌致冷器22A和电加热器268的电动机27进行运行控制的方法时，可以进行更精确的温度控制。

另外，在本发明中可以采用电动机27反转的方法来进行加热操作。具体说，当搅拌致冷器22A的电动机27反转时，压缩活塞48和膨胀活塞55具有一个约90度的相位差，与电动机27正转情况完全相反，这时压缩活塞48起膨胀活塞的作用，而膨胀活塞55起压缩活塞的作用。

所以，膨胀汽缸的膨胀空间中的工作气体由膨胀活塞55进行压缩，产生热量，冷却热致冷剂由冷端盖85进行加热。具体说，在进行通常的冷却操作时，测量等温储槽262的温度。根据测量结果，通过温度控制装置的温度控制线路，电动机27就依次进行反转，并进行控制，以实施加热操作，这样就能保持住恒温。

当需要对冷端盖85中和对利用冷却热装置208的加热/冷却热交换器中产生的结霜进行除霜时，结霜是通过一结霜传感器进行检测的。通过一除霜控制线路，电动机如上述那样反转，以加热冷端盖85，从而进行除霜。另一种作法是，通过加热/循环冷却热致冷剂也能有效地进行除霜。

图21示出图17所示发明的另一实施例。本实施例的搅拌致冷器22A的结构与图17所示的相同，但从图中可以看到，其内部结构简化了(省略了缓冲箱59等)。在应用搅拌致冷器的等温流体循环装置211’中，通过冷却热交换器76的冷端盖85对冷却热致冷剂(下称第一冷却热致冷剂)进行冷却，第二冷却热致冷剂得到冷却，并且在利用冷却热装置中循环，实施冷却作用。为此，设置了一个为储存第二冷却热致冷剂用的第二冷却热致冷剂等温流体储槽269，和一个第二冷却热致冷剂管线270。

与图17所示的实施例的方式一样，在第二冷却热致冷剂等温流体储槽269中，流体储槽壁上覆盖着一隔热壁，其容量是根据冷冻箱的冷冻能力，用途等来设计的，例如可以采用10～20升的容量。在冷却热致冷剂等温流体储槽269中安置了可转动的搅拌叶片(未示出)，以搅拌冷却热致冷剂，所以，在冷却热致冷剂等温流体储槽269中的冷却热致冷剂的流体温度是均匀的。

第一冷却热致冷剂管线205通过泵P2连接到第二冷却热致冷剂等温流体储槽269中的一热交换器271上，以便在用于冷却冷端盖85的套筒261和第二冷却热致冷剂等温流体储槽269两者之间循环第一冷却热致冷剂。第二冷却热致冷剂管线270由第二冷却热致冷剂等温流体储槽269连接到出口止挡件206和进口止挡件207上，而第二冷却热致冷剂在第二冷却热致冷剂等温流体储槽269和利用冷却热装置的热交换管线之间循环。

根据本实施例，在第二冷却热致冷剂等温流体储槽269中的第二冷却热致冷剂整个地由第一冷却热致冷剂来冷却，部分的第一冷却热致冷剂由第二冷却热致冷剂管线270循环到利用冷却热装置，以实施冷却作用，这样，由于搅拌致冷器22A运行状态的波动所产生的第二冷却热致冷剂的温度波动得以消除。即使在本实施例中，由温度控制装置实施的温度控制，其方式与图17中所示的相同。

图22示出图17所示发明的又一实施例。在该实施例中，搅拌致冷器22A本身的结构与图17所示的实施例相同，但在利用搅拌致冷器的等温流体循环装置211”中，冷端盖85是直接安置在冷却热致冷剂等温流体储槽272中。

具体说，冷却热致冷剂收容在冷却热致冷剂等温流体储槽272中，在冷却热致冷剂等温流体储槽272中的整个冷却热致冷剂是由冷端盖85来冷却的。另外，致冷剂通过冷却热致冷剂管线205和泵P2在利用冷却热装置侧进行循环，以实施冷却作用。

与图17所示的实施例的方式一样，在冷却热致冷剂等温流体储槽272中，流体储槽壁上覆盖着一隔热壁，其容量是根据冷冻箱的冷冻能力，用途等来设计的。例如可以采用10～20升的容量。在冷却热致冷剂等温流体储槽272中安置了可转动的搅拌叶片(未示出)，以搅拌冷却热致冷剂，所以，在冷却热致冷剂等温流体储槽272中的冷却热致冷剂的流体温度是均匀的。

在本实施例中，由于冷却热致冷剂等温流体储槽272具有两种功能，即对冷却热致冷剂进行热交换的功能和消除温度波动的缓冲功能，所以其结构极其简化。另外，由于冷却热致冷剂是直接进行冷却的，冷却效果极好。还有，在本实施例中，温度控制也是与图17所示实施例的方式一样，通过温度控制装置来进行。

另外，在上述的实施例中使用了双活塞式的搅拌致冷器，但不用说，也可以使用置换器式和其它形式的搅拌致冷器。

在本实施例的情况下，应用本发明搅拌致冷器的等温流体循环装置211具有下列效果：

(8)由于搅拌致冷器是用来构成等温流体循环装置的，通过采用非氟利昂型低温致冷剂，例如乙醇，氮气，氦气等作为工作气体，可以实现适于解决地球环境问题的等温流体循环装置。另外，操作温度范围比常用冷却装置的更宽，尤其是可以实现-100℃～-150℃的超低温。本发明可以应用于利用冷却热装置上，后者在较宽范围内应用。

(9)由于冷却热致冷剂等温流体储槽是设置来储存冷却热致冷剂的，冷却热致冷剂在该流体储槽中得到冷却，部分致冷剂在利用冷却热装置中循环，冷却热致冷剂的波动得到消除，从而保持温度的恒定，实现恒温操作。

(10)搅拌致冷器的运行是经过控制的，冷却热致冷剂流体储槽设有电加热器，从而能够精确地控制温度。

(11)可以实现利用等温流体循环装置的搅拌致冷器，从而充分利用了搅拌致冷器的性能，后者体积紧凑，致冷效果好，而且能量效率极佳。

图23示出作为利用上述第一实施例搅拌致冷器22A构成的搅拌装置的热冲击测试器301。在该附图中，与图2中所示组件相同的组件采用相同的参考标号，而搅拌致冷器22A本身则只是简单地示出。在附图中，热冲击测试器301由搅拌致冷器22A和一热性能测试箱303构成，在测试箱中冷却或加热是由搅拌致冷器22A操作的。

另外，这种情况下，在膨胀汽缸体54的顶部(冷端盖85)形成的冷却热交换器76具有设在膨胀汽缸体54内侧的工作气体通道86和设在外侧的冷却叶片347。套筒348安置得整个地覆盖住冷端盖85，而在套筒348上设置了冷却热致冷剂进口和出口。

热性能测试箱303具有一箱壁350，该箱壁从外侧覆盖着一层隔热壁349，由金属材料等制成，并设置了冷却热致冷剂的进口和出口。在热性能测试箱303的内部，隔开形成一密封储存容器352，用来储存测试物351，例如需进行热性能测试的电子组件。储存容器352的顶部是开启的，顶盖353可开/关地安装在顶部，以覆盖住开口。

当冷却热致冷剂，例如空气，氮气和氦气在热性能测试箱303和冷端盖85之间循环时，储存容器352在结构上可以在壁上设置通风口，或使用网状件。或者也可以不设储存容器352。在这种结构中，循环的冷却热致冷剂直接接触测试物，直接对物体进行冷却或加热。

套筒348的出口通过冷却热致冷剂管线354和泵P3连接于热性能测试箱303的进口，套筒348的进口通过冷却热致冷剂管线354连接于热性能测试箱303的出口。于是，冷却热致冷剂就在套筒348和热性能测试箱303之间循环流动。乙醇，HFE，PFC，PFG，空气，氮气和氦气等可以作为冷却热致冷剂来使用。

图26示出热冲击测试器301的温度调节装置355。温度调节装置355设有一温度设定控制面板，一能够用温度设定控制面板进行温度设定的温度控制装置，和一设置在热性能测试箱303或储存容器352中的温度传感器。

在构成温度控制装置355的温度控制线路上的比较线路中，将由温度传感器检测到的储存容器352中的温度信号与温度的设定值进行比较，以便判断温度是否落在以设定温度为中心的允许温度范围内，根据比较结果，电动机27进行PID控制，或进行正反转，以便在运行时保持设定的温度。

另外，当热性能测试箱303设有电加热器时，除了通过对搅拌致冷器22A的电动机27进行运行控制外，通过PID控制和加热电加热器可以进行更精确的温度控制。

现在说明本发明上述实施例的热冲击测试器301的运行。当搅拌致冷器22A运行时，如上所述，压缩活塞48在接近上死点处缓慢移动，而膨胀活塞55则向下死点迅速移动，流进低温腔室56(膨胀腔室)的工作气体迅速膨胀，从而产生冷却热。于是，环绕低温腔室56(膨胀腔室)的冷端盖85就得到冷却，达到一低温状态。

这就是搅拌致冷器22A进行冷却/运行从而使热性能测试箱303处于低温状态的情况。当进行加热/运行使热性能测试箱303处于高温状态时，电动机27是反转的。此时，如上所述，膨胀活塞55起压缩活塞的作用，而压缩活塞48起膨胀活塞的作用，冷却热交换器76起辐射热交换器的作用，冷端盖85达到一高温状态。于是，冷却热致冷剂被加热到高温，并在套筒348和热性能测试箱303中循环，以提高测试物的温度。

以这种方式变换电动机27的正反转，就能变换致冷剂的冷却或加热，于是热性能测试箱303的温度就会降低或升高，这样就能迅速地变换到低温状态和高温状态，从而能将由于温度的变化所产生的热冲击施加到测试物上。

施加到热性能测试箱303中的测试物351上的温度是由温度调节装置355的温度设定控制面板来设定的。根据所设定的温度是处于低温区还是高温区，然后通过温度控制线路来控制电动机27的正反转。

随后，在搅拌致冷器22A运行时，热性能测试箱303的温度由温度传感器来检测，将检测到的温度与温度设定控制面板所设定的温度在构成温度控制装置的温度控制线路上的比较线路中进行比较，以便判断温度是否落在以设定温度为中心的允许温度范围内。根据比较结果，对搅拌致冷器22A的电动机27进行控制。在某些情况下(例如在设定温度和检测到的温度之间有大的差别，和其它情况)电动机27的转动方向要变换得能迅速升高或降低温度，并且在保持设定温度情况下进行运行。

另外，由于热性能测试箱303设有电加热器，除了通过对搅拌致冷器22A的电动机27进行运行控制外，通过控制和加热电加热器也可能进行更精确的温度控制。

还有，当需要对冷端盖85中和对热性能测试箱303中产生的结霜进行除霜时，结霜是用设置在这些部位的结霜传感器进行检测的。通过一除霜控制线路，使热性能测试箱303中的电加热器加热，从而进行除霜。另一种作法是，通过正反转搅拌致冷器22A的电动机27，使冷端盖85的温度升高，也能迅速有效地进行除霜。

图24A和图24B示出图23所示发明的另一个实施例。在图24A所示的热冲击测试器356中，搅拌致冷器22A与图23中所示的实施例相同，但热性能测试箱的结构是不同的。与图23所示的方式一样，热性能测试箱357有一箱壁359，由金属材料等制成，其外围覆盖住隔热壁358；一顶部开口，它设有一可开/关的顶盖360；一个测试物351可以放置其中的架子361。如图24B所示，热性能测试箱357的箱壁359绕有热交换螺旋管362，该螺旋管与冷却热致冷剂管线354连接。

在本实施例的热冲击测试器356中，由冷端盖85冷却的冷却热致冷剂通过泵P3输送到冷却热致冷剂管线354中，热性能测试箱357的内部由热交换螺旋管362进行冷却或加热。通过在热性能测试箱357中设置温度传感器，可以采取与图23所示的实施例的相同的方式来进行温度调节。

图25示出图23所示发明的又一个实施例。也是关于实施例中的热冲击测试器363，搅拌致冷器22A与图23所示的搅拌致冷器22A一样，但热性能测试箱364的结构却不同。热性能测试箱364有一由金属材料等成形的箱壁，其外围覆盖住隔热壁，其方式与图23所示的方式相同。

但是，在热性能测试箱364中设置了搅拌致冷器22A的冷端盖85，以便直接通过热性能测试箱364的底部。热性能测试箱364设有一放置测试物351的网状板架365。如果不设置板架365，测试物351可以直接放置在冷端盖85的上表面，进行直接的冷却或加热。另外，不设置板架365，也可以如图23所示实施例那样，在热性能测试箱364中设置储存容器。

在实施例的热冲击测试器363中，通过在热性能测试箱364中设置温度传感器，可以如图23所示的实施例的方式一样进行温度调节。在热冲击测试器363中，由于冷端盖85是直接安置在热性能测试箱364中的，所以热性能测试箱364中的冷却/加热效果是极佳的。

本发明具有以下的效果：

(12)由于可以通过正反转搅拌致冷器22A的电动机来进行冷却/加热，这不同于现有技术，所以热冲击测试器体积紧凑，结构简单，制造成本低，无须组合单独的致冷装置和加热装置。

(13)可以在低温和高温中实现宽的温度范围，可以通过正反转的变换来迅速变换冷端盖85的冷却或加热。通过注意和应用这些搅拌致冷器22A的性能，可以实现在宽的温度范围中和快速升降温度中进行热性能测试，这一点正是近来对热冲击测试器的要求。尤其是，还可以在液氮水平的超低温区域(接近-200℃)中进行热性能测试。

(14)由于采用非常规氟利昂型的致冷剂，可以实现适于解决地球环境问题的热冲击测试器，其效果好，并且能量效率极高。

图27A和图27B示出作为利用图2所示搅拌致冷器22A构成的搅拌装置的冷冻干燥器401。在该图中，冷冻干燥器401由搅拌致冷器22A和一通过搅拌致冷器22A进行冷却或加热的冷冻/干燥箱403构成。

在这种情况下，在膨胀汽缸体54的顶部(冷端盖85)形成的冷却热交换器76具有设在膨胀汽缸体54内侧的工作气体通道86和设在外侧的冷却叶片447。套筒448安置得整个地覆盖住冷端盖85，而在套筒448上设置了冷却热致冷剂进口和出口。

如图27B所示，冷冻/干燥箱403有一箱壁450，由金属材料等制成，其外围覆盖住隔热壁449；一顶部开口，它设有一可开/关的顶盖451；一个待干燥物可以放置其中的架子452。冷冻/干燥箱403箱壁450绕有热交换螺旋管453，该螺旋管与冷却热致冷剂管线454连接。

冷却热致冷剂管线454通过泵P4连接于套筒448和热交换螺旋管453，使冷却热致冷剂在冷却热致冷剂管线454和套筒448之间循环。乙醇，HFE，PFC，PFG，空气，氮气和氦气等可以作为冷却热致冷剂来使用。

图31示出本发明冷冻干燥器的温度调节装置455。温度调节装置455设有一温度设定控制面板，用来根据干燥的用途等设定一冷冻温度；一能够用温度设定控制面板进行温度设定的温度控制装置；和一设置在冷冻/干燥箱403中的温度传感器。在构成温度控制装置455的温度控制线路上的比较线路中，将由温度传感器检测到的冷冻/干燥箱403中的温度信号与温度的设定值进行比较，以便判断温度是否落在以设定温度为中心的允许温度范围内，根据比较结果，对电动机27进行PID控制。另一种作法是，通过电动机的正反转，使在运行时能保持设定的温度。

现在说明本发明上述实施例的冷冻干燥器401的运行。如上所述，当压缩活塞48在接近上死点处缓慢移动时，膨胀活塞55则向下死点迅速移动，流进低温腔室56(膨胀腔室)的工作气体迅速膨胀，从而产生冷却热。于是，环绕低温腔室56(膨胀腔室)的冷端盖85就得到冷却，达到一低温状态。

由冷端盖85冷却的冷却热致冷剂通过冷却热致冷剂管线454从套筒448输送到冷却螺旋管453。于是，冷冻/干燥箱403得到冷却，在箱上的水分冻结，箱的内部处于干燥状态。待干燥物O在冷冻/干燥箱403中得到干燥。

另外，当在冷冻/干燥箱403中进行清洁等操作需要除霜时，电动机27进行反转。此时，如上所述，膨胀汽缸46起压缩汽缸的作用，而压缩汽缸45起膨胀汽缸的作用，冷却热交换器76起辐射热交换器的作用，冷端盖85达到一高温状态。于是，冷却热致冷剂被加热，并在套筒448和冷冻/干燥箱403中循环。于是，冷冻/干燥箱403中的温度上升，冻结在内壁上的霜等，以及冷端盖上的霜就可以清除掉。所以，即使不特别安装电加热器等，也能有效地进行除霜。

随后，在搅拌致冷器22A运转时，冷冻/干燥箱403中的温度由温度传感器进行检测，在构成温度控制装置的温度控制线路上的比较线路中，将由温度传感器检测到的冷冻/干燥箱中的温度与由温度设定控制面板设定的温度的设定值进行比较，以便判断温度是否落在以设定温度为中心的允许温度范围内。根据比较结果，对搅拌致冷器22A的电动机27进行PID控制。在某些情况下(例如在设定温度和检测到的温度之间有大的差别，和其它情况)电动机27的转动方向要变换得能迅速升高或降低温度，并且在保持设定温度情况下进行运行。

图28A和图28B示出本发明另一实施例。图28A示出整个结构，而图28B则示出冷冻/干燥箱的主要结构。在冷冻干燥器456中，搅拌致冷器22A的结构与图27所示的一样，其说明在此省略，但冷冻/干燥箱457的结构却不同。冷冻/干燥箱457有一由金属材料等成形的箱壁459，其外围覆盖住隔热壁458，上开口设有一可开/关的顶盖460。在箱壁459内部，绕有一连接于冷却热致冷剂管线454的热交换螺旋管461。另外，在热交换螺旋管461的内部设置了网状或网状金属支承架462，以支撑待干燥物O。

在实施例的冷冻干燥器456中，由冷端盖85冷却的冷却热致冷剂通过泵P4和冷却热致冷剂管线454从套筒448输送到热交换螺旋管461。于是，冷冻/干燥箱457得到冷却，在箱上的水分冻结，箱的内部处于干燥状态。待干燥物O在冷冻/干燥箱457中得到干燥。

图29示出本发明另一实施例。还是相对于实施例中的冷冻干燥器463说，搅拌致冷器22A与图27所示的搅拌致冷器22A一样，其说明在此省略，但冷冻/干燥箱464的结构却不同。冷冻/干燥箱464有一由金属材料等成形的箱壁465，其外围覆盖住隔热壁，其方式与图27所示的方式相同。在箱壁465内设置一个装纳待干燥物O的储存室466。在箱壁465和储存室466之间设置了一个冷却热致冷剂箱467，它与冷却热致冷剂管线454连接，充填着冷却热致冷剂。

在实施例的冷冻干燥器463中，由冷端盖85冷却的冷却热致冷剂通过冷却热致冷剂管线454从套筒448输送到冷却热致冷剂箱467。于是，储存室466得到冷却，在储存室466上的水分冻结，箱的内部处于干燥状态。

图30示出本发明又一实施例。还是相对于实施例中的冷冻干燥器467说，搅拌致冷器22A与图27所示的搅拌致冷器22A一样，其说明在此省略，但冷冻/干燥箱的结构却不同。冷冻/干燥箱468有一由金属材料等成形的箱壁470，其外围覆盖住隔热壁469，其方式与图27所示的方式相同。在冷冻/干燥箱467中设置了搅拌致冷器22A的冷端盖85，以便直接通过冷冻/干燥箱467的底部。在冷冻/干燥箱467中设置了网状或网状金属支承架471，以支撑待干燥物O，或设置类似于图29所示的储存室。

在实施例的冷冻/干燥箱467中，通过在冷冻/干燥箱468中设置温度传感器，可以如图27所示的实施例的方式一样在冷冻/干燥器468中进行温度调节。由于冷端盖85是直接安置在冷冻/干燥箱468中的，所以冷冻干燥器467在冷冻干燥箱468中的冷冻/干燥效果是极佳的。

由上述实施例构成的发明具有以下的效果：

(15)通过应用搅拌致冷器，可以实现完全干燥状态，这是由于超低温区域(大约零下负一百多度)导致的，这要比常用冷冻温度区域低得多。另外，尤其是无须设置加热装置等，通过电动机的反转就能使温度升高到解冻融化的程度，干燥状态能迅速进行变化，所以干燥器可以用于环境测试或清洁。

(16)无须要求一个双向或双阶段冷冻系统或其它复杂结构，就可以实现体积紧凑，结构简单，低价的冷冻干燥器。

(17)由于采用非常用氟利昂型的冷却热致冷剂，可以实现适于解决地球环境问题的冷冻干燥器，它效果好，能量效率极佳。

Claims (39)

1.一种搅拌装置，它包括：

一设有曲轴腔室的壳体；

一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；

一在该汽缸中往复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞，或一置换器；

一在运作上与曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞或置换器连接；

一设置在曲轴腔室顶部开口处的油封，活塞杆的运动就是通过这个开口的，

其特征在于，所述油封包括有油封波纹管，该管的顶端固定在处于汽缸中的活塞杆上，其底端固定在活塞杆从中运动通过的、曲轴腔室顶部的开口处，以及由于设置了油封波纹管，就阻止了油通过壳体的空间进入汽缸。

2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于使所述工作气体压缩或膨胀的所述活塞的后表面侧处空间和所述壳体中空间之间，通过连接装置连接着一缓冲箱，以吸收所述后表面侧空间处的压力波动，和所述壳体中压力的增高，

并且在所述缓冲箱内部安置有压力调节波纹管，后者将所述缓冲箱分成两个腔室，一个腔室在所述压力调节波纹管开口侧，一个腔室在封闭壁侧，所述开口侧腔室和所述封闭壁侧腔室可以与所述活塞后表面侧空间和所述壳体中空间两者中之一连接。

3.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于所述使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧处空间和所述壳体中空间可以通过一油捕集装置而连接，以吸收所述后表面侧空间处的压力波动。

4.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于在所述使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧空间中，通过连接装置连接着缓冲箱，以吸收所述后表面侧空间处的压力波动，

并且在所述缓冲箱和所述壳体中空间之间可以安置一油捕集装置，或者一个与压力调节收缩装置连接的油捕集装置，以便压力调节可以在所述使工作气体压缩或膨胀的活塞的后表面侧空间中和所述壳体的空间中进行。

5.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于作为所述油封件，除了所述油封波纹管外，在曲轴腔室顶部的开口中安置了一环状抗压油密封件，后者在压紧状态下与所述活塞杆接触，

在使工作气体压缩或膨胀的所述活塞的后表面侧空间和由所述油封波纹管形成的密封腔室之间，通过连接装置连接着一缓冲箱，以减小所述活塞后表面侧产生的无效的压力波动，和所述密封腔室中产生的无效的压力波动，

在所述缓冲箱内部安置有压力调节波纹管，后者将缓冲箱分成两个腔室，一个腔室在压力调节波纹管开口侧，一个腔室在封闭壁侧，

所述开口侧腔室和所述封闭壁侧腔室可以与所述活塞后表面侧空间和所述密封腔室两者中之一连接。

6.一种搅拌装置，它包括有：

一设有曲轴腔室的壳体；

一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；

一在该汽缸中往复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞；

一在运作上与所述曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞连接；

一设置在所述曲轴腔室顶部开口处的油封，活塞杆的运动就是通过这个开口的，

其特征在于，在所述活塞的后表面侧处空间和所述壳体中空间之间，通过连接装置连接着一缓冲箱，以吸收所述后表面侧空间处的压力波动，和所述壳体中压力的增高，

在所述缓冲箱内部安置有压力调节波纹管，后者将缓冲箱分成两个腔室，一个腔室在压力调节波纹管开口侧，一个腔室在封闭壁侧。

所述开口侧腔室和所述封闭壁侧腔室可以与所述活塞后表面侧空间和所述壳体中空间两者中之一连接。

7.一种搅拌装置，它包括有：

一设有曲轴腔室的壳体；

一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；

一在该汽缸中往复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞；

一在运作上与所述曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞连接；

一设置在所述曲轴腔室顶部开口处的油封，活塞杆的运动就是通过这个开口的，

其特征在于，在所述活塞的后表面侧处空间和所述壳体中空间之间，通过连接装置连接着一缓冲箱，以吸收所述后表面侧空间处的压力波动，和所述壳体中压力的增高，

在所述缓冲箱和所述壳体中空间之间可以安置一油捕集装置，或者与压力调节收缩装置连接的油捕集装置，以便压力调节可以在使工作气体压缩或膨胀的所述活塞的后表面侧空间中和所述壳体的空间中进行。

8.一种搅拌装置，它包括有：

一设有曲轴腔室的壳体；

一设置在该曲轴腔室之上并靠近它的汽缸；

一在该汽缸中往复运动以使工作气体压缩或膨胀的活塞；

一在运作上与所述曲轴腔室中的曲轴连接的活塞杆，活塞杆的一端与活塞连接；

一设置在曲轴腔室顶部开口处的油封，所述活塞杆的运动就是通过这个开口的，

其特征在于，所述活塞的后表面侧处空间和所述壳体中空间可以通过一油捕集装置而连接，以吸收所述后表面侧空间处的压力波动。

9.根据权利要求2，5或6所述的搅拌装置，其特征在于所述压力调节波纹管可以由一组波纹管组成，或者由一对相对而设的相对型波纹管组成。

10.根据权利要求2，5，6或9所述的搅拌装置，其特征在于可以通过一弹簧对所述压力调节波纹管的封闭壁施以压力。

11.根据权利要求2，5，6，9或10所述的搅拌装置，其特征在于所述压力调节波纹管通过一导向件导接到缓冲箱上，并且其结构做得能平顺地膨胀和收缩，而不会产生绕曲。

12.根据权利要求2，4，5，6，7，9，10或11所述的搅拌装置，其特征在于可以设置一个，两个或多个缓冲箱。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的搅拌装置，其特征在于所述搅拌装置的工作气体是氮气，氦气，或氢气，而冷却热致冷剂可以是由下列一组中任选的一种气体：乙醇，HFE，PFC，PFG，氮气和氦气。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的搅拌装置，其特征在于所述搅拌装置包括一设有一压缩活塞的压缩汽缸和一设有膨胀活塞的膨胀汽缸，或一置换器，所述压缩活塞和膨胀活塞或置换器以一个相位差作往复运动。

15.根据权利要求1～13中任一项所述的搅拌装置，其特征在于所述搅拌装置包括一搅拌致冷器，或一搅拌发动机。

16.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，其特征在于它包括一个设有一柱形顶部热交换壳体的缸体，壳体设有一顶壁和一侧壁；和一安置在顶部热交换壳体中的内汽缸，活塞或置换器在其中滑动，其特征在于

在所述顶部热交换壳体的顶端侧的内周面上沿轴向加工出一线形细槽，以便形成一个与内汽缸外周面相连通的工作气体通道，

在所述顶部热交换壳体的底端侧的内周面上加工出一环状凹槽，以便为工作气体再生器形成一个与内汽缸外周面相连通的通道，

所述顶部热交换壳体是用失蜡精密铸造法制备的。

17.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一个设有一内汽缸的缸体，活塞或置换器在内汽缸中滑动，

其特征在于在内汽缸的外边设置了一个柱形热交换器，它包括一环形热交换壳体和一个插装/固定在壳体内的热交换器体，

在所述热交换器体的外周面上形成有一热交换叶片，而在其内周面上沿轴向形成有一线形细槽，以便形成一个与所述内汽缸外周面相连通的工作气体通道，

在所述环形热交换壳体和所述热交换器体之间形成有一作为致冷剂通道的空间，在所述环形热交换壳体中设有一致冷剂进口和一致冷剂出口，这样致冷剂的通道就连接起来了，

所述环形热交换壳体是用失蜡精密铸造法或普通铸铁法制备的，所述热交换器体是用失蜡精密铸造法制备的。

18.一种搅拌装置，它包括：

一个设有一柱形顶部热交换壳体的缸体，壳体设有一顶壁和一侧壁；和一安置在顶部热交换壳体中的内汽缸，活塞或置换器在其中滑动，其特征在于

在所述顶部热交换壳体的顶端侧的内周面上沿轴向加工出一线形细槽，以便形成一个与内汽缸外周面相连通的工作气体通道，

在所述顶部热交换壳体的底端侧的内周面上加工出一环状凹槽，以便为工作气体再生器形成一个与内汽缸外周面相连通的通道，

在所述内汽缸的外边设置了一个柱形热交换器，它包括一环形热交换壳体和一个插装/固定在壳体内的热交换器体，

在所述热交换器体的外周面上形成有一热交换叶片，而在其内周面上沿轴向形成有一线形细槽，以便形成一个与内汽缸外周面相连通的工作气体通道，

在所述环形热交换壳体和所述热交换器体之间形成有一作为致冷剂通道的空间，在所述环形热交换壳体中设有一致冷剂进口和一致冷剂出口，这样致冷剂的通道就连接起来了，

所述顶部热交换壳体和所述热交换器体是用失蜡精密铸造法制备的，所述环形热交换壳体是用失蜡精密铸造法或普通铸铁法制备的。

19.根据权利要求16或18所述的搅拌装置，其特征在于所述顶部热交换壳体在其顶端侧外周面中设有一叶片，该叶片可以与所述顶部热交换壳体一体形成，也可以分别形成，然后再安装在一起。

20.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封位工作气体，并设有一冷端盖和一辐射热交换器；

一冷却热致冷剂管线，它能连接到一利用冷却热的装置上，以便从所述冷端盖出来的冷却热致冷剂能在所述搅拌致冷器和所述利用冷却热装置之间进行循环；

一个设置在所述冷却热致冷剂管线中间位置的冷却热致冷剂等温流体储槽，它用来储存冷却热致冷剂，以便防止由于所述搅拌致冷器的运行状态而产生的冷却热致冷剂的温度波动直接影响到所述利用冷却热装置的冷却温度。

21.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一冷端盖和一辐射热交换器；

一冷却热致冷剂管线，其两端都与所述冷端盖连接，用来使在所述冷端盖中冷却过的冷却热致冷剂进行循环；

一个第二冷却热致冷剂等温流体储槽，在该储槽中装有第二冷却热致冷剂，并插装有所述冷却热致冷剂管线的热交换部分，这样热交换部分就与第二冷却热致冷剂接触；

和一个第二冷却热致冷剂管线，其两端与所述第二冷却热致冷剂等温流体储槽连接，并与一利用冷却热装置连接，以便使第二冷却热致冷剂在第二冷却热致冷剂等温流体储槽和利用冷却热装置之间进行循环，这样就防止由于所述搅拌致冷器的运行状态而产生的冷却热致冷剂的温度波动直接影响到所述利用冷却热装置的冷却温度。

22.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一冷端盖和一辐射热交换器；

一用来通过在所述冷端盖中通过的冷却热致冷剂管线，它连接到一利用冷却热装置上，并安置得使冷却热致冷剂在所述搅拌致冷器和所述利用冷却热装置之间循环；

和一冷却热致冷剂等温流体储槽，在该储槽中装有冷却热致冷剂，所述冷端盖由底部开始通过该储槽，储存的冷却热致冷剂得到冷却，这样就防止由于所述搅拌致冷器的运行状态而产生的冷却热致冷剂的温度波动直接影响到所述利用冷却热装置的冷却温度。

23.根据权利要求20～22中任一项所述的搅拌装置，它包括一温度调节装置，它对所述搅拌致冷器进行运行控制和/或对一安置在冷却热致冷剂等温流体储槽中的电加热器进行控制，以便对温度进行控制。

24.根据权利要求20～23中任一项所述的搅拌装置，其特征在于搅拌致冷器的电动机要控制得能反向转动，以便进行温度调节，高温加热，或除霜等操作。

25.根据权利要求20～24中任一项所述的搅拌装置，其特征在于通过在所述冷却热致冷剂等温流体储槽中设置一可转动的搅动叶片，就能防止冷却热致冷剂在所述冷却热致冷剂等温流体储槽中产生温差。

26.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；

一热性能测试容器，用来储放将经受热性能测试的测试物件，由冷却热致冷剂进行冷却；

和一冷却热致冷剂管线，用来使经热性能测试容器中所述冷端盖冷却的冷却热致冷剂在其中流通，并使冷却热致冷剂在所述冷端盖和所述热性能测试容器之间循环，

其特征在于通过向前或反向转动搅拌致冷器来冷却或加热冷却热致冷剂，对测试物件施以热冲击，并进行热性能测试。

27.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；

一热性能测试容器，用来储放将经受热性能测试的测试物件，由冷却热致冷剂进行冷却；

和一冷却热致冷剂管线，用来使经所述冷端盖冷却的冷却热致冷剂在其中流通，以便冷却热致冷剂围绕所述热性能测试容器流动，并在所述冷端盖和所述热性能测试容器之间循环，

其特征在于通过向前或反向转动搅拌致冷器来冷却或加热冷却热致冷剂，对测试物件施以热冲击，并进行热性能测试。

28.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；

一热性能测试容器，在该容器中装放着将经受热性能测试的测试物件，所述冷端盖设置得由一底部开始通过该容器，

其特征在于通过向前或反向转动所述搅拌致冷器来冷却或加热冷却热致冷剂，对测试物件施以热冲击，并进行热性能测试。

29.根据权利要求26～28中任一项所述的搅拌装置，其特征在于在所述热性能测试容器中可以设置一个用来储放测试物件的储存盒或存放架。

30.根据权利要求26～29中任一项所述的搅拌装置，其特征在于空气，氮气或氦气作为所述冷却热致冷剂而循环，所述热性能测试容器设有储存盒，该储存盒在其上设有孔口，以便于测试物件储放在该储存盒中；或者不设置储放测试物件的储存盒。

31.根据权利要求26～30中任一项所述的搅拌装置，它包括一个用来操作/控制搅拌致冷器的温度调节装置，以便对温度进行控制。

32.根据权利要求26～31中任一项所述的搅拌装置，其特征在于所述热性能测试容器，所述冷端盖和所述冷却热致冷剂管线，它们中任何一个都可设置一电加热器。

33.根据权利要求26～32中任一项所述的搅拌装置，其特征在于通过控制所述搅拌致冷器的电动机朝反向转动，可以提高热性能测试容器的温度。

34.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；

一冷冻/干燥箱，其中在外周面上设置一热交换螺旋管，并能够装有待干燥材料；

和一冷却热致冷剂管线，用来使经所述冷端盖冷却的冷却热致冷剂在所述冷端盖和所述热交换螺旋管之间循环，其特征在于通过操作搅拌致冷器，使冷却热致冷剂通过所述热交换螺旋管，并使所述冷冻/干燥箱进行冷冻/干燥，待干燥材料就可得到干燥。

35.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；

一冷冻/干燥箱，其中设置一热交换螺旋管，并能够装有待干燥材料；

和一冷却热致冷剂管线，用来使经所述冷端盖冷却的冷却热致冷剂在所述冷端盖和所述热交换螺旋管之间循环，其特征在于通过操作所述搅拌致冷器，使冷却热致冷剂通过所述热交换螺旋管，并使所述冷冻/干燥箱进行冷冻/干燥，待干燥材料就可得到干燥。

36.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；

一冷冻/干燥箱，其中引入冷却热致冷剂，并能够装有待干燥材料；

和一冷却热致冷剂管线，用来使经所述冷端盖冷却的冷却热致冷剂在所述冷端盖和所述冷冻/干燥箱内部之间循环，

其特征在于通过操作所述搅拌致冷器，使冷却热致冷剂引入所述冷冻/干燥箱，并进行冷冻/干燥操作，待干燥材料就可得到干燥。

37.根据权利要求1～15中任一项所述的搅拌装置，它包括：

一搅拌致冷器，它密封住工作气体，并设有一用来冷却冷却热致冷剂的冷端盖和一辐射热交换器；

一冷冻/干燥箱，在该箱中所述冷端盖由底部开始从其中通过，该箱中可以装有待干燥材料，

其特征在于通过操作所述搅拌致冷器，并进行冷冻/干燥操作，待干燥材料就可得到干燥。

38.根据权利要求34～37中任一项所述的搅拌装置，它包括：一个用来操作/控制搅拌致冷器的温度调节装置，以便对温度进行控制。

39.根据权利要求34～38中任一项所述的搅拌装置，其特征在于通过控制搅拌致冷器的电动机朝反向转动，可以提高所述冷冻/干燥箱的温度。

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