CN87207033U - 低温制冷机 - Google Patents

Abstract

一种低温回热式气体制冷机，具有压缩机、冷却器、换热器、汽缸体、推移活塞和装在推移活塞中的回热器。其设计方案为用一节流隔板，把两个对称的汽缸体和气缸体中自由移动的推移活塞分置于左右，形成二个膨胀机，汽缸体分别与有曲轴带动的两相位差180°的活塞之压缩机的两个压缩腔相连通，并在汽缸与压缩机之间设有冷却器。该制冷机按索尔文循环工作，结构简单，加工制造方便。该机运行时振动和冲击较小，并且有二个换热器，利用效率较高。

Description

本实用新型涉及一种低温回热式气体制冷机，特别是按索尔文（Solvay）循环工作的制冷机。

按索尔文循环，研究制成的索尔文制冷机已为公知（参见西安交通大学边绍雄主编的《小型低温制冷机》，该制冷机应用机械或气动控制的进气阀和排气阀、来控制通过回热器、换热器和膨胀机冷腔的气流和确定压力－容积循环，并特设与膨胀机热腔通过节流元件（小孔或毛细管）相通的波动腔，造成结构复杂，使加工和制造困难，成本高；该制冷机只有一个换热器，使制冷机的利用效力低；并且该制冷机的推移活塞要求较长，相应造成了推移活塞的重量较重，使得制冷机在运行时振动和冲击较大。

鉴于上述已有技术存在的问题，本实用新型的目的是设计一种结构简单，便于加工、制造，成本低的；在运行中振动和冲击较小的；利用效率较高的按索尔文循环工作的低温回热式气体制冷机。

解决上述目的之设计方案为：按索尔文循环工作的低温回热式气体制冷机具有压缩机、冷却器、换热器、汽缸体、推移活塞和装在推移活塞中的回热器，其特征是由节流元件、把两个对称的汽缸体和在汽缸体中自由移动的推移活塞分置于左右，汽缸体分别与有曲轴带动的两个相位差为180°的活塞压缩机的两个压缩腔连通，并在汽缸与压缩机之间设置冷却器。推移活塞分别将汽缸分为两腔，靠近节流元件的为热腔，远离节流元件的为膨胀腔，在推移活塞上有一凹槽和开口设于环形凹槽内与膨胀腔相通的进、出口气道；冷却器为列管式冷却器，即管中通过气体工质，管外通水冷却。现假定制冷机工作进入稳定状态，开始时压缩机一活塞处于下死点，与之相通的汽缸体中的推移活塞处于远离节流元件的位置，另一活塞处于上死点，与之相通的汽缸体中的推移活塞处于最近节流元件的位置。此时，前者热腔最大，后者热腔为零，随着压缩机曲轴的转动，使处于下死点的活塞上移，该压缩腔中压力不断上升，高压气体被排入冷却器冷却后，通过推移活塞的进、出口气道、回热器、换热器进入推移活塞底部；由于前一周期末部分高压气体流入热腔，使热腔的气压较高，所以推移活塞不动。当活塞继续上升，使膨胀腔的压力高于热腔的压力时，推移活塞在两端压力差的作用下迅速向节流元件方向移动。膨胀腔体积增大，高压气体进入膨胀腔，与此同时热腔很快被压缩，当推移活塞向节流元件方向移动，使热腔的气压上升几乎等于进气压力时，热腔气体通过节流元件等速进入另一汽缸中的热腔，故而推移活塞也等速移动，高压气体继续进入膨胀腔，直到最近节流元件的位置。同时，由于通过节流元件流入另一汽缸热腔，使之推移活塞也在两端的压力差作用下，向远离节流元件的方向移动。随着压缩机的曲轴的转动，使处在上死点的活塞下移、压缩腔压力不断下降，使膨胀腔内的冷气体经换热器、回热器推移活塞的进、出口气道、冷却器，流入压缩腔，产生冷效应，直到推移活塞远离节流元件的位置。冷气体流经换热器，向外输出冷量，由于左右对称，当曲轴转过180°产生一相反而类同的工作过程，这样周而复始，即可连续制取冷量。

本实用新型由于采用了用节流元件相隔的二个对称的推移活塞气缸结构，使汽缸的热腔相互作为对方的波动腔，省去了另外设计波动腔；整个制冷机省去了以控制进、出回热器、换热器和膨胀腔的气流的机械或气动控制的进气阀和排气阀，使结构大大地简化，便于加工和制造，使制冷机的成本大大下降。由于采用二个推移活塞和可采用比索尔文制冷机短得多的推移活塞，使重量大大下降，使制冷机在运行时振动和冲击明显减小；由于采用了对称的二个推移活塞形成二个膨胀机，使两端能同时输出冷量，从而使在不增加功耗的前提下输出冷量增加一部、提高了制冷机的利用效率。

下面根据附图所描述的实施例来详细说明。

图1为低温回热式气体制冷机的结构图。

图2为压缩机活塞缸体的散热结构示意图。

图1中所示的制冷机有压缩机、冷却器5、9、换热器12、13、汽缸14推移活塞15、16和装在推移活塞15、16内的回热器6、8、中心带小孔的节流隔板7，把两个对称的推移活塞15、16，分置于气缸14左右，形成二个膨胀机，在推移活塞15、16上有一凹槽和开口设于环形凹槽内与膨胀腔相通的进、出口气道17、18；压缩机为一曲轴2带动的二个相位差为180°的活塞3、4，活塞3、4缸的二个压力腔分别与汽缸14的左右侧面相通，在压力腔与汽缸14中设一列管式冷却器5、9，管中通过气体工质，管外通水冷却。现假设制冷机工作已进入稳定工作状态，开始时活塞3处于下死点、活塞4处于上死点，而推移活塞都处于气缸14各自的右端，因处于上一个循环周期末，所以右膨胀机的热腔处压力PL的气体与节流隔板7左面热腔流入的压力PH的气体混合，其混合压力可视为Pwa＝ 1/2 （PL＋PH），当活塞3上升时，由于右面热腔中的气体还来不及流过节流隔板7的小孔，推移活塞16于左端的压力大于右端的压力即Pmc＝Pwa＞PE，所以推移活塞15、16都不动。随着活塞3的继续上升，压力腔中的压力不断增加，使气体不断通过冷却器5、推移活塞16的进、出口气道17、回热器6、换热器12进入推移活塞16的底部，使压力PE不断提高。当压力PE＞Pmc（Pwa）时，推移活塞16向左移，当活塞3继续上升后，由于节流隔板7小孔的作用使右面热腔的气体几乎等速流入左面热腔，此时推移活塞16左右的压力相等、等速左移，高压气体继续进入膨胀腔，直到推移活塞16移置左端，同时，由于通过节流隔板7流入左热腔的气体使热腔压力升高，使之推移活塞15在两端压力差的作用下，向左移动，并使膨胀腔通过换热器13、回热器8、推移活塞15进、出口气道18、冷却器9与活塞4形成的压缩腔相通，随着曲轴2的转动、活塞4不断下降，压缩腔压力不断下降，使膨胀腔中的冷气体经上述的通道，流入压缩腔产生冷效应。随着推移活塞的左移、最终使膨胀腔的体积为零，冷气体经换热器13向外输出冷量，由于结构对称，所以随着曲轴旋转180°后，产生一相反而类同的工作过程。当曲轴旋转360°每个膨胀机完成一个近似于索尔文循环。这样周而复始，就可连续制取冷量。

上述的换热器12、13为传热性能好的材料制成的一般用紫铜直接焊于缸体14上，可减少冷损。

在推移活塞15、16的进、出口气道17、18与回热器6、8相连之间装稳流器19、20、使流入之气体能更均匀地流过回热器6、8。

在活塞3、4与缸体之间安装一密封圈10、11，以防止活塞3、4移动时把压缩机中的油，带入压缩腔，污染里面的气体工质。

另外，在压缩机的活塞缸外，安装散热片21，用来降低活塞移动时产生的热量，使压缩腔内的气体工质保持较低的温度。

Claims (5)

1、一种低温回热式气体制冷机，具有压缩机、冷却器、换热器、汽缸体、推移活塞和装在推移活塞中的回热器，其特征在于是由节流元件、把两个对称的汽缸体和在气缸体中自由移动的推移活塞分置于左右，汽缸体分别与有曲轴带动的两个相位差为180°的活塞的压缩机的两个压缩腔连通，并在汽缸与压缩机之间设有冷却器。

2、根据权利要求1所述低温回热式气体制冷机，其特征在于冷却器是列管式冷却即在管中通过气体工质，在管外通水冷却。

3、根据权利要求1所述低温回热式气体制冷机，其特征在于内装回热器的推移活塞的推移活塞上开有二环形凹槽和开口设在凹槽内与回热器相通的进、出口气道，在气道与回热器相交处按有一稳流器。

4、根据权利要求1所述低温回热式气体制冷机，其特征在于压缩机活塞与缸体之间装有防止渗油的密封圈。

5、根据权利要求1所述低温回热式气体制冷机，其特征在于节流元件为带小孔的隔板。