專利名稱：氣力驅(qū)動(dòng)的吉福特-麥克馬洪制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種制冷機(jī)，它用于氣體制冷過(guò)程。
現(xiàn)有的吉福特一麥克馬洪(以下簡(jiǎn)稱為G－M)制冷機(jī)存在以下的不足之處1)它采用的機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，活塞的運(yùn)動(dòng)和制冷腔進(jìn)、排氣的控制均由偏心輪驅(qū)動(dòng)。由于偏心輪在低速電機(jī)帶動(dòng)下作連續(xù)的回轉(zhuǎn)，使活塞在兩極端位置上沒(méi)有停留的時(shí)間，因此造成制冷腔進(jìn)、排氣時(shí)間上的超前。其結(jié)果是活塞的運(yùn)動(dòng)軌跡偏離了理想的G－M循環(huán)，制冷效率較低。2)機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)部件比較多，例如有進(jìn)排氣閥桿、閥座、彈簧、搖臂、調(diào)節(jié)螺桿、偏心輪、軸承、框架等等，它們?cè)诩庸ず脱b配上的要求比較高，因此成本較大，并且對(duì)于進(jìn)、排氣角度的調(diào)整比較麻煩，甚至在運(yùn)行過(guò)程中還需進(jìn)行。3)二級(jí)活塞環(huán)是一種制造工藝復(fù)雜、產(chǎn)品合格率較低的開(kāi)口彈力環(huán)，不僅成本較高而且工作中對(duì)缸壁產(chǎn)生的彈力不均勻，既影響密封效果又造成缸壁的不均勻磨損。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用壽命長(zhǎng)、制冷效率高的G－M制冷機(jī)，它應(yīng)具有較少的零部件，并且加工、裝配調(diào)試較容易；它的二級(jí)活塞環(huán)在工作中氣密性好、對(duì)缸壁的磨損均勻；它的活塞運(yùn)動(dòng)軌跡較接近理想的G－M循環(huán)。
本實(shí)用新型制冷機(jī)是對(duì)現(xiàn)有的G－M制冷機(jī)的一種改進(jìn)。改進(jìn)從兩方面著手，一方面是以氣力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)取代機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，另一方面以一種能對(duì)氣缸壁產(chǎn)生均勻彈力的彈力環(huán)取代現(xiàn)有的開(kāi)口彈力環(huán)。
氣力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含有一個(gè)由低速電機(jī)帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閥盤(pán)、一個(gè)在機(jī)架內(nèi)固定的閥座和一個(gè)能使閥盤(pán)同閥座接觸予緊的彈簧。閥盤(pán)上帶有同高壓氣或低壓氣空間相連通的槽道，閥座內(nèi)則有同氣動(dòng)腔或制冷腔相連通的孔道。旋轉(zhuǎn)的閥盤(pán)可以依次同閥座上的各個(gè)孔道接通，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)并完成G－M制冷循環(huán)中的升壓、等壓進(jìn)氣、膨脹放氣、等壓排氣四個(gè)過(guò)程。
二級(jí)活塞環(huán)還是內(nèi)、外環(huán)的結(jié)構(gòu)，但內(nèi)環(huán)是用彈簧鋼絲傾斜繞成的螺旋圓環(huán)，外環(huán)仍采用帶開(kāi)口的環(huán)。驅(qū)動(dòng)活塞和一級(jí)活塞的活塞環(huán)內(nèi)環(huán)仍用現(xiàn)有制冷機(jī)中的“O”型橡膠圈。
下面將通過(guò)實(shí)施例并對(duì)照附圖，對(duì)本實(shí)用新型制冷機(jī)作進(jìn)一步的敘述。附圖內(nèi)容如下


圖1是氣力驅(qū)動(dòng)的G－M制冷機(jī)正視的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2是閥盤(pán)、閥座在接觸面N－N上的視圖，其中(a)代表閥座、(b)表示閥盤(pán)；圖3是閥盤(pán)、閥座在工作中的兩個(gè)位置上的旋轉(zhuǎn)剖視圖，其中(c)是G－M循環(huán)中的升壓和等壓進(jìn)氣過(guò)程某瞬間的位置，(d)是放氣和等壓排氣某瞬間的情況；圖4是二級(jí)活塞環(huán)結(jié)構(gòu)圖，其中(e)是斷面圖，(f)是它在活塞上安裝后的正剖視圖。
從
圖1上可以看到氣力驅(qū)動(dòng)的G－M制冷機(jī)的活塞包含了驅(qū)動(dòng)活塞4、一級(jí)活塞41、二級(jí)活塞42三個(gè)部分，其中在一級(jí)活塞的內(nèi)部空間帶有一級(jí)蓄冷器61、二級(jí)活塞的內(nèi)部空間帶有二級(jí)蓄冷器62，這三部分活塞連成一個(gè)整體，并可在氣缸5內(nèi)作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。一級(jí)活塞同氣缸內(nèi)壁之間形成一級(jí)制冷腔51、二級(jí)活塞同氣缸內(nèi)壁之間形成二級(jí)制冷腔52。氣缸上方安裝了一個(gè)固定不動(dòng)的閥座3，驅(qū)動(dòng)活塞4可伸入它的底部空間，并在此形成氣動(dòng)腔50。由低速電機(jī)1帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閥盤(pán)2位于閥座上面，它與閥座之間的平面接觸密封是靠彈簧7的予緊力和工作中閥盤(pán)上的高低壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)。
罩殼8使低速電機(jī)、閥盤(pán)、閥座處于高壓氣的密閉空間，高壓氣進(jìn)口81在罩殼表面，低壓氣排放管82則穿過(guò)罩殼同閥座連接。
閥盤(pán)的結(jié)構(gòu)可以從圖2(b)和圖3上看到。它帶有氣動(dòng)腔排氣槽21、氣動(dòng)腔進(jìn)氣槽道22、制冷腔排氣槽道23、低壓氣排放通道24、制冷腔進(jìn)氣槽道25和高壓進(jìn)氣槽道26。閥盤(pán)采用自潤(rùn)滑性能好的材料制造。閥座的結(jié)構(gòu)可以從圖2a和圖3上看到，它帶有氣動(dòng)腔進(jìn)氣或排氣的孔道31、制冷腔的進(jìn)氣或排氣孔道32和位于其中心的低壓氣排放孔道33。閥座用合金鋼加工制造，并經(jīng)硬化處理。
圖3c工作位置是圖2b中閥盤(pán)上的點(diǎn)Ⅰ轉(zhuǎn)到圖2a閥座上的點(diǎn)Ⅱ，這時(shí)罩殼8內(nèi)的高壓氣經(jīng)槽道26、25和孔道32依次進(jìn)入制冷腔61、62。圖中以實(shí)線箭頭表示此高壓進(jìn)氣方向。與此同時(shí)，氣動(dòng)腔50內(nèi)的低壓氣經(jīng)孔道31、槽道21與24、孔道33，最后從低壓排放管82排出機(jī)外。圖中虛線箭頭表示排氣通路，這時(shí)，活塞在壓差作用下向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)升壓、等壓進(jìn)氣過(guò)程。
圖3d的工作位置是圖2b中閥盤(pán)上的點(diǎn)Ⅲ轉(zhuǎn)到圖2a閥座上的點(diǎn)Ⅱ，這時(shí)制冷腔進(jìn)行放氣和等壓排氣過(guò)程。低壓氣體經(jīng)閥座孔道32、閥盤(pán)槽道23、24及閥座孔道33，以及罩殼上的低壓排放管82排出機(jī)外。圖中虛線表示排氣方向。
從圖2的閥盤(pán)、閥座平面圖上可以看到本實(shí)施例制冷機(jī)內(nèi)只具有一組槽道或孔道，因此電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一次活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一個(gè)制冷循環(huán)。如果在閥盤(pán)和閥座內(nèi)分別布置兩組對(duì)稱的進(jìn)排氣槽道或孔道，那么電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周活塞可往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，完成兩個(gè)制冷循環(huán)。
本實(shí)施例中的二級(jí)活塞環(huán)可以從圖4上看到，其內(nèi)環(huán)431是用彈簧絲傾斜繞制成螺旋彈簧，然后將其彎制成圓環(huán)；外環(huán)432是兩個(gè)帶開(kāi)口的結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的環(huán)，它們依次地安裝到內(nèi)環(huán)外表面上，并且開(kāi)口位置在周向錯(cuò)開(kāi)。
本實(shí)用新型制冷機(jī)具有以下的優(yōu)點(diǎn)1)用氣力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)取代了機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之后，運(yùn)動(dòng)部件明顯減少，尤其是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)減少了十個(gè)零件，并且易損件減少了一半。既降低了制冷機(jī)的成本又提高了工作的可靠性。2)機(jī)械裝配成功之后，不需在運(yùn)轉(zhuǎn)中作任何調(diào)整，因此方便了用戶。3)二級(jí)活塞環(huán)改進(jìn)之后，提高了低溫缸內(nèi)的密封效果，并且有利于活塞環(huán)的成本降低和對(duì)氣缸壁磨損的減少。4)使制冷機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)軌跡趨近于理想的G－M循環(huán)，制冷效率較高。
權(quán)利要求1.一種由低速電機(jī)1和一個(gè)由驅(qū)動(dòng)活塞4、內(nèi)部空間帶一級(jí)蓄冷器61的一級(jí)活塞41、內(nèi)部空間帶二級(jí)蓄冷器62的二級(jí)活塞42連成一個(gè)整體的活塞，以及一個(gè)供活塞在其內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)并帶有制冷腔51、52和氣動(dòng)腔50的氣缸5的氣力驅(qū)動(dòng)的吉福特一麥克馬洪制冷機(jī)，其特征是1)它具有一個(gè)由低速電機(jī)1帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)活塞軌跡按理想的G-M循環(huán)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成制冷腔進(jìn)排氣的氣力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；2)二級(jí)活塞環(huán)包含了一個(gè)用彈簧鋼絲傾斜繞制成的圓環(huán)431作內(nèi)環(huán)，和在內(nèi)環(huán)外表面上套合的開(kāi)口環(huán)432。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷機(jī)其特征是所說(shuō)的氣力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含有一個(gè)帶有同氣動(dòng)腔或制冷腔相連通的孔道31、32和低壓氣排放孔道33的閥座，一個(gè)帶有氣動(dòng)腔進(jìn)排氣槽道21、22和制冷腔進(jìn)排氣槽道23、24、25、26，并由低速電機(jī)1帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)以達(dá)到周期性地與閥座上的孔道接通完成活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)和制冷腔進(jìn)排氣的閥盤(pán)2，以及使閥盤(pán)與閥座之間獲得予緊實(shí)現(xiàn)平面予密封的彈簧7和一個(gè)能使閥盤(pán)、閥座、低速電機(jī)處于高壓氣密閉系統(tǒng)中，且其表面帶有壓力氣體進(jìn)口81和低壓氣排放管82的罩殼8。
專利摘要一種用于氣體制冷的機(jī)械。它以氣力驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶有與氣動(dòng)腔或制冷腔連通的閥座，能在旋轉(zhuǎn)中周期性地把高壓氣源或低壓排放空間與閥座上的孔道相連通實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的閥盤(pán)，以及使閥盤(pán)、閥座接觸預(yù)緊的彈簧。它解決了機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件多、活塞運(yùn)動(dòng)軌跡不理想和二級(jí)活塞環(huán)對(duì)缸壁的彈力不勻且制造難的問(wèn)題。本實(shí)用新型制冷機(jī)與傳統(tǒng)的G-M制冷機(jī)相比，驅(qū)動(dòng)件少十個(gè)易損件少1/2；制冷效率較高；二級(jí)活塞環(huán)制造方便、對(duì)缸壁的彈力均勻。
文檔編號(hào)F25B1/02GK2117572SQ91232330
公開(kāi)日1992年9月30日 申請(qǐng)日期1991年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月13日
發(fā)明者劉香廷, 查文杰, 沈雪傳 申請(qǐng)人:杭州制氧機(jī)研究所