[發明專利]一種帶有彈簧減震的氣動式G-M制冷機

有效

• 申請號: 201611169176.5
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106766323B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 植曉琴;黃宸;邱利民;夏曦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 徐敏

本發明公開了一種帶有彈簧減震的氣動式G?M制冷機，包括：氣動腔，進氣口與進氣閥和出氣閥連接；氣缸，頂端與氣動腔連通，底端設有冷端換熱器；推移活塞，安裝在所述氣動腔內且兩者之間壁面密封，并在所述氣動腔內的壓差驅動下作往復運動；排出器，安裝在所述氣缸內且兩者之間壁面密封；回熱器，安裝在排出器內；連桿，連接所述推移活塞和所述排出器，所述排出器在所述推移活塞的帶動下在氣缸內作往復運動；所述推移活塞、連桿和排出器中至少一個與所述氣動腔和氣缸中的至少一個通過彈簧連接，所述彈簧限位所述推移活塞碰撞所述氣動腔的端面，限位所述排出器碰撞所述氣缸的端面；本發明可以提升制冷機的穩定性、可靠性以及性能。

技術領域

本發明涉及低溫制冷機技術領域，特別涉及一種帶有彈簧減震的氣動式G-M制冷機。

背景技術

G-M制冷機是一種利用壓縮氣體的絕熱放氣制冷的低溫制冷機，在現代科技、醫學和低溫物理實驗等領域獲得廣泛應用。G-M制冷機分為壓縮機和膨脹機兩大部分，其中壓縮部分多采用普通制冷壓縮機并配以專門的氣體凈化系統，從而使成本降低。按照排出器運動的驅動方式，G-M制冷機可分為機械傳動式和氣動式兩類。

如圖1所示，現有技術的氣動式G-M制冷機的膨脹機部分包括進氣閥2、排氣閥15、氣動腔3、推移活塞5、連桿4、氣缸11、回熱器10、排出器9和冷端換熱器13。推移活塞5在氣動腔3內，并與氣動腔3壁面間隙密封，將氣動腔3分為恒壓腔14和變壓腔6；排出器9設計成空心，回熱器10裝在排出器9內；排出器9置于氣缸11內，并與氣缸11內壁面間隙密封，將氣缸11分為熱腔7和冷腔12；連桿4連接推移活塞5和排出器9；冷端換熱器13安裝于氣缸11的冷腔12末端。進氣閥2、排氣閥15與氣缸11的熱腔7頂端連通，氣動腔3的變壓腔6與氣缸11頂端的熱腔7連通。

氣動式G-M制冷機膨脹機在一個制冷循環中氣壓驅動的四個過程如下：

(1)增壓過程。循環開始，排出器9處于氣缸底部，冷腔12容積為0，熱腔7容積為V。打開進氣閥2，來自G-M制冷機壓縮機的高壓氣體進入膨脹機，對氣動腔3的變壓腔6、氣缸11的熱腔7和回熱器10進行充氣，變壓腔6、熱腔7和回熱器10的壓力p升高。

(2)充氣過程。進氣閥2依然開啟，變壓腔6和氣缸11內的壓力p繼續升高。當變壓腔6內壓力p高于恒壓腔14內壓力p₀時，推移活塞5在兩側壓力差的作用下，通過連桿4帶動排出器7以加速度a₁＝(pA_t-p₀A_t)/(m_t+m_l+m_p)向膨脹機頂端移動，式中，A_t為推移活塞5上下頂面面積，m_t、m_l、m_p分別為推移活塞5、連桿4和回熱器10的質量。此時，氣缸22內熱腔7容積減小，冷腔12容積增大，高壓氣體從熱腔7經回熱器10進入冷腔12，氣體經過回熱器10時，向回熱填料放熱，溫度降低。當推移活塞5撞擊氣動腔3頂時，推移活塞5和排出器9停止運動，氣缸11內冷腔12容積變為V。

(3)放氣過程。進氣閥2關閉，排氣閥15開啟，冷腔12中的氣體經回熱器10向低壓回路放氣，冷腔12中氣壓降低，氣體膨脹過程制冷，制冷量從冷端換熱器輸出。

(4)排氣過程。保持排氣閥15開啟，變壓腔6和氣缸11內壓力p繼續下降，當變壓腔6內壓力p低于恒壓腔內壓力p₀時，推移活塞5在兩側壓力差的作用下，通過連桿4帶動排出器9以加速度a₂＝(p₀A_t-pA_t)/(m_t+m_l+m_p)向膨脹機末端移動，將低壓氣體從冷腔12經回熱器10推移至熱腔7，氣體經過回熱器10時，從回熱填料吸熱，填料溫度下降，氣體溫度升高。當排出器9撞擊氣缸11末端時，推移活塞5和排出器9停止運動，氣缸冷腔容積變為0。排氣閥15關閉，制冷機完成一次循環。