[发明专利]一种带有弹簧减震的气动式G-M制冷机

说明书

本发明公开了一种带有弹簧减震的气动式G‑M制冷机，包括：气动腔，进气口与进气阀和出气阀连接；气缸，顶端与气动腔连通，底端设有冷端换热器；推移活塞，安装在所述气动腔内且两者之间壁面密封，并在所述气动腔内的压差驱动下作往复运动；排出器，安装在所述气缸内且两者之间壁面密封；回热器，安装在排出器内；连杆，连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带动下在气缸内作往复运动；所述推移活塞、连杆和排出器中至少一个与所述气动腔和气缸中的至少一个通过弹簧连接，所述弹簧限位所述推移活塞碰撞所述气动腔的端面，限位所述排出器碰撞所述气缸的端面；本发明可以提升制冷机的稳定性、可靠性以及性能。

技术领域

本发明涉及低温制冷机技术领域，特别涉及一种带有弹簧减震的气动式G-M制冷机。

背景技术

G-M制冷机是一种利用压缩气体的绝热放气制冷的低温制冷机，在现代科技、医学和低温物理实验等领域获得广泛应用。G-M制冷机分为压缩机和膨胀机两大部分，其中压缩部分多采用普通制冷压缩机并配以专门的气体净化系统，从而使成本降低。按照排出器运动的驱动方式，G-M制冷机可分为机械传动式和气动式两类。

如图1所示，现有技术的气动式G-M制冷机的膨胀机部分包括进气阀2、排气阀15、气动腔3、推移活塞5、连杆4、气缸11、回热器10、排出器9和冷端换热器13。推移活塞5在气动腔3内，并与气动腔3壁面间隙密封，将气动腔3分为恒压腔14和变压腔6；排出器9设计成空心，回热器10装在排出器9内；排出器9置于气缸11内，并与气缸11内壁面间隙密封，将气缸11分为热腔7和冷腔12；连杆4连接推移活塞5和排出器9；冷端换热器13安装于气缸11的冷腔12末端。进气阀2、排气阀15与气缸11的热腔7顶端连通，气动腔3的变压腔6与气缸11顶端的热腔7连通。

气动式G-M制冷机膨胀机在一个制冷循环中气压驱动的四个过程如下：

(1)增压过程。循环开始，排出器9处于气缸底部，冷腔12容积为0，热腔7容积为V。打开进气阀2，来自G-M制冷机压缩机的高压气体进入膨胀机，对气动腔3的变压腔6、气缸11的热腔7和回热器10进行充气，变压腔6、热腔7和回热器10的压力p升高。

(2)充气过程。进气阀2依然开启，变压腔6和气缸11内的压力p继续升高。当变压腔6内压力p高于恒压腔14内压力p₀时，推移活塞5在两侧压力差的作用下，通过连杆4带动排出器7以加速度a₁＝(pA_t-p₀A_t)/(m_t+m_l+m_p)向膨胀机顶端移动，式中，A_t为推移活塞5上下顶面面积，m_t、m_l、m_p分别为推移活塞5、连杆4和回热器10的质量。此时，气缸22内热腔7容积减小，冷腔12容积增大，高压气体从热腔7经回热器10进入冷腔12，气体经过回热器10时，向回热填料放热，温度降低。当推移活塞5撞击气动腔3顶时，推移活塞5和排出器9停止运动，气缸11内冷腔12容积变为V。

(3)放气过程。进气阀2关闭，排气阀15开启，冷腔12中的气体经回热器10向低压回路放气，冷腔12中气压降低，气体膨胀过程制冷，制冷量从冷端换热器输出。

(4)排气过程。保持排气阀15开启，变压腔6和气缸11内压力p继续下降，当变压腔6内压力p低于恒压腔内压力p₀时，推移活塞5在两侧压力差的作用下，通过连杆4带动排出器9以加速度a₂＝(p₀A_t-pA_t)/(m_t+m_l+m_p)向膨胀机末端移动，将低压气体从冷腔12经回热器10推移至热腔7，气体经过回热器10时，从回热填料吸热，填料温度下降，气体温度升高。当排出器9撞击气缸11末端时，推移活塞5和排出器9停止运动，气缸冷腔容积变为0。排气阀15关闭，制冷机完成一次循环。