[实用新型]低温压缩机

说明书

低温压缩机。本实用新型是用于产生低温（77K温区或77K以下温区）高压气体的装置。它适用于低温制冷机系统以及一切需要低温高压气体的场合。本实用新型属于气体制冷机领域，也涉及到机械制造行业和活塞式压缩机领域。

获得高压气体的方法有许多种。目前，大多数方法已经工业化并大规模生产。但是要对气体实现低温压缩，产生低温（77K温区或77K以下温区）高压气体，仍然没有成熟的方法应用于气体制冷机领域。然而，低温压缩机又是气体制冷机一个理想的、必要的关键设备。目前，现有热压缩机一般是利用800K以上的高温做热源，以室温做冷源，只能实现室温压缩。活塞式压缩机一般也同样是在室温下完成气体压缩的。这些压缩机与制冷机匹配必须用换热器和制冷机相连接。这种结合使得制冷机结构复杂，而且室温状态下的压缩机很容易产生低温下堵塞系统的杂质，使制冷机的可靠性降低。如果实现了低温压缩，和制冷机结合就省去了一个换热器，并能得到不容易堵塞制冷机的高纯气体，那将使得制冷机的结构紧凑，效率提高，可靠性增加。

本实用新型的目的是为了克服不能使气体实现低温压缩的缺陷而通过对现有室温热压缩机的结构进行改进，利用液氮等低温条件实现低温压缩，使得其适用于低温制冷机领域或者其它一切需要低温高压气体的场合。

以下结合附图对本实施方案作详细叙述。

低温热压缩机是利用气体压力随温度升降涨落的原理而工作的，其结构如图1示。其中：①是驱动机构，它是由能够产生往复运动的任意机械结构组成；②是气缸；③是推移活塞；④和⑤分别是在低温下工作的高压排气阀门和低压进气阀门，它们可以采用低温电磁阀门、低温簧片阀、低温单向阀、低温旋转阀和其它一些低温阀门；⑥是低温端换热器，低温端一般是采用液氮（77K）做为冷源，也可以采用液氢（20K）或液氦（4.2K）等低温条件作为冷源；⑦是回热器，它是由不同目数的高热容网状材料组成；⑧是热端换热器，其中热端可以是室温，也可以是利用太阳能、化学能、电能等热能产生的高于室温的温度。驱动机构①用来驱动气缸②中的推移活塞③，使其在气缸③中做往复运动，高压排气阀④和低压进气阀门⑤连接在气缸②下端，低温端换热器⑥连接在气缸②下端和回热器⑦下端之间，热端换热器⑧连接在气缸②上端和回热器⑦上端之间。

本方案的工作原理如下：当推移活塞处于下死点时，系统内的气体大部分处于热腔中，此时，由于系统内气体的平均温度最高，因此，系统内气体的压力也为最高；当推移活塞开始向上运动时，驱使热腔中的热气体经回热器流向冷腔，这样系统内气体的平均温度开始下降，因此系统内气体的平均压力也随之降低，这实际上是一个膨胀过程；当系统内气体的压力下降到进气压力时，进气阀门打开，开始吸入低压气体，直到推移活塞到达上死点，这是一个等压吸气过程；接着，推移活塞向下运动，与膨胀过程相反，冷腔中的冷气体经回热器流向热腔，系统内气体的平均温度随之上升，因此系统内气体的平均压力也相应增加，这实际上是一个压缩过程；当系统内气体的压力上到排气压力时，排气阀打开，开始排出高压气体，直到推移活塞到达下死点，这是一个等压排气过程；以后往复循环。由于热腔和冷腔之间通过一个回热器相连接，而且由于回热器两端的压差很小，因此，系统内各处气体压力几乎相等，所以，推移活塞运动只需要克服摩擦和气体流动阻力而消耗很少的机械功。这也是本方案的重要特征之一。本方案的特点是利用热能来直接压缩气体的，而不需要大量的机械能。因此低温热压缩机和普通压缩机相比较，具有振动  小、噪音低、运行可靠、寿命长，而且气体不受污染的特点；和制冷机结合就减少了一个室温到液氨（77K）或液氢（20K）和液氦（4.2K）温区的换热器，那将使得制冷机的结构紧凑、效率提高、可靠性增加。低温热压缩机和普通热压缩机比较，具有压比高的优点。