Газовая холодильная машина,работающая по циклу Гиффорда и Мак-Магона Советский патент 1985 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при создании высокоэффективных систем, работающих по циклу Гиффорда и Мак-Магона. Известна газовая холодильная машина (ГХМ), содержащая компрессор, снабженный поршнем и клапанами, соединенными с рабочим цилиндром, в котором размешен вытеснитель, образующий в указанном цилиндре холодную и теплую полости, соединенные через регенератор с клапанами компрессора 1.

Недостатками этой конструкции являются низкая эффективность и невысокий ресурс работы, что связано со значительными удельными теплопритоками через вытеснитель в холодную полость, так как скорость перемещения вытеснителя мала, а также с наличием уплотнений в теплой зоне, которые не выдерживают длительной работы при высокой скорости перемещения вытеснителя. Известна также ГХМ| работающая, по циклу Гиффорда и Мак-Магона, содержащая порщневой компрессор с камерой сжатия снабженной всасывающим и нагнетательным клапанами и сообщенной с пневмоцилиндром, имеющим вытеснитель с регенератором 2.

Недостатками известной конструкции являются наличие перетечек газа из теплой зоны в холодную и трения между вытеснителем и рабочим цилиндром, что снижает ресурс работы,, увеличивает тeпJJOпpитоки из теплой полости в холодную и не дает возможности существенно повысить эффективность машины в целом.

Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в газовой холодильной машине, работающей по циклу Гиффорда и Мак-Магона, содержащей поршневой компрессор с камерой сжатия, снабженной всасывающим и нагнетательным клапанами и сообщенной с пневмоцилиндром, имеющим вытеснитель с регенератором, камера сжатия под нагнетательным клапаном имеет дополнительный объем со своим нагнетательным и обратным клапанами, через которые этот объем соединен с пневмоцилиндром.

При этом в линию связи дополнительного объема с пневмоцилиндром, имеющую нагнетательный клапан, дополнительно включены капилляры, размещенные в регенераторе.

На чертеже изображена ГХМ.

ГХМ содержит поршневой компрессор 1 с поршнем 2, размещенным с зазором 3, который соединен с камерой 4 сжатия, снабженной всасывающими клапанами 5 и нагнетательным клапаном 6. Полость 7 нагнетания расположена вдоль цилиндра 8, по окружности которого равномерно расположены дроссельные отверстия 9. Камера 4 сжатия сообщена с пневмоцилиндром 10, имеющим вытеснитель 11 и регенератор 19

и снабжена под нагнетательным клапаном 6 дополнительным объемом 13 со своим нагнетательным клапаном 14 и обратным клапаном 15, через которые этот объем соединен с пневмоцилиндром 10, причем дополнительный объем 13 отделен от камеры 4 сжатия кольцевой выточкой 16. Полость 7 нагнетания соединена через ресивер 17, теплообменник 18 и впускной клапан 19 с теплой полостью 20 пневмоцилиндра 10 и

регенератором 12. На торце холодной полости 21 установлен охлаждаемый объект 22. Дополнительный объем 13 сообщен через нагнетательный клапан 14, теплоообменник 23, выполняющий одновременно роль ресивера, и коллектор 24 с зазором 25, об разованным между пневмоцилиндром 10 и вытеснителем -11. Причем в линии связи дополнительного объема 13 с пневмоцилиндром 10 дополнительно включены капиляры 26, размещенные в регенераторе 12. Газ из

0 пневмоцилиндра 10 выпускается .через выпускной клапан 27 и подается в компрессор 1 по линии всасывания 28.

В установившемся режиме машина работает следующим образом.

При ходе поршня 2 вниз газ из линии

5 всасывания 28 через всасывающие клапаны 5 поступает в камеру 4 сжатия и дополнительный объем 13. При ходе поршня 2 вверх происходит сжатие газа одновременно в камере 4 и объеме 13. При достижении давления, равного давлению в ресивере 17, клапан 6 открывается, и сжатый газ поступает в полость 7 нагнетания, откуда направляется в ресивер 17, часть его через дроссели 9 подается в зазор 3, создавая в нем несуший газовый слой, предотвращающий касание поршня 2 о цилиндр 8. Далее газ из ресивера 17 через теплообменник 18, где он охлаждается до температуры окружающей среды, поступает к клапану 19. При дальнейшем ходе поршня 2 вверх он отсекает объем 13 от камеры 4

и продолжает сжимать газ. в объеме 13 до давления газа в теплообменнике 23, который одновременно выполняет роль ресивера, так как расход газа через него весьма мал. При выравнивании давлений в объеме 13 и теплообменнике 23 клапан 14

открывается, и сжатый до более высокого давления газ из объема 13 после охлаждения до температуры окружающей среды в теплообменнике 23 поступает в коллектор 24 и далее через капилляры 26, где приобg ретает температуру соответствующей части насадки регенератора 12, истекает в зазор 25, создавая несущий газовый слой, представляющий касание вытеснителя 11 о пневмоцилиндр 10.

При открытии впускного клапана 19, когда вытеснитель 11 находится в нижней мертвой точке, сжатый газ поступает в теплую полость 20 и регенератор 12. В это время выпускной клапан 27 закрыт. Затем при открытом впускном клапане 19 вытеснитель

11 поднимается вверх, переталкивая газ из полости 20 через регенератор 12, где он охлаждается до температуры, близкой к температуре охлаждаемого объекта 22, в холодную полость 21. После заполнения полости 21 впускной клапан 19 закрывается и открывается выпускной клапан 27, в результате чего происходит расширение газа во всех объемах, ограниченных клапанами 19 и 27, до величины давления всасывания. Далее вытеснитель 11 движется вниз, а охлажденный при расширении газ отбирает тепло у охлаждаемого объекта 22. Затем цикл повторяется. Клапан 15 служит для регулировки величины превышения давления в объеме 13 над давлением в камере 4. Так как давление газа в объел е 13 всегда выше, чем в полостях 20 и 21, то в любой момент времени осуществляется истечение газа из капилляров 26 в зазор 25. Это обеспечивает постоянное надежное центрирование вытеснителя 11, что дает возможность обеспечить его работоспособность при весьма малых зазорах относительно пневмоцилиндра 10 без угрозы заклинивания. Кроме того, истекаюш,ий из капилляров 26 газ имеет температуру, соответствуюш.ую температуре зоны, где находятся эти капилляры, его расход по сравнению с расходом газа из полостей 20 и 21 незначителен (в связи с возможностью организации работь1 вытеснителя 11 с минимальным зазором 25 в связи с чем влияние расхода этого газа

на термодинамику цикла несущественно. Однако само наличие потоков центрирующего газа полностью предотвращает перетечки газа из теплой полости 20 в холодную полость 21 и наоборот, что снижает теплоперенос из теплой зоны в холодную, а в

совокупности с возможностью существенного увеличения скорости возвратно-поступательного движения вытеснителя 11 без потерь на трение позволяет не только компенсировать затраты (весьма незначительные) на центрирование вытеснителя 11, но

и повысить экономичность работы холодильной машины за счет снижения удельнь1х (за один цикл) потерь от теплопереноса, а также существенно увеличить ресурс работы (за счет полного исключения

трения вытеснителя 11 о пневмоцилиндр 10) в 2-3 раза.

Таким образом, это позволяет при одной и той же холодопроизводительности снизить вес и габариты машины (особенно узла вытеснителя, что наиболее важно и ценно) и повысить эффективность машины в целом.

1. ГАЗОВАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА, РАБОТАЮЩАЯ ПО ЦИКЛУ ГИФФОРДА И МАК-МАГОНА, содержащая поршневой компрессор с камерой сжаrV W 2f тия, снабженной всасываюш,им и нагнетательным клапанами и сообщенной с пневмоцилиндром, имеющим вытеснитель с регенератором, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, камера сжатия над нагнетательным клапаном имеет дополнительный объем со своим нагнетательным и обратным клапанами, через которые этот объем соединен с пневмоцилиндром. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что в линию связи дополнительного объема с пневмоцилиндром, имеющую нагнетательный клапан, дополнительно включены капилляры, размешенные в регенераторе. (Л со со ;о 00 СХ)