Холодильно-газовая машина Советский патент 1987 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к холодильной технике, предназначено для охлаждения и криостатирования объектов микроэлектроники.

Цель изобретения - уменьшение габаритов машины, повышение экономичности и упрош.ение конструкции.

На чертеже представлена схема холодиль- но-газовой машины.

Холодильно-газовая машина содержит полость сжатия 1 компрессора с поршнем 2, цилиндр 3 со свободным вытеснителем 4, делящим его на теплую 5 и холодную 6 полости, регенератор 7, теплообменник нагрузки 8, связанный с холодной полостью 6 цилиндра 3 и через регенератор 7 - с полостью сжатия 1, камеру газового тормоза 9, корпус 10 золотника 11, разделенный на две части перегородкой 12 с отверстием на рабочую 13 и дополнительную 14 полости, причем золотник 11 имеет радиальное отверстие 15, соединенное с осевым каналом 16, и кольцевую проточку 17. Машина содержит также теплообменники 18 и 19 для отвода тепла сжатия.

Машина работает следующим образом.

Перед пуском холодильно-газовой машины все поршни 2, 4, 11) находятся в произвольном положении. Возвратно-поступательное движение порщня 2 вызывает пульсацию давления во всех объемах машины (1, 5, 6, 9, 10, 13, 14). При этом, благодаря неизбежным перетечкам между золотником 11 и корпусом 10 и далее по осевому каналу 16, поступающим в дополнительную полость 14, золотник 11 будет выведен из верхнего положения (если он находился в нем в начальный момент) и через малый промежуток времени будет перемещаться синхронно с компрессорным порщнем 2. Золотник 11 при возвратно-поступательном движении осуществляет необходимое газораспределение между тепловой полостью 5, полостью сжатия 1 компрессора и камерой газового тормоза 9, обеспечивая необходимый сдвиг фаз между перемещениями вытеснителя 4 и компрессорного поршня 2.

При движении компрессорного поршня 2 из своей нижней точки вверх золотник 11 также движется вверх из своей нижней мертвой точки. При этом посредством кольцевой проточки 17 теплая полость 5 цилиндра 3 сообщается с полостью сжатия 1 и вытеснитель 4 движется вверх, выталкивая из холодной полости 6 охлажденный в предыдущей фазе газ через теплообменник нагрузки 8 в регенератор 7. Давление в магистрали, содержащей регенератор 7 и теплообменник нагрузки 8, растет медленно из-за наличия большого гидравлического сопротивления в этих аппаратах, что и позволяет вытеснителю 4 двигаться вверх. В этой фазе золотник 11 своей боковой поверхностью перекрывает магистраль, соединяющую камеру газового тормоза 9 с

тепловой полостью 5 цилиндра 3. Давление газа во всей машине растет, кроме камеры газового тормоза, где оно имеет величину минимального давления цикла.

При приближении компрессорного поршня 2 к своему верхнему мертвому положению кольцевая проточка 17 золотника 11 все еще сообщает полость сжатия 1 с теплой полостью 5 цилиндра 3, а боковая поверхность золотника 11 перекрывает магистраль, соединяющую камеру газового тормоза 9 с теплой полостью 5. Вытеснитель 4 при этом уже достиг своего верхнего мертвого положения и удерживается в нем за счет разности давлений со стороны теплой 5 и холодной 6 полостей, которую составляют гидравлические сопротивления регенератора 7 и теплообменника нагрузки 8. В момент, когда компрессорный поршень 2 уже совсем близок к своему верхнему .мертвому положению, золотник 11 достигает

0 своего верхнего мертвого положения, упираясь в перегородку 12. При этом своей боковой поверхностью золотник 11 разобщит полость сжатия 1 и теплую полость 5 цилиндра 3, а радиальным отверстием 15 соединит камеру газового тормоза 9 с теплой полостью 5. Сжатый газ, охлажденный в регенераторе 7 и прошедший теплообменник нагрузки 8, начнет натекать в холодную полость 6, перемещая вытеснитель 4 в среднее сечение цилиндра 3. Процесс этот идет

Q при постоянном давлении, равном максимальному давлению цикла, до достижения компрессорным поршнем своего верхнего мертвого положения, а давление в камере газового тормоза 9 достигнет максимального значения.

Далее компрессорный поршень 2 начинает свое движение из верхней мертвой точки вниз. Золотник 11 при этом движется от своей верхней мертвой точки также вниз, разобщая камеру газового тормоза 9 с теплой полостью 5 цилиндра 3, а по0 средством кольцевой проточки 17 соединяя последнюю с полостью сжатия 1. Сжатый в предыдущей фазе газ, находящийся в холодной полости 6, расширяется, перемещая вытеснитель 4 вниз. Объем холодной полости при этом увеличивается.

При приближении компрессорного поршня 2 к своему нижнему мертвому положению золотник 11 также приближается к своему нижнему мертвому положению. Теплая полость 5 остается сообщенной с по0 лостью сжатия 1 посредством кольцевой проточки 17, а камера газового тормоза еще разобщена с теплой полостью 5, так как боковая поверхность золотника 11 перекрывает магистрали, связывающие их. Вытеснитель 4 при этом дошел до своего ниж5 него мертвого положения, а объем холодной полости 6 в этот момент достигает максимального значения. Процесс расширения продолжается при этом при постоян

НОМ объеме холодной полости 6, причем сопровождается он перетеканием части холодного газа из холодной полости 6 через теплообменник нагрузки 8 и регенератор 7 в полость сжатия 1.

В следующий момент, когда компрессорный поршень 2 близок к своему нижнему мертвому положению, а золотник 11 достигает нижнего мертвого положения, боковая поверхность золотника 11 перекроет магистраль, соединяющую теплую полость 5 с полостью сжатия 1, а верхний торец золотника 11 откроет магистрали, сообщающие между собой камеру газового тормоза 9 с теплой полостью 5. Так как давление газа в камере газового тормоза 9 в этот момент равно максимальному давлению цикла, а давление в холодной полости 6 равно минимальному давлению цикла, то под действием этой разности давлений вытеснитель 4 переместится в среднее сечение цилиндра 3, выталкивая охлажденный газ из холодной полости 6 через теплообменник нагрузки 8 и регенератор 7 в полость сжатия 1. Давление в камере газового тормоза 9 при этом достигает величины минимального давления цикла.

Далее все процессы повторяются.

При перепуске газа в камеру 9 газового тормоза и из нее в моменты максимального и минимального давления цикла происходит частичное перемещение вытесни-

теля 4 в полости цилиндра 3. Для того, чтобы перемещение вытеснителя было частичным, объем камеры 9 газового тормоза должен быть соизмерим с объемом холодной полости 6 цилиндра 3.

0

5

0 s

Формула изобретения

1.Холодильно-газовая машина, содержащая цилиндр со свободным вытеснителем, разделяющим его на холодную и теплую полости, регенератор, соединенный с камерой газового тормоза и через теплообменник нагрузки с холодной полостью цилиндра, отличающаяся тем, что, с целью умень- щения габаритов мащины и повыщения экономичности путем уменьшения удельного расхода газа, камера газового тормоза соединена с теплой полостью цилиндра через газораспределите тьное устройство.

2.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, газораспределительное устройство выполнено в виде корпуса со свободным цилиндрическим золотником, корпус газораспределителя разделен перегородкой с отверстием на дополнительную и рабочую полости, причем последняя соединена с теплой полостью цилиндра, камерой газового тормоза и регенератором, а золотник выполнен с кольцевой проточкой и соединенными между собой осевым каналом и радиальным отверстием.

Изобретение относится к холодильной технике и предназначено для охлаждения и криостатирования объектов микроэлектроники. Цель изобретения - уменьшение габаритов машины, повышение экономичности и упрошение конструкции. Газораспределительное устройство соединяет газовый тормоз 9 и тепловую полость (П) 5 цилиндра 3. Корпус 10 золотника 11 разделен перегородкой 12 с отверстием на дополнительную и рабочую П 14 и 13. Золотник 11 выполнен с кольцевой проточкой 17 и радиальным отверстием 15, соединенным с осевым каналом 16. При таком выполнении золотник 11 осуществляет газораспределение между тепловой П 5, П 1 сжатия компрессора и камерой газового тормоза 9. В результате этого обеспечивается необходимый сдвиг фаз между перемещениями вытеснителя 4 и компрессорного поршня 2. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л ьо со О5 со -/ 2