Холодильно-газовая машина Советский патент 1988 года по МПК F25B9/00 

С/

с

Сл2

0: ос

СП 00

ОС

; Изобретение относится к холодиль- нЬй технике и предназначено для охлаждения и криостатирования объектов Микроэлектроники, микробиологии, хи- , а также для ожижения газов.

i Цель изобретения - повьшение термодинамической эффективности холо-i дяльно-газовой машины.

На фиг.1 изображена схема холо- днльно-газовой машины; на фиг.2 - различные фазы рабочего цикла машины; на фиг.З - условная индикаторная диаграмма холодной полости машины.

Холодильно-газовая машина содер- ж.лт компрессор 1 с поршнем 2 и полостью 3 сжатия, цилиндр 4 с газовым в:)теснителем 5; разделяющим его на оЗъемы холодной 6 и теплой 7 полостей, теплообменник 8 нагрузки, связанный с холодной полостью 6 и регенератором 9, а последний через линию 13 сжатия связан с полостью 3 сжатия кэмпрессора 1.

Газораспределительное устройство 1 образовано опрокинутым стаканом 12j расположенном в корпусе 13 и подпружиненным пружиной 14, в днище ко- тэрого вьтолнено калиброванное от- в|Ерстие 15, а в его боковой стенке - 16, периодически сообщающее теп лую полость 7 цилиндра 4 с линией 0 скатия компрессора 1„

Конструкция газораспределительного устройства 1 такова, что в моменты нахождения его в верхнем и нюк нем мертвых положениях боковая по- BJepxHocTb стакана 12 и окно 16 соответственно открывают магистрали, свя зМвающие объем теплой полости 7 1 1илиндра с корпусом 13, сообщая пос л|едннж) с линией 10 сжатия компрессо- 1 .

Калиброванное отверстие 15, выполненное в днище опрокинутого стакана, позволяет получить необходимый сдвиг фаз давлений над стаканом и Е|ОД ним. Появляющаяся при этом раз- йость давлений перемещает стакан, Преодолевая силу упругости пружины 1:4. Пружина 14 предназначена для уд ер я|ания газораспределительного стакана 12 в среднем положении, когда объем теплой полости цилиндра и линия сжа- компрессора разобщены.

Машина работает следующим образном .

Перед пуском холодильно-газовой Машины компрессорный поршень 2 нахо-

f

0

дится в произвольном положении, а газораспределительный стакан 12 удерживается пружиной 14 в среднем положении, когда его боковая поверхность разобщает объем теплой полости 7 цилиндра 4 и линию 10 сжатия компрессора.

При движении компрессорного поршня 2 из н.м.т. вверх давление в нижней полости 17 корпуса 13 растет быстрее, чем в верхней полости 18, так как калиброванное отверстие 15 в днище газораспределительного стакана 12 обладает значительным гидросопротив- , лением. Появившаяся разность давле-;- НИИ перемещает газораспределительный стакан 12 вверх, преодопеван силу упругости пружины 4,

Давление в магистрали, содержащей регенератор 9 и теплообменник В нагрузки, нарастает очень медленно ввиду наличия у этих теплообменных аппаратов большого гидравлического

5 сопротивления. Газовый вытеснитель 5 В этот момент находится в нижнем положении, т.е. объем холодной полости максимален (фиг.2а),

При дальнейшем движении компрес0 сорного поршня 2 вверх давление в верхней 18 и нижней 17 полостях еще не выравнялось и газораспределитель- ньй стакан 12 продолжает свое движение к своей в.м. открьшая своей

5 боковой поверхностью магистраль 19, связывающую корпус 13 и теплую полость 7 цилиндра 4, сообщая этим последнюю с линией 10 сжатия посредством нижней полости 17 корпуса 13,При этом газовый вытеснитель 5 перемещается вверх - в холодную полость 6 цилиндра 4, выталкивая из него расширившийся и охлажденный газ при минимальном давлении, В конце этого процесса газовый вытеснитель 5 занимает верхнее крайнее положение - объем холодной полости 6 минимален (фиг.26, процесс 5-6-1 на фиг.З).

Когда компрессорньй поршень 2 находится совсем близко к своей в.м.т. при своем движении вверх, разность давлений между верхней 18 и нижней ,17 полостями корпуса 13 становится меньше силы упр тости пружины 14 и

g она возвращает газор аспределительный стакан 2 в среднее положение, причем его боковая поверхность перекро- .ет магистраль, связьшающую теплую полость 7 цилиндра 4 с корпусом 13,

0

5

0

разобщив первую с линией IО сжатия компрессора. Давление газа в цилиндре 4 при этом близко к максимальному давлению цикла, а-в магистрали, ро- держащей регенератор . 9 и теплообменник 8 нагрузки несколько ниже, так как оба теплообменных аппарата имеют значительное гидросопротивле- ние. Газовый вытеснитель 5 благодаря этой разности давлений .остается в верхнем крайнем положении (фиг.2в,, процесс 1-2 на фиг.З),

В следующий момент компрессорный поршень 2 достигает своей в.м.т. - давление в машине достигает максимума. Газораспределительный стакан 12 при этом удерживается пружиной I4

в среднем положении. Сжатый до макси- 20 достигая максимума в момент, когда

мального давления гаэ при постоянном давлении натекает в холодную полость 6 цилиндра 4, перемещая газовый вытеснитель 5 в среднее сечение последнего (фиг,2г, процесс 2-3 на фиг,3),

Далее KONfflpeccopHbM поршень 2 начинает движение из в,м,т, вниз, В связи с тем, что отверстие 15 обладает значительным гидравлическим сопротивлением, давление в нижней полости 17 корпуса 13 падает быстрее, чем в верхней полости 18. Под действием появившегося перепада давлений в корпусе 13 газораспределительный стакан 12 двигается вниз, преодолевая силу упругости пружины 14, Давление в магистрали, связьшающей холодгазовый вытеснитель 5 занимает нижнее крайнее положение (фиг,2е, процесс 3-4 на фиг,3).

При приближении компрессорного

25 порпшя 2 к н,м,т. разность давлений в корпусе 13 между верхней 18 и нижней 17 полостями становится меньше силы упругости пружины 14 и она возвращает газораспределительный стакан

30 12 в среднее положение, который своей боковой поверхностью перекрывает магистраль, связывающую теплую полость 7 цилиндра 4 с корпзг- сом 13, разобщая тем самьм ее с ли-jc, нией 10 сжатия компрессора. При этом происходит дальнейшее понижение давления в холодной полости 6 цилиндра 4 до минимального давления цикла при

постоянном объеме последней. Этот ную полость 6 цилиндра 4, теплообмен- 40 процесс идет до момента, когда ком- ник 8 нагрузки и регенератор 9 с ли- прессорный поршень 2 достигает своей

нией 10 сжатия падает медленно, так как регенератор 9 и теплообменник 8 нагрузки имеют большое гидросопротивление, поэтому поступивший на расширение в холодную полость 6 газ мак68588

симального давления еще не расширяет ся и газовый вытеснитель 5 остается неподвижным в среднем сечении ци- линдра 4 (фиг.2д).

При дальнейшем движении компрессорного поршня 2 вниз газораспределительный стакан-; 12 доходит до своей Н.М.Т., открьтая через окно 16 маги- 10 страль 20, связвающую теплую полость 7 цилиндра 4 с корпусом 13, сообщая ее посредством нижней полости 17 с линией 10 сжатия. Газ максимального давления, находящийся в холодной по- 15 лости 6 цилиндра 4, при этом расширяется, перемещая газовый вытеснитель 5 вниз к нижнему крайнему положению,

Объем холодной полости 6 в ние этого процесса увеличивается.

газовый вытеснитель 5 занимает нижнее крайнее положение (фиг,2е, процесс 3-4 на фиг,3).

При приближении компрессорного

порпшя 2 к н,м,т. разность давлений в корпусе 13 между верхней 18 и нижней 17 полостями становится меньше силы упругости пружины 14 и она возвращает газораспределительный стакан

12 в среднее положение, который своей боковой поверхностью перекрывает магистраль, связывающую тепую полость 7 цилиндра 4 с корпзг- сом 13, разобщая тем самьм ее с линией 10 сжатия компрессора. При этом происходит дальнейшее понижение давления в холодной полости 6 цилиндра 4 до минимального давления цикла при

н,м,т. Газовый вытеснитель 5 в течении всего процесса находится в нижнем крайнем положении (фиг,2ж, про- цесс 4-5 на фиг,3),

Далее все процессы повторяются.

К

V///////A

-2

Фиг.

Фиг.2

Jf