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

Изобретение м.б. использовано в микробиологии, микроэлектронике химии, физике, а также при ожижении газов. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности холодильно-газовой машины. Вытеснитель выполнен в виде цилиндра со ступенями разного диаметра. Ступень 3 меньшего диаметра снабжена поршнем rjг 4, жестко связанным с перегородкой, размещенной в ступени большего диаметра с образованием в этой ступени полости 10, связанной с полостью 9 сжатия вытеснителя посредством регулируемого гидросопротивления I1. При опускании компрессорного поршня 2 к нижней мертвой точке (НМТ) возникающая от перепада давлений в полостях 9 и 10 сила перемещает поршень 4 со стаканом 8 вниз, происходит расширение газа в полости 5. По достижении поршнем 4 НМТ происходит дальнейшее понижение давления в полости 5 расширения до минимального давления цикла при постоянном объеме. Когда поршень 2 достигнет НМТ, поршень 4 со стаканом 8 возвращается в среднее положение, происходит выталкивание порции газа при минимальном давлении из полости 5 расширения в полость 1 сжатия компрессора. 1 ил. ts сл со ;о СП эо

Изобретение относится к холодильной технике и предназначено для охлаждения и криостатирования объектов микроэлектроники, микробиологии, химии, физики, а также для ожижения газов.

Целью изобретения является повы- а1ение термодинамической эффективности холодильно-газовой машины (ХГМ).

На чертеже представлена схема холодильно-газовой машины.

Машина содержит поршневой компрессор с полостью 1 сжатия и поршнем 2 ступень 3 цилиндра вытеснителя, содержащую поршень 4 с полостью 5 расширения. К ступени 3 примыкает

ступень 6, внутренний объем которой разделен упругой перегородкой в виде подпружиненного пружиной 7 стакана 8, жестко связанной с поршнем 4, на полость 9 сжатия вытеснителя и дополнительную полость 10, причем эти полости сообщены между собой посредством регулируемого гидравлического сопротивления 11, а полость 9 сжатия вытеснителя сообщена с полостью 1 сжатия компрессора. Кроме того, полость I сжатия компрессора соединена через холодильник 12, регенератор 13 и теплообменник 14 нагрузки с полостью 5 расширения.

ХГМ работает следующим образом.

Перед пуском поршень 4 благодаря жесткой связи со стаканом 8 удерживается пружиной 7 в среднем положении. При перемещении компрессорного поршня 2 во внутреннем объеме машины создается пульса дия давления и через малый промежуток времени перемещение поршня 4 согласуется с перемещением поршня 2. Возникающий в полостях 9 и 10 перепад давлений создает силу, непосредственно воздействующую на стакан 8 с поршнем 4 и на пру- :кину 7. В среднем положении компрессорный поршень 2 имеет наибольшую скорость - перепад давлений в полостях 9 и 10 максимальный и-стакан 8 с вытеснителем отжаты в крайние положения. В фазы цикла, когда поршень 2 находится в мертвых точках, скорость газа в машине и перепад давлений в полостях 9 и 10 близки к нулю, пруткина 7 возвращает стакан 8 с поршнем 4 в среднее положение. Таким образом, создается сдвиг по фазе между компрессорным поршнем 2 и поршнем 4 вытеснителя.

При подъеме компрессорного поршня 2 к верхней мертвой точке (ВМТ) давление во всех объемах машины растет.

5 Из полости 1 сжатия газ перетекает через холодильник 12 в полость 9 и под действием перепада давлений в полостях 9 и 10 стакан 8 с поршнем 4 устремляются к ВМТ. При этом проис0 ходит выталкивание газа из полости 5 расширения. Когда процесс сжатия закончен, т.е. компрессорный поршень 2 находится в ВМТ, силы упругости пружины 7 возвращают поршень 4 со

5 стаканом 8 в среднее положение. В это время происходит натекание в полость 5 расширения газа максимального давления, который прошел из пл- лости 1 сжатия компрессора через

0 холодильник 12, регенератор 13 и теплообменник 14 нагрузки. В холодильнике 12 от газа отводится тепло сжатия, а в регенераторе 13 происходит дальнейшее понижение температуры

5 газа за счет теплообмена с насадкой регенератора 13.

При опускании компрессорного поршня 2 к нижней мертвой точке (ИМТ) возникающая от перепада дав0 лений в полостях 9 и 10 сила, преодолевая силы упругости пружины 7, перемещает поршень 4 со стаканом 8 вниз, к ШТ - происходит расширение газа в полости 5. По достижении поршнем

5 4 НМТ происходит дальнейшее понижение давления в полости 5 расширения до минимального давления цикла при постоянном объеме последней.

0 Когда компрессорный поршень 2 достигает НМТ, поршень 4 со стаканом 8 за счет сил упругости пружины 7 возвращается в среднее положение - происходит выталкивание порции газа

5 при минимальном давлении из полости 5 расширения в полость 1 сжатия компрессора. Проходя через теплообменник 14, холодный газ воспринимает тепловую нагрузку, т.е. охлаж

дает объект криостатирования, В регенераторе 13 газ, обмениваясь теплом с насадкой, нагревается до температуры окружающей среды. Выталкивание оставшейся части холодного га- за из полости 5 расширения происходит в следующей момент, когда компрессорный поршень 2 начинает движение вверх, к ВМТ. Затем все процессы повторяются.

Формула изобретения

Холодильно-гаэовая машина, содержащая поршневой компрессор и вытеснитель в виде цилиндра, разделенного упругой подвижной перегородкой на полости сжатия и расширения, при этом полость сжатия компрессора через последовательно установленные холодильник, регенератор и теплообменник нагрузки соединена с полостью расширения вытеснителя,и только через холодильник - с полостью сжатия

вытеснителя, отличающая- с я тем, что, с целью повышения - термодинамической эффективности, ци- выполнен со ступенями разного диаметра, при этом ступень меньшего диаметра снабжена поршнем, жестко связанным с перегородкой, размещенной в ступени большего диаметра, с образованием в этой ступени дополнительной полости, связанной с полостью сжатия вытеснителя посредством регулируемого гидросопротивле- ния.