Микроохладитель свободнопоршневого типа Советский патент 1977 года по МПК F25B9/00 

1

Изобретение относится к криогенной технике, конкретно к газовым криогенным машинам, и предназначено для криостатирования различных электронных устройств.

Известны криогенные газовые машины, в 5 которых механизм газораспределения встроен в генератор холода (детандер), а переключение клапанов производится перемещающимся поршнем l .

Такие криогенные машины имеют меха- 10 низм переключения клапанов, расположенный в осевом направлении поршня, что не обеспечивает достаточно надежного способа отбора мощности и принципиально не допускает отсечки впуска и выпуска газа.15

Наиболее близким из известных технических решений является криогенный рефрижератор со свободным дифференциальным поршнем, впускной и выпускной клапаны которого размещены в теплой части поршня 2j . 20

Криогенный рефрижератор работает следующим образом.

При перемещении поршня клапаны находятся в фиксированных положениях (впуска либо выпуска газа) за счет разности дав- 25

лений по сторонам закрытых клапанов. Переключение клапанов производится в крайних положениях порщня при помощи щтока, проходящего сквозь осевой канал в поршне и соединенного одним концом с клапанами, а другим - с упором, размещенным в камере низкого давления.

Указанный упор при подходах поршня к крайним положениям взаимодействует с ограничителями, выполненными в виде пружин, и производит переключение клапанов. Для рассеивания мощности расширяющегося в холодной полости газа мащина снабжается тормозом, который монтируется на порщне.

Такой криогенный рефрижератор имеет сложную конструкцию, что обусловлено конфигурацией дифференциального поршня, а также функциональным разделением элементов конструкции, обеспечивающих привод порщня и отбор мощности расширяющегося газа.

Недостатком рефрижератора также является невозможность повышения термодинамической эффективности путем отсечки впка и выпуска газа. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности, а так же повышение термодинамической эффективности путем уменьшения удельного расхода газа. Указанная цель достигается тем, что отверстия впуска и выпуска газа выполнены в виде окон, расположенных в стенке цилинд ра, а приводной шток снабжен штифтом, взаимодействующим с упорами, размещенными на наружной стенке цилиндра. При этом уплотнение поршня на части хода выполнено с перекрытием окон впуска и вьшуска. На фиг. 1 изображено положение деталей 15 микроохладитеяя свободнопоршневого типа в момент впуска газа; на фиг, 2 - то момент выпуска газа; на фиг, 3 - то же, в момент отсечки впуска газа; на фиг. 4то же, в моментотсечки выпуска газа. Микроохладвтель состоит из цилиндра 1, свободно плавающего в нем поршня 2 с уплотнениями 3, встроенного в поршень регенератора 4, Регенератор 4 соединяет холодную полость 5 с полостями клапанов высокого 6 и низкого 7 давлений. На головке цилиндра 1 расположен теплообменник нагрузки 8. Ко пус цилиндра снабжен окнами 9 и 10 впуска и выпуска газа. С теплой стороны поршня 2 находится демпферная полость 11, соединенная через дроссель 12 с буферной емкостью 13, в которой находится теплообменник 14, щий для отвода тепла сжатия газа. Клапаны 6 и 7 жестко соединены штоком 15, которы снабжен штифтом 16, проходящим сквозь поршень 2 между уплотнениями 3 и размеще ным между упорами 17 и 18 на цилиндре. Упоры 17 и 18 расположены один от другого на расстоянии, обеспечивающем переключение клапанов 6 и 7 при заданных положе- киях поршня 2. Микроохладитель работает следующим обПри нахождении поршня 2 в верхней мертвой точке газ высокого давления через окно 9 и открытый клапан 6 постзпаат в регенератор 4. При этом клапаны выпуска 7 удерживаются закрытыми разнсхтью давлений, действующих на их стороны. Через шток 15 клапаны выпуска 7 удерживают открытым клапан впуска 6 в течение всего такта впуска. Газ высокого давления, пройдя через регенератор 4, поступает в холодную полость

5, заполняет ее и перемешает поршень 2, увеличивая объем холодной полости. При этом происходит сжатие газа в демпферной полости 11, из которой газ через дроссель 12 протекает в буферную емкость 13, где

впуска и выпуска выполнены в виде окон, расположенных к стенке цилиндра, а приводной шток снабжен штифтом, взаимодействукнщим с упорами, размещенными на наружной

стенке цилиндра. поддерживается среднее давление, относительно давлений впуска и выпуска газа. Газ, находящийся в буферной Ихжсюти 13 и нагревшийся при сжатии в демпферной полости 11, охлаждается посредством теппооб менника 14. В процессе работы микроохладителя, штифт 16 вместе с поршнем 2 перемещается между упорами 17 и 18. При подходе поршня 2 к нижней мертвой точке штифт 16 вступает во взаимодействие с упором 18. Происходит переключение клапанов: клапан впуска 6 закрывается, а клапаны выпуска 7 открываются. Происходит выпуск газа из холодной полости 5 через регенератор 4 в линию низкого давления. В холодной полости 5 устанавливается низкое давление. Удержание клапанов 6 и 7 в данном положении происходит за счет разности давлений по сторонам клапана впуска 6. Газ из буферной емкости 13 перетекает в демпферную полость 11, воздействует на поршень 2 и перемещает его в обратном направлении. При подходе поршня 2 к верхней мертвой точке штифт 16 взаимодействует с другим упором 17 и переключает клапаны: открывается клапан впуска 6, клапаны выпуска 7 закрываются, В дальнейшем цикл повторяется. Если перед подходом норшня 2 к мертвым точкам перекрывать уплотнением 3 окна впуска 9 отсечка ытуска (или окна выпуска 1О - отсечка выпуска), то термодинамическая эффективность микроохладителя увеличивается (фиг. 3 и 4), Основным преимуществом изобретения является повышение надежности микроохла- дителя за счет упрощения конструкции. Применение отсечки на впуске и выпуске позволяет увеличить КПД микроохладителя и сократить расход энергии, требущейся на осуществление рабочего процесса. Формула изобретения 1. Микроохладитель свободнопоршневого типа, содержащий цилиндр с поршнем, имеющим уплотнение, отверстия впуска и выпуска газа и соответствующие клапаны, связанные с приводным штоком, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с -целью упрощения конструкции и повышения надежности, отверстия

2. Микроохладитепь по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности путем уменьшения удельного расхода газа, уплотнение на части хода выполнено с перекрытием 5 окон впуска и выпуска газа.

Источники информации, принятые во вним:ание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР

№ 165754, М. Kraf F 25 В 9/00,1963.

2.Патент США № 3321926 класс 62-6, опубл. 1967.

. 1

Фиг. 2