Свободнопоршневой микроохладитель Советский патент 1982 года по МПК F25B9/00 

(54) СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ МИКРООХЛАДИТЕЛЬ

1

Изобретение относится к холодильной технике, В частности к криогенной технике, и может быть использова,но в качестве генератора холода в микрокриогенных системах.

Известен свободнопоршневой микроохладитель, содержащий цилиндр, разделенный поршнем на,- холодную и тепловую рабочие полости, первая из которых связана через газораспределительное устройство с системами всасывания и нагнетания рабочего газа, а вторая - через дроссельное отверстие с буферной полостью 1.

Недостатком известного микроохладителя является низкая холодопроизводительность, что характеризуется индикаторной диаграммой. В процессе наполнения газом холодной полости микроохладителя при достижении давления газа в этой полости уровня, давления газа в буферной полости, поршень начинает движение в направлении к теплой полости, и дальнейшее наполнение холодной полости газом происходит при движущемся . Вследствие этрго площадь индикаторной диаграммы меньше, чем при наполнении холодной полости при неподвижном поршне. Аналогично, при выпуске газа; когда давление в холодной полости падает до давления в буферной полости, дальнейший выпуск газа происходит при движущемся поршне, что уменьшает площадь индикаторной диаграммы. Кроме 5 того, в известном микроохладителе существенны индикаторные потери из-за перетечек газа через радиальные уплотнения порщня.

Цель изобретения - повышение холодопроизводительности микроохладителя.

10

Поставленная цель достигается тем, что поршень со стороны тёплой рабочей полости имеет конический срез и сообщенную посредством канала с холодной рабочей полостью цилиндрическую выемку с размещенной 5 в ней заглушкой, имеющей конический торцовой бурт, образующий с коническим обрезом порщня кольцевую полость, в которую помещен уплотнительный элемент.

На фиг. 1 изображен микроохладитель, продольный разрез; на фиг. 2 - форма зам20ка уплотнительного элемента; на фиг. 3 - индикаторная диаграмма микроохЛадитёля.

Свободнопоршневой и икроохладитель содержит цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на холодную 3 и теплую 4 рабочие полости.

Теплая рабочая полость 4 связана с буферной полостью 5 через дроссельное отверстие 6, а холодная полость 3 - через окно 7 впуска и выпуска газа и гидрораспределительное устройство 8 с системами всасывания и нагнетания рабочего газа.

Поршень 2 со стороны теплой рабочей полости 4 имеет конический срез 9 и сообщенную посредством канала 10 с холодной рабочей полостью 3 цилиндрическую выемку 11 с размещенной в ней заглушкой 12, имеюш,ей конический торцовой бурт 13, образующий кольцевую полость с. коническим срезом 9 поршня 2 кольцевую полость, в которую помещен уплотнительный элемент 14.

Поршень 2 имеет встроенный в него регенератор 15. Заглушка 12 связана с поршнем 2 подвижно посредством винта 16 и пружины 17.

Работа свободнопоршневого микроохладителя осуществляется следующим образом.

Цикл начинается когда поршень 2 находится в нижней мертвой точке. Объем и давление Р в холодной рабочей полости 3 минимальны, а объем и давление Р, в теплой рабочей полости 4 максимальны. Разность давлений в холодной рабочей полости, 3 и в теплой рабочей полости 4 вызывает сжатие заглушки 12 и поршня 2 в осевом направлении, а на поверхности цилиндра 1 в зоне уплотнения возникают контактные давления.

Газораспределительное устройство 8 подключает холодную рабочую полость 3 к системе нагнетания рабочего газа. Происходит процесс впуска газа и повышение давления в полости 3 при неподвижном поршне 2 (процесс аб на диаграмме).

Контактные давления на поверхности цилиндра 1 и уплотнительного элемента 14 вызывают силу трения, обеспечивающую неподвижность .поршня 2 относительно цилиндра 1 при возрастании давления в холодной рабочей полости 3 выше . Вместе с тем рост давления в цилиндрической выемке 11 обеспечивает рост усилия, стремящегося растянуть заглушку 12 и поршень 2 в осевом направлении, уменьшает контактное давление на уплотнительные поверхности. Когда движущее усилие от перепада давлений в холодной и теплой полостях превысит силу трения, поршень 2 начинает движение в сторону теплой рабочей полости 4 (на диаграмме процесс бе). При этом давление в холодной рабочей полости 3 увеличивается до

максимального Ig, а в теплой рабочей полости 4 газ сжимается и переталкивается в буферную полость 5 (процесс наполнения ее на диаграмме).

В конце процесса наполнения поршень 2 приходит в верхнюю мертвую точку, в которой объем теплой рабочей полости 4 минимален, газораспределительное устройство 8 сообщает холодную рабочую полость 3 с системой всасывания (идет процесс выпуска газа при неподвижном поршне cd). Дав- ,

ление в холодной рабочей полости 3 и цилиндрической выемке 11 падает ниже 1. При достижении давления в этой полости значения н-выц, поршень начинает передвигаться под действием натекания газа буферной полости 5. Давление в холодной рабочей полости 3 падает до минимального Р (процесс de).

Далее происходит процесс выталкивания газа из холодной рабочей полости 3 (процесс еа). Поршень проходит в нижнюю мертвую точку и цикл повторяется.

Использование изобретения позволяет увеличить xoлoдoпpoизвoдитeльнoctь микроохладителя за с.чет уменьшения индикаторных потерь и увеличения площади индикаторной диаграммы путем задержания порщня в процессе впуска и выпуска газа.

Формула изобретения

Свободнопоршневой микроохладитель, содержащий цилиндр, разделенный поршнем на холодную и теплую рабочие полости, первая из которых связана через газораспределительное устройство с системами всасывания и нагнетания рабочего газа, а вtopaя через дроссельное отверстие с буферной полостью, отличающийся тем, что, с целью повышения холодопроизводительности, поршень со стороны теплой р,абочей полости имеет конический срез и сообщенную посредством канала с холодной полостью цилиндрическую выемку с размещенной в ней заглущкой, имеющей конический торцовой бурт, образующий с коническим срезом поршня кольцевую полость, в которую помещен уплотнительный элемент.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3620029, кл. 62-6, опублик. 1971. Фиг. г.

Фиг. гV //////l /// ///// 7//7 // у : с оссС-о;5ч о у ССС-с фуг. /