[发明专利]一种气动GM制冷机及其控制过程

说明书

技术领域

本发明涉及低温制冷机，尤其是涉及一种气动GM制冷机及其控制过程。

背景技术

GM制冷机是一种利用高压气体制冷的低温制冷机。通常高压气体为氦气。通过切换阀分别与高压气源和低压气源相通，使高压气体流入制冷机中膨胀做功制冷，然后流入低压气源。气源通常是一个GM压缩机，有高压气体出口和低压气体进口。在常规的气动GM制冷机中，推移活塞的运动由压缩机来的高压气体通过驱动活塞驱动，结构虽然简单，但要消耗一部分压缩机来的高压气体，因而效率较低。如果只有一个气库，虽然用于控制推移活塞的气体不需要了，但压缩机来的气体的制冷过程存在很大不可逆损失，理论效率较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、效率提高的气动GM制冷机及其控制过程。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种气动GM制冷机，包括驱动气缸、制冷气缸、驱动活塞、推移活塞及冷量换热器，所述的驱动气缸与制冷气缸上下连接，所述的驱动活塞与推移活塞上下连接，且所述的驱动活塞与驱动气缸配合滑动连接，驱动活塞可在驱动气缸内滑动，驱动气缸与驱动活塞之间形成驱动腔，所述的推移活塞与制冷气缸配合滑动连接，所述的推移活塞可在制冷气缸内滑动，制冷气缸内部被推移活塞分成室温腔与低温腔，所述的冷量换热器与低温腔连接，所述的室温腔与低压气体管路及高压气体管路连接，所述的低压气体管路上设有低压出气阀，所述的高压气体管路上设有高压进气阀，所述的推移活塞内部装填回热材料，所述的室温腔与低温腔之间通过回热材料的内部空隙连通。所述的驱动腔至少连接有低压气库与高压气库，且驱动腔与低压气库及高压气库的连接管路上分别设有低压气库阀及高压气库阀。

所述的驱动腔同时与低压气库、中压气库及高压气库连接，且驱动腔与低压气库、中压气库及高压气库的连接管路上分别设有低压气库阀、中压气库阀及高压气库阀。

所述的制冷气缸与第二级气缸连接，所述的推移活塞与第二级推移活塞连接，且第二级推移活塞与第二级气缸配合滑动连接，第二级推移活塞与第二级气缸之间形成第二级低温腔，所述的第二级气缸底端连接第二级冷量换热器，此时为双级气动GM制冷机，根据实际需要，也可以在第二级推移活塞与第二级气缸上继续设置第三级推移活塞与第三级气缸，做成三级气动GM制冷机，二级气动GM制冷机或三级气动GM制冷机的效率在更低温度下比普通的一级气动GM制冷机效率好。

所述的驱动活塞的侧壁上设有驱动活塞环，该驱动活塞环与驱动气缸内壁贴合，所述的推移活塞的侧壁上设有推移活塞环，该推移活塞环与制冷气缸内壁贴合。

所述的驱动活塞的端部与驱动气缸之间设有弹簧。

所述的驱动活塞与推移活塞一体式连接或通过万向节连接。

为了增大换热面积，所述的推移活塞的底部设有气体导管，使气体经翅片进出低温腔，所述的冷量换热器为翅片式冷量换热器，其上设有向外界释放冷量的翅片，翅片的中间设有导气通道，所述的气体导管可在导气通道内上下运动可相对，气体可经低温腔与导气通道间的翅片流动，从而将冷量通过翅片传出。为了使尽可能多的气体经过翅片，导气通道可做成气缸型式，气体导管可加装活塞环。

当只连接低压气库与高压气库时，低压气库的压力略高于低压气体管路的压力，高压气库的压力略低于高压气体管路的压力。

气动GM制冷机的控制过程，包括以下步骤：

1)打开低压气库阀，驱动腔里的气体流入到低压气库中，驱动腔里的压力降低，使得驱动活塞带动推移活塞上移，推移活塞上移对室温腔内的气体进行挤压，室温腔里的气体流入低温腔中，从而使总体平均温度降低，进而使得室温腔与低温腔压力降低；

2)待室温腔内的压力降到略高于低压气体管路内的压力时，低压出气阀打开，低温腔里的一部分气体通过回热材料进入室温腔内，并流入到低压气体管路中，此时，室温腔内的压力高于低压气体管路内的压力，略低于低压气库里的气体压力，此时低压气库里的气体通过低压气库阀流入驱动腔中，使驱动活塞下移，驱动活塞带动推移活塞下移，将低温气体压出低温腔，冷量通过冷量换热器输出；

3)关闭低压气库阀和低压出气阀，打开高压气库阀，高压气库里的气体流入驱动腔，驱动活塞继续下移带动推移活塞下移，低温腔里的气体通过回热材料进入室温腔，从而使总体平均温度升高，进而使得室温腔与低温腔压力升高；