[发明专利]一种气缸及采用该气缸的低温制冷机

说明书

本发明公开了一种气缸和对应的低温制冷机，所述气缸（13）的缸体外表面设有螺旋槽道（1321），螺旋槽道（1321）的槽底厚度小于该气缸（13）缸体本身的气缸周缘（1322）的厚度，且气缸周缘（1322）构成呈螺旋状连续绕在气缸（13）缸体上的加强筋。所述的低温制冷机包括上述的气缸。本发明通过在缸体外表面设有螺旋槽道，螺旋槽道的槽底厚度小于该气缸本身的气缸周缘的厚度，且气缸周缘构成呈螺旋状连续绕在气缸缸体上的加强筋，解决了气缸的缸体强度和漏热与缸体厚度要求上的矛盾，该气缸具有高强度、低漏热、易加工的特点，适宜推广使用。

技术领域

本发明涉及低温制冷机技术领域，具体地说是一种能够解决气缸强度和漏热与缸体厚度要求上的矛盾的高强度、低漏热的气缸及采用该气缸的低温制冷机。

背景技术

以吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机为代表的超低温制冷机具有工作气体(也称为制冷剂气体)的膨胀机及压缩机。该类制冷机由压缩机提供排出的高压气流，经由配气机构进入到置于气缸内，上下往复运动的推移活塞内，与蓄冷材料进行换热，再到膨胀腔内做功膨胀，再经过推移活塞，流出配气机构，回到压缩机低压腔内。通过上述连续循环过程，形成制冷效应。

如图1所示，制冷机包含压缩机1、罩体2、气缸13、一级推移活塞11和二级推移活塞12，罩体2内装驱动机构和配气结构（图中未画出），驱动机构带动一级推移活塞11和二级推移活塞12在气缸13内上下运动。压缩机1通过高压排气管道1a向气缸13内排入高压制冷剂气体并通过低压吸气管道1b吸出低压制冷剂气体，通过一级推移活塞11和二级推移活塞12分别对一级膨胀腔9和二级膨胀腔10压缩、膨胀，形成制冷效应，然后利用一级换热器13a和二级换热器13b将制冷效应传导出去。图2是传统气缸的二级气缸 132的结构示意图，气缸13的缸体采用薄壁不锈钢管制成，二级气缸 132的冷端焊接有二级换热器13b，且薄壁不锈钢管的内、外表面为光滑结构，设定缸体厚度为δ1；由于气缸13内含有交变的高低压气流（一般为3.0MPa/0.7MPa），为保证长期使用条件下，气缸13的内径不发生变化，因此δ1的尺寸不能过小，必须有一定的厚度，确保机械强度以防止疲劳变形；同时由于气缸13的两端存在巨大的温差，靠近罩体2处温度为25℃，靠近一级换热器13a温度为-220℃～-200℃，靠近二级换热器13b的温度为-269℃～-250℃，气缸13的缸体本身会沿着一级气缸131和二级气缸132的轴向产生巨大的传导漏热，要抑制这项制冷损失，必须减少气缸13的缸体厚度δ1，降低轴向上的导热温差。上述两点对气缸13的缸体厚度δ1的需求存在着矛盾，即强度与漏热之间的矛盾，并且气缸13属于精密加工件，为控制这一缸体厚度δ1，使得加工难度较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够解决气缸缸体强度和漏热与缸体厚度要求上的矛盾的高强度、低漏热的气缸及采用该气缸的低温制冷机。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种气缸，其特征在于：所述气缸的缸体外表面设有螺旋槽道，螺旋槽道的槽底厚度小于该气缸缸体本身的气缸周缘的厚度，且气缸周缘构成呈螺旋状连续绕在气缸缸体上的加强筋。

所述的气缸包括缸体和换热器，缸体的材质为不锈钢或钛合金，换热器的材质热导率比缸体的材质热导率大。

所述的气缸是单级结构或多级结构。

所述的气缸是双级结构时，该气缸包括一级缸体和二级缸体，在一级缸体和二级缸体的冷端对应焊接有一级换热器和二级换热器，在所述的一级缸体和/或二级缸体的缸体外表面设有螺旋槽道，螺旋槽道的槽底厚度小于缸体本身的气缸周缘的厚度，且气缸周缘构成呈螺旋状连续绕在缸体上的加强筋。

所述螺旋槽道的槽底厚度δ2与气缸周缘的厚度δ1满足：0.1＜δ2/δ1＜1。