[发明专利]一种阀门机构及采用该阀门机构的低温制冷机

说明书

本发明公开了一种阀门机构，包括旋转阀（7）和配气阀（6）构成的配气机构，该配气阀（6）的外圆周与嵌置该配气阀（6）的罩体（2）的容纳腔的内圆周面之间设有第一密封圈（b1）和第二密封圈（b2），以旋转阀（7）的切换平面（73）与配气阀（6）的配气面（61）的相接触面构成的半径为R3的最小外圆的截面面积为A3；第二密封圈（b2）围绕配气阀（6）所形成的半径为R2的第二密封圈围绕圆的截面面积为A2；R3和R2之间满足以下关系：0.7≤（R2/R3）≤0.95。本发明通过扩大配气阀的配气面与旋转阀的切换平面的相接触面积，以缩小配气阀的正向受压面积，降低了阀门的磨损，该阀门机构加工简单、具有较低的泄漏。

技术领域

本发明属于低温制冷机技术领域，具体地说是一种阀门机构及采用该阀门机构的低温制冷机。

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。

具体来说，如图1所示的该类制冷机包含压缩机1、罩体2、气缸13、推移活塞10，罩体2内装有电机12以及驱动的凸轮3；凸轮3上的偏心凸轮柄31带动连杆5将旋转运动转化成上下往复运动，连杆5被导向套4在径向方向固定，从而带动推移活塞10在气缸13内沿着气缸延伸方向运动。配气机构RV由配气阀6和旋转阀7组成。配气阀6安装在罩体2内，由定位销16固定在其内，高压气孔62与压缩机1的高压排气管道1a气密连通，在一侧形成高压区23。另外一侧配气面63依靠压差与同轴布置的旋转阀7的切换平面73紧紧贴合。凸轮柄31带动安装在轴承14上的旋转阀7沿着旋转轴转动。压缩机1通过将制冷剂气体吸入、压缩，而使之作为高压的制冷剂气体排出。高压排气管道1a将高压的制冷剂气体向罩体2进行供给，并通过配气阀6上的高压气孔62传递给与之气密贴合的旋转阀7上的高压槽72内。旋转阀7上开有贯穿的低压孔71，且低压孔71与罩体2内的低压通路22连通。按照图1所示位置，低压孔71与配气阀6上的配气阀气孔63重叠连通；此刻系统处于低压排气阶段，膨胀腔9内的气体由高压变成低压，顺序通过推移活塞10上的活塞后孔10b、蓄冷材料10c、活塞前孔10a流出，回到压缩机1的低压吸气管道1b。当旋转阀7旋转一定角度后，此时，低压孔71不与配气阀6上的配气阀气孔63连通，变成为旋转阀7上的高压槽72与配气阀6上的配气阀气孔63连通，压缩机1排出的高压气，经过配气阀6上的高压气孔62以及与之连通的旋转阀7上的高压槽72进入到气缸13内，顺序经推移活塞10上的活塞前孔10a、蓄冷材料10c、活塞后孔10b进入到膨胀腔9内。在上述过程中，压缩机1排出的高压气作用于配气阀6的背面上，配气阀6依靠背面上平行于配气面61的面积大小上的正压力，与旋转阀7紧紧贴合起来，这样将配气机构上的高低压阀门分隔开，隔离高低压气流。

传统结构中的配气阀6呈圆柱状(图2、图3所示)，以旋转阀7的切换平面73与配气阀6的配气面61的相接触面构成的半径为R3的最小外圆的截面面积为A3，配气面61上的配气阀气孔63到上述最小外圆圆周的配气孔最小距离L1与切换平面73上的旋转阀7的高压槽72到上述最小外圆圆周的高压槽最小距离L1(本文中采用同一符号)大小一致。为防止气流的泄漏，要求L1不能太小，以形成较长的流动阻力距离，避免高压槽72内的高压气流向低压区24内泄漏，起到抑制阀门泄漏的作用。同时，配气阀6上的高压气孔62和配气阀气孔63有一定尺寸和位置要求，使得配气阀6的外径不能太小，否则无法制作阀门。这样使得贴合在一起的正压力较大，长期运行会造成旋转阀7和配气阀6接触面的磨损，影响设备性能，降低设备的可靠性。