CN102859296B - 超低温制冷机的排出器阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低温制冷机的排出器阀，通过螺栓安装在排出器盖的圆形的一面上，用于开闭位于排出器盖的一面上的孔，其中，上述排出器阀通过螺栓与排出器盖的偏心部分相连结；上述排出器阀具有用于防止该排出器阀以螺栓为中心旋转的防旋转引导部。由此，能够防止排出器阀以螺栓为中心旋转而导致脱离准确位置的情况，确保动作可靠性。

Description

超低温制冷机的排出器阀

技术领域

本发明涉及螺纹连接于排出器盖的薄片形态的超低温制冷机的排出器阀，特别是涉及一种防止以螺栓为中心旋转的排出器阀。

背景技术

通常，超低温制冷机是用于冷却小型电子部件或超导电体等的低振动高可靠性的制冷机，氦或氢等工作流体通过压缩及膨胀等过程，产生冷冻功率，具有代表性的是斯特林制冷机(Stirling refrigerator)与通用(GM)制冷机或者焦耳-汤姆逊制冷机(Joule-Thomson refrigerator)等。这种制冷机不仅在高速运转时存在可靠性低下的问题，而且应考虑到运转时摩擦部位的磨损，对其采取另行润滑措施。对此，要求一种在高速运转时也能够维持可靠性，同时不需要进行另行润滑而长时间无需维修的超低温制冷机，近年来出现了高压的工作流体起到一种轴承的作用，能够减少部件之间摩擦的无润滑超低温制冷机。

这种超低温制冷机在压缩空间内对制冷剂进行压缩和抽吸，经过散热及再生过程，在膨胀空间对其进行膨胀，通过与周边的热交换作用，将周边温度保持在超低温状态。此时，排出器向与活塞的往复直线运动方向相反的方向进行联动，置换器包括在端部具有截面呈“U”形状的排出器本体的排出器杆和在排出器本体内部形成规定空间的排出器盖，排出器盖上具有孔以及开闭该孔的薄型的排出器阀，以便制冷剂能够流动至排出器盖内部。

但以往的超低温制冷机的排出器阀为了在压力差作用下容易开闭而以曲线部形态的薄片形成，由于使用螺栓固定，因此容易以螺栓为中心旋转，由此导致排出器阀的运行可靠性降低的问题。

发明内容

技术问题

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种即便在排出器盖的一面采用螺栓结合，也能够防止其旋转并固定在准确位置的超低温制冷机的排出器阀。

解决问题的手段

用于解决上述问题的本发明是一种超低温制冷机的排出器阀，通过螺栓安装在排出器盖的圆形的一面上，用于开闭位于排出器盖的一面上的孔，其特征在于，上述排出器阀通过螺栓与排出器盖的偏心部分相连结；上述排出器阀具有用于防止该排出器阀以螺栓为中心旋转的防旋转引导部。

同时，本发明提供一种超低温制冷机，其特征在于，包括：密闭壳，活塞，其在设置于密闭壳内的气缸的内侧，沿轴方向进行往复直线运动，排出器，沿着与活塞相反的方向进行往复直线运动，再生器，其与排出器相结合并与排出器一起进行往复直线运动，使得在其内部沿相反方向流动的制冷剂相互进行热交换，压缩空间，其形成于气缸、活塞以及排出器之间，该压缩空间的大小能够改变，膨胀空间，其形成于密闭壳和再生器之间，该膨胀空间与压缩空间相反地改变其大小；排出器包括：***于活塞中进行运动的排出器杆，从活塞延长并与再生器结合的排出器本体，安装于排出器本体内的排出器盖；在排出器本体和排出器盖之间形成排出器空间；在排出器盖上设有孔和排出器阀，该孔用于使制冷剂从再生器流动至排出器空间，该排出器阀通过螺栓与排出器盖相连结，用于对孔进行开闭；排出器阀具有用于防止该排出器阀以螺栓为中心旋转的防旋转引导部。

用于解决上述问题的本发明是一种超低温制冷机的排出器阀，安装在排出器盖的圆形的一面上，并且通过螺栓与排出器盖的偏心部分相连结，其特征在于，在上述排出器盖的一面上具有用于与再生器连通的朝向上述再生器开放的吸入口；上述排出器阀用于开闭上述吸入口；上述排出器阀具有用于防止该排出器阀以螺栓为中心旋转的防旋转引导部。

同时，本发明提供一种超低温制冷机，其特征在于，包括：密闭壳，活塞，其在设置于密闭壳内的气缸的内侧，沿轴方向进行往复直线运动，排出器，沿着与活塞相反的方向进行往复直线运动，再生器，其与排出器相结合并与排出器一起进行往复直线运动，使得在其内部沿相反方向流动的制冷剂相互进行热交换，压缩空间，其形成于气缸、活塞以及排出器之间，该压缩空间的大小能够改变，膨胀空间，其形成于密闭壳和再生器之间，该膨胀空间与压缩空间相反地改变其大小；排出器包括：***于活塞中进行运动的排出器杆，从活塞延长并与再生器结合的排出器本体，安装于排出器本体内的排出器盖；在排出器本体和排出器盖之间形成排出器空间；在排出器盖上设有吸入口和排出器阀，该吸入口用于使制冷剂从再生器流动至排出器空间，该排出器阀通过螺栓与排出器盖相连结，用于对吸入口进行开闭；排出器阀具有用于防止该排出器阀以螺栓为中心旋转的防旋转引导部。

而且，在本发明中，其特征在于，包括：固定部，其具有用于螺栓固定的螺纹孔；开闭部，其与固定部相分隔，用于开闭排出器盖的孔；连接部，其平滑地对固定部与开闭部之间进行连接；防旋转引导部，其从固定部扩张而成，并被与排出器盖的一面垂直的侧面支撑。

而且，在本发明中，其特征在于，包括：固定部，其具有用于螺栓固定的螺纹孔；开闭部，其与固定部相分隔，用于开闭排出器盖上的吸入口；连接部，其平滑地对固定部与开闭部之间进行连接；防旋转引导部，其从固定部扩张而成，并被与排出器盖的一面垂直的侧面支撑。

而且，在本发明中，其特征在于，防旋转引导部沿着朝向圆形一面的中心的圆周方向扩张，而不是朝向螺纹孔的中心。

而且，在本发明中，其特征在于，防旋转引导部具有沿着排出器盖的侧面形成的曲线形态。

而且，在本发明中，其特征在于，还包括切开部，该切开部是以曲线形态切开固定部的一部分而形成的，该切开部维持连接部和防旋转引导部之间的间隔，并使连接部的动作变得顺畅。

发明的效果

根据由上述结构构成的本发明的超低温制冷机的排出器阀，通过螺栓结合在排出器盖的偏心部分，规定形态的防旋转引导部被垂直于排出器盖的一面的侧面支撑，不仅能够防止以螺栓为中心的旋转，同时能够确保位于准确位置，进而确保动作可靠性。

附图说明

图1是表示根据本发明的超低温制冷机的优选一例的侧视图。

图2是表示根据本发明的超低温制冷机的优选一例的侧剖面立体图。

图3是表示根据本发明的超低温制冷机的优选一例的侧面剖视图。

图4是表示根据本发明的优选一例的超低温制冷机的排出器阀的安装一例分解图。

具体实施方式

以下，通过参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。

图1至图3是表示根据本发明的超低温制冷机的优选一例的图。

根据本发明的超低温制冷机的一例，如图1至图3所示，由形成外观的外壳10、固定在外壳10内并形成规定空间的固定部件20、在固定部件20内的压缩空间C沿着轴方向进行往复直线运动并对制冷剂进行压缩及膨胀的可动部件30、设置于外壳10与固定部件20之间并驱动可动部件30的线性电机40、沿着轴方向与可动部件30结合并在沿着相反方向流动的制冷剂之间进行等效再生的再生器50、安装于固定部件20、可动部件30及再生器50周边并将被压缩的制冷剂所产生的热向外散热的散热部60、沿着再生器50的轴方向结合以形成膨胀空间E并使得膨胀的制冷剂吸收外部的热量的冷却部70构成。

外壳10包括与再生器50、散热部60及冷却部70构成相同中心的框架11、沿着轴方向连接固定于框架11的圆筒形的管壳12。框架11与管壳12优选地通过焊接连接，其内部形成密闭壳。在框架11中的用于螺栓结合固定部件20的部分比管壳12的直径小，但形成的厚度较厚，在框架11中的安装散热部60的部分为了提高热交换效率，形成的厚度相对较薄。管壳12呈规定的管13形状，由于外壳10的内部排气至高度的真空状态后，注入纯氦气等制冷剂，因此设有用于排气或者注入制冷剂的管13。除此之外，管壳12还具有向线性电机40供电的电源端子14。

固定部件20固定于框架11，其包括延长至管壳12内侧的气缸21、从气缸21扩张以衔接框架11内侧的排出器壳22。气缸21与排出器壳22以形成台阶的圆筒形状形成，排出器壳22的直径小于气缸21的直径，气缸21的向外周面扩张的连接部分采用螺栓固定于框架11。此时，气缸21与排出器壳22在内部形成压缩制冷剂的压缩空间C，分别具有与散热部60内侧的散热空间D连通的通孔21h、22h。

可动部件30包括在气缸21内部被后述的线性电机40驱动而进行往复直线运动的活塞31、在排出器壳22内部根据对活塞31的往复直线运动的作用和反作用定律进行联动来向活塞31的反方向进行往复直线运动的排出器32。活塞31由在气缸21内周面隔开间隔设置的活塞体311和设置于活塞体311内侧的活塞插头312构成。排出器32由贯通活塞插头312中心的同时，能被固定于外壳10的板簧S缓冲的被支撑的排出器杆321以及沿着轴方向收容/结合在内置于排出器壳22的排出器杆321的端部即排出器本体321a并形成用于制冷剂流动的规定空间的排出器盖322构成，在活塞31与排出器本体321a之间形成压缩空间C。此时，排出器本体321a的截面呈“U”字形状，并且具有与散热部60内侧连通的第一、第二通孔321h、321H，排出器盖322在与再生器50连通的吸入口(未图示)上不仅具有通过压力差进行开闭的排出器阀323，而且还具有与排出器本体321a内侧连通的通孔322H。

另一方面，由于可动部件30进行往复直线运动，除了板簧S之外，还使用能够润滑相互摩擦的部件的气体轴承，其结构如下。包括向活塞插头312的轴方向设置以使压缩空间C的制冷剂能够流入的流路312a，还具有沿着活塞插头312的外周面在圆周方向形成以与上述流路312a连通的多个储存槽312b，具有向活塞体311的半径方向贯通以将储存于活塞插头312的储存槽312b的制冷剂向活塞体311与气缸21之间的空间供给的多个孔311h，具有向活塞插头312的半径方向贯通以将储存于活塞插头312的储存槽312b的制冷剂向活塞插头312与排出器杆321之间的空间供给的多个孔312h。当然，为了将储存于活塞插头312的储存槽312b的制冷剂引导至活塞体311的孔311h或活塞插头312的孔312h，活塞插头312的外周面上在圆周方向或轴方向具有各种形态的凹槽(未图示)，压缩空间C与储存槽312b之间设有使得制冷剂仅向一个方向流动的活塞阀(未图示)。

线性电机40包括以与气缸21外周面接触的方式固定的圆筒形的内定子41、以与管壳12内周面接触且与内定子41的外侧保持一定距离的方式固定的圆筒形的外定子42、以在内定子41与外定子42之间保持一定间隔的方式连接于活塞体311的永久磁铁43。当然，外定子42中，在的线圈绕组421上安装有多个芯块(core block)422，线圈绕组421与外壳10侧的电源端子14相连接。外定子42的芯块422的一端被框架11支撑，优选地通过焊接来固定于框架11上，其另一端被支架16支撑。支架16通过螺栓固定于板簧S的外周。即，外定子的一端被框架11支撑，其另一端被与板簧S相连接的支架16支撑。

再生器50由与排出器壳22结合的圆筒形状的再生器外壳51、***于排出器本体321a一部分及再生器外壳51内侧的蓄热材料52、以覆盖蓄热材料52端部的方式附着的端盖53构成，该再生器50使得制冷剂能够通过蓄热材料52和端盖53。蓄热材料52的作用是通过接触制冷剂气体来进行热交换并将获得的能量储存后返还，因而其优选由热交换面积及比热大、热传导系数小且具有均匀的透气性的材质构成，作为一例，可由细微的线被捆束的形态构成。

散热部60由圆筒形态的底座61及沿着底座61的圆周方向紧密排列的板形态的销62构成，该散热部60由热传导效率高的铜等金属材质构成。

冷却部70安装于再生器50端部，以使其与端盖53之间形成膨胀空间E，通过热交换作用维持超低温状态。当然，冷却部70为了内部的制冷剂与外部空气之间的热交换作用而形成更大的表面积。

除此之外，未说明的附图标记80表示被动平衡器(passive balancer)，其包含板簧，以使在超低温制冷机运行时减少密闭壳的震动。

如上结构的超低温制冷机的运行如下所述。

首先，电流通过电源端子14供给至外定子42，内定子41与外定子42及永久磁铁43之间生成相互电磁力，根据这种电磁力，永久磁铁43进行往复直线运动。此时，由于永久磁铁43与活塞体311以及与此衔接的活塞插头312相连，因而永久磁铁43与活塞31一起进行往复直线运动。由此，活塞31在气缸21内部进行往复直线运动时，根据作用与反作用定律，排出器32相对活塞31移动向反方向移动，同时由于被板簧S弹性支撑，因而向活塞运动的相反方向进行往复直线运动。

因此，根据活塞31与排出器32相互之间的相反方向的往复直线运动，在气缸21内部的压缩空间C制冷剂被压缩的同时，通过气缸21的通孔21h，经过框架11内侧的散热空间D并通过散热部60散热，由此执行等温压缩过程。当压缩空间C被压缩时，再生器的蓄热材料52也随着排出器本体321a一起移动，膨胀空间E内部形成相对的负压，经过等温压缩过程的制冷剂，经由排出器壳22的通孔22h及排出器本体321a的第一通孔321h流入再生器的蓄热材料52的内部，与朝向相反方向流动的制冷剂进行热交换作用，由此执行等效再生过程。经过等效再生过程的制冷剂向膨胀空间E流出并膨胀，并且由冷却部70对外部空气进行冷却，由此执行等温膨胀过程。之后，经过等温膨胀过程的制冷剂，在膨胀空间E相对地压缩且压缩空间C相对地膨胀的过程中，再次流入再生器50，然后通过与如以上说明的方向相反的方向流动的制冷剂进行再生，从而执行等效再生过程。此时，制冷剂经由设在排出器盖322上的吸入口及排出器阀323经过了排出器本体321a及排出器盖322内部后，再通过排出器盖322的通孔322H和排出器本体321a的第二通孔321H，再次流入压缩空间C。当然，在线性电机40运行期间，依次反复执行以上的等温压缩过程、等效再生过程、等温膨胀过程、等效再生过程，从而在冷却部70实现超低温冷却。

另一方面，如前所述，构成可动部件30的活塞31和排出器32，在作用与反作用定律以及支撑排出器32的板簧的影响下，沿着相反的方向进行往复直线运动，由此压缩空间C的体积反复增减，压缩空间C的制冷剂不仅向再生器50一侧流动，同时还向其反方向流动，起到对于相互滑动接触的部件进行润滑的气体轴承的作用。具体而言，从压缩空间C经过散热空间D并向再生器50流动的制冷剂，其在排出器壳22和排出器本体321a之间起到气体轴承的作用，从压缩空间C通过在活塞插头312沿着轴方向设置的流路312a并向储存槽312b流动的制冷剂，其通过活塞体311的沿着半径方向贯通的孔311h流动至活塞体311和气缸21之间，起到气体轴承的作用，并且通过活塞插头312的沿着半径方向贯通的孔312h，流动至活塞插头312和排出器杆321之间，起到气体轴承的作用。

图4是表示根据本发明的超低温制冷机的排出器阀的安装一例的分解图。

本发明的超低温制冷机如上所述，在排出器本体321a与排出器盖322内部形成规定的空间，通过了再生器50的制冷剂再次流入压缩空间C之前会经过上述规定的空间。由此，如图4所示，排出器盖322上具有使制冷剂流动的吸入口322h，排出器阀323安装于排出器322的吸入口322h所在的一面。

排出器盖322的截面呈“U”形状，其设置成能***以上说明的截面呈“U”形状的排出器本体321a(图3所示)。此时，在排出器盖322的被堵塞的圆形的一面上具有使制冷剂流入的吸入口322h，并且其内侧具有能够连接排出器阀323的螺纹槽，吸入口322h与螺纹孔h位于从排出器盖322的一面中心处偏离的位置。而且，在排出器盖322的圆筒形侧面上具有使制冷剂流出的各通孔322H。当然，其侧面垂直于排出器盖322的一面。

排出器阀323呈薄片形状，其包括具有与排出器盖322的螺纹槽h进行螺栓结合的螺纹孔H的固定部323a、在固定部323a一侧上沿着排出器盖322的侧面延长的曲线形态的防旋转引导部323b、沿着防旋转引导部323b内侧切开固定部323a的如防旋转引导部323b那样的曲线形状的切开部323c、在与固定部323a分隔的部分用于开闭排出器盖322的吸入口322h的圆盘形状的开闭部323d、连接固定部323a和开闭部323d之间的曲线形态的连接部323e。固定部323a的螺纹孔H如上所述地如排出器盖322的螺纹槽h那样，位于从排出器盖322的一面中心处偏离的位置，外周端沿着排出器盖322的侧面形成。防旋转引导部323b在固定部323a的一侧上延长，以从固定部323a的螺纹孔H中心面朝向排出器盖322的一面中心的方式沿着排出器盖322的侧面延长，同样，其外周端沿着排出器盖322的侧面而以曲线形态形成。固定部323a和防旋转引导部323b的外周端沿着排出器盖322至少一半以上的侧面来形成。当切开部323c形成于固定部323a时，就在切开部323c外侧上具有防旋转引导部323b的同时，在切开部323c内侧上具有连接部323e，由此曲线部和切开部323c以具有相同曲率半径的曲线形态构成。开闭部323d呈直径大于吸入口322h直径的圆盘形状。连接部323e的长度因切开部323c而能够变长，且宽度相对较薄，能够在规定的压力下灵活地开闭，其呈一种圆弧形状的曲线形态。

排出器阀323组装于排出器盖322的过程如下：排出器阀323的固定部323a及防旋转引导部323b沿着排出器盖322的侧面放置，对齐排出器阀323的螺纹孔H和排出器盖322的螺纹槽h后，进行螺栓结合。当然，排出器阀323的开闭部323d位于能覆盖排出器盖322的吸入口322h的位置。此时，由于外部冲击等情况，可在排出器盖322的一面上移动的力量将施加到排出器阀323，但由于排出器阀323的固定部323a偏心固定于排出器盖322的一面，并且排出器阀323的固定部323a及防旋转引导部323b被支撑在排出器盖322的侧面，因此，排出器阀323不会在排出器盖322的一面的准确位置上固定住，而不会移动。

如上所述地组装的排出器阀323的运行过程如下：当在排出器盖322的内外侧之间产生压力差时，排出器阀323的固定部323a及防旋转引导部323b不会移动，但向排出器阀323的连接部323e施加应力时，排出器阀323的开闭部323d相对排出器盖322的吸入口322h开闭。

以上基于本发明的实施例及附图举例详细说明了本发明的内容。但本发明的范围并不局限于以上实施例及附图，本发明的范围由权利要求书中记载的内容来限定。

Claims (8)

1.一种超低温制冷机的排出器阀，安装在排出器盖的圆形的一面上，并且通过螺栓与排出器盖的偏心部分相连结，其特征在于，

在上述排出器盖的一面上具有用于与再生器连通的朝向上述再生器开放的吸入口；

上述排出器阀用于开闭上述吸入口；

上述排出器阀具有：

固定部，其具有用于螺栓固定的螺纹孔；

开闭部，其与固定部相分隔，用于开闭排出器盖上的吸入口；

连接部，其平滑地对固定部与开闭部之间进行连接；

防旋转引导部，其从固定部扩张而成，并被与排出器盖的一面垂直的侧面支撑，该防旋转引导部用于防止该排出器阀以螺栓为中心旋转。

2.根据权利要求1所述的超低温制冷机的排出器阀，其特征在于，

防旋转引导部沿着朝向圆形一面的中心的圆周方向扩张，而不是朝向螺纹孔的中心。

3.根据权利要求1所述的超低温制冷机的排出器阀，其特征在于，

防旋转引导部具有沿着排出器盖的侧面形成的曲线形态。

4.根据权利要求3所述的超低温制冷机的排出器阀，其特征在于，还包括切开部，该切开部是以曲线形态切开固定部的一部分而形成的，该切开部维持连接部和防旋转引导部之间的间隔，并使连接部的动作变得顺畅。

5.一种超低温制冷机，其特征在于，

包括：

密闭壳，

活塞，其在设置于密闭壳内的气缸的内侧，沿轴方向进行往复直线运动，

排出器，沿着与活塞相反的方向进行往复直线运动，

再生器，其与排出器相结合并与排出器一起进行往复直线运动，使得在其内部沿相反方向流动的制冷剂相互进行热交换，

压缩空间，其形成于气缸、活塞以及排出器之间，该压缩空间的大小能够改变，

膨胀空间，其形成于密闭壳和再生器之间，该膨胀空间与压缩空间相反地改变其大小；

排出器包括：

***于活塞中进行运动的排出器杆，

从活塞延长并与再生器结合的排出器本体，

安装于排出器本体内的排出器盖；

在排出器本体和排出器盖之间形成排出器空间；

在排出器盖上设有吸入口和排出器阀，该吸入口用于使制冷剂从再生器流动至排出器空间，该排出器阀通过螺栓与排出器盖相连结，用于对吸入口进行开闭；

排出器阀具有：

固定部，其具有用于螺栓固定的螺纹孔，

开闭部，其与固定部相分隔，用于开闭排出器盖上的吸入口，

连接部，其平滑地对固定部与开闭部之间进行连接，

防旋转引导部，其从固定部扩张而成，并被与排出器盖的一面垂直的侧面支撑，该防旋转引导部用于防止该排出器阀以螺栓为中心旋转。

6.根据权利要求5所述的超低温制冷机，其特征在于，

防旋转引导部沿着朝向圆形一面的中心的圆周方向扩张，而不是朝向螺纹孔的中心。

7.根据权利要求5所述的超低温制冷机，其特征在于，

防旋转引导部具有沿着排出器盖的侧面形成的曲线形态。

8.根据权利要求7所述的超低温制冷机，其特征在于，还包括切开部，该切开部是以曲线形态切开固定部的一部分而形成的，该切开部维持连接部和防旋转引导部之间的间隔，并使连接部的动作变得顺畅。