超低溫制冷機及冷卻方法技術

本發明專利技術提供一種超低溫制冷機及冷卻方法，本發明專利技術的超低溫制冷機（10）具備：制冷機，其具備用于對工作氣體進行吸排氣而在缸（12）的內部驅動的置換器（14）；壓縮機（30），其用于壓縮從缸（12）排出的低壓工作氣體并將高壓工作氣體向缸（12）送出；及中間壓緩沖容積（34），其與壓縮機（30）的高壓側及低壓側中的至少一側連接并通過壓縮機（30）調壓，且與缸（12）連接。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種。
技術介紹
例如在專利文獻I中記載有使用了吉福德-麥克馬洪(GM)循環等的超低溫制冷裝置。該超低溫制冷裝置上設置有壓縮機，該壓縮機吸入從制冷機排出的低壓制冷劑氣體并作為高壓制冷劑氣體向制冷機送出。另外，制冷機中內置有回轉閥裝置，該回轉閥裝置用于控制制冷機與壓縮機的制冷劑氣體的流動。回轉閥裝置上形成有吸氣閥及排氣閥，該吸氣閥用于將制冷劑氣體向制冷機吸氣，該排氣閥用于排出制冷劑氣體。吸氣閥用于從壓縮機向制冷機供給高壓制冷劑氣體而設置，排氣閥用于從制冷機向壓縮機排出低壓制冷劑氣體而設置。·專利文獻專利文獻I :日本專利第2617681號公報因此，在開閥時，有相當于壓縮機的出入口之間的差壓的比較大的差壓作用于吸氣閥及排氣閥。差壓越大，閥的能量的損耗越變大。這是因為通過閥時，流動產生混亂，能量作為摩擦熱等流失。更準確而言，流動的熵值變大。考慮到這種能量損失，制冷機上設置有比較大型的壓縮機。然而，從節能觀點考慮，只要能夠實現相同級別的制冷性能，就優選使用耗電更小的壓縮機。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提供一種節能性能優異的。根據本專利技術的一個形態，提供一種超低溫制冷機，其具有制冷機，其具備為了對工作氣體進行吸排氣而在缸的內部進行驅動的置換器；壓縮機，其用于壓縮從所述缸排出的低壓工作氣體并作為高壓工作氣體向所述缸送出；及中間壓緩沖容積，其與所述壓縮機的高壓側及低壓側中的至少一側連接并由所述壓縮機調壓，且該中間壓緩沖容積與所述缸連接。根據該形態，能夠使用中間壓緩沖容積來減輕缸與壓縮機的差壓。并能夠減小壓縮機與缸之間的工作氣體流動中的能量損失，因此能夠采用耗電較小的壓縮機并實現節能性優異的超低溫制冷機。另外，緩沖容積調壓為中間壓也有助于制冷機的節能性。根據本專利技術的另一形態，提供一種冷卻方法。該方法通過包含吸氣工序和排氣工序的熱循環產生寒冷，所述吸氣工序將工作氣體從高壓源向膨脹空間吸氣，所述排氣工序使工作氣體膨脹并從該膨脹空間向低壓源排氣。所述吸氣工序包括從中壓源向所述膨脹空間吸氣的工序，且該中壓源具有所述高壓源及低壓源的中間壓。在所述排氣工序開始之前，將所述中壓源與與所述膨脹空間隔斷并將所述中壓源以減輕其與所述膨脹空間的差壓的方式進行升壓。根據本專利技術的另一形態，提供一種冷卻方法。該方法通過包含吸氣工序和排氣工序的熱循環產生寒冷，該吸氣工序將工作氣體從高壓源向膨脹空間吸氣，該排氣工序使工作氣體膨脹并從該膨脹空間向低壓源排氣。所述排氣工序包括從所述膨脹空間向中壓源排氣的工序，且該中壓源具有所述高壓源及低壓源的中間壓。在所述吸氣工序開始之前，將所述中壓源與所述膨脹空間隔斷并將所述中壓源以減輕其與所述膨脹空間的差壓的方式進行減壓。專利技術效果 根據本專利技術，能夠提供一種節能性優異的。附圖說明圖I是示意地表示本專利技術的一實施方式所涉及的超低溫制冷機的結構的圖。圖2是示意地表示本專利技術的一實施方式所涉及的超低溫制冷機的動作的一例的圖。圖3是示意地表示本專利技術的一實施方式所涉及的超低溫制冷機的結構的圖。圖4是示意地表示本專利技術的其他實施方式所涉及的超低溫制冷機的結構的圖。圖5是示意地表示本專利技術的另一實施方式所涉及的超低溫制冷機的動作的一例的圖。具體實施例方式圖I是示意地表示本專利技術的一實施方式所涉及的超低溫制冷機10的結構的圖。超低溫制冷機10為具備在缸12的內部被機械地驅動的置換器14且通過GM循環產生寒冷的吉福德-麥克馬洪式制冷機(所謂GM制冷機)。超低溫制冷機10的冷頭構成為包含缸12及置換器14。置換器14通過置換器驅動機構16往復移動于缸12的高溫端與低溫端。置換器驅動機構16例如包含馬達、用于將該馬達輸出的旋轉運動轉換為往返運動并向置換器14傳遞的曲柄及止轉棒軛。密封件18配置于缸12與置換器14之間，分隔缸12的高溫側的上部室20與低溫側的膨脹室22。將膨脹室22的工作氣體壓力記為缸壓PC。上部室20與蓄冷器24通過第I氣體流路26連接，膨脹室22與蓄冷器24通過第2氣體流路28連接。工作氣體例如為氦氣。另外，圖示的例子中，雖然蓄冷器24設置于缸12的外部，但蓄冷器24可組裝于置換器14的內部。如圖所示，超低溫制冷機10不限定于單級制冷機，可為串聯連接的多個(例如2個)缸的內部分別收容有能夠往復移動的置換器的多級(例如2級)制冷機。另外，超低溫制冷機10可構成為通過工作氣體的壓力驅動置換器14。超低溫制冷機10可構成為通過GM循環以外的適當的熱循環例如蘇爾威循環產生寒冷。超低溫制冷機10進一步具備壓縮機30及壓力控制部32。壓縮機30用于使工作氣體循環而設置。即，壓縮機30壓縮從缸12排出的低壓PL的工作氣體，并再次將高壓PH的工作氣體向缸12送出。高壓配管42及低壓配管44分別從壓縮機30的吐出口及吸入口延伸，通過高壓配管42及低壓配管44連接壓縮機30與壓力控制部32。壓縮機30與壓力控制部32分開構成，如此由配管連接。壓縮機30構成為吸入基本上恒定的低壓PL的工作氣體，且吐出基本上恒定的高壓PH的工作氣體。然而，壓縮機30也可構成為輸入壓及輸出壓的至少一個可變。例如，壓縮機30可控制為將壓縮機30的出入口之間的差壓維持在目標壓力。壓力控制部32設置于缸12與壓縮機30之間，且將壓縮機30與缸12的高溫端連接。壓力控制部32與置換器14的往復移動同步而周期性地切換壓縮機30與缸12的連接狀態，以便實現用于產生寒冷的熱循環。即，壓力控制部32在向缸12填充工作氣體的吸氣工序中將壓縮機30的高壓側與缸12連接，在從缸12排出工作氣體的排氣工序中將壓縮機30的低壓側與缸12連接。另外，如后所述，壓力控制部32不僅將缸12切換連接于高壓源及低壓源，而且還使緩沖容積34與缸12連接。壓力控制部32構成為包含至少一個緩沖容積34、高壓閥VI、中壓閥V2及低壓閥V3。高壓閥Vl設置在高壓氣體流路36上，用于使壓縮機30的高壓側與缸12的上部室20連通。中壓閥V2設置在中壓氣體流路38上，用于使緩沖容積34與缸12的上部室20或膨脹室22連通。低壓閥V3設置在低壓氣體流路40上，用于使壓縮機30的低壓側與缸12的 膨脹室22連通。高壓閥VI、中壓閥V2及低壓閥V3相對于缸12及蓄冷器24并列設置。通過打開高壓閥VI、中壓閥V2及低壓閥V3中的至少一個閥，與所打開的閥相對應的高壓源、中壓源及低壓源中的至少一個與缸12及蓄冷器24連通。S卩，超低溫制冷機10具備工作氣體源，該工作氣體源包含能夠選擇性地與缸12連通的高壓源、中壓源及低壓源。高壓氣體流路36的一端與從壓縮機30的吐出口延伸的高壓配管42連接，高壓氣體流路36的另一端與第I氣體流路26連接。中壓氣體流路38的一端與緩沖容積34連接，中壓氣體流路38的另一端與第I氣體流路26連接。低壓氣體流路40的一端與從壓縮機30的吸入口延伸的低壓配管44連接，低壓氣體流路40的另一端與第I氣體流路26連接。緩沖容積34以通過壓縮機30調壓為高壓PH及低壓PL的中間壓的方式而與壓縮機30的高壓側及低壓側中的至少一側連接。將緩沖容積34的壓力記為緩沖壓PB。參考圖2，如后所述，緩沖壓PB在熱循環內由壓力控制部32控制在中間壓力范圍內。該中間壓力范圍的上限壓小于壓縮機30的高壓本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李瑞，顏鵬達，
申請(專利權)人：住友重機械工業株式會社，
類型：
國別省市：