專利名稱：低溫壓縮機的制作方法
技術領域：
低溫壓縮機。本實用新型是用于產生低溫(77K溫區或77K以下溫區)高壓氣體的裝置。它適用于低溫制冷機系統以及一切需要低溫高壓氣體的場合。本實用新型屬于氣體制冷機領域，也涉及到機械制造行業和活塞式壓縮機領域。
獲得高壓氣體的方法有許多種。目前，大多數方法已經工業化并大規模生產。但是要對氣體實現低溫壓縮，產生低溫(77K溫區或77K以下溫區)高壓氣體，仍然沒有成熟的方法應用于氣體制冷機領域。然而，低溫壓縮機又是氣體制冷機一個理想的、必要的關鍵設備。目前，現有熱壓縮機一般是利用800K以上的高溫做熱源，以室溫做冷源，只能實現室溫壓縮。活塞式壓縮機一般也同樣是在室溫下完成氣體壓縮的。這些壓縮機與制冷機匹配必須用換熱器和制冷機相連接。這種結合使得制冷機結構復雜，而且室溫狀態下的壓縮機很容易產生低溫下堵塞系統的雜質，使制冷機的可靠性降低。如果實現了低溫壓縮，和制冷機結合就省去了一個換熱器，并能得到不容易堵塞制冷機的高純氣體，那將使得制冷機的結構緊湊，效率提高，可靠性增加。
本實用新型的目的是為了克服不能使氣體實現低溫壓縮的缺陷而通過對現有室溫熱壓縮機的結構進行改進，利用液氮等低溫條件實現低溫壓縮，使得其適用于低溫制冷機領域或者其它一切需要低溫高壓氣體的場合。
以下結合附圖對本實施方案作詳細敘述。
低溫熱壓縮機是利用氣體壓力隨溫度升降漲落的原理而工作的，其結構如
圖1示。其中①是驅動機構，它是由能夠產生往復運動的任意機械結構組成；②是氣缸；③是推移活塞；④和⑤分別是在低溫下工作的高壓排氣閥門和低壓進氣閥門，它們可以采用低溫電磁閥門、低溫簧片閥、低溫單向閥、低溫旋轉閥和其它一些低溫閥門；⑥是低溫端換熱器，低溫端一般是采用液氮(77K)做為冷源，也可以采用液氫(20K)或液氦(4.2K)等低溫條件作為冷源；⑦是回熱器，它是由不同目數的高熱容網狀材料組成；⑧是熱端換熱器，其中熱端可以是室溫，也可以是利用太陽能、化學能、電能等熱能產生的高于室溫的溫度。驅動機構①用來驅動氣缸②中的推移活塞③，使其在氣缸③中做往復運動，高壓排氣閥④和低壓進氣閥門⑤連接在氣缸②下端，低溫端換熱器⑥連接在氣缸②下端和回熱器⑦下端之間，熱端換熱器⑧連接在氣缸②上端和回熱器⑦上端之間。
本方案的工作原理如下當推移活塞處于下死點時，系統內的氣體大部分處于熱腔中，此時，由于系統內氣體的平均溫度最高，因此，系統內氣體的壓力也為最高；當推移活塞開始向上運動時，驅使熱腔中的熱氣體經回熱器流向冷腔，這樣系統內氣體的平均溫度開始下降，因此系統內氣體的平均壓力也隨之降低，這實際上是一個膨脹過程；當系統內氣體的壓力下降到進氣壓力時，進氣閥門打開，開始吸入低壓氣體，直到推移活塞到達上死點，這是一個等壓吸氣過程；接著，推移活塞向下運動，與膨脹過程相反，冷腔中的冷氣體經回熱器流向熱腔，系統內氣體的平均溫度隨之上升，因此系統內氣體的平均壓力也相應增加，這實際上是一個壓縮過程；當系統內氣體的壓力上到排氣壓力時，排氣閥打開，開始排出高壓氣體，直到推移活塞到達下死點，這是一個等壓排氣過程；以后往復循環。由于熱腔和冷腔之間通過一個回熱器相連接，而且由于回熱器兩端的壓差很小，因此，系統內各處氣體壓力幾乎相等，所以，推移活塞運動只需要克服摩擦和氣體流動阻力而消耗很少的機械功。這也是本方案的重要特征之一。本方案的特點是利用熱能來直接壓縮氣體的，而不需要大量的機械能。因此低溫熱壓縮機和普通壓縮機相比較，具有振動小、噪音低、運行可靠、壽命長，而且氣體不受污染的特點；和制冷機結合就減少了一個室溫到液氨(77K)或液氫(20K)和液氦(4.2K)溫區的換熱器，那將使得制冷機的結構緊湊、效率提高、可靠性增加。低溫熱壓縮機和普通熱壓縮機比較，具有壓比高的優點。
權利要求1.一種由驅動機構①，氣缸②，推移活塞③，進排氣閥門④和⑤，換熱器⑥和⑧，回熱器⑦組成的低溫熱壓縮機，其特征在于驅動機構①和氣缸②中的推移活塞③相連接，高壓排氣閥④和低壓進氣閥門⑤連接在氣缸②下端，低溫端換熱器⑥連接在氣缸②下端和回熱器⑦下端，熱端換熱器⑧連接在氣缸②上端和回熱器⑦上端。
2.按權利要求書1所述的低溫壓縮機，其特征在于所說的高壓排氣閥門④和低壓進氣閥門⑤是可以采用低溫電磁閥門、低溫簧片閥、低溫單向閥、低溫旋轉閥和其它低溫閥門。
3.按權利要求書1所述的低溫壓縮機，其特征在于所說的低溫端換熱器⑥是采用液氮(77K)做為冷源，也可以采用液氫(20K)或液氦(4.2K)等低溫條件作為冷源。
4.按權利要求書1所述的低溫壓縮機，其特征在于所說的熱端換熱器⑧是室溫，也可以是利用太陽能、化學能、電能等熱能產生的高于室溫的溫度。
專利摘要本實用新型提供產生低溫高壓氣體的低溫壓縮機。由驅動機構①，氣缸②，推移活塞③，進排氣閥門④和⑤，換熱器⑥和⑧，回熱器⑦組成。本實用新型的特征在于壓縮機的進、排氣閥門均在液氮等低溫條件下工作，實現了低溫壓縮。低溫壓縮機的冷端可以是液氮、液氫或液氦等低溫溫區；低溫熱壓縮機的熱端可以是室溫，也可以是利用熱能產生的高于室溫的溫度。本實用新型為氣體制冷機提供了一種新的壓縮機。
文檔編號F04B37/00GK2092613SQ9022541
公開日1992年1月8日 申請日期1990年12月1日 優先權日1990年12月1日
發明者王俊杰, 周遠 申請人:中國科學院低溫技術實驗中心