一种带逆循环制热功能的GM制冷机的制作方法

一种带逆循环制热功能的gm制冷机
技术领域
1.本实用新型主要涉及制冷机技术领域，具体涉及一种带逆循环制热功能的gm制冷机。


背景技术：

2.gm制冷机是基于西蒙膨胀原理用来获取超低温的装置，其广泛应用于医疗核磁共振和半导体领域。gm制冷机通过驱动组件带动活塞沿气缸内壁做往复运动，对氦气进行压缩和膨胀，从而达到降温，实现制冷。
3.gm制冷机在长期使用过程中，内部部件经过长时间磨损会导致制冷效率降低，当gm制冷机的制冷量低于超导磁体的漏热量时，需要对gm制冷机进行更换冷芯的操作。
4.目前主要的更换方法是关闭gm制冷机，通过加热器和温度传感器，进行加热和控温，将gm制冷机加热到常温，完成更换冷芯的操作后，再运行制冷机。
5.但是在更换冷芯后，gm制冷机需要从常温状态运行降温到磁体工作所需的低温，需要花费的时间长，而且加热器的局部温度高，制冷机内部温度低，两者之间产生的热应力可能导致气缸变形，从而影响制冷机的制冷效率，而且这种更换冷芯的方法，需要依赖加热器，加热器损坏则无法正常更换冷芯。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种带逆循环制热功能的gm制冷机，所述gm制冷机通过设置具有弧形槽孔的第一旋转配气阀，配合驱动电机反转，改变固定配气阀、第一旋转配气阀和第二旋转配气阀的相位连接关系，实现gm制冷机的逆循环制热，使得gm制冷机能够均匀加热升温，减少加热器，提高更换冷芯的便捷性和安全性，以及提高了更换冷芯后的制冷机复温效率。
7.本实用新型提供了一种带逆循环制热功能的gm制冷机，所述gm制冷机包括驱动组件和制冷机主体，所述驱动组件设置在所述制冷机主体内；
8.所述驱动组件包括驱动电机和曲柄凸轮，所述驱动电机的输出轴与所述曲柄凸轮配合连接；
9.所述制冷机主体内设置有第一旋转配气阀，所述第一旋转配气阀上设置有第一槽孔，所述曲柄凸轮上设置有配合轴，所述配合轴与所述第一槽孔配合连接；
10.所述第一槽孔为弧形槽孔，所述驱动电机正转时，所述配合轴配合连接在所述第一槽孔的一端，所述驱动电机反转时，所述配合轴在所述第一槽孔上移动并配合在所述第一槽孔的另一端。
11.进一步的，所述驱动组件还包括曲柄连杆，所述曲柄连杆上设置有配合孔，所述曲柄连杆基于所述配合孔套接在所述配合轴上。
12.进一步的，所述制冷机主体上设置有第二旋转配气阀，所述第一旋转配气阀上设置有配合槽，所述第二旋转配气阀固定在所述配合槽内。
13.进一步的，所述第一旋转配气阀和所述第二旋转配气阀之间通过定位销连接固定。
14.进一步的，所述第二旋转配气阀上设置有第三槽孔和第四槽孔，所述第一旋转配气阀上设置有第二槽孔；
15.所述第四槽孔与所述第二槽孔相接。
16.进一步的，所述制冷机主体的一端设置有高压气体入口，另一端设置有低压腔体；
17.所述第二槽孔与所述低压腔体相接。
18.进一步的，所述高压气体入口连接有固定配气阀，所述固定配气阀与所述第三槽孔相接。
19.进一步的，所述制冷机主体上设置有连接槽，所述连接槽的一端与所述第三槽孔相接，或所述连接槽的一端与所述第四槽孔相接。
20.进一步的，所述gm制冷机上设置有一级气缸组件，所述连接槽的另一端与所述一级气缸组件相接。
21.进一步的，所述gm制冷机上还设置有二级气缸组件，所述二级气缸组件与所述一级气缸组件配合连接。
22.本实用新型提供了一种带逆循环制热功能的gm制冷机，所述gm制冷机通过设置具有弧形槽孔的第一旋转配气阀，配合驱动电机反转，改变固定配气阀、第一旋转配气阀和第二旋转配气阀的相位连接关系，实现gm制冷机的逆循环制热，使得gm制冷机能够均匀加热升温，减少加热器，提高更换冷芯的便捷性和安全性，以及提高了更换冷芯后的制冷机复温效率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
24.图1是本实用新型实施例中gm制冷机正剖结构示意图；
25.图2是本实用新型实施例中制冷机主体结构示意图；
26.图3是本实用新型实施例中gm制冷机结构侧剖结构示意图；
27.图4是本实用新型实施例中第二旋转配气阀结构剖面示意图；
28.图5是本实用新型实施例中第一旋转配气阀结构示意图；
29.图6是本实用新型实施例中第一旋转配气阀结构剖面示意图；
30.图7是本实用新型实施例中gm制冷机制冷过程的温度变化示意图；
31.图8是本实用新型实施例中gm制冷机逆循环制热过程的温度变化示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下
所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.图1示出了本实用新型实施例中gm制冷机正剖结构示意图，图2示出了本实用新型实施例中制冷机主体结构示意图，图3示出了本实用新型实施例中gm制冷机结构侧剖结构示意图，所述gm制冷机包括驱动组件2和制冷机主体1，所述驱动组件2设置在所述制冷机主体1上，所述驱动组件2包括驱动电机21、曲柄凸轮22和曲柄连杆23，所述驱动电机21的输出轴与所述曲柄凸轮22配合连接，所述曲柄连杆23上设置有配合孔231，所述曲柄凸轮22上设置有配合轴221，所述曲柄连杆23基于所述配合孔231套接在所述配合轴221上，所述驱动电机21可以带动所述曲柄凸轮22转动，同时带动所述曲柄连杆23上下往复运动。
34.进一步的，所述配合轴221上设置有轴套222，所述轴套222用以保护所述配合轴221，减少所述配合轴221与所述曲柄连杆23之间的磨损。
35.具体的，所述gm制冷机包括一级气缸组件3和二级气缸组件4，所述一级气缸组件3包括一级气缸31和一级活塞32，所述一级活塞32配合在所述一级气缸31内，所述二级气缸组件4包括二级气缸41和二级活塞42，所述二级活塞42配合在所述二级气缸41内，所述一级活塞32的一端与所述二级活塞42的一端配合连接，所述一级活塞32的另一端与所述曲柄连杆23的一端连接固定，所述曲柄连杆23带动所述一级活塞32在所述一级气缸31内往复运动，同时带动所述二级活塞42在所述二级气缸41内往复运动。
36.进一步的，所述一级活塞32的顶端和所述一级气缸31的顶端之间形成热腔，所述二级活塞42的底端和所述二级气缸41的底端之间形成冷腔。
37.具体的，所述一级活塞32和所述二级活塞42内部设置有蓄冷材料，当压缩后的高压高温气体从热腔经过所述一级活塞32和所述二级活塞42进入所述冷腔时，所述一级活塞32和所述二级活塞42内的蓄冷材料被加热，所述高压气体温度下降。当冷腔内的气体经过所述一级活塞32和所述二级活塞42进入所述热腔时，所述一级活塞32和所述二级活塞42内的材料降温，气体被加热升温。
38.具体的，所述制冷机主体1的一端设置有高压气体入口11，所述高压气体入口11用以连接压缩机，压缩机将压缩后的高压气体通过所述高压气体入口11输入到所述制冷机主体1内，所述制冷机主体1的另一端内设置有低压腔体12。
39.具体的，图4示出了本实用新型实施例中第二旋转配气阀结构剖面示意图，图5示出了本实用新型实施例中第一旋转配气阀结构示意图，图6示出了本实用新型实施例中的第一旋转配气阀结构剖面示意图。所述制冷机主体1内设置有第一旋转配气阀15和第二旋转配气阀14，所述第一旋转配气阀15的一侧面上设置有配合槽151，所述第二旋转配气阀14配合连接在所述配合槽151内，所述第一旋转配气阀15的另一侧面上设置有第一槽孔152和第二槽孔153，所述第二旋转配气阀14上设置有第三槽孔141和第四槽孔142，所述第二槽孔153与所述第四槽孔142对应相接，所述第二槽孔153的一端与所述低压腔体12相接。
40.进一步的，所述第一旋转配气阀15和所述第二旋转配气阀14之间通过定位销连接固定，确保所述第一旋转配气阀15和所述第二旋转配气阀14之间能准确配合。
41.具体的，所述制冷机主体1内还设置有固定配气阀13和连接槽16，所述固定配气阀13与所述高压气体入口11相接。所述固定配气阀13的阀口与所述第三槽孔141相接，所述连接槽16的一端连接所述一级气缸组件3，所述连接槽16的另一端连接所述第三槽孔141，所述固定配气阀13与所述第三槽孔141相接，所述配气固定阀基于所述第三槽孔141与所述连
接槽16相接通。
42.进一步的，所述固定配气阀13为金属配气阀，所述第一旋转配气阀15为金属配气阀，所述第二旋转配气阀14为非金属配气阀，减少所述第二旋转配气阀14和所述第一旋转配气阀15之间的磨损，减少所述固定配气阀13的磨损。
43.具体的，所述第一旋转配气阀15和所述第二旋转配气阀14可以转动，即所述第二旋转配气阀14和所述固定配气阀13之间可以相对转动，所述连接槽16的槽口可以与所述第四槽孔142相接。
44.具体的，通过所述第一旋转配气阀15和所述第二旋转配气阀14与所述固定配气阀13之间的旋转配合，可以实现进气和排气的功能。当所述连接槽16与所述第三槽孔141相接，所述固定配气阀13、所述第三槽孔141和所述连接槽16形成进气通道，所述压缩机输出的高压气体可以依次通过所述固定配气阀13、所述第三槽孔141和所述连接槽16，进入到所述一级气缸组件3和所述二级气缸组件4内，实现进气功能。
45.进一步的，当所述第一旋转配气阀15和所述第二旋转配气阀14转动，所述连接槽16与所述第四槽孔142相接，所述连接槽16、所述第四槽孔142和所述二槽孔形成排气通道，所述一级气缸组件3和所述二级气缸组件4内的气体在压强作用下，依次经过所述连接槽16、所述第四槽孔142和所述二槽孔，进入所述低压腔体12内，实现排气功能。
46.具体的，所述第一槽孔152为弧形槽孔，所述驱动电机21正转时，所述曲柄凸轮22的配合轴221与所述第一槽孔152的下端配合连接，所述驱动电机21驱动所述曲柄凸轮22转动，所述曲柄凸轮22带动所述第一旋转配气阀15转动。
47.进一步的，所述驱动电机21正转时，所述gm制冷机循环制冷，所述固定配气阀13、所述第一旋转配气阀15和所述第二旋转配气阀14之间形成正循环相位对应关系，即所述曲柄连杆23往下移动到下极限位置时，所述进气通道开启，所述排气通道关闭，所述曲柄连杆23往上移动到上极限位置时，所述进气通道关闭，所述排气通道开启。
48.具体的，所述驱动电机21反转时，带动所述曲柄凸轮22的配合轴221在所述第一槽孔152内移动，当所述曲柄凸轮22的配合轴221从所述第一槽孔152的下端移动到所述第一槽孔152的上端，开始带动所述第一旋转配气阀15反向转动。
49.进一步的，所述驱动电机21反转时，所述gm制冷机逆循环工作制热，所述固定配气阀13，所述第一旋转配气阀15和所述第二旋转配气阀14之间形成逆循环相位对应关系，所述曲柄连杆23往下移动到下极限位置时，所述进气通道关闭，所述排气通道开启，所述曲柄连杆23往上移动到上极限位置时，所述进气通道开启，所述排气通道关闭。
50.具体的，图7示出了本实用新型实施例中gm制冷机制冷过程的温度变化示意图，所述gm制冷机在制冷过程中，在升压过程中，所述曲柄连杆23向下运动到极限位置，所述一级气缸组件3内的热腔体积最大，冷腔体积为零，所述第二旋转配气阀14的排气通道关闭，所述进气通道开启，所述压缩机将压缩后的高压气体输入所述制冷机内，所述一级气缸组件3内的热腔温度升高。
51.在等压充气阶段中，所述第二旋转配气阀14和所述第一旋转配气阀15转动，所述排气通道为此关闭，所述进气通道维持开启，所述曲柄连杆23基于所述驱动电机21的带动向上移动，所述曲柄连杆23带动所述活塞向上移动，将所述热腔内的高压气体推移通过所述活塞进入所述冷腔内，当所述活塞上升到极限位置时，所述冷腔的体积最大，所述热腔的
体积为零。
52.在绝热膨胀过程中，所述活塞位于上极限位置，所述进气通道关闭，排气通道开启，冷腔内的气体开始绝热膨胀，导致气体温度再次下降，产生制冷效应，制冷量从所述制冷机的冷端输出。
53.在等压排气过程中，所述进气通道保持关闭，排气通道保持开启，所述一级活塞32和所述二级活塞42从所述一级气缸31的顶部向下移动，所述冷腔内的气体经过所述二级活塞42和所述一级活塞32进入所述热腔，所述一级活塞32和所述二级活塞42内的蓄冷材料被吸热，温度下降。当所述二级活塞42到达所述二级气缸41底部，所述进气通道打开，所述排气通道关闭。
54.进一步的，经过循环所述一级活塞32和所述二级活塞42内的蓄冷材料温度下降，经过多次循环可以不断制作产生冷量。
55.具体的，图8示出了本实用新型实施例中gm制冷机逆循环制冷温度变化示意图，所述gm制冷机在逆循环过程中，在升压过程中，所述驱动电机21反转，所述曲柄凸轮22的配合轴221基于所述驱动电机21在所述第一槽孔152的一端移动到所述第一槽孔152的另一端，所述曲柄连杆23基于所述驱动电机21的反转上升到极限位置，此时冷腔容积达到最大，热腔的容积为零，所述进气通道开启，排气通道关闭，所述压缩机的高压气体进入所述一级活塞32和所述二级活塞42内，将所述一级活塞32和所述二级活塞42内的材料加热，同时所述冷腔内的气体在高压情况下温度升高。
56.在等压排气过程中，所述曲柄连杆23在驱动电机21的作用下，从上极限位置向下移动，所述冷腔内的气体通过所述一级活塞32和所述二级活塞42，被所述一级活塞32和所述二级活塞42内的蓄冷材料加热，部分气体通过所述进气通道进入所述高压气体入口11，冷腔内的温度再次升高。
57.在绝热膨胀过程中，所述活塞处于下极限位置，此时所述进气通道关闭，排气通道开启，气体绝热膨胀，所述冷腔内温度下降，当所述活塞随所述曲柄连杆23往上移动到上极限位置，所述进气通道开启，排气通道关闭，热腔内的气体以低压状态进入所述冷腔内，所述冷腔内温度上升。
58.具体的，所述gm制冷机经过多次逆循环后，所述冷腔的温度不断上升，直到所述gm制冷机上升到常温状态，停止逆循环，便于进行冷芯更换的操作。
59.本实用新型提供了一种带逆循环制热功能的gm制冷机，所述gm制冷机通过设置带有弧形槽孔的第一旋转配气板，通过驱动电机21反转改变曲柄凸轮22在所述弧形槽孔的位置，从而使第一旋转配气阀15，第二旋转配气阀14和固定配气阀13形成逆循环的相位对应关系，从而实现gm制冷机的逆循环制热效果。使得所述gm制冷机能够逆循环不断加热冷腔，从而使得gm制冷机均匀升温，避免影响其它部件的运行，减少加热器的设置，简化制冷机的结构，便于进行冷芯的更换，而且有效提高了gm制冷机的复温效果。
60.另外，以上对本实用新型实施例所提供的进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。