Холодильна газова машина

Корисна модель відноситься до холодильної техніки і призначена для обладнання промислових та побутових холодильників. Відома холодильна газова машина (прототип) для досягнення низької температури по оберненому циклу Стірлінга, що містить порожнини стиснення і розширення і картер, робочий поршень, витискувач, регенератор і теплообмінні апарати, яка відрізняється тим, що робочий поршень машини обладнано газовою ємкістю, яка розташована у верхній частині корпуса поршня, кришкою, клапанними приладами, які встановлені в кришці з можливістю перепуску газу в двох напрямках і металевогумовою пластиною з отворами для пропуску газу в газову ємкість, яка виконана в вигляді жорстко з'єднаних між собою газового балону, пружної пластини і ущільнювального кільця, зафіксованих зверху металевогумовою пластиною, при чому кришка встановлена з можливістю закріплення металевогумової пластини до корпусу поршня за допомогою гвинтів [патент РФ, №2080527, F25B9/14, 1997]. Недоліками такої конструкції є її складність та мала надійність. Машина має два поршні: робочий і витискувач, при чому робочий поршень виготовлено з порожниною, яку закриває кришка з клапанним приладом і металевогумовою пластиною з отворами. Така конструкція ускладнює будову поршня та збільшує його масу, що недоцільно, оскільки поршень швидко зворотно-поступово рухається у циліндрі. Такі умови не гарантують надійність роботи та щільність закривання клапанів клапанного приладу з металевогумовою пластиною. Конструкція додатково потребує використання балона, що також ускладнює будову машини та знижує її надійність. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення холодильної газової машини шляхом заміни поршнів (робочого та витискувача) одним витискувачем, який встановлено на шийці ексцентрикового приводного вала з можливістю обертання і взаємодії з робочими камерами, розташованими в одній циліндричній проточці корпуса, чим досягається спрощення конструкції, і можливість розмістити в одній проточці корпуса дві робочі секції при значному зменшенні розмірів та маси машини. Поставлена задача вирішується тим, що у холодильній газовій машині, що містить корпус з бічними кришками, ексцентриковий приводний вал, компресорні та розширювальні камери, регенератори і теплообмінники та холодильну камеру з холодильниками, що складають проточну частину машини, витискувач з шиберами, укладеними в пази корпуса та бічними кришками, що приєднані до корпусу, поділяють циліндричну проточку в корпусі на робочі камери (компресорні та розширювальні), при чому витискувач встановлено на шийці ексцентрикового приводного вала з можливістю обертання. Устаткування на приводному валу з ексцентриком витискувача в циліндричній проточці корпуса, обладнаного шиберами, дозволило поділити об'єм циліндричної проточки на робочі камери і циклічно змінювати їх об'єм, що спрощує конструкцію, та дає можливість розмістити дві робочі секції в одному корпусі. Витискувач встановлено з можливістю обертання, що зменшує сили тертя та знос деталей. Витискувач грає одночасно роль витискувача і робочого поршня відповідно з якою камерою він контактує. Така будова машини дозволяє суттєво зменшити її розміри та масу. На Фіг.1 зображена холодильна газова машина, загальний вигляд; на Фіг.2 - поперечний розтин, який пояснює взаємодію витискувача, шиберів та корпуса. Холодильна газова машина містить корпус 1 з бічними кришками 2 і 3, в якому розташовані вал 4 з ексцентриком 5. На шийці ексцентрика 5 вставлено витискувач 6 з можливістю обертання. В корпусі 1 виконані пази для розміщення в них шиберів 7, 8, 9 і 10, які притискуються газом або пружинами до поверхні проточки в корпусі 1. Шибери 7, 8, 9 і 10 сумісно з визискувачем 6 та бічними кришками поділяють циліндричну проточку в корпусі 1 на робочі камери: компресорні 11 і 12 та розширювальні 13 і 14. До корпуса 1 приєднані вузли з теплообмінниками 15 і 16 та регенераторами 17 і 18. Холодильна газова машина має дві робочі секції, які працюють як самостійні машини. Перша секція вміщає робочу камеру 11 (компресорну), теплообмінник 15, регенератор 17, холодильник 19 та камеру 14 (розширювальну); друга - компресорну камеру 12, теплообмінник 16, регенератор 18, холодильник 20 та розширювальну камеру 13. Порожнини цих складових заповнені робочим тілом (газом), наприклад, воднем, гелієм, вуглекислотою та іншим і створюють проточну частину машини. Холодильники 19 і 20 розташовані в холодильній камері 21, де розміщені предмети 22, які призначені для охолодження. Вал 4 устатковано на підшипниках 23 і 24 і обладнано тягарями 5 і 26, які призначені для статичної та динамічної балансировки. Вихідний кінець вала 4 ущільнено манжетою 27. Холодильна газова машина працює таким чином. В проточній частині машини робоче тіло (газ) при обертанні вала 4 безперервно циркулює між компресорними та розширювальними камерами. При чому за півоберта вала 4 газ перекачується із компресорних камер в розширювальні, а за другий - навпаки. За перший півоберта газ в компресорній камері 13 першої секції стискується та нагрівається. Отримана теплота газом частково відбирається в теплообміннику 15, а частково в регенераторі 17, насадка якого нагрівається. Таким чином, в розширювальну камеру 14 газ протікає через холодильник 19 охолодженим, причому тепло від предметів 22 перетікає до газу, а предмети охолоджуються. За другі півоберта газ із розширювальної камери 14 протікає скрізь холодильник 19 і насадку регенератора 17 (де частково нагрівається) до теплообмінника 15, який віддає накопичене тепло в зовнішнє середовище так, що газ в компресорну камеру 11 поступає холодним. Далі процес повторюється. Таким чином, тепло безперервно переноситься із холодильної камери 21 в навколишнє середовище. В другій секції протікає такий же цикл, але зсунутий по фазі на півоберта. Щоб робочий цикл виконувався потрібно витрачати певну енергію, тому вал 4 машини необхідно приводити тим чи іншим двигуном. Таким чином, поділ циліндричної проточки корпуса на робочі камери і заміна поршнів одним витискувачем дозволяє спростити конструкцію, зменшити габарити і масу холодильної газової машини.