输入功率减小的低温制冷机转让专利
申请号 : CN200580043029.7
文献号 : CN101080600B
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 许名尧 , 高金林
申请人 : 住友重机械工业株式会社
摘要 :
本发明涉及一种带有阀的制冷机，更具体地讲，涉及GiffordMcMahon(GM)制冷机，以及GM型脉冲管制冷机，其中气体通过阀机构在高压与低压之间循环，其中所述阀机构连接至膨胀器。通过使用缓冲容腔减小输入功率，其中所述缓冲容腔存储通过阀流至和流出所述再生器的暖端的气体，其中所述阀在主要供应和返回阀关闭时的时间段之间打开和关闭，并且在主要供应和返回阀打开时关闭。
权利要求 :
1.一种阀式制冷机，其包括至少一个压缩机、一个阀单元、以及一个膨胀器，其中所述膨胀器具有至少一个缓冲容腔，其通过阀连接至再生器的入口，其中所述阀在气体直接从所述压缩机流至所述再生器之前将气体从所述缓冲容腔充入所述再生器，并且在将气体从所述再生器直接排放到所述压缩机之前将气体从所述再生器排放到所述缓冲容腔，其中在设置在所述压缩机与所述再生器的入口之间的阀打开之前，将所述缓冲容腔连接至所述再生器的入口的阀关闭。
2.根据权利要求1所述的阀式制冷机，其特征在于，其为GM制冷机或GM型脉冲管制冷机。
3.根据权利要求1所述的阀式制冷机，其特征在于，其具有一个缓冲容腔。
4.根据权利要求1所述的阀式制冷机，其特征在于，其具有两个或多个缓冲容腔，其中所述缓冲容腔通过阀连接至所述膨胀器中的所述再生器的入口，其中所述阀在气体从所述压缩机直接流至所述再生器之前依次将气体从所述缓冲容腔充入所述再生器，并且在将气体从所述再生器直接排放到压缩机之前以相反的次序将气体从所述再生器排放到所述缓冲容腔，没有气体直接从所述压缩机进入任何缓冲容腔，也没有气体离开任何缓冲容腔直接到达所述压缩机。
5.根据权利要求1所述的阀式制冷机，其特征在于，所述缓冲容腔选自独立式缓冲容腔，以及与附加的膨胀器缓冲容腔组合的缓冲容腔。
6.根据权利要求1所述的阀式制冷机，其特征在于，所述膨胀器选自脉冲管型的膨胀器，其中包括单孔口脉冲管、双孔口脉冲管、四阀脉冲管、五阀脉冲管以及主动缓冲脉冲管。
7.根据权利要求1所述的阀式制冷机，其特征在于，所述膨胀器以一级和多级中的一个方式产生制冷。
8.根据权利要求2所述的阀式制冷机，其特征在于，所述膨胀器是具有机械驱动装置和气动驱动装置之一的GM型膨胀器。
说明书 :
技术领域
本发明涉及带有阀的低温制冷机，特别地，涉及GiffordMcMahon(GM)制冷机，以及GM型脉冲管制冷机。气体通过连接至膨胀器(expander)的阀机构在高压与低压之间循环。阀机构大体包括旋转阀盘与阀座。转盘阀使得它们本身构造有多个端口。设有离散的端口，通过周期对正不同的端口，它们允许由压缩机所供应的工作流体往返再生器(regenerator)与膨胀器的工作容腔。
背景技术
GM和苏威(Solvay)型制冷机使用压缩机，其供应几乎恒定高压的气体，并且接收几乎恒定低压的气体。气体被供应至往复的膨胀器，其借助于阀机构以相对于压缩机的低速运行，其中所述膨胀器交替地使气体进出所述膨胀器。
W.E.Gifford还提出了用气体置换器替换固体置换器的膨胀器，并且将其称为“脉冲管”制冷机。这首先在美国专利公开文献No.3237421中被公开，其说明了像早期的GM制冷机那样连接至阀的脉冲管。
早期的脉冲管制冷机效率并不足以与GM型制冷机竞争。显著的改进由Mikulin等人完成，如1984年所报道，并且继而增加的兴趣在于寻求进一步改进。自1984年以来的主要改进的说明可在于此所列的参考文献中找出。所有这些脉冲管可作为GM型膨胀器运行，其中所述膨胀器使用阀以循环气体进出脉冲管。以低速运行的GM型脉冲管通常用于大约20K以下的应用。
这种类型的带有阀的低温制冷机具有低效的缺点，这是因为随着气体循环进出膨胀器，膨胀器中的空出的容腔的增压和减压。在带有阀的低温制冷机中，在高压阀正好打开之后，具有通过高压阀的较大的压差，这是由于再生器的入口处的压力几乎为低压。在另一方面，在低压阀打开时，还具有通过阀的较大的压差，这是因为再生器的入口处的压力几乎为高压。该过程产生了不可挽回的损失，其不可通过扩大阀的打开面积而减小。该损失对应于冷头(cold head)的空出容腔。
在Fujimoto的日本专利公开文献P2001-317827中，两个缓冲器通过两个旋转阀连接至再生器的入口，其中所述旋转阀由日本专利公开文献P2001-317827的图2中的时序控制。在该专利公开文献中，在充气的过程中，在第一步骤中，气体首先从第一缓冲器流入再生器中。在第二步骤中，气体从压缩机的供应侧流入再生器和第一缓冲器这两者中。在该专利公开文献中所示的附加的第一缓冲器的作用较小，这是因为在第一步骤中从第一缓冲器流入再生器中的气体的量必须在第二步骤中从压缩机被补偿。在排气的过程中，在第三步骤中，气体流出再生器进入第二缓冲器中。在第四步骤中，气体从再生器和第二缓冲器这两者流至压缩机的返回侧。在该专利公开文献中所示的附加的第二缓冲器的作用较小，这是因为在第三步骤中从再生器流入第二缓冲器中的气体在第四步骤中必须流出第二缓冲器进入压缩机中。
本发明的目的是减少由压缩机供应的气体的量，并且提供在气体循环过程中具有减小的压降的低温制冷机.
W.E.Gifford还提出了用气体置换器替换固体置换器的膨胀器，并且将其称为“脉冲管”制冷机。这首先在美国专利公开文献No.3237421中被公开，其说明了像早期的GM制冷机那样连接至阀的脉冲管。
早期的脉冲管制冷机效率并不足以与GM型制冷机竞争。显著的改进由Mikulin等人完成，如1984年所报道，并且继而增加的兴趣在于寻求进一步改进。自1984年以来的主要改进的说明可在于此所列的参考文献中找出。所有这些脉冲管可作为GM型膨胀器运行，其中所述膨胀器使用阀以循环气体进出脉冲管。以低速运行的GM型脉冲管通常用于大约20K以下的应用。
这种类型的带有阀的低温制冷机具有低效的缺点，这是因为随着气体循环进出膨胀器，膨胀器中的空出的容腔的增压和减压。在带有阀的低温制冷机中，在高压阀正好打开之后，具有通过高压阀的较大的压差，这是由于再生器的入口处的压力几乎为低压。在另一方面，在低压阀打开时，还具有通过阀的较大的压差，这是因为再生器的入口处的压力几乎为高压。该过程产生了不可挽回的损失，其不可通过扩大阀的打开面积而减小。该损失对应于冷头(cold head)的空出容腔。
在Fujimoto的日本专利公开文献P2001-317827中，两个缓冲器通过两个旋转阀连接至再生器的入口，其中所述旋转阀由日本专利公开文献P2001-317827的图2中的时序控制。在该专利公开文献中，在充气的过程中，在第一步骤中，气体首先从第一缓冲器流入再生器中。在第二步骤中，气体从压缩机的供应侧流入再生器和第一缓冲器这两者中。在该专利公开文献中所示的附加的第一缓冲器的作用较小，这是因为在第一步骤中从第一缓冲器流入再生器中的气体的量必须在第二步骤中从压缩机被补偿。在排气的过程中，在第三步骤中，气体流出再生器进入第二缓冲器中。在第四步骤中，气体从再生器和第二缓冲器这两者流至压缩机的返回侧。在该专利公开文献中所示的附加的第二缓冲器的作用较小，这是因为在第三步骤中从再生器流入第二缓冲器中的气体在第四步骤中必须流出第二缓冲器进入压缩机中。
本发明的目的是减少由压缩机供应的气体的量，并且提供在气体循环过程中具有减小的压降的低温制冷机.
发明内容
已经发现，可构造一种带有阀的低温制冷机，从而压缩机与膨胀器之间的气流的一部分可通过阀式连接件从缓冲容腔被供应，并被排气至其。由于本发明的内容，通过阀的压降损失被减小，并且需要由压缩机供应的气体的量被减小。
本发明提供了一种减小GM制冷机或GM型脉冲管制冷机的输入功率的措施。缓冲容腔存储气体，其中所述气体通过阀流至和流出再生器的暖端，其中所述阀在所述主要供应和返回阀关闭时的时间段过程中打开和关闭，并且在所述主要供应和返回阀打开时关闭。
在充气的过程中，在再生器的入口处的压力低于缓冲器中的压力时，气体从一个或多个缓冲容腔而不是从压缩机的供应侧被充气进入再生器中。在排气的过程中，在再生器的入口处的压力高于缓冲器中的压力时，气体从再生器排气至缓冲器而不是压缩机的返回侧。最终的效果是，减少由压缩机供应的气体的量，因而增加系统效率。另外，通过阀的压差可被减小，气体流速可降低，并且听得见的噪声由于气体流速被降低而被减小。
缓冲容腔可以是独立式容腔，以及这样的缓冲容腔，其被包含在膨胀器中，以驱动脉冲管中的GM置换器或气体活塞。
缓冲容腔可以是具有任何形状的容器。其可以仅仅是长的管道或者柔性气体管线。
缓冲容腔可以是冷却系统中的压缩机、阀单元、膨胀器或任何子系统的一部分。缓冲容腔可独立于冷却系统中的压缩机、阀单元、膨胀器或任何子系统或与它们一体。缓冲容腔可以是冷却系统中的压缩机、阀单元、膨胀器或任何子系统中的内部容腔。
本发明可通过单级制冷机或多级制冷机实现。
根据本发明的优选实施例，提供了一种阀式制冷机，其包括至少一个压缩机、一个阀单元、以及一个膨胀器，其中所述膨胀器具有至少一个缓冲容腔，其通过阀连接至再生器的入口，其中所述阀在气体直接从所述压缩机流至所述再生器之前将气体从所述缓冲容腔充入所述再生器，并且在将气体从所述再生器直接排放到所述压缩机之前将气体从所述再生器排放到所述缓冲容腔，其中在设置在所述压缩机与所述再生器的入口之间的阀打开之前，将所述缓冲容腔连接至所述再生器的入口的阀关闭。
可选地，所述的阀式制冷机为GM制冷机或GM型脉冲管制冷机。
可选地，所述的阀式制冷机具有一个缓冲容腔。
可选地，所述的阀式制冷机具有两个或多个缓冲容腔，其中所述缓冲容腔通过阀连接至所述膨胀器中的所述再生器的入口，其中所述阀在气体从所述压缩机直接流至所述再生器之前依次将气体从所述缓冲容腔充入所述再生器，并且在将气体从所述再生器直接排放到压缩机之前以相反的次序将气体从所述再生器排放到所述缓冲容腔，没有气体直接从所述压缩机进入任何缓冲容腔，也没有气体离开任何缓冲容腔直接到达所述压缩机。
可选地，所述缓冲容腔选自独立式缓冲容腔，以及与附加的膨胀器缓冲容腔组合的缓冲容腔。
可选地，所述膨胀器选自脉冲管型的膨胀器，其中包括单孔口脉冲管、双孔口脉冲管、四阀脉冲管、五阀脉冲管以及主动缓冲脉冲管.
可选地，所述膨胀器以一级和多级中的一个方式产生制冷。
可选地，所述膨胀器是具有机械驱动装置和气动驱动装置之一的GM型膨胀器。
根据本发明另一优选实施例，提供了一种制冷机，其选自GM制冷机和GM型脉冲管制冷机，包括至少一个压缩机、一个膨胀器，所述膨胀器具有允许高压气体从所述压缩机流至再生器的入口的阀以及使低压气体从所述再生器返回至所述压缩机的阀，其特征在于，还包括设置在所述膨胀器中的缓冲容腔与所述再生器的入口之间的阀式互连装置，没有气体直接从所述压缩机进入所述缓冲容腔，也没有气体离开所述缓冲容腔直接到达所述压缩机。
本发明提供了一种减小GM制冷机或GM型脉冲管制冷机的输入功率的措施。缓冲容腔存储气体，其中所述气体通过阀流至和流出再生器的暖端，其中所述阀在所述主要供应和返回阀关闭时的时间段过程中打开和关闭，并且在所述主要供应和返回阀打开时关闭。
在充气的过程中，在再生器的入口处的压力低于缓冲器中的压力时，气体从一个或多个缓冲容腔而不是从压缩机的供应侧被充气进入再生器中。在排气的过程中，在再生器的入口处的压力高于缓冲器中的压力时，气体从再生器排气至缓冲器而不是压缩机的返回侧。最终的效果是，减少由压缩机供应的气体的量，因而增加系统效率。另外，通过阀的压差可被减小，气体流速可降低，并且听得见的噪声由于气体流速被降低而被减小。
缓冲容腔可以是独立式容腔，以及这样的缓冲容腔，其被包含在膨胀器中，以驱动脉冲管中的GM置换器或气体活塞。
缓冲容腔可以是具有任何形状的容器。其可以仅仅是长的管道或者柔性气体管线。
缓冲容腔可以是冷却系统中的压缩机、阀单元、膨胀器或任何子系统的一部分。缓冲容腔可独立于冷却系统中的压缩机、阀单元、膨胀器或任何子系统或与它们一体。缓冲容腔可以是冷却系统中的压缩机、阀单元、膨胀器或任何子系统中的内部容腔。
本发明可通过单级制冷机或多级制冷机实现。
根据本发明的优选实施例，提供了一种阀式制冷机，其包括至少一个压缩机、一个阀单元、以及一个膨胀器，其中所述膨胀器具有至少一个缓冲容腔，其通过阀连接至再生器的入口，其中所述阀在气体直接从所述压缩机流至所述再生器之前将气体从所述缓冲容腔充入所述再生器，并且在将气体从所述再生器直接排放到所述压缩机之前将气体从所述再生器排放到所述缓冲容腔，其中在设置在所述压缩机与所述再生器的入口之间的阀打开之前，将所述缓冲容腔连接至所述再生器的入口的阀关闭。
可选地，所述的阀式制冷机为GM制冷机或GM型脉冲管制冷机。
可选地，所述的阀式制冷机具有一个缓冲容腔。
可选地，所述的阀式制冷机具有两个或多个缓冲容腔，其中所述缓冲容腔通过阀连接至所述膨胀器中的所述再生器的入口，其中所述阀在气体从所述压缩机直接流至所述再生器之前依次将气体从所述缓冲容腔充入所述再生器，并且在将气体从所述再生器直接排放到压缩机之前以相反的次序将气体从所述再生器排放到所述缓冲容腔，没有气体直接从所述压缩机进入任何缓冲容腔，也没有气体离开任何缓冲容腔直接到达所述压缩机。
可选地，所述缓冲容腔选自独立式缓冲容腔，以及与附加的膨胀器缓冲容腔组合的缓冲容腔。
可选地，所述膨胀器选自脉冲管型的膨胀器，其中包括单孔口脉冲管、双孔口脉冲管、四阀脉冲管、五阀脉冲管以及主动缓冲脉冲管.
可选地，所述膨胀器以一级和多级中的一个方式产生制冷。
可选地，所述膨胀器是具有机械驱动装置和气动驱动装置之一的GM型膨胀器。
根据本发明另一优选实施例，提供了一种制冷机，其选自GM制冷机和GM型脉冲管制冷机，包括至少一个压缩机、一个膨胀器，所述膨胀器具有允许高压气体从所述压缩机流至再生器的入口的阀以及使低压气体从所述再生器返回至所述压缩机的阀，其特征在于，还包括设置在所述膨胀器中的缓冲容腔与所述再生器的入口之间的阀式互连装置，没有气体直接从所述压缩机进入所述缓冲容腔，也没有气体离开所述缓冲容腔直接到达所述压缩机。
附图说明
图1是根据本发明具有机械置换器驱动装置的G-M制冷机，其中，各小的框图示出了压缩机、缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图2是根据本发明具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图3是根据本发明具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图4是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图5是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图6是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个脉冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图7是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个脉冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图8是根据本发明G-M型基本四阀脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图9是根据本发明G-M型四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图10是根据本发明G-M型四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图11是根据本发明G-M型五阀脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与六个开关阀的部件关系；
图12是根据本发明G-M型五阀脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与六个开关阀的部件关系；
图13是根据本发明G-M型主动缓冲脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、三个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图14是根据本发明G-M型主动缓冲脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、三个缓冲容腔与七个开关阀的部件关系；
图15是根据本发明G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与四个开关阀的部件关系；气体在从压缩机被供应之前依次从两个缓冲容腔被供应；
图16是根据本发明G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、三个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；气体在从压缩机被供应之前依次从三个缓冲容腔被供应；
图17是阀时序的实例，其可应用至如图1至7所示的制冷机；
图18是阀时序的实例，其可应用至如图8至10所示的制冷机；
图19是阀时序的实例，其可应用至如图11至12所示的制冷机；
图20是阀时序的实例，其可应用至如图13所示的制冷机；
图21是阀时序的实例，其可应用至如图14所示的制冷机；
图22是阀时序的实例，其可应用至如图15所示的制冷机；
图23是阀时序的实例，其可应用至如图16所示的制冷机；
图24是对于传统的G-M循环制冷机的压力-容积(P-V)图；
图25a、25b和25c是对于根据本发明分别具有一个、两个和三个缓冲容腔的G-M循环制冷机的P-V图；
图26a和26b分别是对于如图13和14所示的G-M型主动缓冲脉冲管的P-V图。
图2是根据本发明具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图3是根据本发明具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图4是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图5是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图6是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个脉冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图7是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个脉冲容腔与三个开关阀的部件关系；
图8是根据本发明G-M型基本四阀脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图9是根据本发明G-M型四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图10是根据本发明G-M型四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图11是根据本发明G-M型五阀脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与六个开关阀的部件关系；
图12是根据本发明G-M型五阀脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、单个缓冲容腔与六个开关阀的部件关系；
图13是根据本发明G-M型主动缓冲脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、三个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；
图14是根据本发明G-M型主动缓冲脉冲管制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、三个缓冲容腔与七个开关阀的部件关系；
图15是根据本发明G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、两个缓冲容腔与四个开关阀的部件关系；气体在从压缩机被供应之前依次从两个缓冲容腔被供应；
图16是根据本发明G-M制冷机的示意图，其中，各小的框图示出了压缩机、三个缓冲容腔与五个开关阀的部件关系；气体在从压缩机被供应之前依次从三个缓冲容腔被供应；
图17是阀时序的实例，其可应用至如图1至7所示的制冷机；
图18是阀时序的实例，其可应用至如图8至10所示的制冷机；
图19是阀时序的实例，其可应用至如图11至12所示的制冷机；
图20是阀时序的实例，其可应用至如图13所示的制冷机；
图21是阀时序的实例，其可应用至如图14所示的制冷机；
图22是阀时序的实例，其可应用至如图15所示的制冷机；
图23是阀时序的实例，其可应用至如图16所示的制冷机；
图24是对于传统的G-M循环制冷机的压力-容积(P-V)图；
图25a、25b和25c是对于根据本发明分别具有一个、两个和三个缓冲容腔的G-M循环制冷机的P-V图；
图26a和26b分别是对于如图13和14所示的G-M型主动缓冲脉冲管的P-V图。
具体实施方式
本发明可应用至任何类型的制冷机，其中气体通过阀单元被循环进出膨胀器，所述制冷机包括G-M制冷机、苏威制冷机以及G-M型脉冲管制冷机。特别有价值的是在应用至具有多级的低温脉冲管时。
图1是具有机械置换器驱动装置的G-M制冷机的示意图，以及压缩机1、缓冲容腔13与三个开关阀的小示意图。三个开关阀将气体循环进出再生器6。阀2(V1)控制气体在压缩机1的供应侧与再生器6的入口之间的流动。阀3(V2)控制气体在再生器6的入口与压缩机的返回侧之间的流动。阀12(V3)控制气体在再生器6的入口与功率减小缓冲容腔13之间的流动。V1、V2和V3根据如图17所示的时序打开和关闭。置换器61封装在缸体60中。图1中未示出的控制器控制阀时间以及置换器61的置换。位于缸体60与置换器61之间的密封件62防止冷气体与暖气体混合。热交换器7交换制冷机与负载之间的热量。
在充气过程的开始，再生器6的入口处于低压(P1)。在阀V3被打开时，气体然后从处于中等压力(Pm)的缓冲容腔13进入再生器6。在再生器6的入口处的压力几乎等于Pm之后，V3关闭，而阀V1打开。气体从处于高压Ph的压缩机1的供应侧流入再生器6的入口中。在充气过程的开始处于缸体60的冷端的置换器61然后移动至暖端，而处于冷端的置换的容腔充满处于Ph的气体。
在排气过程的开始，再生器6的入口处于Ph，气体流出再生器6到达缓冲容腔13，同时V3打开。在再生器6的入口处的压力几乎达到缓冲容腔13中的压力时，V3关闭而阀V2打开。气体从再生器6的入口流出，到达处于低压(P1)的压缩机1的返回侧。处于缸体60的暖端的置换器61然后移动至冷端，同时处于冷端的置换的容腔将处于P 1的气体返回至压缩机1.在传统的G-M制冷机中，在充气的过程中，所有气体从压缩机1流入再生器6中，并且在排气的过程中，所有气体流出再生器6，到达压缩机1.与传统的G-M制冷机相比，根据本发明的G-M制冷机具有较低的输入功率，这是因为较少的气体从压缩机流动.缓冲容腔13和V3可被认为是功率减小部件.
还可以有通过V 1和V2的较少的压降损失，这是因为气体很少流经这些阀。
图2是具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机。利用气动置换器驱动装置，通过从置换器驱动缓冲容腔11通过限流器5的气流实现置换器63的相移。限流器5可以是孔口、针阀、毛细管或任何其它类似技术领域内的部件。术语“相移”指的是，置换器的循环与压力循环异相，从而在置换器正移动时，压力接近其最大值与最小值。
具有气动驱动装置与功率减小缓冲容腔13和V3的G-M制冷机的工作过程与参照图1所述、具有机械驱动装置的单元类似。
图3是根据本发明具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机，其中，图2的功率减小缓冲容腔13与置换器驱动缓冲容腔11组合。这是可行的，因为它们两者具有大致相同的压力，Pm。阀V3将缓冲容腔11连接至再生器6的暖端。工作过程与结合图1所述的相同。
图4是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图。孔口脉冲管制冷机与具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机类似，除了，在脉冲管制冷机中，没有固体置换器。图2中的固体置换器63由图4中的具有暖端流顺畅器(flow smoother)10与冷端流顺畅器8的脉冲管9中的气体置换器替换。控制气体置换器的往复运动的器具被称为相移器，其包括缓冲容腔11与限流器5。这些有助于气体置换器的气体流速与脉冲管中的压力振动之间的相移。这类似于针对图1的过程的说明，其中，压力大致达到Ph，然后，置换器上移，接着，压力大致下降到P1，然后置换器下移。缓冲容腔11和孔口5用作为相同的功能，即驱动气体置换器，如它们对于图2中的固体置换器所做的那样。工作过程与结合图1所述的相同。
图5是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，图4的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与结合图1所述的相同。
图6是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图。双入口脉冲管制冷机与单孔口脉冲管制冷机类似，除了，在双入口脉冲管制冷机中，设有流体通道，其将再生器6的暖端连接至脉冲管9的暖端。限流器4控制气体流经该通道。通过使得合适量的气体流经该通道，脉冲管9中的相移相对于图4中的单孔口脉冲管被改进。同样，流经再生器6到达脉冲管9的气体的量减小，因此，再生器的效率提高。缓冲容腔13和阀V3用于如图4所述的相同的功能。工作过程与结合图1所述的相同。
图7是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图，其中，图6的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与结合图1所述的相同。针对可应用至图1至图7中的制冷机的V1、V2和V3的阀时间的实例在图17中示出。应该指出的是，图17中所示的时间仅仅是被用于说明这些制冷机的基本机制。实际的阀时间应该不同于图17中所示的时间。
图8是根据本发明基本四阀脉冲管制冷机的示意图，其中，功率减小缓冲容腔13和阀V3已经被增加至所述制冷机.通过合适地控制V1、V2、V3、V4和V5的阀时间而实现脉冲管9中的气体置换器的相移.四阀脉冲管制冷机具有这样的优点，即通过主动阀13(V4)和14(V5)，而不是通过如图4至图7所示的被动阀控制脉冲管9中的相移.工作过程与结合图1所述的相同.
图9是根据本发明四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，功率减小缓冲容腔13和阀V3已经增加至所述制冷机。四阀孔口脉冲管制冷机与图8所示的基本四阀脉冲管制冷机类似，除了，限流器5和缓冲容腔11被增加至图9中的脉冲管9的暖端。通过合适地控制V1、V2、V3、V4和V5的阀时间、以及经由限流器5流至和流出缓冲容腔11的流，实现脉冲管9中的相移。与如图8所示的基本四阀脉冲管制冷机相比，通过使得一些气体在缓冲容腔11与脉冲管9之间进行交换而不是相对于压缩机1进行交换，提高了四阀孔口脉冲管制冷机的性能。工作过程与结合图1所述的相同。通过以下方式提高制冷机的总效率，即减小来自压缩机的气流，因而，减小压缩机的输入功率。
图10是根据本发明四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，图9的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与如图1所述的相同。针对图8至图10中的四阀脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V4和V5的阀时间的实例在图18中示出。
图11是根据本发明五阀脉冲管制冷机的示意图，其中功率减小缓冲容腔13和阀V3已经增加至所述制冷机。五阀脉冲管制冷机与图9的四阀孔口脉冲管制冷机类似，除了，在五阀脉冲管制冷机中，图9中的限流器5由主动阀15(V6)替换。通过合适地控制V1、V2、V3、V4、V5和V6的阀时间，实现图11中的脉冲管中的相移。在五阀脉冲管制冷机中，通过以下方式可相对于图9中的脉冲管更加准确地控制相移，即通过主动阀15而不是通过被动限流器5控制气体在缓冲容腔11与脉冲管9之间流动。工作过程与结合图1所述的相同。
图12是根据本发明五阀脉冲管制冷机的示意图，其中，图11的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与结合图1所述的相同。
针对图11和图12中的五阀脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V4和V5的阀时间的实例在图19中示出。
图13是根据本发明主动缓冲脉冲管制冷机的示意图，其中，功率减小缓冲容腔13和阀V3已经增加至所述制冷机。主动缓冲脉冲管制冷机没有压缩机1与脉冲管9的暖端之间的连接。气体通过两个主动阀、即阀42(V7)和阀43(V8)在脉冲管9的暖端与两个缓冲器、即具有接近Ph的压力的缓冲容腔40和具有接近P1的压力的缓冲容腔41之间循环。通过合适地控制V1、V2、V3、V7和V8的阀时间，实现脉冲管9中的相移。通过使得气体在缓冲容腔13与再生器6的暖端之间循环，提高主动缓冲脉冲管制冷机的性能。通过以下方式提高制冷机的总效率，即减小来自压缩机的气流，因而，减小压缩机的输入功率。针对图13中的主动缓冲脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V7和V8的阀时间的实例在图20中示出。
图14是根据本发明的主动缓冲脉冲管制冷机的示意图。其与图13的脉冲管制冷机类似，除了，再生器的入口通过阀52(V9)和54(V10)连接至缓冲容腔40和41。图14中的V7和V8与图13中的V7和V8类似，除了阀时间稍微不同。针对图14的主动缓冲脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V7、V8、V9和V10的阀时间的实例在图21中示出。
尽管在图1至图13中，仅仅一个功率减小缓冲容腔13或11以及阀V3连接至再生器6的入口，但是应该理解的是，一组缓冲器与控制阀可连接至再生器的入口，以进一步减小压缩机的输入功率.利用图15和图16所示的G-M制冷机说明了使用附加的功率减小缓冲容腔和控制阀的原理.设有图1中所示的G-M制冷机的两个改型.在图15中，两个缓冲容腔13和70通过两个阀V3和71(V11)连接至再生器6的入口，其中所述阀根据图22所示的阀时间被控制.
在图16中，三个功率减小缓冲容腔13、70和80通过三个阀V3、V11和81(V12)连接至再生器6，其中所述阀根据图23中所示的阀时间被控制。
图24是针对传统的G-M循环制冷机的压力-容积(P-V)图，其示出了冷置换容腔60中的压力、或其脉冲管中的等价物与60的置换量之间的关系。在美国专利公开文献No.2906101中发现的最初循环说明中，P-V图是矩形的，但实际上，已经发现更加有效的是，在固体或气体置换器到达行程的端部之前，关闭阀V1和V2。循环沿顺时针方向进行。每个循环所产生的制冷量与图中的面积成比例。V1接收以高压来自压缩机的气体，并且V2以低压将气体排出至压缩机。通过使得在行程的端部之前关闭V1和V2，由于气体在膨胀器中的转移，高压气体有一些膨胀而低压气体有一些再压缩。
图25a是根据本发明具有一个功率减低缓冲容腔和阀V3的、图1至12所示的制冷机的P-V图。参看图17中所示的时间图，通过以下方式调整图24的P-V图，即使得一些气体在高压膨胀相的端部，在V3打开时，流至缓冲容腔；并且类似地，使得气体在低压再压缩相的端部，在V3打开时，流出缓冲容腔。重要的是注意到，通过阀V3流至和流出功率减小缓冲容腔的气体并未被供应或返回至压缩机。因为加压膨胀器的一些气体来自缓冲器并且返回至缓冲器，所以利用由压缩机所供应的相同量的气体可产生更多的制冷。可选地，可产生相同的制冷量，而使用较小的压缩机。这减小了低温制冷机的输入功率。
图25b是根据本发明具有两个功率减小缓冲容腔和阀的制冷机的P-V图。两个功率减小缓冲容腔和阀的布置结构在图15中示出，作为图1的配合，但是，第二功率减小缓冲容腔70和阀V11可被增加至图2至12所示的所有制冷机。参看图22中所示的阀时间图，图24的P-V图通过以下方式被调整，使得一些气体在高压膨胀相的端部，在V3和V11依次打开和关闭时，流至缓冲容腔；并且类似地，使得气体在低压再压缩相的端部，在V11和V3依次打开和关闭时，流出缓冲容腔。第二功率减小缓冲容腔与阀的增加相对于单个功率减小缓冲容腔和阀进一步减少了由压缩机必须供应的气体的量。
图25c是根据本发明具有三个功率减小缓冲容腔和阀的制冷机的P-V图。三个功率减小缓冲容腔和阀的布置结构在图16中示出，作为图1的配合，但是，第二和第三功率减小缓冲容腔70和80以及阀V11和V12可被增加至图2至12所示的所有制冷机。参看图23中所示的阀时间图，图24的P-V图通过以下方式被调整，使得一些气体在高压膨胀相的端部，在V11、V3和V12依次打开和关闭时，流至缓冲容腔；并且类似地，使得气体在低压再压缩相的端部，在V12、V3和V11依次打开和关闭时，流出缓冲容腔。第三功率减小缓冲容腔和阀的增加相对于两个功率减小缓冲容腔和阀进一步减小必须由压缩机供应的气体的量。
图26a是根据本发明具有一个功率减小缓冲容腔和阀的、图13所示的制冷机的P-V图。参看图20所示的时间图，通过以下方式调整图24的P-V图，使得一些气体在压缩相的过程中在V3打开和关闭时流出功率减小缓冲容腔13；并且类似地使得气体在膨胀相的过程中在V3打开和关闭时流至缓冲容腔13。流至和流出缓冲容腔13的气体并未被供应或返回至压缩机。因为加压膨胀器的气体的一大部分来自缓冲容腔13并且被返回至缓冲容腔13，所以需要较少的气体以产生特定的制冷量，从而可减小输入功率。
图26b是针对图14所示的制冷机的P-V图，其中所述制冷机具有一个功率减小缓冲容腔13和阀V3，它们与作为功率降低容腔的驱动装置缓冲容腔40和41结合使用，这是通过将所述驱动装置缓冲容腔通过阀V9和V10连接至再生器6的暖端而实现的。参看图21中所示的时间图，通过以下方式调整图24的P-V图，使得一些气体在压缩相的过程中在V10、V3和V9依次打开和关闭时流出缓冲容腔41、13和40。类似地，在膨胀相的过程中，在V9、V3和V10依次打开和关闭时，气体流出缓冲容腔40、13和41。这导致了产生特定的制冷量所需的气体的进一步减小，因而可进一步减小输入功率。
尽管图1至图16中所示的制冷机是单级制冷机，但是还可以将本发明的内容应用至具有多个阀的多级制冷机，这是通过合适地控制各阀的时间而实现的。
前面根据由本发明人所预见的实施例说明了本发明，对此，可利用正在审查的说明书，尽管非实质性改型，并未目前被预见到，但是可体现针对其的等价。
图1是具有机械置换器驱动装置的G-M制冷机的示意图，以及压缩机1、缓冲容腔13与三个开关阀的小示意图。三个开关阀将气体循环进出再生器6。阀2(V1)控制气体在压缩机1的供应侧与再生器6的入口之间的流动。阀3(V2)控制气体在再生器6的入口与压缩机的返回侧之间的流动。阀12(V3)控制气体在再生器6的入口与功率减小缓冲容腔13之间的流动。V1、V2和V3根据如图17所示的时序打开和关闭。置换器61封装在缸体60中。图1中未示出的控制器控制阀时间以及置换器61的置换。位于缸体60与置换器61之间的密封件62防止冷气体与暖气体混合。热交换器7交换制冷机与负载之间的热量。
在充气过程的开始，再生器6的入口处于低压(P1)。在阀V3被打开时，气体然后从处于中等压力(Pm)的缓冲容腔13进入再生器6。在再生器6的入口处的压力几乎等于Pm之后，V3关闭，而阀V1打开。气体从处于高压Ph的压缩机1的供应侧流入再生器6的入口中。在充气过程的开始处于缸体60的冷端的置换器61然后移动至暖端，而处于冷端的置换的容腔充满处于Ph的气体。
在排气过程的开始，再生器6的入口处于Ph，气体流出再生器6到达缓冲容腔13，同时V3打开。在再生器6的入口处的压力几乎达到缓冲容腔13中的压力时，V3关闭而阀V2打开。气体从再生器6的入口流出，到达处于低压(P1)的压缩机1的返回侧。处于缸体60的暖端的置换器61然后移动至冷端，同时处于冷端的置换的容腔将处于P 1的气体返回至压缩机1.在传统的G-M制冷机中，在充气的过程中，所有气体从压缩机1流入再生器6中，并且在排气的过程中，所有气体流出再生器6，到达压缩机1.与传统的G-M制冷机相比，根据本发明的G-M制冷机具有较低的输入功率，这是因为较少的气体从压缩机流动.缓冲容腔13和V3可被认为是功率减小部件.
还可以有通过V 1和V2的较少的压降损失，这是因为气体很少流经这些阀。
图2是具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机。利用气动置换器驱动装置，通过从置换器驱动缓冲容腔11通过限流器5的气流实现置换器63的相移。限流器5可以是孔口、针阀、毛细管或任何其它类似技术领域内的部件。术语“相移”指的是，置换器的循环与压力循环异相，从而在置换器正移动时，压力接近其最大值与最小值。
具有气动驱动装置与功率减小缓冲容腔13和V3的G-M制冷机的工作过程与参照图1所述、具有机械驱动装置的单元类似。
图3是根据本发明具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机，其中，图2的功率减小缓冲容腔13与置换器驱动缓冲容腔11组合。这是可行的，因为它们两者具有大致相同的压力，Pm。阀V3将缓冲容腔11连接至再生器6的暖端。工作过程与结合图1所述的相同。
图4是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图。孔口脉冲管制冷机与具有气动置换器驱动装置的G-M制冷机类似，除了，在脉冲管制冷机中，没有固体置换器。图2中的固体置换器63由图4中的具有暖端流顺畅器(flow smoother)10与冷端流顺畅器8的脉冲管9中的气体置换器替换。控制气体置换器的往复运动的器具被称为相移器，其包括缓冲容腔11与限流器5。这些有助于气体置换器的气体流速与脉冲管中的压力振动之间的相移。这类似于针对图1的过程的说明，其中，压力大致达到Ph，然后，置换器上移，接着，压力大致下降到P1，然后置换器下移。缓冲容腔11和孔口5用作为相同的功能，即驱动气体置换器，如它们对于图2中的固体置换器所做的那样。工作过程与结合图1所述的相同。
图5是根据本发明G-M型单孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，图4的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与结合图1所述的相同。
图6是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图。双入口脉冲管制冷机与单孔口脉冲管制冷机类似，除了，在双入口脉冲管制冷机中，设有流体通道，其将再生器6的暖端连接至脉冲管9的暖端。限流器4控制气体流经该通道。通过使得合适量的气体流经该通道，脉冲管9中的相移相对于图4中的单孔口脉冲管被改进。同样，流经再生器6到达脉冲管9的气体的量减小，因此，再生器的效率提高。缓冲容腔13和阀V3用于如图4所述的相同的功能。工作过程与结合图1所述的相同。
图7是根据本发明G-M型双入口脉冲管制冷机的示意图，其中，图6的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与结合图1所述的相同。针对可应用至图1至图7中的制冷机的V1、V2和V3的阀时间的实例在图17中示出。应该指出的是，图17中所示的时间仅仅是被用于说明这些制冷机的基本机制。实际的阀时间应该不同于图17中所示的时间。
图8是根据本发明基本四阀脉冲管制冷机的示意图，其中，功率减小缓冲容腔13和阀V3已经被增加至所述制冷机.通过合适地控制V1、V2、V3、V4和V5的阀时间而实现脉冲管9中的气体置换器的相移.四阀脉冲管制冷机具有这样的优点，即通过主动阀13(V4)和14(V5)，而不是通过如图4至图7所示的被动阀控制脉冲管9中的相移.工作过程与结合图1所述的相同.
图9是根据本发明四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，功率减小缓冲容腔13和阀V3已经增加至所述制冷机。四阀孔口脉冲管制冷机与图8所示的基本四阀脉冲管制冷机类似，除了，限流器5和缓冲容腔11被增加至图9中的脉冲管9的暖端。通过合适地控制V1、V2、V3、V4和V5的阀时间、以及经由限流器5流至和流出缓冲容腔11的流，实现脉冲管9中的相移。与如图8所示的基本四阀脉冲管制冷机相比，通过使得一些气体在缓冲容腔11与脉冲管9之间进行交换而不是相对于压缩机1进行交换，提高了四阀孔口脉冲管制冷机的性能。工作过程与结合图1所述的相同。通过以下方式提高制冷机的总效率，即减小来自压缩机的气流，因而，减小压缩机的输入功率。
图10是根据本发明四阀孔口脉冲管制冷机的示意图，其中，图9的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与如图1所述的相同。针对图8至图10中的四阀脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V4和V5的阀时间的实例在图18中示出。
图11是根据本发明五阀脉冲管制冷机的示意图，其中功率减小缓冲容腔13和阀V3已经增加至所述制冷机。五阀脉冲管制冷机与图9的四阀孔口脉冲管制冷机类似，除了，在五阀脉冲管制冷机中，图9中的限流器5由主动阀15(V6)替换。通过合适地控制V1、V2、V3、V4、V5和V6的阀时间，实现图11中的脉冲管中的相移。在五阀脉冲管制冷机中，通过以下方式可相对于图9中的脉冲管更加准确地控制相移，即通过主动阀15而不是通过被动限流器5控制气体在缓冲容腔11与脉冲管9之间流动。工作过程与结合图1所述的相同。
图12是根据本发明五阀脉冲管制冷机的示意图，其中，图11的功率减小缓冲容腔与气体置换器驱动装置缓冲容腔11组合。再生器6的入口通过阀V3连接至缓冲容腔11。工作过程与结合图1所述的相同。
针对图11和图12中的五阀脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V4和V5的阀时间的实例在图19中示出。
图13是根据本发明主动缓冲脉冲管制冷机的示意图，其中，功率减小缓冲容腔13和阀V3已经增加至所述制冷机。主动缓冲脉冲管制冷机没有压缩机1与脉冲管9的暖端之间的连接。气体通过两个主动阀、即阀42(V7)和阀43(V8)在脉冲管9的暖端与两个缓冲器、即具有接近Ph的压力的缓冲容腔40和具有接近P1的压力的缓冲容腔41之间循环。通过合适地控制V1、V2、V3、V7和V8的阀时间，实现脉冲管9中的相移。通过使得气体在缓冲容腔13与再生器6的暖端之间循环，提高主动缓冲脉冲管制冷机的性能。通过以下方式提高制冷机的总效率，即减小来自压缩机的气流，因而，减小压缩机的输入功率。针对图13中的主动缓冲脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V7和V8的阀时间的实例在图20中示出。
图14是根据本发明的主动缓冲脉冲管制冷机的示意图。其与图13的脉冲管制冷机类似，除了，再生器的入口通过阀52(V9)和54(V10)连接至缓冲容腔40和41。图14中的V7和V8与图13中的V7和V8类似，除了阀时间稍微不同。针对图14的主动缓冲脉冲管制冷机的V1、V2、V3、V7、V8、V9和V10的阀时间的实例在图21中示出。
尽管在图1至图13中，仅仅一个功率减小缓冲容腔13或11以及阀V3连接至再生器6的入口，但是应该理解的是，一组缓冲器与控制阀可连接至再生器的入口，以进一步减小压缩机的输入功率.利用图15和图16所示的G-M制冷机说明了使用附加的功率减小缓冲容腔和控制阀的原理.设有图1中所示的G-M制冷机的两个改型.在图15中，两个缓冲容腔13和70通过两个阀V3和71(V11)连接至再生器6的入口，其中所述阀根据图22所示的阀时间被控制.
在图16中，三个功率减小缓冲容腔13、70和80通过三个阀V3、V11和81(V12)连接至再生器6，其中所述阀根据图23中所示的阀时间被控制。
图24是针对传统的G-M循环制冷机的压力-容积(P-V)图，其示出了冷置换容腔60中的压力、或其脉冲管中的等价物与60的置换量之间的关系。在美国专利公开文献No.2906101中发现的最初循环说明中，P-V图是矩形的，但实际上，已经发现更加有效的是，在固体或气体置换器到达行程的端部之前，关闭阀V1和V2。循环沿顺时针方向进行。每个循环所产生的制冷量与图中的面积成比例。V1接收以高压来自压缩机的气体，并且V2以低压将气体排出至压缩机。通过使得在行程的端部之前关闭V1和V2，由于气体在膨胀器中的转移，高压气体有一些膨胀而低压气体有一些再压缩。
图25a是根据本发明具有一个功率减低缓冲容腔和阀V3的、图1至12所示的制冷机的P-V图。参看图17中所示的时间图，通过以下方式调整图24的P-V图，即使得一些气体在高压膨胀相的端部，在V3打开时，流至缓冲容腔；并且类似地，使得气体在低压再压缩相的端部，在V3打开时，流出缓冲容腔。重要的是注意到，通过阀V3流至和流出功率减小缓冲容腔的气体并未被供应或返回至压缩机。因为加压膨胀器的一些气体来自缓冲器并且返回至缓冲器，所以利用由压缩机所供应的相同量的气体可产生更多的制冷。可选地，可产生相同的制冷量，而使用较小的压缩机。这减小了低温制冷机的输入功率。
图25b是根据本发明具有两个功率减小缓冲容腔和阀的制冷机的P-V图。两个功率减小缓冲容腔和阀的布置结构在图15中示出，作为图1的配合，但是，第二功率减小缓冲容腔70和阀V11可被增加至图2至12所示的所有制冷机。参看图22中所示的阀时间图，图24的P-V图通过以下方式被调整，使得一些气体在高压膨胀相的端部，在V3和V11依次打开和关闭时，流至缓冲容腔；并且类似地，使得气体在低压再压缩相的端部，在V11和V3依次打开和关闭时，流出缓冲容腔。第二功率减小缓冲容腔与阀的增加相对于单个功率减小缓冲容腔和阀进一步减少了由压缩机必须供应的气体的量。
图25c是根据本发明具有三个功率减小缓冲容腔和阀的制冷机的P-V图。三个功率减小缓冲容腔和阀的布置结构在图16中示出，作为图1的配合，但是，第二和第三功率减小缓冲容腔70和80以及阀V11和V12可被增加至图2至12所示的所有制冷机。参看图23中所示的阀时间图，图24的P-V图通过以下方式被调整，使得一些气体在高压膨胀相的端部，在V11、V3和V12依次打开和关闭时，流至缓冲容腔；并且类似地，使得气体在低压再压缩相的端部，在V12、V3和V11依次打开和关闭时，流出缓冲容腔。第三功率减小缓冲容腔和阀的增加相对于两个功率减小缓冲容腔和阀进一步减小必须由压缩机供应的气体的量。
图26a是根据本发明具有一个功率减小缓冲容腔和阀的、图13所示的制冷机的P-V图。参看图20所示的时间图，通过以下方式调整图24的P-V图，使得一些气体在压缩相的过程中在V3打开和关闭时流出功率减小缓冲容腔13；并且类似地使得气体在膨胀相的过程中在V3打开和关闭时流至缓冲容腔13。流至和流出缓冲容腔13的气体并未被供应或返回至压缩机。因为加压膨胀器的气体的一大部分来自缓冲容腔13并且被返回至缓冲容腔13，所以需要较少的气体以产生特定的制冷量，从而可减小输入功率。
图26b是针对图14所示的制冷机的P-V图，其中所述制冷机具有一个功率减小缓冲容腔13和阀V3，它们与作为功率降低容腔的驱动装置缓冲容腔40和41结合使用，这是通过将所述驱动装置缓冲容腔通过阀V9和V10连接至再生器6的暖端而实现的。参看图21中所示的时间图，通过以下方式调整图24的P-V图，使得一些气体在压缩相的过程中在V10、V3和V9依次打开和关闭时流出缓冲容腔41、13和40。类似地，在膨胀相的过程中，在V9、V3和V10依次打开和关闭时，气体流出缓冲容腔40、13和41。这导致了产生特定的制冷量所需的气体的进一步减小，因而可进一步减小输入功率。
尽管图1至图16中所示的制冷机是单级制冷机，但是还可以将本发明的内容应用至具有多个阀的多级制冷机，这是通过合适地控制各阀的时间而实现的。
前面根据由本发明人所预见的实施例说明了本发明，对此，可利用正在审查的说明书，尽管非实质性改型，并未目前被预见到，但是可体现针对其的等价。