[發(fā)明專利]一種液氮制冷裝置復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710304622.3
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101469930A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛瑞宏;陳光奇;王榮宗;施寶毅;潘雁頻
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所
• 主分類號: F25D3/10
• 分類號: F25D3/10;F25D23/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 張利萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制冷機的制冷溫度耦合機構(gòu)，特別涉及一種液氮制冷裝置 復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)；屬于空間低溫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

液氮制冷裝置及探測器要求耦合機構(gòu)幾何尺寸小、傳輸效率高和制冷溫度 可調(diào)節(jié)，要達到這一目標(biāo)的關(guān)鍵是在有限的空間內(nèi)，采用軸向壓緊力改變或保 持柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料當(dāng)量層厚度，達到不同制冷溫度點的最佳耦合。采用單一 的金屬綿導(dǎo)熱材料結(jié)構(gòu)難以達到140K以上的制冷目的，而采用單一的非金屬 綿導(dǎo)熱材料是可以達到140K以上的制冷溫度，但降溫時間需要5h以上，液氮 損失量增大。減少有效工作時間、不適合用在有多路輸出、不同制冷溫度的制 冷裝置上，如液氮制冷裝置、微型節(jié)流制冷器和固體制冷器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、無功耗、體積小、重量輕、多路可變 溫制冷溫度耦合機構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：液氮制冷裝置用多路復(fù)合可變溫制冷溫度耦合 機構(gòu)，它主要由探測器杜瓦、柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料和冷頭軸向壓緊機構(gòu)3部分構(gòu) 成。

冷頭軸向壓緊機構(gòu)如圖1所示：依次由動壓緊螺套1、導(dǎo)向定位圈3、蓄 冷管4、液氮5、冷頭6組成。

探測器杜瓦如圖2所示：由定螺旋壓緊螺母2、調(diào)溫間隙組成7、探測器9、 探測器杜瓦外桶10、內(nèi)芯11及真空絕熱空間12組成。

柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8是由2種以上的金屬綿和非金屬綿復(fù)合而成。

液氮5在蓄冷管4內(nèi)流動，用動壓緊螺套1沿軸線方向移動冷頭6和柔性 復(fù)合導(dǎo)熱材料8壓緊，液氮5在冷頭6處吸收熱量而產(chǎn)生氣-液兩相流相變。

探測器杜瓦外桶10是整個液氮制冷裝置復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)的 承載體，安裝探測器的內(nèi)芯11密封固定在探測器杜瓦外桶10上，形成真空絕 熱空間12，其中內(nèi)芯11的右端內(nèi)壁加工為內(nèi)螺紋定螺旋壓緊螺母2，內(nèi)芯11 左端放入柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8，把由動壓緊螺套1、導(dǎo)向定位圈3、蓄冷管4、 冷頭6組成的冷頭軸向壓緊機構(gòu)插入探測器杜瓦10的內(nèi)芯，通過定螺旋壓緊 螺母2和動壓緊螺套1的螺紋配合形成使之成為如圖3所示的一個整體，通入 液氮后就能夠完成冷頭與探測器的溫度耦合。由于定螺旋壓緊螺母2與被冷卻 探測器9、探測器杜瓦外桶10、內(nèi)芯11、真空絕熱空間12是一體化結(jié)構(gòu)，定 螺旋壓緊螺母2是由一段內(nèi)螺紋制成，完成裝配后它們之間的相對位置是不變 的。動壓緊螺套1與導(dǎo)向定位圈2、蓄冷管4、冷頭6構(gòu)成軸向運動部件，其 中動壓緊螺套1是由一個外螺紋段和手動旋轉(zhuǎn)操作段構(gòu)成的階梯式結(jié)構(gòu)，其中 階梯下段部分為外螺紋段。上段部分為手動旋轉(zhuǎn)操作段，右上端采用直線式滾 花紋便于進行手動操作，并在每隔60°有一個紅色數(shù)字刻度線，相鄰的刻度線 之間又分為小格，即每隔10°一個刻度線，螺套內(nèi)部為同樣的階梯式結(jié)構(gòu)。蓄 冷管4由一段不銹鋼管和一段過度管采用等離子焊接而成，由此形成一個定位 階梯，動壓緊螺套1與蓄冷管4之間留有0.5mm以上的配合間隙，以便動壓 緊螺套1手動旋轉(zhuǎn)進行溫度調(diào)節(jié)，導(dǎo)向定位圈3與動壓緊螺套1兩側(cè)為1mm 以上的定位間隙，完成組焊后當(dāng)圖1所示的冷頭組件沿水平方向插入圖2所示 的探測器杜瓦的調(diào)溫間隙內(nèi)，冷頭的最大位移量為8mm。調(diào)溫間隙為Φ12mm 長72mm的腔體，工作過程中首先將不同配比制成的柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8填充 到探測器9與冷頭6之間。

上述方案的原理是：

如圖3所示首先將制備好的柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8放入探測器杜瓦10的與 探測器9相對的底部，冷頭軸向壓緊機構(gòu)插入探測器杜瓦內(nèi)芯11，當(dāng)冷頭6與 處于自由狀態(tài)的柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8接觸時，開始順時針旋轉(zhuǎn)動壓緊螺套2進 入定壓緊螺母，由于定壓緊螺母2與探測器杜瓦10是一體結(jié)構(gòu)，其相對位置 是固定的，逐步旋轉(zhuǎn)動壓緊螺套2推動定位圈3、冷頭4沿軸向水平運動，使 柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8的當(dāng)量層厚度發(fā)生改變，當(dāng)量層厚度越小，則冷頭與探測 器之間的溫差就越小，即壓緊力越大，當(dāng)量層厚度越小；利用動壓緊螺套2刻 度線改變壓緊力和柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8配比，就可以實現(xiàn)可變溫制冷溫度耦合。