[實用新型]一種同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構

有效

• 申請號: 201320217662.5
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN203249423U
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 黨海政;周炳露
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及脈沖管制冷機，特別涉及一種同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構。

背景技術

由于脈沖管制冷機不存在低溫下的運動部件，因此，具有機械振動小、電磁干擾小、壽命長等優點。并且其結構簡單、可靠性高、冷頭抗沖擊性能強、控制電路簡單，在航天、移動通訊基站、醫療等領域具有廣泛的應用價值。

根據脈沖管制冷機脈沖管與蓄冷器不同的布置方式，一般分成三種布置類型，分別為直線型、U型、同軸型。U型是讓脈沖管與蓄冷器并列布置，通過冷端內的管道相連；同軸型的脈沖管與蓄冷器同心布置，脈沖管插入蓄冷器內；直線型脈沖管與蓄冷器布置在一條直線上，冷端位于中間。三種布置形式中，從結構上看，對于優化的同軸布置的脈沖管制冷機，其結構更為緊湊、體積小，并且更容易與器件耦合。一種典型的同軸脈沖管制冷機結構如圖1所示，相比其他兩種布置方式的制冷機，同軸脈沖管制冷機有著更為廣泛的應用前景。

本專利著眼于同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構。同軸脈沖管制冷機的優點在于結構的緊湊、與器件耦合方便，但在用于精度更高、對振動、溫度等外部環境更加敏感的器件時，常規的同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件的耦合方式已不能完全滿足要求，這就需要對原有的結構進行改進，消除不利因素。冷頭帽是冷鏈結構的關鍵部件之一，與冷頭和彈簧組成柔性緩沖結構。其需實現的主要功能包括：

1）將同軸脈沖管制冷機產生的冷量以最小的損耗傳遞到被冷卻器件上；

2）能夠實現冷頭與被冷卻器件的緊密貼合；

2）盡量消除同軸脈沖管制冷機工作時的機械振動對被冷卻器件的影響。

目前常規的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構還存在諸多缺陷，同軸脈沖管制冷機無運動部件，理論上沒有機械振動，但處于工作狀態下，壓縮機產生的振動會通過導氣連管傳遞到制冷機，使同軸脈沖管制冷機冷頭也產生振動，現有的冷鏈結構還沒有完全達到冷量傳遞損失小、機械振動小的要求，從而使被冷卻器件的探探精度和工作時所要求的溫度環境受到影響，減低了同軸脈沖管制冷機所要實現的預期性能。目前常見的同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間的耦合結構，主要有以下兩種類型：

第一種如圖2所示，同軸脈沖管制冷機的冷頭直接耦合在被冷卻器件的傳導面上；

第二種如圖3所示，同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間用軟銅帶連接；

上述兩種結構類型都存在明顯的不足之處：

第一種形式，如圖2所示，當制冷機處于工作狀態時，壓縮機產生的振動會通過導氣連管傳遞到制冷機，使同軸脈沖管制冷機冷頭也產生振動，由于冷頭與被冷卻器件之間采用直接的硬接觸耦合，制冷機的振動會直接傳遞到被冷卻器件上，這會對被冷卻器件的探精度造成不良影響，嚴重的情況下甚至破壞被冷卻器件。

第二種形式，如圖3所示，冷頭4與被冷卻器件11之間不貼合，而用軟銅帶17來連接，雖然柔性的銅帶能消除冷頭振動對被冷卻器件的影響，但是一定長度的銅帶會產生極為可觀的熱阻損失，嚴重減低制冷機的效能。

發明內容

鑒于上述已有技術存在的缺陷，本專利提出一種同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構。

本專利的目的在于，通過在冷頭與被冷卻器件之間安裝冷頭帽和彈簧，彈簧的壓力使冷頭帽上端面在各種情況下都能緊密貼合接觸被冷卻器件，彈簧的彈性又能起到消除機械振動的作用，在冷頭增加一處與外界相通的小孔，使殘存在冷頭與冷頭帽之間的空氣能夠完全去除，避免因空氣中水蒸氣的凝結而造成的制冷效能的下降，整個柔性冷鏈結構使同軸脈沖管制冷機產生的冷量能以最小的損失傳遞到被冷卻器件上，讓被冷卻器件處在所要求的穩定可靠的溫度環境內。

圖3為同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間用軟銅帶連接示意圖；

圖4為所發明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構示意圖；

圖6為同軸脈沖管制冷機冷頭剖面示意圖；

本專利的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構由冷頭4、冷頭帽8、彈簧9、被冷卻器件11四部分組成，其特征在于，所述的冷頭4與被冷卻器件11之間用冷頭帽8做鏈接，冷頭4上端的沉孔16內安裝彈簧9，在彈簧9的擠壓之下，冷頭帽8的上端平面15與被冷卻器件11緊密貼合，冷頭帽8下端凹槽的內側面14與冷頭4上端臺階的外圓面12緊密配合，且在彈簧9的擠壓之下能相對活動，冷頭4上端的沉孔16底部沿徑向開有小孔10與外部環境相通，冷頭4通過釬焊的方式連接在同軸脈沖管制冷機上，使同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件11之間實現柔性連接。

同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結構的制造方法如下：