[發明專利]單臺直線壓縮機驅動U型和同軸脈管冷指結構及制造方法

有效

• 申請號: 201410021000.X
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103759453A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 黨海政
• 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;B23P15/00
• 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

本發明屬于制冷與低溫工程領域，涉及脈沖管制冷機，特別涉及一種單臺直線壓縮機同時驅動U型和同軸脈管冷指的結構及制造方法。

背景技術

脈沖管制冷機是對回熱式低溫制冷機的一次重大革新，它取消了廣泛應用于常規回熱式低溫制冷機（如斯特林和G-M制冷機）中的冷端排出器，實現了冷端的低振動、低干擾和無磨損；而經過結構優化和調相方式上的重要改進，在典型溫區，其實際效率也已達到回熱式低溫制冷機的最高值。這些顯著優點使得脈沖管制冷機成為近30年來低溫制冷機研究的一大熱門，在航空航天、低溫電子學、超導工業和低溫醫療業等方面都獲得了廣泛的應用。

脈沖管制冷機的驅動壓縮機分為直線壓縮機和G-M型壓縮機兩種。航天及軍事等應用領域的脈沖管制冷機，對重量和體積有非常嚴格的限制，針對這部分應用的脈沖管制冷機一般都采用輕量化高頻運轉的直線壓縮機，直線壓縮機的工作頻率在30Hz以上，而針對地面應用的較為笨重的G-M型壓縮機的頻率一般在1～2Hz。因而，根據驅動壓縮機的不同，又將脈沖管制冷機分為由直線壓縮機驅動的高頻脈沖管制冷機和由G-M型壓縮機驅動的低頻脈沖管制冷機兩種。由直線壓縮機驅動的高頻脈沖管制冷機由于結構緊湊、重量輕、體積小、效率高、運轉可靠、預期壽命長等突出優點，正日益成為新一代航天回熱式低溫制冷機的更新換代品種。

根據脈沖管與蓄冷器的相互關系，脈沖管制冷機又可分為如下三種典型布置方式：U型、同軸型和直線型。三類脈沖管制冷機都主要由壓縮機、連管、脈管冷指（包括蓄冷器熱端換熱器、蓄冷器、冷端換熱器、脈沖管、脈沖管熱端換熱器以及調相機構）組成。直線型布置中脈沖管和蓄冷器處于一條直線上；U型布置是指脈沖管和蓄冷器平行布置，脈沖管和蓄冷器的冷端通過管道連接；同軸型布置是指脈沖管和蓄冷器同心地布置在一起。調相方式對于脈沖管制冷機而言至關重要，脈沖管制冷機區別于常規回熱式低溫制冷機（如斯特林或G-M制冷機）的最大特點便是取消了冷端用于調節相位的排出器，而在熱端布置了相應的調相機構。其中，慣性管加氣庫的調相方式因為調相范圍寬、結構簡單、性能穩定可靠等突出優點，在航空航天以及軍事應用等特殊領域成為首選方式。

傳統上來講，脈沖管制冷機都采用單臺壓縮機驅動單臺脈沖管冷指的布置方式。圖1顯示了單臺直線壓縮機驅動三種典型布置形式的慣性管型脈沖管制冷機的示意圖，其中：（1）為單臺直線壓縮機驅動U型脈管冷指，（2）為單臺直線壓縮機驅動同軸型脈管冷指，（3）為單臺直線壓縮機驅動直線型脈管冷指。

在具體的應用實踐中，常常會遇到需要在兩個不同的溫區提供制冷量的情況。如在航天遙感遙測系統中，同一系統可能同時用到了短波和中波紅外探測器，或者中波和長波紅外探測器，不同探測器的工作溫區不同；或者有時需要同時冷卻探測器和光學系統，探測器和光學系統的工作溫度也不相同。這時，常規的方法是采用兩臺低溫制冷機在不同的溫度點制冷，系統松散，而且重量、體積、功耗都大大增加，在一些特殊應用領域（如航空航天和軍事應用），帶來極大不便，有時甚至不可接受。在強調結構緊湊和應用可靠性的航空航天及軍事等領域，尋求以單臺直線壓縮機驅動兩臺脈管冷指的方案已經逐漸成為應用實踐中迫切需要解決的一大難題。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種單臺直線壓縮機同時驅動U型和同軸脈管冷指的結構及制造方法。