[發明專利]U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結構及制造方法

有效

• 申請號: 201410021033.4
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103759454A
• 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
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

1.一種U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結構，由主基座（1）、壓縮機（2）、連管（3）、調相機構（4）、T型散熱支撐平臺（5）、主換熱器（6）、次換熱器（7）、蓄冷器（8）、脈沖管（9）、冷端換熱器（10）、紅外器件（11）、冷屏（12）、器件杜瓦（13）以及杜瓦窗口（14）組成，其特征在于，主基座（1）作為整個耦合結構的支撐基座，同時充當壓縮機（2）和調相機構（4）的散熱結構；壓縮機（2）采用雙活塞對置式結構；在壓縮機（2）的上表面安裝T型散熱支撐平臺（5），作為U型脈管制冷機熱端的主要散熱結構，同時對主換熱器（6）進行垂直支撐；次換熱器（7）從下部同心地插入主換熱器（6）之內；連管（3）的一端通過T型散熱支撐平臺（5）的貫通孔（18）與壓縮機（2）的出口連接，連管（3）的另一端與次換熱器（7）連接，并通過次換熱器（7）內的蓄冷器端漏斗形孔道（15）與蓄冷器（8）連通；蓄冷器（8）和脈沖管（9）平行布置；蓄冷器（8）的一端插入蓄冷器端凸臺（17）并焊接連接，蓄冷器（8）的另一端插入次換熱器（7）內并焊接連接；脈沖管（9）的一端插入脈沖管端凸臺（18）并焊接連接，脈沖管（9）的另一端插入次換熱器（7）內并焊接連接；調相機構（4）的進口端與次換熱器（7）連接，并通過次換熱器（7）內的脈沖管端漏斗形孔道（16）與脈沖管（9）連通，調相機構（4）的末端固定到主基座（1）上；壓縮機（2）、連管（3）、調相機構（4）、主換熱器（6）、次換熱器（7）、蓄冷器（8）、脈沖管（9）以及冷端換熱器（10）共同組成了一臺U型脈管制冷機；在冷端換熱器（10）的冷平臺（19）上放置待冷卻的紅外器件（11）；在冷端換熱器（10）及紅外器件（11）之上設置冷屏（12），冷屏（12）的上部開口正對杜瓦窗口（14）；主換熱器（6）及其上設置的器件杜瓦（13）將蓄冷器（8）、脈沖管（9）、冷端換熱器（10）、紅外器件（11）以及冷屏（12）罩于其中；器件杜瓦（13）的下表面與主換熱器（6）的上表面密封連接。從而共同構成一種U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結構。

2.一種如權利要求1所述U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結構的制造方法，其特征在于，主基座（1）由厚度為20～40mm的純鋁平板制作而成，平板上下表面的平面度均使用精密車床、銑床和磨床加工保證處于1.0～5.0μm之間，平板水平放置，對整個耦合結構進行垂直支撐，同時充當壓縮機（2）和調相機構（4）的散熱結構；在壓縮機（2）之上安裝一個由高導熱鋁材制作的T型散熱支撐平臺（5），支撐平臺（5）由位于下部的支撐座（23）和上部的支撐平面（22）組成，中心加工出貫通孔（24），支撐座（23）的下表面與壓縮機上表面焊接固定，支撐平面（22）的上表面使用精密車床、銑床和磨床加工保證平面度處于2.0～3.0μm之間，且與主基座（1）之間的平行度保持在1.0～2.0μm之間；連管（3）采用內徑2.0～6.0mm的純銅管制作而成，其一端與T型散熱支撐平臺（5）的貫通孔（24）采用真空釬焊技術焊接連接，另一端通過主換熱器（6）下部的中空結構引出，并采用真空釬焊技術焊接在次換熱器（7），與次換熱器（7）內的蓄冷器端漏斗形孔道（15）連通；調相機構（4）可以是小孔、閥門、噴嘴、慣性管、氣庫或者上述不同部件之間的組合體，其進口端與次換熱器（7）使用真空釬焊技術焊接在一起，然后穿過主換熱器（6）下部的貫通槽（21）引出，末端使用螺栓固定于主基座（1）上；主換熱器（6）和次換熱器（7）均采用高導熱的高純無氧銅材料制作，其中主換熱器（6）內部使用慢走絲線切割技術加工成一中空結構，次換熱器（7）從下部同心地插入主換熱器（6）內，二者之間的連接面使用真空釬焊技術焊接；在次換熱器（7）內與蓄冷器（8）和脈沖管（9）垂直同心的位置分別使用精密機床加工出蓄冷器端漏斗形孔道（15）和脈沖管端漏斗形孔道（16），且使用珩磨機研磨二者內壁，使其表面光潔度均高于0.01mm；蓄冷器端漏斗形孔道（15）的漏斗開口內徑與蓄冷器（8）的外徑相同，通過蓄冷器端漏斗形孔道（15）實現連管（3）與蓄冷器（8）之間的連通，脈沖管端漏斗形孔道（16）的漏斗開口內徑與脈沖管（9）的外徑相同，通過脈沖管端漏斗形孔道（16）實現調相機構（4）與脈沖管（9）之間的連通；主換熱器（6）的下端面與T型散熱支撐平臺（5）的上端面密切貼合，二者之間使用螺栓連接；蓄冷器（8）和脈沖管（9）平行地插入主換熱器（6）中，插入深度均保持在1.0～2.0mm之間，插入部位的接觸面均使用真空釬焊技術焊接；冷端換熱器（10）采用高導熱的無氧銅材料制作，一個端面加工出蓄冷器端凸臺（17）和脈沖管端凸臺（18），另一個端面使用精密車床、銑床和磨床加工出一個平面度處于1.0～2.0μm之間的冷平臺（19）；蓄冷器端凸臺（17）和脈沖管端凸臺（18）分別插入蓄冷器（8）和脈沖管（9）各自的管壁內，插入深度均保持在1.0～2.0mm之間，接觸面均采用真空釬焊技術焊接；在冷端換熱器（10）內開通U型孔（20）連通蓄冷器（8）和脈沖管（9）；在冷端換熱器（10）的冷平臺（19）上放置待冷卻的紅外器件（11）；在冷端換熱器（10）及紅外器件（11）之上設置一個壁厚為1.0～2.0mm的冷屏（12），其下端使用螺釘固定于冷平臺（19）之上，上部開一個直徑為5.0～15.0mm圓形窗口，正對杜瓦窗口（14）；器件杜瓦（13）的下端面與主換熱器（6）的上端面采用螺栓連接和“O”型橡膠圈密封，在器件杜瓦（13）內使用真空分子泵保持優于1.0×10^-5Pa的真空度。