[發(fā)明專利]U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結(jié)構(gòu)及制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410021033.4
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103759454A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黨海政
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制冷與低溫工程領(lǐng)域，涉及脈管制冷機，特別涉及一種U型脈管制冷機與紅外器件的耦合結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

脈管制冷機是對回?zé)崾降蜏刂评錂C的一次重大革新，它取消了廣泛應(yīng)用于常規(guī)回?zé)崾降蜏刂评錂C（如斯特林和G-M制冷機）中的冷端排出器，而以熱端調(diào)相機構(gòu)的運作來實現(xiàn)制冷所需的相位差。冷端運動部件的完全取消，實現(xiàn)了冷端的低振動、低干擾和無磨損；而經(jīng)過結(jié)構(gòu)和調(diào)相方式上的重要改進(jìn)，在一些典型溫區(qū)，其實際效率也已經(jīng)達(dá)到回?zé)崾降蜏刂评錂C中的最高值。這些顯著優(yōu)點使得脈管制冷機成為20余年來低溫機械制冷機研究的一大熱門，在航空航天、低溫電子學(xué)、超導(dǎo)工業(yè)和低溫醫(yī)療業(yè)等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)脈管與蓄冷器的相互關(guān)系不同，脈管制冷機可分為如下三種典型布置方式，如圖1所示：其中（1）為U型，（2）為同軸型，（3）為直線型。由圖1可以看出，三類脈管制冷機都主要由壓縮機、連管、蓄冷器熱端換熱器、蓄冷器、冷頭、脈管、脈管熱端換熱器以及調(diào)相機構(gòu)組成，其中冷頭是脈管制冷機的應(yīng)用端，與被冷卻器件耦合。直線型布置中脈管和蓄冷器處于一條直線上；U型布置是指脈管和蓄冷器平行布置，脈管和蓄冷器的冷端通過管道連接；同軸型布置是指脈管和蓄冷器同心地布置在一起。

由圖1可以看出，在脈管制冷機的三種典型布置方式中，U型結(jié)構(gòu)是有其獨特優(yōu)點的。首先，它與同軸型結(jié)構(gòu)一樣，冷端（低溫應(yīng)用端）處于一端，因而與器件的耦合較為方便，而不像直線型結(jié)構(gòu)那樣與被冷卻器件耦合困難；其次，U結(jié)構(gòu)固然比同軸型結(jié)構(gòu)較為松散，但U型結(jié)構(gòu)中蓄冷器和脈沖管不直接接觸，因而又避免了同軸型結(jié)構(gòu)中蓄冷器和脈沖管溫度分布不匹配而帶來的潛在冷量損失。因而，U型結(jié)構(gòu)的制冷效率常常要比同軸結(jié)構(gòu)要好，而在與器件耦合的實際應(yīng)用中，U型結(jié)構(gòu)又比直線型結(jié)構(gòu)有優(yōu)勢，所以在應(yīng)用實踐中，U型脈管制冷機也獲得非常廣泛的應(yīng)用。

由圖1可以看出，U型脈管制冷機可以大致分為四部分，即壓縮機、連管、U型型脈管冷指（主要由蓄冷器熱端換熱器、蓄冷器、冷頭、脈管、脈管熱端換熱器組成）以及調(diào)相機構(gòu)（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）。U型脈管制冷機與紅外器件的耦合任務(wù)，便是如何有效地組織這四大部分，從而與紅外器件形成緊湊、可靠、高效的耦合結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結(jié)構(gòu)及制造方法。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)由主基座1、壓縮機2、連管3、調(diào)相機構(gòu)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(jié)構(gòu)的支撐基座，同時充當(dāng)壓縮機2和調(diào)相機構(gòu)4的散熱結(jié)構(gòu)；壓縮機2采用雙活塞對置式結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)，同時對主換熱器6進(jìn)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(nèi)；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(nèi)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(nèi)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(nèi)并焊接連接；調(diào)相機構(gòu)4的進(jìn)口端與次換熱器7連接，并通過次換熱器7內(nèi)的脈沖管端漏斗形孔道16與脈沖管9連通，調(diào)相機構(gòu)4的末端固定到主基座1上；壓縮機2、連管3、調(diào)相機構(gòu)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(shè)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(shè)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(gòu)成一種U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結(jié)構(gòu)。

下面結(jié)合附圖對所發(fā)明的U型脈管制冷機與紅外器件的緊湊式耦合結(jié)構(gòu)的制造方法進(jìn)行說明如下：

如圖2所示，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(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直支撐，同時充當(dāng)壓縮機2和調(diào)相機構(gòu)4的散熱結(jié)構(gòu)。