紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法，该制冷机由主基座、次基座、压缩机异形基座、对置式直线压缩机主构件、压缩机左外壳、压缩机右外壳、压缩机连管、主换热器、次换热器、蓄冷器、脉冲管、冷端换热器、真空罩、脉冲管连管、惯性管、气库以及保护罩组成。该发明可以充分发挥同轴脉冲管制冷机、惯性管调相装置以及直线压缩机的结构特点，实现整体系统的紧凑性和高可靠，对同轴脉冲管制冷机在航空航天等特殊领域的实用化具有重要意义。
【专利说明】紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于制冷与低温工程领域，涉及脉冲管制冷机，特别涉及一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法。
【背景技术】
[0002]脉冲管制冷机是对回热式低温制冷机的一次重大革新，它取消了广泛应用于常规回热式低温制冷机(如斯特林和G-M制冷机冲的冷端排出器，实现了冷端的低振动、低干扰和无磨损；而经过结构优化和调相方式上的重要改进，在典型温区，其实际效率也已达到回热式低温制冷机的最高值。这些显著优点使得脉冲管制冷机成为近30年来低温制冷机研究的一大热门，在航空航天、低温电子学、超导工业和低温医疗业等方面都获得了广泛的应用。
[0003]根据脉冲管与蓄冷器的相互关系，脉冲管制冷机又可分为如下三种典型布置方式:u型、同轴型和直线型。三类脉冲管制冷机都主要由压缩机、连管、脉冲管冷指(包括蓄冷器热端换热器、蓄冷器、冷端换热器、脉冲管、脉冲管热端换热器以及调相机构)组成。直线型布置中脉冲管和蓄冷器处于一条直线上；U型布置是指脉冲管和蓄冷器平行布置，脉冲管和蓄冷器的冷端通过管道连接；同轴型布置是指脉冲管和蓄冷器同心地布置在一起。
[0004]调相机构是脉冲管制冷机的关键部件之一。脉冲管制冷机区别于常规回热式低温制冷机(如斯特林或G-M制冷机)的最大特点便是取消了冷端用于调节相位的排出器，而在热端布置了相应的调相机构。常用的调相机构主要有小孔加气库、阀门加气库、喷嘴加气库以及惯性管加气库等，相应地，脉冲管制冷机根据上述调相机构的不同而分为小孔型、阀门型、喷嘴型、惯性管型脉冲管制冷机等等。其中惯性管型脉冲管制冷机因其调相范围宽、结构简单、性能稳定可靠等突出优点成为航天及军事应用脉冲管制冷机的首选机种。
[0005]驱动脉冲管制冷机的压缩机分为直线压缩机和G-M型压缩机两种。航天及军事等应用领域的脉冲管制冷机，对重量和体积有非常严格的限制，针对这部分应用的脉冲管制冷机一般都采用轻量化高频运转的直线压缩机，直线压缩机的工作频率在30Hz以上，而针对地面应用的较为笨重的G-M型压缩机的频率一般在I?2Hz。因而，根据驱动压缩机的不同，又将脉冲管制冷机分为由直线压缩机驱动的高频脉冲管制冷机和由G-M型压缩机驱动的低频脉冲管制冷机两种。由直线压缩机驱动的高频脉冲管制冷机由于结构紧凑、重量轻、体积小、效率高、运转可靠、预期寿命长等突出优点，正日益成为新一代航天回热式低温制冷机的更新换代品种。
[0006]图1显示了三种典型布置形式的直线压缩机驱动的惯性管型高频脉冲管制冷机的常规组合示意图，其中:(1)为U型，(2)为同轴型，(3)为直线型。根据图1，三种典型布置形式都主要由直线压缩机、蓄冷器热端换热器、蓄冷器、冷端换热器、脉冲管、脉冲管热端换热器、惯性管以及气库组成。
[0007]由图1可以看出，在脉管制冷机的三种典型布置方式中，同轴型的结构是最为紧凑的，它的低温端与曾经获得广泛应用的斯特林制冷机的冷指十分相似，因而可以直接采用已经成熟的插入式杜瓦，并且可以直接借鉴成熟的与器件耦合技术。因而，同轴型脉管制冷机逐渐成为相关应用领域(如航天及军事应用的红外器件冷却应用)的主要应用机型之
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[0008]由图1可以看出，惯性管主要使用一些长径比很大的细长金属管，气库主要使用能提供一定空容积的金属容器。对于实际应用而言，由惯性管和气库组成的调相机构与直线压缩机、同轴脉冲管冷指的耦合需要在不影响效率情况下的结构紧凑化是一个至关重要的问题(特别是对于航天及军事应用而言)。在很多情况下，往往因为无法提供一个能实用化的紧凑结构，或者紧凑化后带来了很可观的效率降低，而使得许多已研制成功的脉冲管制冷机原理样机无法进入真正的实用化。
[0009]对于同轴型脉冲管制冷机而言，由于其应用的广泛性，对其紧凑化设计的需求更为迫切，成为惯性管型高频同轴脉冲管制冷机在实用化方面的重要瓶颈之一。在强调应用可靠性与高制冷效率的航天及军事等领域，寻找实用化的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机已经逐渐成为应用实践中迫切需要解决的一大难题。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，本发明提出一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法。
[0011]所发明的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机由主基座1、次基座2、压缩机异形基座3、对置式直线压缩机主构件4、压缩机左外壳5、压缩机右外壳6、压缩机连管7、主换热器8、次换 热器9、蓄冷器10、脉冲管11、冷端换热器12、真空罩13、脉冲管连管14、惯性管15、气库16以及保护罩17组成，其特征在于，主基座I作为整个结构的总支撑基座；次基座2的下端加工出次基座下端面18，并支撑于主基座上端面19之上，次基座2的上端分别加工出次基座左上支撑弧面20及次基座右上支撑弧面21，分别支撑于压缩机左外壳5及保护罩17的外壳面下侧；压缩机异形基座3、对置式直线压缩机主构件4、压缩机左外壳5、及压缩机右外壳6构成一台对置式直线压缩机；该压缩机采用双活塞对置式结构，左右两部分沿中心轴线36完全对称；在压缩机异形基座3上部中央垂直开通压缩机出气孔22，通过压缩机出气孔22实现对置式直线压缩机的压缩腔23和压缩机连管7之间的连通；在压缩机异形基座3的上侧加工出一个压缩机上支撑台24，压缩机上支撑台24通过支撑台平面25对主换热器8进行垂直支撑，同时作为同轴脉冲管制冷机热端的主散热结构，在压缩机上支撑台24上加工出上支撑台贯穿孔46 ;压缩机左外壳5的开口端与压缩机异形基座3的基座左下侧面26密封焊接，压缩机右外壳6的开口端与压缩机异形基座3的基座右下侧面27密封焊接；次换热器9从下部同心地插入主换热器8之内并焊接连接；压缩机连管7的一端与压缩机出气孔22连接，另一端与主换热器8连接，并通过主换热器8与次换热器9之间形成的环形间隙28与蓄冷器10连通；脉冲管11同心地插入蓄冷器10之中；蓄冷器10和脉冲管11的上端同心地插入冷端换热器12之内，蓄冷器10和脉冲管11的下端分别插入主换热器8及次换热9之内；脉冲管连管14的一端与次换热器9连接，并通过次换热器9内的漏斗形孔道29与脉冲管11连通，脉冲管连管14的另一端穿过上支撑台贯穿孔46，然后与惯性管进口 30连通；惯性管15紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，惯性管出口31与气库进气口 32连接；气库16为一内环直径略大于压缩机右外壳6外径的中空密闭容积，气库内环面33紧扣在压缩机右外壳6之上；工作气体在由压缩机异形基座3、对置式直线压缩机主构件4、压缩机左外壳5、压缩机右外壳6、压缩机连管7、主换热器8、次换热器9、蓄冷器10、脉冲管11、冷端换热器12、脉冲管连管14、惯性管15以及气库16组成的密闭空间内往复振荡；保护罩17为一端封闭的罩壳,其开口端与压缩机异形基座3的右上侧面34密封焊接,将惯性管15、气库16以及压缩机右外壳6罩于其中。从而共同形成一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机。
[0012]下面结合附图对所发明的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的制造方法说明如下:
[0013]图2为所发明的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的平面剖视图；图3为次基座2的立体示意图；图4 (I)和图4 (2)分别为压缩机异形基座3的平面剖视图和立体示意图；图5为主换热器8的立体示意图；图6为主换热器8和次换热器9的组合剖视图；图7为冷端换热器12的立体示意图；图8为蓄冷器10、脉冲管11和冷端换热器12的组合剖视图；图9为真空罩13的立体示意图；图10为惯性管15的立体示意图；图11为气库16的立体示意图。主基座I由厚度为20?40mm的高导热率金属平板制作而成,平板上下表面的平面度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证处于1.0?5.0ym之间，平板水平放置，对整个结构进行垂直支撑；次基座2由高导热金属材料制作而成，次基座下端面18的平面度使用精密车床、铣床和磨床加工保证处于1.0?5.0ym之间，次基座左上支撑弧面20及次基座右上支撑弧面21均使用慢走丝线切割的方法加工，分别与压缩机左外壳5及保护罩17的外壳面弧面相配合；压缩机异形基座3采用高导热率和高强度的金属材料制作，其上侧采用精密数控机床加工出压缩机上支撑台24，压缩机上支撑台24的上表面使用精密车床、铣床和磨床加工出支撑台平面25，保证支撑台平面25本身的平面度处于3.0?5.0 μ m之间，且支撑台平面25与主基座I之间的平行度保持在2.0?3.0 μ m之间；在压缩机上支撑台24上使用钻床加工出上支撑台贯穿孔46 ;压缩机左外壳5和压缩机右外壳6均采用高强度的金属材料制作，其中压缩机左外壳5的开口端与压缩机异形基座3的基座左下侧面26采用电子束技术密封焊接，压缩机右外壳6的开口端与压缩机异形基座3的基座右下侧面27采用电子束技术密封焊接；压缩机连管7采用内径3.0?8.0mm的纯铜管制作而成，其一端与压缩机出气孔22采用真空钎焊技术焊接连接，另一端从主换热器8下部的左贯通槽35引出，并采用真空钎焊技术焊接在主换热器8上，与主换热器8及次换热器9之间形成的环形间隙28连通；脉冲管11采用低导热率的金属材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，保证内壁光洁度优于0.5 μ m ;蓄冷器10由蓄冷管37和填充于蓄冷管37内部的环形蓄冷填料38组成，其中蓄冷管37采用低导热率的金属材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，保证内壁光洁度优于2.0 μ m，蓄冷填料38由高比热的丝网或者球状物紧密充填而成；主换热器8和次换热器9均采用高导热率的高纯无氧铜材料制作，其中主换热器8内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，次换热器9从下部同心地插入主换热器8内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接；次换热器9内使用精密数控机床加工出漏斗形孔道29，漏斗形孔道29的漏斗开口内径与脉冲管11的外径相同，脉冲管11通过漏斗形孔道29实现与脉冲管连管14之间的连通；主换热器8和次换热器9之间形成环形间隙28，压缩机连管7通过环形间隙28与蓄冷器10连通；主换热器下端面44与支撑台平面25密切贴合，二者之间使用螺栓连接；蓄冷器10和脉冲管11的下端分别从上部同心地插入主换热器8和次换热器9之内，插入深度均保持在
2.0?4.0mm之间，插入部位的接触面均使用真空钎焊技术焊接；在主换热器8的左右两侧分别使用线切割方法加工出左贯通槽35和右贯通槽39 ;冷端换热器12采用高导热率的无氧铜材料制作，内部使用慢走丝线切割技术均匀切割出狭缝，狭缝内壁形成凹槽40，狭缝之上形成焊接环面41，在焊接环面41之上使用精密车床、铣床和磨床加工出一个平面度处于
1.0?2.0 μ m之间的冷平台42 ;蓄冷器10和脉冲管11同心地插入冷端换热器12之内，其中蓄冷器10的管壁与焊接环面41的接触面采用真空钎焊技术焊接，脉冲管11插入凹槽40内，插入深度保持在2.0?3.0mm之间，脉冲管11的外壁与凹槽40的内壁接触面采用过盈配合的方法紧配，过盈量为脉冲管11的外径超过凹槽40的内径处于0.03?0.05mm之间；真空罩13采用不锈钢材料使用精密数控机床加工而成，其一端封闭，开口端环面43与主换热器上端面45通过螺栓和“O”型橡胶圈密封连接，真空罩13内部使用真空分子泵保持优于3.0X 10_5Pa的真空度；脉冲管连管14采用内径1.0?10.0mm的纯铜管制作而成,其一端与次换热器9使用真空钎焊技术焊接在一起，脉冲管连管14的另一端穿过主换热器8下部的右贯通槽39引出，然后再穿过上支撑台贯穿孔46，使用真空钎焊技术与惯性管进口 30焊接在一起；惯性管15采用单段或多段细长金属铜管制作，然后紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，惯性管出口 31与气库进气口 32使用真空钎焊技术焊接在一起；气库16采用高导热率的柔韧金属材料制作，使用精密数控机床与真空钎焊技术制作成一个内环直径略大于压缩机右外壳6外径、而外环直径略小于保护罩17内径的中空密闭容积，气库16的内环紧扣于压缩机右外壳6之上；保护罩17采用高导热率的金属材料制作，使用精密数控机床制作成一个一端封闭的壳体，保护罩17的开口端与压缩机异形基座3的右上侧面34米用电子束技术密封焊接，将惯性管15、气库16以及压缩机右外壳6罩于其中；
[0014]所发明的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的制造方法，压缩机左外壳5与压缩机右外壳6关于中心轴线36对称，由惯性管15、气库16和保护罩17组成的调相机构既可以耦合到压缩机右外壳6之上，也可以耦合到压缩机左外壳5之上。
[0015]本发明的优点在于充分发挥了同轴脉冲管制冷机、惯性管调相装置以及直线压缩机的结构特点，实现了整体系统的紧凑性和高可靠，对同轴脉冲管制冷机在航空航天等特殊领域的实用化具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为三种典型布置形式的直线压缩机驱动的惯性管型高频脉冲管制冷机的常规组合示意图，其中:(I)为U型，(2)为同轴型，(3)为直线型。其中47为直线压缩机，48为蓄冷器热端换热器，49为蓄冷器,50为冷端换热器,51为脉冲管,52为脉冲管热端换热器，53为惯性管,54为气库；
[0017]图2为所发明的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的平面剖视图，其中I为主基座，2为次基座，3为压缩机异形基座，4为对置式直线压缩机主构件，5为压缩机左外壳，6为压缩机右外壳，7为压缩机连管，8为主换热器，9为次换热器，10为蓄冷器，11为脉冲管，12为冷端换热器，13为真空罩，14为脉冲管连管，15为惯性管，16为气库，17为保护罩，18为次基座下端面，19为主基座上端面，22为压缩机出气孔，23为压缩腔，36为中心轴线；[0018]图3为次基座2的立体示意图，其中20为次基座左上支撑弧面，21为次基座右上支撑弧面；
[0019]图4 (I)和图4 (2)分别为压缩机异形基座3的平面剖视图和立体示意图，其中24为压缩机上支撑台，25为支撑台平面，26为基座左下侧面，27为基座右下侧面，34为右上侧面，46为上支撑台贯穿孔；
[0020]图5为主换热器8的立体示意图，其中35为左贯通槽，39为右贯通槽；
[0021]图6为主换热器8和次换热器9的组合剖视图，其中28为环形间隙，29为漏斗形孔道，44为主换热器下端面，45为主换热器上端面；
[0022]图7为冷端换热器12的立体示意图，其中40为凹槽，41为焊接环面，42为冷平台；
[0023]图8为蓄冷器10、脉冲管11和冷端换热器12的组合剖视图，其中37为蓄冷管，38为蓄冷填料；
[0024]图9为真空罩13的立体示意图，其中43为开口端环面；
[0025]图10为惯性管15的立体示意图，其中30为惯性管进口，31为惯性管出口 ；
[0026]图11为气库16的立体示意图，其中32为气库进气口，33为气库内环面。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步地详细说明:
[0028]图2为所发明的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的平面剖视图；图3为次基座2的立体示意图；图4 (I)和图4 (2)分别为压缩机异形基座3的平面剖视图和立体示意图；图5为主换热器8的立体示意图；图6为主换热器8和次换热器9的组合剖视图；图7为冷端换热器12的立体示意图；图8为蓄冷器10、脉冲管11和冷端换热器12的组合剖视图；图9为真空罩13的立体示意图；图10为惯性管15的立体示意图；图11为气库16的立体示意图；主基座I由厚度为30mm的高导热率金属平板制作而成，平板上下表面的平面度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证处于3.0 μ m以下，平板水平放置，对整个结构进行垂直支撑；次基座2由高导热金属材料制作而成，次基座下端面18的平面度使用精密车床、铣床和磨床加工保证处于4.0 μ m以下，次基座左上支撑弧面20及次基座右上支撑弧面21均使用慢走丝线切割的方法加工，分别与压缩机左外壳5及保护罩17的外壳面弧面相配合；压缩机异形基座3采用高导热率和高强度的金属材料制作，其上侧采用精密数控机床加工出压缩机上支撑台24，压缩机上支撑台24的上表面使用精密车床、铣床和磨床加工出支撑台平面25，保证支撑台平面25本身的平面度优于4.0 μ m，且支撑台平面25与主基座I之间的平行度优于2.5 μ m ;在压缩机上支撑台24上使用钻床加工出上支撑台贯穿孔46 ;压缩机左外壳5和压缩机右外壳6均采用高强度的金属材料制作，其中压缩机左外壳5的开口端与压缩机异形基座3的基座左下侧面26采用电子束技术密封焊接，压缩机右外壳6的开口端与压缩机异形基座3的基座右下侧面27采用电子束技术密封焊接；压缩机连管7采用内径4.0?6.0mm的纯铜管制作而成，其一端与压缩机出气孔22采用真空钎焊技术焊接连接，另一端从主换热器8下部的左贯通槽35引出，并采用真空钎焊技术焊接在主换热器8上，与主换热器8及次换热器9之间形成的环形间隙28连通；脉冲管11采用低导热率的金属材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，保证内壁光洁度优于0.5 μ m ;蓄冷器10由蓄冷管37和填充于蓄冷管37内部的环形蓄冷填料38组成，其中蓄冷管37采用低导热率的金属材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，保证内壁光洁度优于2.0μπι，蓄冷填料38由高比热的丝网或者球状物紧密充填而成；主换热器8和次换热器9均采用高导热率的高纯无氧铜材料制作，其中主换热器8内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，次换热器9从下部同心地插入主换热器8内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接；次换热器9内使用精密数控机床加工出漏斗形孔道29，漏斗形孔道29的漏斗开口内径与脉冲管11的外径相同，脉冲管11通过漏斗形孔道29实现与脉冲管连管14之间的连通；主换热器8和次换热器9之间形成环形间隙28，压缩机连管7通过环形间隙28与蓄冷器10连通；主换热器下端面44与支撑台平面25密切贴合，二者之间使用螺栓连接；蓄冷器10和脉冲管11的下端分别从上部同心地插入主换热器8和次换热器9之内，插入深度均保持在2.0?4.0mm之间，插入部位的接触面均使用真空钎焊技术焊接；在主换热器8的左右两侧分别使用线切割方法加工出左贯通槽35和右贯通槽39 ;冷端换热器12采用高导热率的无氧铜材料制作，内部使用慢走丝线切割技术均匀切割出狭缝，狭缝内壁形成凹槽40，狭缝之上形成焊接环面41，在焊接环面41之上使用精密车床、铣床和磨床加工出一个平面度处于1.5μπι之间的冷平台42 ;蓄冷器10和脉冲管11同心地插入冷端换热器12之内，其中蓄冷器10的管壁与焊接环面41的接触面采用真空钎焊技术焊接，脉冲管11插入凹槽40内，插入深度保持在2.5mm之间，脉冲管11的外壁与凹槽40的内壁接触面采用过盈配合的方法紧配，过盈量为脉冲管11的外径超过凹槽40的内径处于0.04mm之间；真空罩13采用不锈钢材料使用精密数控机床加工而成，其一端封闭，开口端环面43与主换热器上端面45通过螺栓和“O”型橡胶圈密封连接，真空罩13内部使用真空分子泵保持优于3.0X 10_5Pa的真空度；脉冲管连管14采用内径3.0?7.0mm的纯铜管制作而成，其一端与次换热器9使用真空钎焊技术焊接在一起，脉冲管连管14的另一端穿过主换热器8下部的右贯通槽39引出，然后再穿过上支撑台贯穿孔46，使用真空钎焊技术与惯性管进口 30焊接在一起；惯性管15采用单段或多段细长金属铜管制作，然后紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，惯性管出口 31与气库进气口 32使用真空钎焊技术焊接在一起；气库16采用高导热率的柔韧金属材料制作，使用精密数控机床与真空钎焊技术制作成一个内环直径略大于压缩机右外壳6外径、而外环直径略小于保护罩17内径的中空密闭容积，气库16的内环紧扣于压缩机右外壳6之上；保护罩17采用高导热率的金属材料制作，使用精密数控机床制作成一个一端封闭的壳体，保护罩17的开口端与压缩机异形基座3的右上侧面34采用电子束技术密封焊接，将惯性管15、气库16以及压缩机右外壳6罩于其中；
[0029]所发明的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的制造方法，压缩机左外壳5与压缩机右外壳6关于中心轴线36对称，由惯性管15、气库16和保护罩17组成的调相机构既可以耦合到压缩机右外壳6之上，也可以耦合到压缩机左外壳5之上。
【权利要求】
1.一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机，包括主基座(1)、次基座(2)、压缩机异形基座(3)、对置式直线压缩机主构件(4)、压缩机左外壳(5)、压缩机右外壳(6)、压缩机连管(7)、主换热器(8)、次换热器(9)、蓄冷器(10)、脉冲管(11)、冷端换热器(12)、真空罩(13)、脉冲管连管(14)、惯性管(15)、气库(16)以及保护罩(17)，其特征在于，主基座(O作为整个结构的总支撑基座；次基座(2)的下端加工出次基座下端面(18)，并支撑于主基座上端面(19)之上，次基座(2)的上端分别加工出次基座左上支撑弧面(20)及次基座右上支撑弧面(21)，分别支撑于压缩机左外壳(5)及保护罩(17)的外壳面下侧；压缩机异形基座(3)、对置式直线压缩机主构件(4)、压缩机左外壳(5)、及压缩机右外壳(6)构成一台对置式直线压缩机；该压缩机采用双活塞对置式结构，左右两部分沿中心轴线(36)完全对称；在压缩机异形基座(3)上部中央垂直开通压缩机出气孔(22)，通过压缩机出气孔(22)实现对置式直线压缩机的压缩腔(23)和压缩机连管(7)之间的连通；在压缩机异形基座(3)的上侧加工出一个压缩机上支撑台(24)，压缩机上支撑台(24)通过支撑台平面(25)对主换热器(8)进行垂直支撑，同时作为同轴脉冲管制冷机热端的主散热结构，在压缩机上支撑台(24)上加工出上支撑台贯穿孔(46);压缩机左外壳(5)的开口端与压缩机异形基座(3)的基座左下侧面(26)密封焊接，压缩机右外壳(6)的开口端与压缩机异形基座(3)的基座右下侧面(27 )密封焊接；次换热器(9 )从下部同心地插入主换热器(8 )之内并焊接连接；压缩机连管(7)的一端与压缩机出气孔(22)连接，另一端与主换热器(8)连接，并通过主换热器(8)与次换热器(9)之间形成的环形间隙(28)与蓄冷器(10)连通；脉冲管(11)同心地插入蓄冷器(10)之中；蓄冷器 (10)和脉冲管(11)的上端同心地插入冷端换热器(12)之内，蓄冷器(10)和脉冲管(11)的下端分别插入主换热器(8)及次换热器(9)之内；脉冲管连管(14)的一端与次换热器(9)连接，并通过次换热器(9)内的漏斗形孔道(29)与脉冲管(11)连通，脉冲管连管(14)的另一端穿过上支撑台贯穿孔(46)，然后与惯性管进口(30)连通；惯性管(15)紧密盘绕于压缩机右外壳(6)之上，惯性管出口(31)与气库进气口(32)连接；气库(16)为一内环直径略大于压缩机右外壳(6)外径的中空密闭容积，气库内环面(33)紧扣在压缩机右外壳(6)之上；工作气体在由压缩机异形基座(3)、对置式直线压缩机主构件(4)、压缩机左外壳(5)、压缩机右外壳(6)、压缩机连管(7)、主换热器(8)、次换热器(9)、蓄冷器(10)、脉冲管(11)、冷端换热器(12)、脉冲管连管(14)、惯性管(15)以及气库(16)组成的密闭空间内往复振荡；保护罩(17)为一端封闭的罩壳，其开口端与压缩机异形基座(3)的右上侧面(34)密封焊接，将惯性管(15)、气库(16)以及压缩机右外壳(6)罩于其中；从而共同形成一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机。
2.一种如权利要求1所述的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的制造方法，其特征在于，主基座(1)由厚度为20~40mm的高导热率金属平板制作而成，平板上下表面的平面度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证处于1.0~5.0ym之间，平板水平放置，对整个结构进行垂直支撑；次基座(2)由高导热金属材料制作而成，次基座下端面(18)的平面度使用精密车床、铣床和磨床加工保证处于1.0~5.0ym之间，次基座左上支撑弧面(20)及次基座右上支撑弧面(21)均使用慢走丝线切割的方法加工，分别与压缩机左外壳(5)及保护罩(17)的外壳面弧面相配合；压缩机异形基座(3)采用高导热率和高强度的金属材料制作，其上侧采用精密数控机床加工出压缩机上支撑台(24)，压缩机上支撑台(24)的上表面使用精密车床、铣床和磨床加工出支撑台平面(25)，保证支撑台平面(25)本身的平面度处于3.0~5.0ym之间，且支撑台平面(25)与主基座(1)之间的平行度保持在.2.0~3.0 μ m之间；在压缩机上支撑台(24)上使用钻床加工出上支撑台贯穿孔(46);压缩机左外壳(5 )和压缩机右外壳(6 )均米用高强度的金属材料制作，其中压缩机左外壳(5 )的开口端与压缩机异形基座(3 )的基座左下侧面(26 )采用电子束技术密封焊接，压缩机右外壳(6)的开口端与压缩机异形基座(3)的基座右下侧面(27)采用电子束技术密封焊接；压缩机连管(7)采用内径3.0~8.0mm的纯铜管制作而成，其一端与压缩机出气孔(22)采用真空钎焊技术焊接连接，另一端从主换热器(8)下部的左贯通槽(35)引出，并采用真空钎焊技术焊接在主换热器(8)上，与主换热器(8)及次换热器(9)之间形成的环形间隙(28)连通；脉冲管(11)采用低导热率的金属材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，保证内壁光洁度优于0.5μπι;蓄冷器(10)由蓄冷管(37)和填充于蓄冷管(37)内部的环形蓄冷填料(38)组成，其中蓄冷管(37)采用低导热率的金属材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，保证内壁光洁度优于2.0 μ m，蓄冷填料(38)由高比热的丝网或者球状物紧密充填而成；主换热器(8)和次换热器(9)均采用高导热率的高纯无氧铜材料制作，其中主换热器(8)内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，次换热器(9)从下部同心地插入主换热器(8)内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接；次换热器(9)内使用精密数控机床加工出漏斗形孔道(29)，漏斗形孔道(29)的漏斗开口内径与脉冲管(11)的外径相同，脉冲管(11)通过漏斗形孔道(29)实现与脉冲管连管(14)之间的连通；主换热器(8)和次换热器(9)之间形成环形间隙(28)，压缩机连管(7)通过环形间隙(28)与蓄冷器(10)连通；主换热器下端面(44)与支撑台平面(25)密切贴合，二者之间使用螺栓连接；蓄冷器(10)和脉冲管(11)的下端分别从上部同心地插入主换热器(8)和次换热器(9)之内，插入深度均保持在2.0~4.0mm之间，插入部位的接触面均使用真空钎焊技术焊接；在主换热器(8)的左右两侧分别使用线切割方法加工出左贯通槽(35)和右贯通槽(39);冷端换 热器(12)采用高导热率的无氧铜材料制作，内部使用慢走丝线切割技术均匀切割出狭缝，狭缝内壁形成凹槽(40)，狭缝之上形成焊接环面(41)，在焊接环面(41)之上使用精密车床、铣床和磨床加工出一个平面度处于1.0~2.0 μ m之间的冷平台(42);蓄冷器(10)和脉冲管(11)同心地插入冷端换热器(12)之内，其中蓄冷器(10)的管壁与焊接环面(41)的接触面采用真空钎焊技术焊接，脉冲管(11)插入凹槽(40)内，插入深度保持在2.0~3.0mm之间，脉冲管(11)的外壁与凹槽(40)的内壁接触面采用过盈配合的方法紧配，过盈量为脉冲管(11)的外径超过凹槽(40)的内径处于0.03~0.05mm之间；真空罩(13)采用不锈钢材料使用精密数控机床加工而成，其一端封闭，开口端环面(43)与主换热器上端面(45)通过螺栓和“O”型橡胶圈密封连接，真空罩(13)内部使用真空分子泵保持优于3.0X 10_5Pa的真空度；脉冲管连管(14)采用内径1.0~10.0mm的纯铜管制作而成,其一端与次换热器(9)使用真空钎焊技术焊接在一起，脉冲管连管(14)的另一端穿过主换热器(8)下部的右贯通槽(39)引出，然后再穿过上支撑台贯穿孔(46)，使用真空钎焊技术与惯性管进口(30)焊接在一起；惯性管(15)采用单段或多段细长金属铜管制作，然后紧密盘绕于压缩机右外壳(6)之上，惯性管出口(31)与气库进气口(32)使用真空钎焊技术焊接在一起；气库(16)采用高导热率的柔韧金属材料制作，使用精密数控机床与真空钎焊技术制作成一个内环直径略大于压缩机右外壳(6)外径、而外环直径略小于保护罩(17)内径的中空密闭容积，气库(16)的内环紧扣于压缩机右外壳(6)之上；保护罩(17)采用高导热率的金属材料制作，使用精密数控机床制作成一个一端封闭的壳体，保护罩(17)的开口端与压缩机异形基座(3)的右上侧面(34)采用电子束技术密封焊接，将惯性管(15)、气库(16)以及压缩机右外壳(6)罩于其中。
3.根据权利要求1所述的一 种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机，其特征在于，由所述的惯性管(15)、气库(16)和保护罩(17)组成的调相机构除耦合在压缩机右外壳(6)上外,还能稱合在压缩机左外壳(5)上。
【文档编号】F25B9/14GK103759451SQ201410020932
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】党海政 申请人:中国科学院上海技术物理研究所