单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构的制作方法
【专利摘要】本专利公开了一种单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构，该结构由主基座、次基座、双通型压缩机基座、对置式直线压缩机主构件、压缩机左外壳、压缩机右外壳、上脉冲管热端换热器、上主换热器、上次换热器、上蓄冷器、上脉冲管、上冷端换热器、上真空罩、上脉冲管连管、上惯性管、上气库、上保护罩、上托举支撑及下脉冲管热端换热器、下主换热器、下次换热器、下蓄冷器、下脉冲管、下冷端换热器、下真空罩、下脉冲管连管、下惯性管、下气库、下保护罩、下托举支撑组成。本专利充分利用直线脉冲管制冷机、惯性管调相装置以及直线压缩机的结构特点，可以实现单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指，对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】单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构
【技术领域】
[0001]本专利属于制冷与低温工程领域，涉及脉冲管制冷机，特别涉及一种单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构及制造方法。
【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)中的冷端排出器，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]脉冲管制冷机的驱动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。
[0004]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。调相方式对于脉冲管制冷机而言至关重要，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。其中，惯性管加气库的调相方式因为调相范围宽、结构简单、性能稳定可靠等突出优点，在航空航天以及军事应用等特殊领域成为首选方式。
[0005]传统上来讲，脉冲管制冷机都采用单台压缩机驱动单台脉冲管冷指的布置方式。图1显示了单台直线压缩机驱动三种典型布置形式的惯性管型脉冲管制冷机的示意图，其中:(1)为单台直线压缩机驱动U型脉管冷指，(2)为单台直线压缩机驱动同轴型脉管冷指，
(3)为单台直线压缩机驱动直线型脉管冷指。
[0006]在具体的应用实践中，常常会遇到需要在两个不同的温区提供制冷量的情况。如在航天遥感遥测系统中，同一系统可能同时用到了短波和中波红外探测器，或者中波和长波红外探测器，不同探测器的工作温区不同；或者有时需要同时冷却探测器和光学系统，探测器和光学系统的工作温度也不相同。这时，常规的方法是采用两台低温制冷机在不同的温度点制冷，系统松散，而且重量、体积、功耗都大大增加，在一些特殊应用领域(如航空航天和军事应用)，带来极大不便，有时甚至不可接受。在强调结构紧凑和应用可靠性的航空航天及军事等领域，寻求以单台直线压缩机驱动两台脉管冷指的方案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】
[0007]有鉴于此，本专利提出一种单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构。
[0008]所发明的单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构由主基座1、次基座2、双通型压缩机基座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、上脉冲管热端换热器7、上主换热器8、上次换热器9、上蓄冷器10、上脉冲管11、上冷端换热器12、上真空罩13、上脉冲管连管14、上惯性管15、上气库16、上保护罩17、上托举支撑29及下脉冲管热端换热器7'、下主换热器8'、下次换热器9'、下蓄冷器10'、下脉冲管1Γ、下冷端换热器12'、下真空罩13'、下脉冲管连管14'、下惯性管15'、下气库16'、下保护罩17'、下托举支撑29'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的上端加工出支撑弧面20，支撑弧面20支撑于双通型压缩机基座3的外壳面下侧；双通型压缩机基座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；在双通型压缩机基座3的上下两侧沿中央分别垂直开通压缩机上出气孔22和压缩机下出气孔22'，通过压缩机上出气孔22实现对置式直线压缩机的压缩腔23和上漏斗形孔道28之间的连通，通过压缩机下出气孔22'实现对置式直线压缩机的压缩腔23和下漏斗形孔道28'之间的连通；在双通型压缩机基座3的两侧分别加工出压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'，压缩机上支撑台24通过上支撑台平面25对上主换热器8进行接触连接支撑，压缩机下支撑台24'通过下支撑台平面25'对下主换热器8'进行接触连接支撑；在压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'上分别加工出上支撑台贯穿孔40和下支撑台贯穿孔40';压缩机左外壳5的开口端与双通型压缩机基座3的基座左下侧面26密封焊接，压缩机右外壳6的开口端与双通型压缩机基座3的基座右下侧面27密封焊接；上次换热器9同心地插入上主换热器8之内并焊接连接，下次换热器V同心地插入下主换热器V之内并焊接连接；压缩机上出气孔22直接连接在上次换热器11上，并通过上次换热器11内的上漏斗形孔道28与上蓄冷器10连通；压缩机下出气孔22'直接连接在下次换热器11'上，并通过下次换热器11'内的下漏斗形孔道28'与下蓄冷器10'连通；上蓄冷器10同心地插入上主换热器8之内并焊接连接，上冷端换热器12设置于上蓄冷器10和上脉冲管11的连接处，为一方型中通结构，左右开通上锥形狭缝孔41，分别与上蓄冷器10和上脉冲管11连通，上脉冲管11和上蓄冷器10分别从上下方同心地垂直插入上冷端换热器12内并焊接连接，在上脉冲管11上部设置上脉冲管热端换热器7，上脉冲管11垂直插入上脉冲管热端换热器7内部并焊接连接，上脉冲管热端换热器7为一异形复合结构，由一个从内部密集切割狭缝的上圆柱形狭缝换热体35和一个内部开通上连通孔42的上连接盖头43组成，上圆柱形狭缝换热体35和上连接盖头43焊接在一起组成上脉冲管热端换热器7，上托举支撑29的一端与上支撑台平面25连接固定，托举支撑29的另一端对上脉冲管热端换热器7起托举支撑作用；下蓄冷器10'同心地插入下主换热器8'之内并焊接连接，下冷端换热器12'设置于下蓄冷器10'和下脉冲管1Γ的连接处，为一方型中通结构，左右开通下锥形狭缝孔41'，分别与下蓄冷器10'和下脉冲管11'连通，下脉冲管11'和下蓄冷器10'分别从上下方同心地垂直插入下冷端换热器12'内并焊接连接，在下脉冲管1Γ上部设置下脉冲管热端换热器7'，下脉冲管11'垂直插入下脉冲管热端换热器7'内部并焊接连接，下脉冲管热端换热器7'为一异形复合结构，由一个从内部密集切割狭缝的下圆柱形狭缝换热体35'和一个内部开通下连通孔42'的上连接盖头43'组成，下圆柱形狭缝换热体35'和下连接盖头43'焊接在一起组成下脉冲管热端换热器7'，下托举支撑29'的一端与下支撑台平面25'连接固定，下托举支撑29'的另一端对下脉冲管热端换热器7'起托举支撑作用；上脉冲管连管14的一端与上脉冲管热端换热器7连接，并通过上脉冲管热端换热器7内的上连通孔42以及上圆柱形狭缝换热体35与上脉冲管11连通，上脉冲管连管14的另一端穿过上支撑台贯穿孔40，然后与上惯性管进口 30连通；下脉冲管连管14'的一端与下脉冲管热端换热器7'连接，并通过下脉冲管热端换热器7'内的下连通孔42'以及下圆柱形狭缝换热体35'与下脉冲管1Γ连通，下脉冲管连管14'的另一端穿过下支撑台贯穿孔40'，然后与下惯性管进口 30'连通；上惯性管15和下惯性管15'均采用单段或多段细长金属铜管制作，上惯性管15紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，上惯性管出口 31与上气库进气口 32使用真空钎焊技术焊接在一起；下惯性管15'紧密盘绕于压缩机左外壳5之上，下惯性管出口 31'与下气库进气口 32'使用真空钎焊技术焊接在一起；上气库
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，上气库内环面33紧扣在压缩机右外壳6之上；下气库16为一内环直径略大于压缩机左外壳5外径的中空密闭容积,下气库内环面33'紧扣在压缩机左外壳5之上；工作气体在由双通型压缩机基座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、上主换热器8、上次换热器9、上蓄冷器10、上脉冲管11、上冷端换热器12、上脉冲管热端换热器7、上脉冲管连管14、上惯性管15、上气库16以及下主换热器8'、下次换热器9'、下蓄冷器10'、下脉冲管11'、下冷端换热器12'、下脉冲管热端换热器7'、下脉冲管连管14'、下惯性管15'、下气库16'组成的密闭空间内往复振荡；上保护罩17为一端封闭的罩壳，其开口端与双通型压缩机基座3的右上侧面34密封焊接，将上惯性管15、上气库16以及压缩机右外壳6罩于其中；下保护罩17'为一端封闭的罩壳，其开口端与双通型压缩机基座3的左上侧面34'密封焊接，将下惯性管15'、下气库16'以及压缩机左外壳5罩于其中。从而共同形成一种单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构。
[0009]下面结合附图对所发明的单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构的制造方法说明如下:
[0010]图2为所发明的单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构的平面剖视图；图3为主基座I和次基座2支撑对置式直线压缩机的剖面示意图；图4为为次基座2的立体示意图；图5(1)和图5(2)分别为双通型压缩机基座3的平面剖视图和立体示意图；图6(1)为上蓄冷器10、上脉冲管11、上冷端换热器12以及上脉冲管热端换热器7的组合剖视图，图6(2)为下蓄冷器10'、下脉冲管11'、下冷端换热器12'以及下脉冲管热端换热器7'的组合剖视图；图7(1)和图7(2)分别为上真空罩13和下真空罩13'的立体示意图；图8(1)和图8(2)分别为上惯性管15和下惯性管15'的立体示意图；图9(1)和图9(2)分别为上气库16和下气库16'的立体示意图；
[0011]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?5.0 μ m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?5.0 μ m之间，支撑弧面20使用慢走丝线切割的方法加工，与双通型压缩机基座3的外壳面下侧弧面相配合；双通型压缩机基座3采用高导热率和高强度的金属材料制作，其两侧采用精密数控机床分别加工出压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'，二者的外表面分别使用精密车床、铣床和磨床加工出上支撑台平面25和下支撑台平面25'，在压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'上分别使用钻床加工出上支撑台贯穿孔40和下支撑台贯穿孔40';压缩机上出气孔22以及与上次换热器9内的上漏斗形孔道28的上漏斗下开口 44均使用线切割方法切割而成，保证压缩机上出气孔22与上漏斗下开口 44的孔径均相同，最大误差不超过5.0 μ m，且保证连接时压缩机上出气孔22与上漏斗下开口 44的孔心在一条直线上，最大误差不超过10.0 μ m ;通过压缩机上出气孔22与上漏斗形孔道28实现对置式直线压缩机的压缩腔23和上蓄冷器10之间的连通；压缩机下出气孔22'以及与下次换热器9'内的下漏斗形孔道28'的下漏斗下开口44'均使用线切割方法切割而成，保证压缩机下出气孔22'与下漏斗下开口 44'的孔径均相同，最大误差不超过5.0μπι，且保证连接时压缩机下出气孔22'与下漏斗下开口 44'的孔心在一条直线上，最大误差不超过10.0 μ m ;通过压缩机下出气孔22'与下漏斗形孔道28'实现对置式直线压缩机的压缩腔23和下蓄冷器10'之间的连通；上脉冲管11和下脉冲管11'均采用低导热率的不锈钢或者钛合金材料制作，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 ;上蓄冷器10由上蓄冷管37和填充于上蓄冷管37内部的圆片形上蓄冷填料38组成，下蓄冷器10'由下蓄冷管37'和填充于下蓄冷管37'内部的圆片形下蓄冷填料38'组成，其中上蓄冷管37和下蓄冷管37'均采用低导热率的不锈钢或者钛合金材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，均保证内壁光洁度优于2.0 μ m，上蓄冷填料38和下蓄冷填料38'由高比热的丝网或者球状物紧密充填而成；上主换热器8和上次换热器9均采用高导热率的高纯无氧铜材料制作，其中上主换热器8内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，上次换热器9同心地插入上主换热器8内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接，上次换热器下端面21与上支撑台平面25密切贴合，二者之间使用螺栓连接；在上次换热器9内与上蓄冷器10垂直同心的位置使用精密机床加工出上漏斗形孔道28，且使用珩磨机研磨内壁，使其表面光洁度均高于0.0lmm,上漏斗形孔道28的上漏斗开口内径比上蓄冷器10的外径大0.01?0.05mm,上蓄冷器10的同心地插入上主换热器8之内，插入深度保持在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；下主换热器8'和下次换热器9'均采用高导热率的高纯无氧铜材料制作，其中下主换热器8'内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，下次换热器9'同心地插入下主换热器8'内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接，下次换热器下端面21'与下支撑台平面25'密切贴合，二者之间使用螺栓连接；在下次换热器9'内与下蓄冷器10'垂直同心的位置使用精密机床加工出下漏斗形孔道28'，且使用珩磨机研磨内壁，使其表面光洁度均高于0.0lmm,下漏斗形孔道28'的上漏斗开口内径比下蓄冷器10'的外径大0.01?0.05mm，下蓄冷器10'的同心地插入下主换热器8,之内，插入深度保持在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；上冷端换热器12和下冷端换热器12'均由高导热率的无氧铜材料制作；上冷端换热器12设置在上蓄冷器10和上脉冲管11之间，其外部为方形结构，在方形结构的中部采用慢走丝线切割加工方法开通上锥形狭缝孔41，与上脉冲管11和上蓄冷器10连通，上冷端换热器12的两端分别与上脉冲管11及上蓄冷器10的管壁采用真空钎焊技术焊接连接；下冷端换热器12'设置在下蓄冷器10'和下脉冲管11'之间，其外部为方形结构，在方形结构的中部采用慢走丝线切割加工方法开通下锥形狭缝孔41'，与下脉冲管11'和下蓄冷器10'连通，下冷端换热器12'的两端分别与下脉冲管11'及下蓄冷器10'的管壁采用真空钎焊技术焊接连接；上托举支撑29和下托举支撑29'均采用较高强度的金属材料制作；上托举支撑29的一端与上支撑台平面25连接固定，另一端对上脉冲管热端换热器7起托举支撑作用，上托举支撑29的两端均采用真空钎焊技术分别与压缩机上支撑台24和上脉冲管热端换热器7进行焊接连接；下托举支撑29'的一端与下支撑台平面25'连接固定，另一端对下脉冲管热端换热器7,起托举支撑作用，下托举支撑29'的两端均采用真空钎焊技术分别与压缩机下支撑台25'和下脉冲管热端换热器7'进行焊接连接；上真空罩13和下真空罩13'均采用不锈钢材料使用精密数控机床加工而成，上真空罩13的一端封闭，其上开口端环面43与上支撑台平面25通过螺栓和“O”型橡胶圈密封连接，下真空罩13'的一端封闭，其下开口端环面43'与下上支撑台平面25'通过螺栓和“O”型橡胶圈密封连接，上真空罩13和下真空罩13'内部均使用真空分子泵保持优于3.0X 10_5Pa的真空度；上脉冲管连管14和下脉冲管连管14'均采用内径1.0?10.0mm的纯铜管制作而成,上脉冲管连管14的一端与上脉冲管热端换热器7内的上连通孔42使用真空钎焊技术焊接在一起，上脉冲管连管14的另一端穿过上支撑台贯穿孔40，然后使用真空钎焊技术与上惯性管进口 30焊接在一起；下脉冲管连管14'的一端与下脉冲管热端换热器7'内的下连通孔42'使用真空钎焊技术焊接在一起，下脉冲管连管14'的另一端穿过下支撑台贯穿孔40'，然后使用真空钎焊技术与下惯性管进口 30'焊接在一起；上惯性管15和下惯性管15'均采用单段或多段细长金属铜管制作，上惯性管15紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，上惯性管出口 31与上气库进气口 32使用真空钎焊技术焊接在一起；下惯性管15'紧密盘绕于压缩机左外壳5之上，下惯性管出口 31'与下气库进气口 32'使用真空钎焊技术焊接在一起；上气库16和下气库16'均采用高导热率的柔韧金属材料制作，上气库16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、而外环直径略小于上保护罩17内径的中空密闭容积，上气库16的内环紧扣于压缩机右外壳6之上；下气库16'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左外壳6'外径、而外环直径略小于下保护罩17'内径的中空密闭容积，下气库16'的内环紧扣于压缩机左外壳5之上；上保护罩17和下保护罩17'均采用高导热率的金属材料制作，分别使用精密数控机床制作成一端封闭的壳体，其中上保护罩17的开口端与双通型压缩机基座3的右上侧面34采用电子束技术密封焊接，将上惯性管15、上气库16以及压缩机右外壳6罩于其中；下保护罩17'的开口端与双通型压缩机基座3的左上侧面34'采用电子束技术密封焊接，将下惯性管15'、下气库16'以及压缩机左外壳5罩于其中。
[0012]本专利的优点在于充分利用直线脉冲管制冷机、惯性管调相装置以及直线压缩机的结构特点，可以实现单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指，对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】
[0013]图1为单台直线压缩机驱动三种典型布置形式的惯性管型脉冲管制冷机的示意图，其中:(1)为单台直线压缩机驱动U型脉管冷指，(2)为单台直线压缩机驱动同轴型脉管冷指，(3)为单台直线压缩机驱动直线型脉管冷指；其中46为直线压缩机，47为蓄冷器热端换热器，48为蓄冷器，49为冷端换热器，50为脉冲管，51为脉冲管热端换热器，52为惯性管，53为气库；
[0014]图2为所发明的单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构的平面剖视图，其中I为主基座，2为次基座，3为双通型压缩机基座，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为上脉冲管热端换热器,8为上主换热器,9为上次换热器，10为上蓄冷器，11为上脉冲管，12为上冷端换热器，13为上真空罩，14为上脉冲管连管，15为上惯性管，16为上气库，17为上保护罩，22为压缩机上出气孔，23为压缩腔，29为上托举支撑29，36为中心轴线，7'为下脉冲管热端换热器，8'为下主换热器，9'为下次换热器，10'为下蓄冷器，1Γ为下脉冲管，12'为下冷端换热器，13'为下真空罩，14'为下脉冲管连管，15'为下惯性管，16'为下气库，17'为下保护罩，22'为压缩机下出气孔，29'为下托举支撑；
[0015]图3为主基座I和次基座2支撑对置式直线压缩机的剖面示意图，其中18为次基座下端面，19为主基座上端面；
[0016]图4为为次基座2的立体示意图，其中20为支撑弧面；
[0017]图5(1)和图5(2)分别为双通型压缩机基座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，34'为左上侧面，40为上支撑台贯穿孔，40'为下支撑台贯穿孔；
[0018]图6 (I)为上蓄冷器10、上脉冲管11、上冷端换热器12以及上脉冲管热端换热器7的组合剖视图，图6(2)为下蓄冷器10'、下脉冲管11'、下冷端换热器12'以及下脉冲管热端换热器7，的组合剖视图，其中21为上次换热器下端面，28为上漏斗形孔道，35为上圆柱形狭缝换热体，37为上蓄冷管,38为上蓄冷填料,41为上锥形狭缝孔,42为上连通孔,43为上连接盖头，44为上漏斗下开口，21'为下次换热器下端面，28'为下漏斗形孔道，35'为下圆柱形狭缝换热体，37'为下蓄冷管，38'为下蓄冷填料，4Γ为下锥形狭缝孔，42'为下连通孔，43,为下连接盖头，44,为下漏斗下开口；
[0019]图7(1)和图7(2)分别为上真空罩13和下真空罩13'的立体示意图，其中43为上开口端环面，43'为下开口端环面；
[0020]图8(1)和图8(2)分别为上惯性管15和下惯性管15'的立体示意图，其中30为上惯性管进口，31为上惯性管出口，3(V为下惯性管进口，3Γ为下惯性管出口；
[0021]图9(1)和图9(2)分别为上气库16和下气库16'的立体示意图，其中32为上气库进气口，33为上气库内环面，32'为下气库进气口，33'为下气库内环面。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例对本专利的【具体实施方式】作进一步地详细说明:
[0023]图2为所发明的单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构的平面剖视图；图3为主基座I和次基座2支撑对置式直线压缩机的剖面示意图；图4为为次基座2的立体示意图；图5(1)和图5(2)分别为双通型压缩机基座3的平面剖视图和立体示意图；图6(1)为上蓄冷器10、上脉冲管11、上冷端换热器12以及上脉冲管热端换热器7的组合剖视图，图6(2)为下蓄冷器10'、下脉冲管11'、下冷端换热器12'以及下脉冲管热端换热器7'的组合剖视图；图7(1)和图7(2)分别为上真空罩13和下真空罩13'的立体示意图；图8(1)和图8(2)分别为上惯性管15和下惯性管15'的立体示意图；图9(1)和图9(2)分别为上气库16和下气库16'的立体示意图；
[0024]所发明的单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构由主基座1、次基座2、双通型压缩机基座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、上脉冲管热端换热器7、上主换热器8、上次换热器9、上蓄冷器10、上脉冲管11、上冷端换热器12、上真空罩13、上脉冲管连管14、上惯性管15、上气库16、上保护罩17、上托举支撑29及下脉冲管热端换热器7'、下主换热器8'、下次换热器9'、下蓄冷器10'、下脉冲管11'、下冷端换热器12'、下真空罩13'、下脉冲管连管14'、下惯性管15'、下气库16'、下保护罩17'、下托举支撑29'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的上端加工出支撑弧面20，支撑弧面20支撑于双通型压缩机基座3的外壳面下侧；双通型压缩机基座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；在双通型压缩机基座3的上下两侧沿中央分别垂直开通压缩机上出气孔22和压缩机下出气孔22'，通过压缩机上出气孔22实现对置式直线压缩机的压缩腔23和上漏斗形孔道28之间的连通，通过压缩机下出气孔22'实现对置式直线压缩机的压缩腔23和下漏斗形孔道28'之间的连通；在双通型压缩机基座3的两侧分别加工出压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'，压缩机上支撑台24通过上支撑台平面25对上主换热器8进行接触连接支撑，压缩机下支撑台24'通过下支撑台平面25'对下主换热器8'进行接触连接支撑；在压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'上分别加工出上支撑台贯穿孔40和下支撑台贯穿孔40';压缩机左外壳5的开口端与双通型压缩机基座3的基座左下侧面26密封焊接，压缩机右外壳6的开口端与双通型压缩机基座3的基座右下侧面27密封焊接；上次换热器9同心地插入上主换热器8之内并焊接连接，下次换热器V同心地插入下主换热器V之内并焊接连接；压缩机上出气孔22直接连接在上次换热器11上，并通过上次换热器11内的上漏斗形孔道28与上蓄冷器10连通；压缩机下出气孔22'直接连接在下次换热器11'上，并通过下次换热器11'内的下漏斗形孔道28'与下蓄冷器10'连通；上蓄冷器10同心地插入上主换热器8之内并焊接连接，上冷端换热器12设置于上蓄冷器10和上脉冲管11的连接处，为一方型中通结构，左右开通上锥形狭缝孔41，分别与上蓄冷器10和上脉冲管11连通，上脉冲管11和上蓄冷器10分别从上下方同心地垂直插入上冷端换热器12内并焊接连接，在上脉冲管11上部设置上脉冲管热端换热器7，上脉冲管11垂直插入上脉冲管热端换热器7内部并焊接连接，上脉冲管热端换热器7为一异形复合结构，由一个从内部密集切割狭缝的上圆柱形狭缝换热体35和一个内部开通上连通孔42的上连接盖头43组成，上圆柱形狭缝换热体35和上连接盖头43焊接在一起组成上脉冲管热端换热器7，上托举支撑29的一端与上支撑台平面25连接固定，托举支撑29的另一端对上脉冲管热端换热器7起托举支撑作用；下蓄冷器10'同心地插入下主换热器8'之内并焊接连接，下冷端换热器12'设置于下蓄冷器10'和下脉冲管11'的连接处，为一方型中通结构，左右开通下锥形狭缝孔41'，分别与下蓄冷器10'和下脉冲管11'连通，下脉冲管11'和下蓄冷器10'分别从上下方同心地垂直插入下冷端换热器12'内并焊接连接，在下脉冲管1Γ上部设置下脉冲管热端换热器7'，下脉冲管11'垂直插入下脉冲管热端换热器7'内部并焊接连接，下脉冲管热端换热器7'为一异形复合结构，由一个从内部密集切割狭缝的下圆柱形狭缝换热体35'和一个内部开通下连通孔42'的上连接盖头43'组成，下圆柱形狭缝换热体35'和下连接盖头43'焊接在一起组成下脉冲管热端换热器7'，下托举支撑29'的一端与下支撑台平面25'连接固定，下托举支撑29'的另一端对下脉冲管热端换热器7'起托举支撑作用；上脉冲管连管14的一端与上脉冲管热端换热器7连接，并通过上脉冲管热端换热器7内的上连通孔42以及上圆柱形狭缝换热体35与上脉冲管11连通，上脉冲管连管14的另一端穿过上支撑台贯穿孔40，然后与上惯性管进口 30连通；下脉冲管连管14'的一端与下脉冲管热端换热器7'连接，并通过下脉冲管热端换热器7'内的下连通孔42'以及下圆柱形狭缝换热体35'与下脉冲管11'连通，下脉冲管连管14'的另一端穿过下支撑台贯穿孔40'，然后与下惯性管进口 30'连通；上惯性管15和下惯性管15'均采用单段或多段细长金属铜管制作，上惯性管15紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，上惯性管出口 31与上气库进气口 32使用真空钎焊技术焊接在一起；下惯性管15'紧密盘绕于压缩机左外壳5之上，下惯性管出口 31'与下气库进气口 32'使用真空钎焊技术焊接在一起；上气库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，上气库内环面33紧扣在压缩机右外壳6之上；下气库16为一内环直径略大于压缩机左外壳5外径的中空密闭容积,下气库内环面33'紧扣在压缩机左外壳5之上；工作气体在由双通型压缩机基座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、上主换热器8、上次换热器9、上蓄冷器10、上脉冲管11、上冷端换热器12、上脉冲管热端换热器7、上脉冲管连管14、上惯性管15、上气库16以及下主换热器8'、下次换热器9'、下蓄冷器10'、下脉冲管11'、下冷端换热器12'、下脉冲管热端换热器7'、下脉冲管连管14'、下惯性管15'、下气库16'组成的密闭空间内往复振荡；上保护罩17为一端封闭的罩壳，其开口端与双通型压缩机基座3的右上侧面34密封焊接，将上惯性管15、上气库16以及压缩机右外壳6罩于其中；下保护罩17'为一端封闭的罩壳，其开口端与双通型压缩机基座3的左上侧面34'密封焊接，将下惯性管15'、下气库16'以及压缩机左外壳5罩于其中；从而共同形成一种单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构。
[0025]所发明的单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构可由如下方法制造: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为4.0 μ m，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为4.0 μ m，支撑弧面20使用慢走丝线切割的方法加工，与双通型压缩机基座3的外壳面下侧弧面相配合；双通型压缩机基座3采用高导热率和高强度的金属材料制作，其两侧采用精密数控机床分别加工出压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'，二者的外表面分别使用精密车床、铣床和磨床加工出上支撑台平面25和下支撑台平面25，，在压缩机上支撑台24和压缩机下支撑台24'上分别使用钻床加工出上支撑台贯穿孔40和下支撑台贯穿孔40';压缩机上出气孔22以及与上次换热器9内的上漏斗形孔道28的上漏斗下开口 44均使用线切割方法切割而成，保证压缩机上出气孔22与上漏斗下开口 44的孔径均相同，最大误差不超过5.0 μ m，且保证连接时压缩机上出气孔22与上漏斗下开口 44的孔心在一条直线上，最大误差不超过10.0 μ m ;通过压缩机上出气孔22与上漏斗形孔道28实现对置式直线压缩机的压缩腔23和上蓄冷器10之间的连通；压缩机下出气孔22'以及与下次换热器9'内的下漏斗形孔道28'的下漏斗下开口 44'均使用线切割方法切割而成，保证压缩机下出气孔22'与下漏斗下开口 44'的孔径均相同，最大误差不超过5.0 μ m，且保证连接时压缩机下出气孔22'与下漏斗下开口 44'的孔心在一条直线上，最大误差不超过10.Ομπι;通过压缩机下出气孔22'与下漏斗形孔道28'实现对置式直线压缩机的压缩腔23和下蓄冷器10'之间的连通；上脉冲管11和下脉冲管11'均采用低导热率的不锈钢或者钛合金材料制作，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 ;上蓄冷器10由上蓄冷管37和填充于上蓄冷管37内部的圆片形上蓄冷填料38组成，下蓄冷器10'由下蓄冷管37'和填充于下蓄冷管37'内部的圆片形下蓄冷填料38'组成，其中上蓄冷管37和下蓄冷管37'均采用低导热率的不锈钢或者钛合金材料制作，采用慢走丝线切割方法加工而成，内壁研磨抛光，均保证内壁光洁度优于2.0 μ m，上蓄冷填料38和下蓄冷填料38'由高比热的丝网或者球状物紧密充填而成；上主换热器8和上次换热器9均采用高导热率的高纯无氧铜材料制作，其中上主换热器8内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，上次换热器9同心地插入上主换热器8内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接，上次换热器下端面21与上支撑台平面25密切贴合，二者之间使用螺栓连接；在上次换热器9内与上蓄冷器10垂直同心的位置使用精密机床加工出上漏斗形孔道28，且使用珩磨机研磨内壁，使其表面光洁度均高于0.0lmm,上漏斗形孔道28的上漏斗开口内径比上蓄冷器10的外径大0.02mm,上蓄冷器10的同心地插入上主换热器8之内，插入深度为3.0_，插入部位的接触面均使用真空钎焊技术焊接；下主换热器8'和下次换热器9'均采用高导热率的高纯无氧铜材料制作，其中下主换热器8,内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，下次换热器V同心地插入下主换热器V内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接，下次换热器下端面21'与下支撑台平面25'密切贴合，二者之间使用螺栓连接；在下次换热器9'内与下蓄冷器10'垂直同心的位置使用精密机床加工出下漏斗形孔道28，，且使用珩磨机研磨内壁，使其表面光洁度均高于0.0lmm,下漏斗形孔道28,的上漏斗开口内径比下蓄冷器10'的外径大0.03mm，下蓄冷器10'的同心地插入下主换热器8'之内，插入深度为3.0_，插入部位的接触面均使用真空钎焊技术焊接；上冷端换热器12和下冷端换热器12'均由高导热率的无氧铜材料制作；上冷端换热器12设置在上蓄冷器10和上脉冲管11之间，其外部为方形结构，在方形结构的中部采用慢走丝线切割加工方法开通上锥形狭缝孔41，与上脉冲管11和上蓄冷器10连通，上冷端换热器12的两端分别与上脉冲管11及上蓄冷器10的管壁采用真空钎焊技术焊接连接；下冷端换热器12'设置在下蓄冷器10'和下脉冲管11'之间，其外部为方形结构，在方形结构的中部采用慢走丝线切割加工方法开通下锥形狭缝孔41'，与下脉冲管11'和下蓄冷器10'连通，下冷端换热器12'的两端分别与下脉冲管11'及下蓄冷器10'的管壁采用真空钎焊技术焊接连接；上托举支撑29和下托举支撑29'均采用较高强度的金属材料制作；上托举支撑29的一端与上支撑台平面25连接固定，另一端对上脉冲管热端换热器7起托举支撑作用，上托举支撑29的两端均采用真空钎焊技术分别与压缩机上支撑台24和上脉冲管热端换热器7进行焊接连接；下托举支撑29'的一端与下支撑台平面25'连接固定，另一端对下脉冲管热端换热器7,起托举支撑作用，下托举支撑29'的两端均采用真空钎焊技术分别与压缩机下支撑台25'和下脉冲管热端换热器7'进行焊接连接；上真空罩13和下真空罩13'均采用不锈钢材料使用精密数控机床加工而成，上真空罩13的一端封闭，其上开口端环面43与上支撑台平面25通过螺栓和“O”型橡胶圈密封连接，下真空罩13'的一端封闭，其下开口端环面43'与下上支撑台平面25'通过螺栓和“O”型橡胶圈密封连接，上真空罩13和下真空罩13'内部均使用真空分子泵保持优于3.0X 10_5Pa的真空度；上脉冲管连管14和下脉冲管连管14'均采用内径6.0mm的纯铜管制作而成，上脉冲管连管14的一端与上脉冲管热端换热器7内的上连通孔42使用真空钎焊技术焊接在一起，上脉冲管连管14的另一端穿过上支撑台贯穿孔40，然后使用真空钎焊技术与上惯性管进口 30焊接在一起；下脉冲管连管14'的一端与下脉冲管热端换热器7'内的下连通孔42'使用真空钎焊技术焊接在一起，下脉冲管连管14'的另一端穿过下支撑台贯穿孔40'，然后使用真空钎焊技术与下惯性管进口 30'焊接在一起；上惯性管15和下惯性管15'均采用单段或多段细长金属铜管制作，上惯性管15紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，上惯性管出口 31与上气库进气口 32使用真空钎焊技术焊接在一起；下惯性管15'紧密盘绕于压缩机左外壳5之上，下惯性管出口 31'与下气库进气口 32'使用真空钎焊技术焊接在一起；上气库16和下气库16'均采用高导热率的柔韧金属材料制作，上气库16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、而外环直径略小于上保护罩17内径的中空密闭容积，上气库16的内环紧扣于压缩机右外壳6之上；下气库16'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左外壳6'外径、而外环直径略小于下保护罩17'内径的中空密闭容积，下气库16'的内环紧扣于压缩机左外壳5之上；上保护罩17和下保护罩17'均采用高导热率的金属材料制作，分别使用精密数控机床制作成一端封闭的壳体，其中上保护罩17的开口端与双通型压缩机基座3的右上侧面34采用电子束技术密封焊接，将上惯性管15、上气库16以及压缩机右外壳6罩于其中；下保护罩IT的开口端与双通型压缩机基座3的左上侧面34'采用电子束技术密封焊接，将下惯性管15'、下气库16'以及压缩机左外壳5罩于其中。
【权利要求】
1.一种单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构，包括主基座(I)、次基座(2)、双通型压缩机基座(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)、上脉冲管热端换热器(7)、上主换热器(8)、上次换热器(9)、上蓄冷器(10)、上脉冲管(11)、上冷端换热器(12)、上真空罩(13)、上脉冲管连管(14)、上惯性管(15)、上气库(16)、上保护罩(17)、上托举支撑(29)及下脉冲管热端换热器(V )、下主换热器(8')、下次换热器(9')、下蓄冷器(10')、下脉冲管(11')、下冷端换热器(12')、下真空罩(13')、下脉冲管连管(14')、下惯性管(15')、下气库(16')、下保护罩(17')和下托举支撑(29;)，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)的上端加工出支撑弧面(20)，支撑弧面(20)支撑于双通型压缩机基座(3)的外壳面下侧；双通型压缩机基座(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；在双通型压缩机基座(3)的上下两侧沿中央分别垂直开通压缩机上出气孔(22)和压缩机下出气孔(22')，通过压缩机上出气孔(22)实现对置式直线压缩机的压缩腔(23)和上漏斗形孔道(28)之间的连通，通过压缩机下出气孔(22')实现对置式直线压缩机的压缩腔(23)和下漏斗形孔道(28')之间的连通；在双通型压缩机基座(3)的两侧分别加工出压缩机上支撑台(24)和压缩机下支撑台(24')，压缩机上支撑台(24)通过上支撑台平面(25)对上主换热器(8)进行接触连接支撑，压缩机下支撑台(24')通过下支撑台平面(25')对下主换热器(8')进行接触连接支撑；在压缩机上支撑台(24)和压缩机下支撑台(24')上分别加工出上支撑台贯穿孔(40)和下支撑台贯穿孔(40');压缩机左外壳(5)的开口端与双通型压缩机基座(3)的基座左下侧面(26)密封焊接，压缩机右外壳(6)的开口端与双通型压缩机基座(3)的基座右下侧面(27)密封焊接；上次换热器(9)同心地插入上主换热器(8)之内并焊接连接，下次换热器(Y )同心地插入下主换热器(V )之内并焊接连接；压缩机上出气孔(22)直接连接在上次换热器(11)上，并通过上次换热器(11)内的上漏斗形孔道(28)与上蓄冷器(10)连通；压缩机下出气孔(22')直接连接在下次换热器(11')上，并通过下次换热器(11')内的下漏斗形孔道(28')与下蓄冷器(10')连通；上蓄冷器(10)同心地插入上主换热器(8)之内并焊接连接，上冷端换热器(12)设置于上蓄冷器(10)和上脉冲管(11)的连接处，为一方型中通结构，左右开通上锥形狭缝孔(41)，分别与上蓄冷器(10)和上脉冲管(11)连通，上脉冲管(11)和上蓄冷器(10)分别从上下方同心地垂直插入上冷端换热器(12)内并焊接连接，在上脉冲管(11)上部设置上脉冲管热端换热器(7)，上脉冲管(11)垂直插入上脉冲管热端换热器(7)内部并焊接连接，上脉冲管热端换热器(7)为一异形复合结构，由一个从内部密集切割狭缝的上圆柱形狭缝换热体(35)和一个内部开通上连通孔(42)的上连接盖头(43)组成，上圆柱形狭缝换热体(35)和上连接盖头(43)焊接在一起组成上脉冲管热端换热器(7)，上托举支撑(29)的一端与上支撑台平面(25)连接固定，托举支撑(29)的另一端对上脉冲管热端换热器(7)起托举支撑作用；下蓄冷器(10')同心地插入下主换热器(8')之内并焊接连接，下冷端换热器(12')设置于下蓄冷器(10')和下脉冲管(11')的连接处，为一方型中通结构，左右开通下锥形狭缝孔(41')，分别与下蓄冷器(10')和下脉冲管(11')连通，下脉冲管(Ili )和下蓄冷器(10')分别从上下方同心地垂直插入下冷端换热器(12')内并焊接连接，在下脉冲管(11,)上部设置下脉冲管热端换热器(7')，下脉冲管(1Γ )垂直插入下脉冲管热端换热器(7')内部并焊接连接，下脉冲管热端换热器(7')为一异形复合结构，由一个从内部密集切割狭缝的下圆柱形狭缝换热体(35')和一个内部开通下连通孔(42')的上连接盖头(43')组成，下圆柱形狭缝换热体(35')和下连接盖头(43')焊接在一起组成下脉冲管热端换热器(7')，下托举支撑(29')的一端与下支撑台平面(25')连接固定，下托举支撑(29')的另一端对下脉冲管热端换热器(7')起托举支撑作用；上脉冲管连管(14)的一端与上脉冲管热端换热器(7)连接，并通过上脉冲管热端换热器(7)内的上连通孔(42)以及上圆柱形狭缝换热体(35)与上脉冲管(11)连通，上脉冲管连管(14)的另一端穿过上支撑台贯穿孔(40)，然后与上惯性管进口(30)连通；下脉冲管连管(14')的一端与下脉冲管热端换热器(7')连接，并通过下脉冲管热端换热器(V )内的下连通孔(42')以及下圆柱形狭缝换热体(35')与下脉冲管(11')连通，下脉冲管连管(14')的另一端穿过下支撑台贯穿孔(40')，然后与下惯性管进口(30')连通；上惯性管(15)和下惯性管(15,)均采用单段或多段细长金属铜管制作，上惯性管(15)紧密盘绕于压缩机右外壳(6)之上，上惯性管出口(31)与上气库进气口(32)使用真空钎焊技术焊接在一起；下惯性管(15')紧密盘绕于压缩机左外壳(5)之上，下惯性管出口(31')与下气库进气口(32')使用真空钎焊技术焊接在一起；上气库(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，上气库内环面(33)紧扣在压缩机右外壳(6)之上；下气库(16)为一内环直径略大于压缩机左外壳(5)外径的中空密闭容积,下气库内环面(33')紧扣在压缩机左外壳(5)之上；工作气体在由双通型压缩机基座(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)、上主换热器(8)、上次换热器(9)、上蓄冷器(10)、上脉冲管(11)、上冷端换热器(12)、上脉冲管热端换热器(7)、上脉冲管连管(14)、上惯性管(15)、上气库(16)以及下主换热器(8')、下次换热器(9')、下蓄冷器(1(V )、下脉冲管(11')、下冷端换热器(12')、下脉冲管热端换热器(7')、下脉冲管连管(14')、下惯性管(15')、下气库(16')组成的密闭空间内往复振荡；上保护罩(17)为一端封闭的罩壳，其开口端与双通型压缩机基座(3)的右上侧面(34)密封焊接，将上惯性管(15)、上气库(16)以及压缩机右外壳(6)罩于其中；下保护罩(17')为一端封闭的罩壳，其开口端与双通型压缩机基座(3)的左上侧面(34')密封焊接，将下惯性管(15')、下气库(16')以及压缩机左外壳(5)罩于其中，从而共同形成一种单台直线压缩机驱动两台直线脉管冷指的结构。
【文档编号】F25B9/14GK204084933SQ201420310544
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年6月12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