专利名称：超低温制冷机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超低温制冷机，尤其涉及能够通过得到改善的散热部的设置结构来提高效率的超低温制冷机。
背景技术：
通常，超低温制冷机作为用于冷却小型电子零件或超导体等的低振动、高可靠性制冷机，通过氦或氢等的工作流体的压缩或膨胀等过程产生制冷功率，广为人知的具有代表性的有斯特林制冷机(Stirling refrigerator)和GM制冷机(GM refrigerator)或焦耳-汤姆逊制冷机(Joule-Thomson refrigerator)等。这种制冷机不仅存在在高速运转时其可靠性降低的问题，还存在为应对摩擦部位的磨损需另行润滑的问题。因此，需要一种不仅能在高速运转中维持其可靠性，而且还无需另行润滑、可长期不进行维修的超低温制冷机，近期适用的是高压的工作流体起到一种轴承作用来减少零件之间的摩擦的无润滑超低温制冷机。这种超低温制冷机的构成为，在压缩空间内对制冷剂进行压缩、抽取，经过散热及再生过程后，在膨胀空间进行膨胀，通过与周围空气的热交换作用将周围温度维持在超低温状态。此时，超低温制冷机具有一种作为能形成散热过程的热交换器的散热部。
发明内容
技术问题本发明的目的在于通过提供在以往的超低温制冷机中的散热部的优选设置结构，提高超低温制冷机的运转可靠性和效率。并且，本发明的目的在于通过提供一种提供能够容易制成散热翅片的结构，并提供能将散热翅片轻松固定于底座的结构，从而提供减少成本且能够维持超低温制冷机的热交换效率的超低温制冷机。解决问题的手段用于解决上述问题的本发明的超低温制冷机，其特征在于，包括密闭壳体；固定部件，其设在密闭壳体的内部，该固定部件包括气缸；可动部件，其包括在气缸的内侧沿着轴向进行往复直线运动的活塞和沿着与活塞相反的方向进行往复直线运动的置换器；散热空间，其形成于密闭壳体和固定部件之间，并与形成于活塞和置换器之间且可变的压缩空间相连通；圆筒形状的底座，其与构成散热空间的外壁的密闭壳体紧贴；散热翅片，其在底座的外周面沿着圆周方向层叠多个翅片而成。在这里，优选地，密闭壳体包括圆筒形状的壳管，框架，其焊接固定于壳管的上方；散热空间形成于框架的内侧，在内侧形成有散热空间的区域的框架的厚度相对薄。并且，优选地，固定部件包括气缸，置换器外罩，其从气缸成一体地延长而成；散热空间形成于框架和置换器外罩之间。并且，优选地，底座由热传递系数高于构成密闭壳体的材料的热传递系数的材料制成，而且优选由铜制成。并且，优选地，散热部由底座和散热翅片构成；散热部的一端沿着轴向支撑在框架的阶梯状部分，散热部的另一端借助另外的凸缘来沿着轴向固定于框架。
并且，优选地，散热翅片是将通过铝压铸得到且截面呈“C”形的多个翅片沿着圆周方向层叠而成的。并且，优选地，超低温制冷机还包括一个以上的加强筋，所述加强筋用于沿着圆周方向连接多个翅片。并且，优选地，加强筋焊接在散热翅片的轴向前端或后端。并且，优选地，散热翅片通过热固化性传热润滑脂来粘附在底座的外表面上。发明的效果如上所述构成的本发明的超低温制冷机由于散热部及散热翅片的制作及可操作性显著优秀，因而具有能够提高生产率的优点。并且，由于本发明的超低温制冷机的散热部通过热固化性传热润滑脂将多个翅片固定于底座，因而具有提高可操作性且能够维持热传递效果的优点。并且，就本发明的超低温制冷机的散热部而言，底座由铜制成，相反，由于多个翅片由铝制成，因而具有通过使用比铜低廉的铝来节减生产成本，并扩大多个翅片的表面积也能够维持高热交换效率的优点。
图I是示出本发明的超低温制冷机的优选一例的侧视图。图2是示出本发明的超低温制冷机的优选一例的侧面剖视立体图。图3是示出本发明的超低温制冷机的优选一例的侧面剖视图。图4是示出本发明的超低温制冷机的优选的散热部的一例的主视图。
具体实施例方式以下，参照附图将详细说明本发明的实施例。图I至图3是示出本发明的超低温制冷机的一例的图。如图I至图3所示，本发明的超低温制冷机的一例包括外壳(case) 10，其用于形成外观；固定部件20,其固定于外壳10的内部,形成预定空间；可动部件30,其在固定部件20内的压缩空间C沿着轴向进行往复直线运动并对制冷剂进行压缩及膨胀；线性电机(linear motor)40，其设置在外壳10和固定部件20之间，来驱动可动部件30 ;再生器50，其与可动部件30轴向结合，在以互相相反的方向流动的制冷剂之间实现等体积再生；散热部60，其安装于固定部件20和可动部件30及再生器50的周边，向外部散发被压缩的制冷剂的热；冷却部70，其沿着轴向与再生器50结合以形成膨胀空间E，使得膨胀的制冷剂吸收外部的热。外壳10包括与再生器50、散热部60及冷却部70形成同心的框架(frame) 11、沿着轴向与框架11连接而固定的圆筒形状的壳管(shell tube) 12。框架11和壳管优选地通过焊接而相连，并在其内部形成密闭壳体。在框架11中固定部件20由螺丝紧固的部分即使所形成的直径比壳管12小，但其厚度很厚，为了提高热交换效率，在框架11中安装散热部60的部分所形成的厚度相对较薄。在壳管12提供预定的管13，为了通过排气使外壳10的内部处于高度的真空状态后，注入纯氦(He)气等的制冷剂，因此提供用于排气或用于注入制冷剂的管13。此外，壳管12还具有向线性电机40供应电源的电源端子14。固定部件20包括在固定于框架11的同时延长到壳管12的内侧的气缸(cylinder) 21、从气缸21延伸以与框架11的内侧相吻合的置换器外罩(displacerhousing)22。气缸21和置换器外罩22呈有高度差的圆筒形状,置换器外罩22的直径小于气缸21的直径，从气缸21的外周面延伸的连接部分由螺丝固定于框架11。这时，气缸21和置换器外罩22将在内部形成压缩制冷剂的压缩空间C，并分别具有与散热部60的内侧的散热空间D连通的通孔21h、22h。可动部件30包括在气缸21的内部借助后述的线性电机40来驱动而进行往复直线运动的活塞(piston) 31、在置换器外罩22的内部根据对活塞31的往复直线运动的作用力与反作用力定律联动地沿着与活塞31的方向相反的方向进行往复直线运动的置换器(displacer) 32。活塞31由在气缸21的内周面留间隙设置的活塞本体(piston body)311和设置在活塞本体311的内侧的活塞插头(piston plug)312构成。置换器32由在贯通活塞插头312的中心的同时通过固定于外壳10的板簧S可缓冲地得到支撑的置换器杆(displacer rod) 321和沿着轴向收容/结合在作为内置于置换器外罩22的置换器杆321的端部的置换器本体321a,来构成形成使制冷剂流动的预定的空间的置换器盖(di sp Iacercover) 322，并在活塞31和置换器本体321a之间形成压缩空间C。此时，置换器本体321a的截面呈“U”字形的同时具有与散热部60的内侧连通的第I通孔321h、第2通孔321H，而置换器盖322不仅具有借助与再生器50连通的吸入口(未图示)的压力差来开闭的置换器阀323，还具有与置换器本体321a的内侧连通的通孔322H。另一方面，由于可动部件30进行往复直线运动，因而除了板簧S以外还采用可使互相摩擦的零件润滑的气体轴承，所构成的结构如下。沿着活塞插头312的轴向具有能使压缩空间C的制冷剂流入的流路312a ；以及具有与此连通的沿着活塞插头312的外周面按圆周方向形成的多个储存槽312b ;并具有按活塞本体311的径向贯通的多个孔311h，使得储存于活塞插头312的储存槽312b的制冷剂供应到活塞本体311和气缸21之间的空间；并具有按活塞插头312的径向贯通的多个孔312h，使得储存于活塞插头312的储存槽312b的制冷剂供应到活塞插头312和置换器杆321之间的空间。当然，为了将储存于活塞插头312的储存槽312b的制冷剂引到活塞本体311的孔31 Ih或者活塞插头312的孔312h，在活塞插头312的外周面按圆周方向或轴向具有多种形态的槽(未图示)，在压缩空间C和储存槽312b之间提供能使制冷剂单向流动的活塞阀(未图示)。线性电机40包括圆筒形内定子(inner stator)41,其以能够接触的方式固定于气缸21的外周面；圆筒形外定子(outer stator) 42,其以能够接触的方式固定于壳管12的内周面，以便与内定子41的外侧维持规定间隔；永久磁铁43，其与活塞本体311相连接，以便维持内定子41和外定子42之间的间隔。当然，外定子42在线圈卷绕体421安装有多个芯块(core block) 422,该线圈卷绕体421与外壳10侧的电源端子14相连接。外定子42的芯块422的一端借助框架11来得到支撑，优选地通过焊接固定于框架11，另一端借助 支架16来得到支撑。支架16由螺丝固定于板簧S的外周。即，外定子的一端借助框架11来得到支撑，另一端借助与板簧S相连接的支架16来得到支撑。
再生器50包括再生外罩51，其与置换器外罩22结合，呈圆筒形状；蓄热材料52，其插入到置换器本体321a的一部分及再生外罩51的内侧；端盖(end cap)53，其能遮盖蓄热材料52的端部地进行附着，并且再生器50构成为制冷剂能通过蓄热材料52和端盖53。由于蓄热材料52起到通过与制冷剂气体接触进行热交换来蓄能后再返还的作用，因此不仅热交换面积及比热大而且热传递系数小，优选地由具有均匀的透气性的材质构成，作为一例，可由细线团的形态构成。散热部60由圆筒形状的底座61及沿着圆周方向紧密排列在该底座61的由多个板形销构成的散热翅片62构成，由热传递效率高的铜等的金属材质形成。冷却部70安装在再生器50的端部，以便能与端盖53之间形成膨胀空间E，通过热交换作用维持超低温。当然，冷却部70可构成为，为了在内部的制冷剂与外部的空气之间起到热交换的作用形成较宽的表面积。此外,未说明的附图标记80所示的是被动平衡器(passive balancer),该被动平 察看如上所述构成的超低温制冷机的运转，如下。首先，若通过电源端子14向外定子42供应电源，则会在内定子41和外定子42及永久磁铁43之间互相产生电磁力，永久磁铁43将借助这种电磁力进行往复直线运动。这时，由于永久磁铁43与活塞本体311及与此相吻合的活塞插头312连接，因而活塞31将与永久磁铁43—起进行往复直线运动。因此，一旦活塞31在气缸21的内部进行往复直线运动，根据作用力与反作用力定律，置换器32将对活塞31的运动进行相反方向的运动，同时借助板簧S来得到弹性支撑，由此将会进行与活塞的运动相反方向的往复直线运动。因此，经过如下过程通过活塞31和置换器32的相反方向的往复直线运动，在气 缸21的内部的压缩空间C压缩制冷剂的同时穿过气缸21的通孔21h，经由框架11的内侧的散热空间D的同时利用散热部60进行散热的等温压缩过程。压缩空间C被压缩时，由于置换器本体321a还与再生器的蓄热材料52 —同运动，因而在膨胀空间E的内部形成相对负压，使经过等温压缩过程的制冷剂通过置换器外罩22的通孔22h及置换器本体321a的第I通孔321h流入到再生器的蓄热材料52的内部，与其相反方向流动的制冷剂起到热交换作用，并经过等体积再生过程。经过等体积再生过程的制冷剂转移到膨胀空间E被膨胀的同时经过在冷却部70冷却外部空气的等温膨胀过程。此后，经过等温膨胀过程的制冷剂在膨胀空间E相对被压缩的同时压缩空间C相对膨胀的过程中重新流入到再生器50的内部后，经过如同上述说明的利用沿着相反方向流动的制冷剂来再生的等体积再生过程。这时，制冷剂通过设于置换器盖322的吸入口及置换器阀323经由置换器本体321a及置换器盖322的内部后，通过置换器盖322的通孔322H和置换器本体321a的第2通孔32IH重新流入到压缩空间C。当然，在线性电机40运转的过程中将依次反复上述等温压缩过程、等体积再生过程、等温膨胀过程及等体积再生过程，以便在冷却部70实现超低温冷却。另一方面，如上所述，随着构成可动部件30的活塞31和置换器32根据作用力和反作用力定律和用于支撑置换器32的板簧的影响进行相反方向的往复直线运动，并反复进行压缩空间C的体积缩小、变大，压缩空间C的制冷剂不仅向再生器50 —侧流动，还向其相反方向流动，起到使相互滑动接触的零件润滑的气体轴承作用。具体来讲，从压缩空间C经由散热空间D流向再生器50 —侧的制冷剂，在置换器外罩22和置换器本体321a之间起到气体轴承作用；从压缩空间C通过在活塞插头312轴向设置的流路312a流向储存槽312b的制冷剂，通过在活塞本体311径向贯通的孔311h流向活塞本体311和气缸21之间起到气体轴承作用的同时通过在活塞插头312径向贯通的孔312h流向活塞插头312和置换器杆321之间起到气体轴承的作用。图4是示出本发明的超低温制冷机的优选的散热部的一例的主视图。参照图4更详细地察看 用于本发明的超低温制冷机的散热部的一例，上述散热部包括圆筒形状的底座61 ;散热翅片62，其在底座61的外周面沿着圆周方向层叠多个翅片而成；一个以上的加强筋63，其沿着圆周方向固定散热翅片62。更详细地，为了提高热传递效率，底座61由热传递系数高于构成密闭壳体的材质的铜制成圆筒形状。散热翅片62由热传递效率比铜更低但是成本相对低廉的铝材质制成。散热翅片提高传热面积，并且即使沿着圆周方向层叠，也应能够维持能使外部空气通过的空间。并且，由于散热翅片是由铝材质制成，可压铸成截面呈C形，通过将所得到的截面呈“C，形的多个翘片沿着圆周方向层叠可方便构成散热翅片。层叠后的排列，如图4所示，优选地，散热翅片62沿着圆周方向层叠，在与底座61接触的内周端之间形成窄的间隔的同时开放，并且在与外周端之间形成宽的间隔的同时封闭。加强筋63以环状或构成环的多个圆弧形状而成，固定于多个翅片62的轴向上端或下端中的一个以上的部位。这时，为了能牢固地连接多个翅片62，可安装具有多种直径的多个加强筋63，当然，即使加强筋的直径大于散热翅片62的整体内径，也能在小于散热翅片62的整体外径的范围内具有多种直径。因此，察看制成散热部的过程，制成铜材质的圆筒形状的底座61，制成通过铝压铸所得到的截面呈“C”形的多个翘片，制成环状的加强筋63。之后，将多个翘片沿着圆周方向层叠后，优选地在散热翅片62的轴向两面焊接加强筋63就可制成完成散热翅片组装体。之后，在底座61的外周面涂敷热固化性材质的传热润滑脂后，以散热翅片组装体的内周面与底座61的外周面相接触的方式进行组装，散热翅片62就会粘附固定于底座61，由此形成散热部60。当然，为了提高在上述说明中的框架11 (在图3示出)的内部的散热空间D流动的制冷剂的散热效果，这种散热部60会安装在框架11 (在图3示出)中厚度较薄的部分，沿着轴向支撑在框架11 (在图3示出)的阶梯状部分后，借助其他的凸缘(未图示)来沿着轴向固定于框架11 (在图3示出)。以上，本发明以本发明的实施例及附图为基础并将此作为例对本发明进行了详细说明。但是本发明的范围并不局限于以上的实施例及附图，本发明的范围应仅局限于以下的权利要求书中所记载的内容。
权利要求
1.一种超低温制冷机，其特征在于，包括 密闭壳体； 固定部件，其设在密闭壳体的内部，该固定部件包括气缸； 可动部件，其包括在气缸的内侧沿着轴向进行往复直线运动的活塞和沿着与活塞相反的方向进行往复直线运动的置换器； 散热空间，其形成于密闭壳体和固定部件之间，并与形成于活塞和置换器之间且可变的压缩空间相连通； 圆筒形状的底座，其与构成散热空间的外壁的密闭壳体紧贴； 散热翅片，其在底座的外周面沿着圆周方向层叠多个翅片而成。
2.根据权利要求I所述的超低温制冷机，其特征在于， 密闭壳体包括 圆筒形状的壳管， 框架，其焊接固定于壳管的上方； 散热空间形成于框架的内侧，位于在内侧形成有散热空间的区域的框架的厚度相对薄。
3.根据权利要求2所述的超低温制冷机，其特征在于， 固定部件包括 气缸， 置换器外罩，其从气缸成一体地延长而成； 散热空间形成于框架和置换器外罩之间。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，底座由热传递系数高于构成密闭壳体的材料的热传递系数的材料制成，而且优选由铜制成。
5.根据权利要求2或3所述的超低温制冷机，其特征在于， 散热部由底座和散热翅片构成； 散热部的一端沿着轴向支撑在框架的阶梯状部分，散热部的另一端借助另外的凸缘来沿着轴向固定于框架。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，散热翅片是将通过铝压铸得到且截面呈“CZ”形的多个翅片沿着圆周方向层叠而成的。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，还包括一个以上的加强筋，所述加强筋用于沿着圆周方向连接多个翅片。
8.根据权利要求7所述的超低温制冷机，其特征在于，加强筋焊接在散热翅片的轴向上的前端或后端。
9.一种超低温制冷机的散热部，其特征在于，在权利要求I至8中任一项所述的散热翅片通过热固化性传热润滑脂来粘附在底座的外表面上。
全文摘要
根据本发明的超低温制冷机，其特征在于，包括密闭壳体；固定部件，其设在密闭壳体的内部，该固定部件包括气缸；可动部件，其包括在气缸的内侧沿着轴向进行往复直线运动的活塞和沿着与活塞相反的方向进行往复直线运动的置换器；散热空间，其形成于密闭壳体和固定部件之间，并与形成于活塞和置换器之间且可变的压缩空间相连通；圆筒形状的底座，其与构成散热空间的外壁的密闭壳体紧贴；散热翅片，其在底座的外周面按圆周方向层叠多个翅片而成。因此，能改善散热翅片的制作及可操作性，在能减少生产成本的同时也能维持高热交换效率。
文档编号F25B9/14GK102713468SQ201080061618
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年2月24日
发明者朴圣云, 郑圆铉 申请人:Lg电子株式会社