專利名稱：一種用于斯特林制冷機的熱端散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及散熱器，具體是指一種用于大冷量斯特林制冷機的熱端散熱器。
背景技術(shù)：
斯特林制冷機是采用氣體膨脹制冷的閉式循環(huán)，由壓縮單元與膨脹單元無閥連通而成。目前斯特林制冷機已向大冷量發(fā)展，制冷量由幾十瓦發(fā)展到幾百瓦；制冷溫區(qū)也變廣，向100K～270K的中高溫區(qū)發(fā)展。
對于小型斯特林制冷機，壓縮氦氣進入蓄冷器流道，壓縮氣缸本身就作為熱端散熱器，不需要單獨設(shè)置熱端散熱器。但對于大冷量的斯特林制冷機，由于熱端熱負荷較大，需要單獨設(shè)置熱端散熱器。
美國專利，申請?zhí)朥S2004/0026067A1，公開的一種熱端散熱器是由兩個不同直徑的圓管同心相套成一圓環(huán)體，在環(huán)體內(nèi)置有軸向布置的波紋翅片，它是通過波紋翅片增大換熱面積，其缺點是制作難度較大，翅片流道很難保持均勻一至，而且不易控制環(huán)形空間內(nèi)的空容積率，見圖1a。
三洋電機株式會社在中國申請的專利，公開號為CN 1231407A，它采用內(nèi)外翅片一體鑄造，外翅片外側(cè)加了水冷卻套。內(nèi)翅片內(nèi)側(cè)置有內(nèi)套，由于內(nèi)套與翅片鑄造體之間有間隙，造成其接觸熱阻較大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，見圖1b。
為了提高熱端散熱器的散熱效率，應(yīng)該盡量降低熱端散熱器內(nèi)的氦氣流動阻力，并減少熱端散熱器的空容積率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種對氦氣流動阻力小的，空容積率可精確控制的熱端散熱器。
本發(fā)明的熱端散熱器包括紫銅內(nèi)肋體、不銹鋼內(nèi)套和鋁外翅片。所說的紫銅內(nèi)肋體是由紫銅管通過線切割在其內(nèi)壁形成縱向槽道構(gòu)成的，不銹鋼內(nèi)套通過與內(nèi)肋體內(nèi)壁的過盈配合，與縱向槽道形成密封的長條形狹縫氦氣流道，鋁外翅片通過焊接縱向排列在紫銅內(nèi)肋體的外圓周面上，由此構(gòu)成一個熱端散熱器。
熱端散熱器位于斯特林制冷機的壓縮腔出口與蓄冷器的入口之間，從壓縮腔出來的高溫工質(zhì)氣體進入狹縫通道，在通道內(nèi)與內(nèi)肋片換熱，氣體的熱量通過紫銅內(nèi)肋體導(dǎo)向鋁外翅片，鋁外翅片通過風(fēng)扇與外面的空氣實現(xiàn)強制對流，把熱量散發(fā)出去。
本散熱器的優(yōu)點是線切割的氦氣流道對氦氣流動阻力小，并且空容積率可精確控制；紫銅內(nèi)肋體與不銹鋼內(nèi)套的過盈配合，以及紫銅內(nèi)肋體與鋁外翅片的焊接連接消除了接觸熱阻；內(nèi)肋體采用紫銅材料具有較小的導(dǎo)熱熱阻；因而本發(fā)明的熱端散熱器具有較好的散熱效果。另外散熱器結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝配方便。


圖1為已有專利的熱端換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的熱端散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面給出一個本發(fā)明較好的實施例，結(jié)合附圖予以詳細描述，以使能更好地說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功能特點，而不是限定本發(fā)明的保護范圍。如圖2所示，熱端散熱器由紫銅內(nèi)肋體1、不銹鋼內(nèi)套2、鋁外翅片3組成。
所說的紫銅內(nèi)肋體1是由壁厚3-5mm紫銅管通過線切割在其內(nèi)壁形成縱向槽道構(gòu)成的，不銹鋼內(nèi)套2通過與內(nèi)肋體1內(nèi)壁的過盈配合，與縱向槽道形成密封的長條形狹縫氦氣流道4，鋁外翅片3通過焊接縱向排列在紫銅內(nèi)肋體的外圓周面上，鋁外翅片的厚度為0.5mm～1mm之間，翅片間隔為1°～3°之間，由此構(gòu)成一個熱端散熱器。
紫銅內(nèi)肋體的設(shè)計參數(shù)如圖3所示，內(nèi)肋夾角為β，狹縫夾角為(α-β)，紫銅內(nèi)肋體的空容積率為Ψ=α-βα=1-βα,]]>即等于線切割部分的空容積率。通過控制α和β的比值可以精確控制換熱器空容積率ψ；通過調(diào)節(jié)(α-β)的差值可以控制氣體流道的狹縫寬度。本實例中α為5度，β為4度，則空容積率ψ為20％。在確定設(shè)計需要的結(jié)構(gòu)和尺寸之后，熱端散熱器的制造步驟如下a.紫銅內(nèi)肋體和不銹鋼內(nèi)套的加工取紫銅管的壁厚為4mm，利用線切割在紫銅管的內(nèi)壁上形成縱向槽道，構(gòu)成紫銅內(nèi)肋體。紫銅內(nèi)肋體的內(nèi)環(huán)面同軸度要加工到Φ0.01，光潔度達到0.8，其內(nèi)徑為40mm，為負公差；不銹鋼內(nèi)套外環(huán)面的同軸度要加工到Φ0.01，光潔度達到0.8，其外徑40mm，為正公差。目的是在過盈配合的時候保證配合面的緊密配合，減小接觸熱阻。
b.紫銅內(nèi)肋體和不銹鋼內(nèi)套的過盈配合將紫銅內(nèi)肋體加熱至400℃，使其受熱膨脹，內(nèi)環(huán)面直徑擴張至(40+0.1mm)以上。在高溫下將常溫的不銹鋼內(nèi)套快速插入紫銅內(nèi)肋的孔內(nèi)，待其冷卻收縮后，紫銅內(nèi)肋與不銹鋼內(nèi)套就能緊密結(jié)合一體。特別需要注意的是不銹鋼內(nèi)套和紫銅內(nèi)肋體的直徑尺寸及表面粗糙度的品質(zhì)控制，這些參數(shù)會對緊密配合的接觸熱阻有較大的影響。
c.鋁外翅片的焊接鋁外翅片的厚度為0.8mm，翅片間隔為2°，鋁外翅片軸向均布在紫銅內(nèi)肋體外環(huán)面，鋁外翅片與紫銅內(nèi)肋體外環(huán)面采用錫焊方式連接，由于鋁表面在空氣中會形成一層非常穩(wěn)定的氧化層，使得銅鋁焊接難度較高，因此要采用化學(xué)方法將其去除后并電鍍一層鎳，這樣銅鋁才能順利焊接在一起，焊著率才高，才能有效地提升翅片的散熱效能。一個熱端散熱器制作完畢。
權(quán)利要求
1.一種用于斯特林制冷機的熱端散熱器，包括紫銅內(nèi)肋體(1)、不銹鋼內(nèi)套(2)和鋁外翅片(3)；其特征在于所說的紫銅內(nèi)肋體(1)是由紫銅管通過線切割在其內(nèi)壁形成縱向槽道構(gòu)成的；不銹鋼內(nèi)套(2)通過與內(nèi)肋體內(nèi)壁的過盈配合，與縱向槽道形成密封的長條形狹縫氦氣流道(4)，鋁外翅片(3)通過焊接縱向均勻排列在紫銅內(nèi)肋體的外圓周面上，由此構(gòu)成一個熱端散熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于斯特林制冷機的熱端散熱器，其特征在于所說的紫銅管壁厚為3-5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于斯特林制冷機的熱端散熱器，其特征在于所說的鋁外翅片的厚度為0.5mm～1mm之間，翅片間隔為1°～3°之間。
全文摘要
一種用于斯特林制冷機的熱端散熱器，包括紫銅內(nèi)肋體、不銹鋼內(nèi)套和鋁外翅片。紫銅內(nèi)肋體是由紫銅管通過線切割在其內(nèi)壁形成縱向槽道構(gòu)成的，不銹鋼內(nèi)套通過與內(nèi)肋體內(nèi)壁的過盈配合，與縱向槽道形成密封的長條形狹縫氦氣流道，鋁外翅片通過焊接縱向排列在紫銅內(nèi)肋體的外圓周面上，由此構(gòu)成一個熱端散熱器。本散熱器的優(yōu)點是線切割的氦氣流道對氦氣流動阻力小，并且空容積率可精確控制；紫銅內(nèi)肋體與不銹鋼內(nèi)套的過盈配合，以及紫銅內(nèi)肋體與鋁外翅片的焊接連接消除了接觸熱阻；內(nèi)肋體采用紫銅材料具有較小的導(dǎo)熱熱阻；因而本發(fā)明的熱端散熱器具有較好的散熱效果。
文檔編號F25B9/14GK1760604SQ20051003079
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者陳曦, 吳亦農(nóng), 陳楠 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所