緊湊耦合的慣性管型高頻u型脈沖管制冷機及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機及制造方法，由主基座、次基座、壓縮機異形基座、對置式直線壓縮機主構(gòu)件、壓縮機左外殼、壓縮機右外殼、壓縮機連管、主換熱器、次換熱器、蓄冷器、脈沖管、冷端換熱器、真空罩、脈沖管連管、慣性管、氣庫以及保護罩組成。該發(fā)明可以充分發(fā)揮U型脈沖管制冷機、慣性管調(diào)相裝置以及直線壓縮機的結(jié)構(gòu)特點，實現(xiàn)整體系統(tǒng)的緊湊性和高可靠，對U型脈沖管制冷機在航空航天等特殊領(lǐng)域的實用化具有重要意義。
【專利說明】緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于制冷與低溫工程領(lǐng)域，涉及脈沖管制冷機，特別涉及一種緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖管制冷機是對回?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制冷機沖的冷端排出器，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)優(yōu)化和調(diào)相方式上的重要改進，在典型溫區(qū)，其實際效率也已達到回?zé)崾降蜏刂评錂C的最高值。這些顯著優(yōu)點使得脈沖管制冷機成為近30年來低溫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。
[0003]根據(jù)脈沖管與蓄冷器的相互關(guān)系，脈沖管制冷機又可分為如下三種典型布置方式:u型、同軸型和直線型。三類脈沖管制冷機都主要由壓縮機、連管、脈沖管冷指(包括蓄冷器熱端換熱器、蓄冷器、冷端換熱器、脈沖管、脈沖管熱端換熱器以及調(diào)相機構(gòu))組成。直線型布置中脈沖管和蓄冷器處于一條直線上；U型布置是指脈沖管和蓄冷器平行布置，脈沖管和蓄冷器的冷端通過管道連接；同軸型布置是指脈沖管和蓄冷器同心地布置在一起。
[0004]調(diào)相機構(gòu)是脈沖管制冷機的關(guān)鍵部件之一。脈沖管制冷機區(qū)別于常規(guī)回?zé)崾降蜏刂评錂C(如斯特林或G-M制冷機)的最大特點便是取消了冷端用于調(diào)節(jié)相位的排出器，而在熱端布置了相應(yīng)的調(diào)相機構(gòu)。常用的調(diào)相機構(gòu)主要有小孔加氣庫、閥門加氣庫、噴嘴加氣庫以及慣性管加氣庫等，相應(yīng)地，脈沖管制冷機根據(jù)上述調(diào)相機構(gòu)的不同而分為小孔型、閥門型、噴嘴型、慣性管型脈沖管制冷機等等。其中慣性管型脈沖管制冷機因其調(diào)相范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠等突出優(yōu)點成為航天及軍事應(yīng)用脈沖管制冷機的首選機種。
[0005]驅(qū)動脈沖管制冷機的壓縮機分為直線壓縮機和G-M型壓縮機兩種。航天及軍事等應(yīng)用領(lǐng)域的脈沖管制冷機，對重量和體積有非常嚴格的限制，針對這部分應(yīng)用的脈沖管制冷機一般都采用輕量化高頻運轉(zhuǎn)的直線壓縮機，直線壓縮機的工作頻率在30Hz以上，而針對地面應(yīng)用的較為笨重的G-M型壓縮機的頻率一般在I?2Hz。因而，根據(jù)驅(qū)動壓縮機的不同，又將脈沖管制冷機分為由直線壓縮機驅(qū)動的高頻脈沖管制冷機和由G-M型壓縮機驅(qū)動的低頻脈沖管制冷機兩種。由直線壓縮機驅(qū)動的高頻脈沖管制冷機由于結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、效率高、運轉(zhuǎn)可靠、預(yù)期壽命長等突出優(yōu)點，正日益成為新一代航天回?zé)崾降蜏刂评錂C的更新?lián)Q代品種。
[0006]圖1顯示了三種典型布置形式的直線壓縮機驅(qū)動的慣性管型高頻脈沖管制冷機的常規(guī)組合示意圖，其中:(1)為U型，(2)為同軸型，(3)為直線型。根據(jù)圖1，三種典型布置形式都由直線壓縮機、蓄冷器熱端換熱器、蓄冷器、冷端換熱器、脈沖管、脈沖管熱端換熱器、慣性管以及氣庫組成。
[0007]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。
[0008]由圖1可以看出，慣性管主要使用一些長徑比很大的細長金屬管，氣庫主要使用能提供一定空容積的金屬容器。對于實際應(yīng)用而言，由慣性管和氣庫組成的調(diào)相機構(gòu)與直線壓縮機、同軸脈沖管冷指的耦合需要在不影響效率情況下的結(jié)構(gòu)緊湊化是一個至關(guān)重要的問題(特別是對于航天及軍事應(yīng)用而言)。在很多情況下，往往因為無法提供一個能實用化的緊湊結(jié)構(gòu)，或者緊湊化后帶來了很可觀的效率降低，而使得許多已研制成功的脈沖管制冷機原理樣機無法進入真正的實用化。
[0009]對于U型脈沖管制冷機而言，由于其應(yīng)用的廣泛性，對其緊湊化設(shè)計的需求十分迫切，成為慣性管型高頻U型脈沖管制冷機在實用化方面的重要瓶頸之一。在強調(diào)應(yīng)用可靠性與高制冷效率的航天及軍事等領(lǐng)域，尋找實用化的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機已經(jīng)逐漸成為應(yīng)用實踐中迫切需要解決的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明提出一種緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機及制造方法。
[0011]所發(fā)明的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機由主基座1、次基座2、壓縮機異形基座3、對置式直線壓縮機主構(gòu)件4、壓縮機左外殼5、壓縮機右外殼6、壓縮機連管7、主換熱器8、次換熱器9、蓄冷器10、脈沖管11、冷端換熱器12、真空罩13、脈沖管連管14、慣性管15、氣庫16以及保護罩17組成，其特征在于，主基座I作為整個結(jié)構(gòu)的總支撐基座；次基座2的下端加工出次基座下端面18，并支撐于主基座上端面19之上，次基座2的上端分別加工出次基座左上支撐弧面20及次基座右上支撐弧面21，分別支撐于壓縮機左外殼5及保護罩17的外殼面下側(cè)；壓縮機異形基座3、對置式直線壓縮機主構(gòu)件4、壓縮機左外殼
5、及壓縮機右外殼6構(gòu)成一臺對置式直線壓縮機；該壓縮機采用雙活塞對置式結(jié)構(gòu)，左右兩部分沿中心軸線36完全對稱；在壓縮機異形基座3上部中央垂直開通壓縮機出氣孔22，通過壓縮機出氣孔22實現(xiàn)對置式直線壓縮機的壓縮腔23和壓縮機連管7之間的連通；在壓縮機異形基座3的上側(cè)加工出一個壓縮機上支撐臺24，壓縮機上支撐臺24通過支撐臺平面25對主換熱器8進行垂直支撐，同時作為U型脈沖管制冷機熱端的主散熱結(jié)構(gòu)，在壓縮機上支撐臺24上加工出上支撐臺貫穿孔47 ;壓縮機左外殼5的開口端與壓縮機異形基座3的基座左下側(cè)面26密封焊接，壓縮機右外殼6的開口端與壓縮機異形基座3的基座右下側(cè)面27密封焊接；次換熱器9從下部同心地插入主換熱器8之內(nèi)并焊接連接；壓縮機連管7的一端與壓縮機出氣孔22連接，另一端與次換熱器9連接，并通過次換熱器9內(nèi)的蓄冷器端漏斗形孔道28與蓄冷器10連通；蓄冷器10和脈沖管11平行布置；蓄冷器10和脈沖管11的上端平行地分別插入冷端換熱器12的蓄冷器端凸臺39和脈沖管端凸臺40并焊接連接，下端平行地分別插入主換熱器8內(nèi)并焊接連接；脈沖管連管14的一端與次換熱器9連接，并通過次換熱器9內(nèi)的脈沖管端漏斗形孔道29與脈沖管11連通，脈沖管連管14的另一端穿過主換熱器8下部的右貫通槽40引出，然后再穿過上支撐臺貫穿孔47，與慣性管進口 30連通；慣性管15緊密盤繞于壓縮機右外殼6之上，慣性管出口 31與氣庫進氣口 32連接；氣庫16為一內(nèi)環(huán)直徑略大于壓縮機右外殼6外徑的中空密閉容積,氣庫內(nèi)環(huán)面33緊扣在壓縮機右外殼6之上；工作氣體在由壓縮機異形基座3、對置式直線壓縮機主構(gòu)件4、壓縮機左外殼5、壓縮機右外殼6、壓縮機連管7、主換熱器8、次換熱器9、蓄冷器10、脈沖管11、冷端換熱器12、脈沖管連管14、慣性管15以及氣庫16組成的密閉空間內(nèi)往復(fù)振蕩；保護罩17為一端封閉的罩殼，其開口端與壓縮機異形基座3的右上側(cè)面34密封焊接，將慣性管15、氣庫16以及壓縮機右外殼6罩于其中。從而共同形成一種緊湊耦合的慣性管型U型脈沖管制冷機。
[0012]下面結(jié)合附圖對所發(fā)明的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機的制造方法說明如下:
[0013]圖2為所發(fā)明的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機的平面剖視圖；圖3為次基座2的立體示意圖；圖4 (I)和圖4 (2)分別為壓縮機異形基座3的平面剖視圖和立體示意圖；圖5為主換熱器8的立體示意圖；圖6為主換熱器8和次換熱器9的組合剖視圖；圖7 (I)和圖7 (2)分別為冷端換熱器12的立體示意圖和平面剖視圖；圖8為蓄冷器10、脈沖管11和冷端換熱器12的組合剖視圖；圖9為真空罩13的立體示意圖；圖10為慣性管15的立體不意圖；圖11為氣庫16的立體不意圖。主基座I由厚度為20?40mm的聞導(dǎo)熱率金屬平板制作而成，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?5.0 μ m之間，平板水平放置，對整個結(jié)構(gòu)進行垂直支撐；次基座2由高導(dǎo)熱金屬材料制作而成，次基座下端面18的平面度使用精密車床、銑床和磨床加工保證處于1.0?
5.0ym之間，次基座左上支撐弧面20及次基座右上支撐弧面21均使用慢走絲線切割的方法加工，分別與壓縮機左外殼5及保護罩17的外殼面弧面相配合；壓縮機異形基座3采用高導(dǎo)熱率和高強度的金屬材料制作，其上側(cè)采用精密數(shù)控機床加工出壓縮機上支撐臺24，壓縮機上支撐臺24的上表面使用精密車床、銑床和磨床加工出支撐臺平面25，保證支撐臺平面25本身的平面度處于3.0?5.0ym之間，且支撐臺平面25與主基座I之間的平行度保持在2.0?3.0ym之間；在壓縮機上支撐臺24上使用鉆床加工出上支撐臺貫穿孔47 ;壓縮機左外殼5和壓縮機右外殼6均米用高強度的金屬材料制作,其中壓縮機左外殼5的開口端與壓縮機異形基座3的基座左下側(cè)面26采用電子束技術(shù)密封焊接，壓縮機右外殼6的開口端與壓縮機異形基座3的基座右下側(cè)面27采用電子束技術(shù)密封焊接；壓縮機連管7采用內(nèi)徑3.0?8.0mm的純銅管制作而成，其一端與壓縮機出氣孔22采用真空釬焊技術(shù)焊接連接，另一端通過主換熱器8下部的中空結(jié)構(gòu)引出，并采用真空釬焊技術(shù)焊接在次換熱器9上，與次換熱器9內(nèi)的蓄冷器端漏斗形孔道28連通；脈沖管11采用低導(dǎo)熱率的金屬材料制作，采用慢走絲線切割方法加工而成，內(nèi)壁研磨拋光，保證內(nèi)壁光潔度優(yōu)于0.5μπι;蓄冷器10由蓄冷管37和填充于蓄冷管37內(nèi)部的圓片形蓄冷填料38組成，其中蓄冷管37采用低導(dǎo)熱率的金屬材料制作，采用慢走絲線切割方法加工而成，內(nèi)壁研磨拋光，保證內(nèi)壁光潔度優(yōu)于2.0 μ m，圓片形蓄冷填料38由高比熱的絲網(wǎng)或者球狀物緊密充填而成；主換熱器8和次換熱器9均采用高導(dǎo)熱率的高純無氧銅材料制作，其中主換熱器8內(nèi)部使用慢走絲線切割技術(shù)加工成一中空結(jié)構(gòu)，次換熱器9從下部同心地插入主換熱器8內(nèi)，二者之間的連接面使用真空釬焊技術(shù)焊接；主換熱器下端面44與上支撐臺平面25密切貼合，二者之間使用螺栓連接；蓄冷器10和脈沖管11的下端分別從上部同心地插入主換熱器8之內(nèi)，插入深度均保持在2.0?4.0mm之間，插入部位的接觸面均使用真空釬焊技術(shù)焊接；在主換熱器8的右兩側(cè)使用線切割方法加工出右貫通槽46 ;在次換熱器9內(nèi)與蓄冷器10和脈沖管11垂直同心的位置分別使用精密機床加工出蓄冷器端漏斗形孔道28和脈沖管端漏斗形孔道29，且使用珩磨機研磨二者內(nèi)壁，使其表面光潔度均高于0.0lmm ;蓄冷器端漏斗形孔道28的漏斗開口內(nèi)徑與蓄冷器10的外徑相同，通過蓄冷器端漏斗形孔道28實現(xiàn)壓縮機連管7與蓄冷器10之間的連通，脈沖管端漏斗形孔道29的漏斗開口內(nèi)徑與脈沖管11的外徑相同，通過脈沖管端漏斗形孔道29實現(xiàn)脈沖管連管14與脈沖管11之間的連通；冷端換熱器12采用高導(dǎo)熱的無氧銅材料制作，一個端面加工出蓄冷器端凸臺39和脈沖管端凸臺40,另一個端面使用精密車床、銑床和磨床加工出一個平面度處于2.0?3.0 μ m之間的冷平臺42 ;蓄冷器端凸臺39和脈沖管端凸臺40分別插入蓄冷器10和脈沖管11各自的管壁內(nèi)，插入深度均保持在2.0?4.0mm之間，接觸面均采用真空釬焊技術(shù)焊接；在冷端換熱器12內(nèi)開通U型孔41連通蓄冷器10和脈沖管11 ;真空罩13采用不銹鋼材料使用精密數(shù)控機床加工而成，其一端封閉，開口端環(huán)面43與主換熱器上端面45通過螺栓和“O”型橡膠圈密封連接，真空罩13內(nèi)部使用真空分子泵保持優(yōu)于3.0X 10_5Pa的真空度；脈沖管連管14采用內(nèi)徑
1.0?10.0mm的純銅管制作而成,其一端與次換熱器9使用真空釬焊技術(shù)焊接在一起,脈沖管連管14的另一端穿過主換熱器8下部的右貫通槽46引出，然后再穿過上支撐臺貫穿孔47，使用真空釬焊技術(shù)與慣性管進口 30焊接在一起；慣性管15采用單段或多段細長金屬銅管制作，然后緊密盤繞于壓縮機右外殼6之上，慣性管出口 31與氣庫進氣口 32使用真空釬焊技術(shù)焊接在一起；氣庫16采用高導(dǎo)熱率的柔韌金屬材料制作，使用精密數(shù)控機床與真空釬焊技術(shù)制作成一個內(nèi)環(huán)直徑略大于壓縮機右外殼6外徑、而外環(huán)直徑略小于保護罩17內(nèi)徑的中空密閉容積，氣庫16的內(nèi)環(huán)緊扣于壓縮機右外殼6之上；保護罩17采用高導(dǎo)熱率的金屬材料制作，使用精密數(shù)控機床制作成一個一端封閉的殼體，保護罩17的開口端與壓縮機異形基座3的右上側(cè)面34采用電子束技術(shù)密封焊接，將慣性管15、氣庫16以及壓縮機右外殼6罩于其中。
[0014]所發(fā)明的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機的制造方法，壓縮機左外殼5與壓縮機右外殼6關(guān)于中心軸線36對稱，由慣性管15、氣庫16和保護罩17組成的調(diào)相機構(gòu)既可以耦合到壓縮機右外殼6之上，也可以耦合到壓縮機左外殼5之上。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于充分發(fā)揮了 U型脈沖管制冷機、慣性管調(diào)相裝置以及直線壓縮機的結(jié)構(gòu)特點，實現(xiàn)了整體系統(tǒng)的緊湊性和高可靠，對U型脈沖管制冷機在航空航天等特殊領(lǐng)域的實用化具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為三種典型布置形式的直線壓縮機驅(qū)動的慣性管型高頻脈沖管制冷機的常規(guī)組合示意圖，其中:(I)為U型，(2)為同軸型，(3)為直線型。其中48為直線壓縮機，49為蓄冷器熱端換熱器，50為蓄冷器，51為冷端換熱器，52為脈沖管，53為脈沖管熱端換熱器，54為慣性管,55為氣庫；
[0017]圖2為所發(fā)明的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機的平面剖視圖，其中I為主基座，2為次基座，3為壓縮機異形基座，4為對置式直線壓縮機主構(gòu)件，5為壓縮機左外殼，6為壓縮機右外殼，7為壓縮機連管，8為主換熱器，9為次換熱器，10為蓄冷器，11為脈沖管，12為冷端換熱器，13為真空罩，14為脈沖管連管，15為慣性管，16為氣庫，17為保護罩，18為次基座下端面，19為主基座上端面，22為壓縮機出氣孔，23為壓縮腔，36為中心軸線；
[0018]圖3為次基座2的立體示意圖，其中20為次基座左上支撐弧面，21為次基座右上支撐弧面；
[0019]圖4 (I)和圖4 (2)分別為壓縮機異形基座3的平面剖視圖和立體示意圖，其中24為壓縮機上支撐臺，25為支撐臺平面，26為基座左下側(cè)面，27為基座右下側(cè)面，34為右上側(cè)面，47為上支撐臺貫穿孔；
[0020]圖5為主換熱器8的立體示意圖，其中46為右貫通槽；
[0021]圖6為主換熱器8和次換熱器9的組合剖視圖，其中28為蓄冷器端漏斗形孔道，29為脈沖管端漏斗形孔道，44為主換熱器下端面，45為主換熱器上端面；
[0022]圖7 (I)和圖7 (2)分別為冷端換熱器12的立體示意圖和平面剖視圖，其中39為蓄冷器端凸臺，40為脈沖管端凸臺，41為U型孔，42為冷平臺；
[0023]圖8為蓄冷器10、脈沖管11和冷端換熱器12的組合剖視圖，其中37為蓄冷管，38為蓄冷填料；
[0024]圖9為真空罩13的立體示意圖，其中43為開口端環(huán)面；
[0025]圖10為慣性管15的立體示意圖，其中30為慣性管進口，31為慣性管出口 ；
[0026]圖11為氣庫16的立體示意圖，其中32為氣庫進氣口，33為氣庫內(nèi)環(huán)面。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步地詳細說明:
[0028]圖2為所發(fā)明的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機的平面剖視圖；圖3為次基座2的立體示意圖；圖4 (I)和圖4 (2)分別為壓縮機異形基座3的平面剖視圖和立體示意圖；圖5為主換熱器8的立體示意圖；圖6為主換熱器8和次換熱器9的組合剖視圖；圖7 (I)和圖7 (2)分別為冷端換熱器12的立體示意圖和平面剖視圖；圖8為蓄冷器10、脈沖管11和冷端換熱器12的組合剖視圖；圖9為真空罩13的立體示意圖；圖10為慣性管15的立體不意圖；圖11為氣庫16的立體不意圖；主基座I由厚度為30mm的聞導(dǎo)熱率金屬平板制作而成，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為3.Ομπι，平板水平放置，對整個結(jié)構(gòu)進行垂直支撐；次基座2由高導(dǎo)熱金屬材料制作而成，次基座下端面18的平面度使用精密車床、銑床和磨床加工保證為3.0 μ m，次基座左上支撐弧面20及次基座右上支撐弧面21均使用慢走絲線切割的方法加工，分別與壓縮機左外殼5及保護罩17的外殼面弧面相配合；壓縮機異形基座3采用高導(dǎo)熱率和高強度的金屬材料制作，其上側(cè)采用精密數(shù)控機床加工出壓縮機上支撐臺24，壓縮機上支撐臺24的上表面使用精密車床、銑床和磨床加工出支撐臺平面25，保證支撐臺平面25本身的平面度為4.0 μ m，且支撐臺平面25與主基座I之間的平行度為2.5μπι;在壓縮機上支撐臺24上使用鉆床加工出上支撐臺貫穿孔47 ;壓縮機左外殼5和壓縮機右外殼6均采用高強度的金屬材料制作，其中壓縮機左外殼5的開口端與壓縮機異形基座3的基座左下側(cè)面26采用電子束技術(shù)密封焊接，壓縮機右外殼6的開口端與壓縮機異形基座3的基座右下側(cè)面27采用電子束技術(shù)密封焊接；壓縮機連管7采用內(nèi)徑5.0mm的純銅管制作而成，其一端與壓縮機出氣孔22采用真空釬焊技術(shù)焊接連接，另一端通過主換熱器8下部的中空結(jié)構(gòu)引出，并采用真空釬焊技術(shù)焊接在次換熱器9上，與次換熱器9內(nèi)的蓄冷器端漏斗形孔道28連通；脈沖管11采用低導(dǎo)熱率的金屬材料制作，采用慢走絲線切割方法加工而成，內(nèi)壁研磨拋光，保證內(nèi)壁光潔度優(yōu)于0.5 μ m ;蓄冷器10由蓄冷管37和填充于蓄冷管37內(nèi)部的圓片形蓄冷填料38組成，其中蓄冷管37采用低導(dǎo)熱率的金屬材料制作，采用慢走絲線切割方法加工而成，內(nèi)壁研磨拋光，保證內(nèi)壁光潔度優(yōu)于2.0 μ m，圓片形蓄冷填料38由高比熱的絲網(wǎng)或者球狀物緊密充填而成；主換熱器8和次換熱器9均采用高導(dǎo)熱率的高純無氧銅材料制作，其中主換熱器8內(nèi)部使用慢走絲線切割技術(shù)加工成一中空結(jié)構(gòu)，次換熱器9從下部同心地插入主換熱器8內(nèi)，二者之間的連接面使用真空釬焊技術(shù)焊接；主換熱器下端面44與上支撐臺平面25密切貼合，二者之間使用螺栓連接；蓄冷器10和脈沖管11的下端分別從上部同心地插入主換熱器8之內(nèi)，插入深度均保持在2.5mm，插入部位的接觸面均使用真空釬焊技術(shù)焊接；在主換熱器8的右兩側(cè)使用線切割方法加工出右貫通槽46 ;在次換熱器9內(nèi)與蓄冷器10和脈沖管11垂直同心的位置分別使用精密機床加工出蓄冷器端漏斗形孔道28和脈沖管端漏斗形孔道29，且使用珩磨機研磨二者內(nèi)壁，使其表面光潔度均高于0.0lmm ;蓄冷器端漏斗形孔道28的漏斗開口內(nèi)徑與蓄冷器10的外徑相同，通過蓄冷器端漏斗形孔道28實現(xiàn)壓縮機連管7與蓄冷器10之間的連通，脈沖管端漏斗形孔道29的漏斗開口內(nèi)徑與脈沖管11的外徑相同，通過脈沖管端漏斗形孔道29實現(xiàn)脈沖管連管14與脈沖管11之間的連通；冷端換熱器12采用高導(dǎo)熱的無氧銅材料制作，一個端面加工出蓄冷器端凸臺39和脈沖管端凸臺40，另一個端面使用精密車床、銑床和磨床加工出一個平面度為2.5 μ m的冷平臺42 ;蓄冷器端凸臺39和脈沖管端凸臺40分別插入蓄冷器10和脈沖管11各自的管壁內(nèi)，插入深度均保持在3.0_，接觸面均采用真空釬焊技術(shù)焊接；在冷端換熱器12內(nèi)開通U型孔41連通蓄冷器10和脈沖管11 ;真空罩13采用不銹鋼材料使用精密數(shù)控機床加工而成，其一端封閉，開口端環(huán)面43與主換熱器上端面45通過螺栓和“O”型橡膠圈密封連接，真空罩13內(nèi)部使用真空分子泵保持優(yōu)于3.0X KT5Pa的真空度；脈沖管連管14采用內(nèi)徑8.0mm的純銅管制作而成，其一端與次換熱器9使用真空釬焊技術(shù)焊接在一起，脈沖管連管14的另一端穿過主換熱器8下部的右貫通槽46引出，然后再穿過上支撐臺貫穿孔47，使用真空釬焊技術(shù)與慣性管進口 30焊接在一起；慣性管15采用單段或多段細長金屬銅管制作，然后緊密盤繞于壓縮機右外殼6之上，慣性管出口 31與氣庫進氣口 32使用真空釬焊技術(shù)焊接在一起；氣庫16采用高導(dǎo)熱率的柔韌金屬材料制作，使用精密數(shù)控機床與真空釬焊技術(shù)制作成一個內(nèi)環(huán)直徑略大于壓縮機右外殼6外徑、而外環(huán)直徑略小于保護罩17內(nèi)徑的中空密閉容積，氣庫16的內(nèi)環(huán)緊扣于壓縮機右外殼6之上；保護罩17采用高導(dǎo)熱率的金屬材料制作，使用精密數(shù)控機床制作成一個一端封閉的殼體，保護罩17的開口端與壓縮機異形基座3的右上側(cè)面34采用電子束技術(shù)密封焊接，將慣性管15、氣庫16以及壓縮機右外殼6罩于其中；
[0029]所發(fā)明的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機的制造方法，壓縮機左外殼5與壓縮機右外殼6關(guān)于中心軸線36對稱，由慣性管15、氣庫16和保護罩17組成的調(diào)相機構(gòu)既可以耦合到壓縮機右外殼6之上，也可以耦合到壓縮機左外殼5之上。
【權(quán)利要求】
1.一種緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機，包括主基座(I )、次基座(2)、壓縮機異形基座(3)、對置式直線壓縮機主構(gòu)件(4)、壓縮機左外殼(5)、壓縮機右外殼(6)、壓縮機連管(7)、主換熱器(8)、次換熱器(9)、蓄冷器(10)、脈沖管(11)、冷端換熱器(12)、真空罩(13)、脈沖管連管(14)、慣性管(15)、氣庫(16)以及保護罩(17)，其特征在于，所述的主基座(1)作為整個結(jié)構(gòu)的總支撐基座；所述的次基座(2 )的下端加工出次基座下端面(18 )，并支撐于主基座上端面(19 )之上，次基座(2 )的上端分別加工出次基座左上支撐弧面(20 )及次基座右上支撐弧面(21)，分別支撐于壓縮機左外殼(5)及保護罩(17)的外殼面下側(cè)；所述的壓縮機異形基座(3)、對置式直線壓縮機主構(gòu)件(4)、壓縮機左外殼(5)、及壓縮機右外殼(6)構(gòu)成一臺對置式直線壓縮機；該壓縮機采用雙活塞對置式結(jié)構(gòu)，左右兩部分沿中心軸線(36)完全對稱；在壓縮機異形基座(3)上部中央垂直開通壓縮機出氣孔(22)，通過壓縮機出氣孔(22)實現(xiàn)對置式直線壓縮機的壓縮腔(23)和壓縮機連管(7)之間的連通；在壓縮機異形基座(3)的上側(cè)加工出一個壓縮機上支撐臺(24)，壓縮機上支撐臺(24)通過支撐臺平面(25)對主換熱器(8)進行垂直支撐，同時作為U型脈沖管制冷機熱端的主散熱結(jié)構(gòu)，在壓縮機上支撐臺(24)上加工出上支撐臺貫穿孔(47);壓縮機左外殼(5)的開口端與壓縮機異形基座(3)的基座左下側(cè)面(26)密封焊接，壓縮機右外殼(6)的開口端與壓縮機異形基座(3)的基座右下側(cè)面(27)密封焊接；次換熱器(9)從下部同心地插入主換熱器(8)之內(nèi)并焊接連接；壓縮機連管(7)的一端與壓縮機出氣孔(22)連接，另一端與次換熱器(9)連接，并通過次換熱器(9)內(nèi)的蓄冷器端漏斗形孔道(28)與蓄冷器(10)連通；蓄冷器(10)和脈沖管(11)平行布置；蓄冷器(10)和脈沖管(11)的上端平行地分別插入冷端換熱器(12)的蓄冷器端凸臺(39)和脈沖管端凸臺(40)并焊接連接，下端平行地分別插入主換熱器(8)內(nèi)并焊接連接；脈沖管連管(14)的一端與次換熱器(9)連接，并通過次換熱器(9)內(nèi)的脈沖管端漏斗形孔道(29)與脈沖管(11)連通，脈沖管連管(14)的另一端穿過主換熱器(8)下部的右貫通槽(40)引出，然后再穿過上支撐臺貫穿孔(47)，與慣性管進口(30)連通；慣性管(15)緊密盤繞于壓·縮機右外殼(6)之上，慣性管出口(31)與氣庫進氣口(32)連接；氣庫(16)為一內(nèi)環(huán)直徑略大于壓縮機右外殼(6)外徑的中空密閉容積，氣庫內(nèi)環(huán)面(33)緊扣在壓縮機右外殼(6)之上；工作氣體在由壓縮機異形基座(3)、對置式直線壓縮機主構(gòu)件(4)、壓縮機左外殼(5)、壓縮機右外殼(6)、壓縮機連管(7)、主換熱器(8)、次換熱器(9)、蓄冷器(10)、脈沖管(11)、冷端換熱器(12)、脈沖管連管(14)、慣性管(15)以及氣庫(16)組成的密閉空間內(nèi)往復(fù)振蕩；保護罩(17)為一端封閉的罩殼，其開口端與壓縮機異形基座(3)的右上側(cè)面(34)密封焊接，將慣性管(15)、氣庫(16)以及壓縮機右外殼(6)罩于其中，從而共同形成一種緊湊耦合的慣性管型U型脈沖管制冷機。
2.一種如權(quán)利要求1所述的緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機的制造方法，其特征在于，所述的主基座(1)由厚度為20~40mm的高導(dǎo)熱率金屬平板制作而成，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1.0~5.0ym之間，平板水平放置，對整個結(jié)構(gòu)進行垂直支撐；所述的次基座(2)由高導(dǎo)熱金屬材料制作而成，次基座下端面(18)的平面度使用精密車床、銑床和磨床加工保證處于1.0~5.0 μ m之間，次基座左上支撐弧面(20)及次基座右上支撐弧面(21)均使用慢走絲線切割的方法加工，分別與壓縮機左外殼(5)及保護罩(17)的外殼面弧面相配合；所述的壓縮機異形基座(3)采用高導(dǎo)熱率和高強度的金屬材料制作，其上側(cè)采用精密數(shù)控機床加工出壓縮機上支撐臺(24)，壓縮機上支撐臺(24)的上表面使用精密車床、銑床和磨床加工出支撐臺平面(25)，保證支撐臺平面(25)本身的平面度處于3.0~5.0 μ m之間，且支撐臺平面(25)與主基座(1)之間的平行度保持在2.0~3.0 μ m之間；在壓縮機上支撐臺(24)上使用鉆床加工出上支撐臺貫穿孔(47);所述的壓縮機左外殼(5)和壓縮機右外殼(6)均采用高強度的金屬材料制作，其中壓縮機左外殼(5)的開口端與壓縮機異形基座(3)的基座左下側(cè)面(26)采用電子束技術(shù)密封焊接，壓縮機右外殼(6)的開口端與壓縮機異形基座(3)的基座右下側(cè)面(27)采用電子束技術(shù)密封焊接；壓縮機連管(7)采用內(nèi)徑3.0~8.0mm的純銅管制作而成，其一端與壓縮機出氣孔(22)采用真空釬焊技術(shù)焊接連接，另一端通過主換熱器(8)下部的中空結(jié)構(gòu)引出，并采用真空釬焊技術(shù)焊接在次換熱器(9 )上，與次換熱器(9 )內(nèi)的蓄冷器端漏斗形孔道(28)連通；所述的脈沖管(11)采用低導(dǎo)熱率的金屬材料制作，采用慢走絲線切割方法加工而成，內(nèi)壁研磨拋光，保證內(nèi)壁光潔度優(yōu)于0.5 μ m ;所述的蓄冷器(10)由蓄冷管(37)和填充于蓄冷管(37)內(nèi)部的圓片形蓄冷填料(38)組成，其中蓄冷管(37)采用低導(dǎo)熱率的金屬材料制作，采用慢走絲線切割方法加工而成，內(nèi)壁研磨拋光，保證內(nèi)壁光潔度優(yōu)于.2.0 μ m，圓片形蓄冷填料(38)由高比熱的絲網(wǎng)或者球狀物緊密充填而成；所述的主換熱器(8)和次換熱器(9)均采用高導(dǎo)熱率的高純無氧銅材料制作，其中主換熱器(8)內(nèi)部使用慢走絲線切割 技術(shù)加工成一中空結(jié)構(gòu)，次換熱器(9 )從下部同心地插入主換熱器(8 )內(nèi)，二者之間的連接面使用真空釬焊技術(shù)焊接；主換熱器下端面(44)與上支撐臺平面(25)密切貼合，二者之間使用螺栓連接；蓄冷器(10)和脈沖管(11)的下端分別從上部同心地插入主換熱器(8)之內(nèi)，插入深度均保持在2.0~4.0mm之間，插入部位的接觸面均使用真空釬焊技術(shù)焊接；在主換熱器(8)的右兩側(cè)使用線切割方法加工出右貫通槽(46);在次換熱器(9)內(nèi)與蓄冷器(10)和脈沖管(11)垂直同心的位置分別使用精密機床加工出蓄冷器端漏斗形孔道(28)和脈沖管端漏斗形孔道(29)，且使用珩磨機研磨二者內(nèi)壁，使其表面光潔度均高于0.01mm;蓄冷器端漏斗形孔道(28)的漏斗開口內(nèi)徑與蓄冷器(10)的外徑相同，通過蓄冷器端漏斗形孔道(28)實現(xiàn)壓縮機連管(7)與蓄冷器(10)之間的連通，脈沖管端漏斗形孔道(29)的漏斗開口內(nèi)徑與脈沖管(11)的外徑相同，通過脈沖管端漏斗形孔道(29)實現(xiàn)脈沖管連管(14)與脈沖管(11)之間的連通；所述的冷端換熱器(12)采用高導(dǎo)熱的無氧銅材料制作，一個端面加工出蓄冷器端凸臺(39)和脈沖管端凸臺(40)，另一個端面使用精密車床、銑床和磨床加工出一個平面度處于2.0~3.0ym之間的冷平臺(42);蓄冷器端凸臺(39)和脈沖管端凸臺(40)分別插入蓄冷器(10)和脈沖管(11)各自的管壁內(nèi)，插入深度均保持在2.0~4.0mm之間，接觸面均采用真空釬焊技術(shù)焊接；在冷端換熱器(12 )內(nèi)開通U型孔(41)連通蓄冷器(10 )和脈沖管(11);真空罩(13 )采用不銹鋼材料使用精密數(shù)控機床加工而成，其一端封閉，開口端環(huán)面(43)與主換熱器上端面(45)通過螺栓和“O”型橡膠圈密封連接，真空罩(13)內(nèi)部使用真空分子泵保持優(yōu)于3.0X 10_5Pa的真空度；所述的脈沖管連管(14)采用內(nèi)徑1.0~10.0mm的純銅管制作而成，其一端與次換熱器(9)使用真空釬焊技術(shù)焊接在一起，脈沖管連管(14)的另一端穿過主換熱器(8)下部的右貫通槽(46)引出，然后再穿過上支撐臺貫穿孔(47)，使用真空釬焊技術(shù)與慣性管進口(30)焊接在一起；所述的慣性管(15)采用單段或多段細長金屬銅管制作，然后緊密盤繞于壓縮機右外殼(6)之上，慣性管出口(31)與氣庫進氣口(32)使用真空釬焊技術(shù)焊接在一起；氣庫(16)采用高導(dǎo)熱率的柔韌金屬材料制作，使用精密數(shù)控機床與真空釬焊技術(shù)制作成一個內(nèi)環(huán)直徑略大于壓縮機右外殼(6)外徑、而外環(huán)直徑略小于保護罩(17)內(nèi)徑的中空密閉容積，氣庫(16)的內(nèi)環(huán)緊扣于壓縮機右外殼(6)之上；所述的保護罩(17)采用高導(dǎo)熱率的金屬材料制作，使用精密數(shù)控機床制作成一個一端封閉的殼體，保護罩(17)的開口端與壓縮機異形基座(3)的右上側(cè)面(34)采用電子束技術(shù)密封焊接，將慣性管(15)、氣庫(16)以及壓縮機右外殼(6)罩于其中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊耦合的慣性管型高頻U型脈沖管制冷機，其特征在于，由所述的慣性管(15)、氣庫(16)和保護罩(17)組成的調(diào)相機構(gòu)除耦合在壓縮機右外殼(6)之上外,還能稱合在壓縮機·左外殼(5)之上。
【文檔編號】F25B9/14GK103851821SQ201410020979
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】黨海政, 周炳露, 宋宇堯, 張雷, 譚軍 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所