CN103245120B - 一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦及制造方法 - Google Patents

一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦及制造方法，包括蓄冷器段、冷头段和脉冲管段，三段结构通过螺栓进行连接，蓄冷器段与蓄冷器热端换热器连接，脉冲管段通过卡盘侧向密封并与脉冲管段热端换热器连接。其中蓄冷器段与脉冲管段端面环形平台嵌入槽结构的Z字形支架将工作面压紧于冷头冷面；蓄冷器段有引线针，中段有窗口及抽气阀座。本发明采用三段式结构，有利于与直线型脉冲管制冷机的耦合，工作面大部分直接与冷头贴合，减少了冷量传递损失。本发明应用于直线型脉冲管制冷机，耦合直线型脉冲管制冷机与被冷却器件，对增强直线型脉冲管制冷机的实用性具有非常积极的意义。

Description

一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦及制造方法
技术领域
本发明涉及低温杜瓦，特别涉及一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦及制造方法。
背景技术
脉冲管制冷机与其他回热式低温制冷机相比，由于其完全取消了冷端的运动部件，经过多年发展，已具备机械振动小、结构简单、运行寿命长、可靠性高等优点，在航空航天、低温电子、超导技术、医疗仪器、移动通信基站等领域有较大的优越性和广泛的应用前景。
如图1所示，在脉冲管制冷机常见的三种布置方式中，同轴型脉冲管制冷机（图1（a））和U型脉冲管制冷机（图1（b））的冷头15位于制冷机一端，利于与器件的耦合，因而在实际应用中，较常见为U型或同轴型脉冲管制冷机的杜瓦与工作器件耦合；直线型脉冲管制冷机的气流在其中流动无折返，相对其他两种布置方式而言，制冷效率最高，但由于其冷头位于制冷机中部（图1（c）），因而直线型脉冲管制冷机的实用化面临更多挑战。
发明内容
鉴于直线型脉冲管制冷机的特点，本发明提出一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦及制造方法。
本发明的目的在于，设计一种可应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦结构，通过本发明，可以很好地耦合直线型脉冲管制冷机及工作器件，充分发挥直线型脉冲管制冷机制冷效率高和相对制冷量大的优点，有力增强了直线型脉冲管制冷机的实用性。
所发明的一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦如图2所示，它包括蓄冷器段5、中段14、脉冲管段22，其特征在于，蓄冷器段5、中段14、脉冲管段22总体呈中空圆柱，并通过螺栓12等连接为一体；其中蓄冷器段5通过螺钉4及密封圈3与蓄冷器热端换热器2连接并密封，在蓄冷器段5上侧钎焊有引线针9和绝缘陶瓷环8，用于连接测量引线10并进行密封；脉冲管段22通过螺钉26与卡盘25连接，并与脉冲管热端换热器26通过密封圈24进行侧向密封，这种密封方式避免了装置对直线型脉冲管制冷机施加的轴向力；在工作面16上端的中段14上侧有窗口20，中段14下侧焊接有抽气阀座29形成真空抽口，在抽气完成后通过螺钉31、螺帽32及密封圈30和密封圈33进行密封。脉冲管段22的左端有圆环平台37，其上侧有方形槽36，Z字形支架一21嵌入方形槽36。蓄冷器段5上有同样的圆环平台结构和槽结构，并固定有Z字形支架二13。Z字形支架一21与Z字形支架二13下端的方形通孔41和方形通孔42分别套入工作面16的右端凸台39和左端凸台38，因而将工作面16压紧于冷头15的冷面，减少了冷量传递损失。工作面16横截面总体为倒山字形，中有凸台40。冷头15上端为冷面，中部有长方形凹槽43，深度大于凸台40高度，凹槽43底端中部设有直径1.0～1.5mm的通孔44，为凹槽抽气通道；凸台40与凹槽43之间放置有弹性冷链17，工作面16上放置被冷却器件18及屏蔽罩19。从而形成一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦。
具体实现方法如下：
杜瓦总体呈中空圆柱体，采用蓄冷器段5、中段14和脉冲管段22三段式结构。整体车出蓄冷器段5、中段14和脉冲管段22的中空圆柱结构。其中脉冲管段22左端留有圆环平台37，圆环内孔孔径大于冷头15横截面外切圆直径，在圆环平台37上侧车方形槽36，深度约为圆环平台37厚度一半，Z字形支架一21嵌入方形槽36，采用低温胶粘结固定。蓄冷器段5的圆环平台及其槽结构同脉冲管段22相似，在蓄冷器段5上侧车出通孔结构并通过真空钎焊焊接绝缘陶瓷环8和引线针9。中段14上侧有窗口19，下侧车通孔，抽气阀座29插入通孔并于焊接点34处银焊连接形成真空抽口，杜瓦抽真空达到要求后，将螺钉31拧入抽气阀座29，压紧密封圈30进行密封，螺帽32与抽气阀座29外螺纹相配合，并通过密封圈33进行密封。杜瓦与直线型脉冲管制冷机耦合，将蓄冷器段5套入直线型脉冲管制冷机，通过螺钉4及密封圈3与蓄冷器热端换热器2连接并密封。将上下两面抛光的工作面16与冷头15配合，其凸台40嵌入冷头凹槽43，凸台40下端面压紧弹性冷链17，工作面16的左端凸台38插入Z字形支架二13的方形通孔二42。在工作面16上布置被冷却器件18及屏蔽罩19后将中段14套入直线型脉冲管制冷机，其上部窗口19应与工作面16对齐；中段14左端法兰面与蓄冷器段5通过螺栓12及密封圈11联结并密封。套入脉冲管段22，将Z字形支架一21下端方形通孔一41套入工作面右端凸台38。方形通孔一41及方形通孔二42的水平位置略低于工作面16的水平位置。脉冲管段22与中段14采用螺栓联结。卡盘25与脉冲管段22通过螺钉26联结。卡盘25及脉冲管段22与脉冲管热端换热器27通过密封圈25采用侧向密封。
本发明有如下特点：
1)所述的一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦，采用三段式结构，有利于与直线型脉冲管制冷机的耦合；
2)所述的一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦与直线型脉冲管制冷机集成为一体，特别是Z字形支架的采用，将工作面压紧于冷头冷面，使工作面底部大部分与冷面直接接触，减少了冷量传递损失；
3）脉冲管段和卡盘的采用，使与直线型脉冲管制冷机脉冲管热端换热器间的密封方式为偶和密封，这种密封方式避免了装置对直线型脉冲管制冷机施加的轴向力。
上述特点表明本发明很好的联结工作器件与直线型脉冲管制冷机，充分发挥直线型脉冲管制冷机制冷效率高和相对制冷量大的优点，有力增强了直线型脉冲管制冷机的实用性。
附图说明
图1为脉冲管制冷机的三种布置方法示意图，其中图1（a）为同轴型布置，图1（b）为U型布置，图1（c）为直线型布置。
图2为一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦示意图。
图3为脉冲管段结构示意图，其中图3（a）为主视图，图3（b）为左视图。
图4为Z字形支架一结构示意图，其中图4（a）为主视图，图4（b）为左视图。
图5为工作面结构示意图，其中图5（a）为主视图，图5（b）为仰视图。
图6为冷头结构示意图，其中图6（a）为主视图，图6（b）为左视图。
其中：1为蓄冷器端连管，2为蓄冷器热端换热器，3为密封圈，4为螺钉，5为蓄冷器段，6为蓄冷器，7为蓄冷器冷屏，8为绝缘陶瓷环，9为引线针，10为测量引线，11为密封圈，12为螺栓，13为Z字形支架二，14为中段，15为冷头，16为工作面，17为弹性冷链，18为被冷却器件，19为屏蔽罩，20为窗口，21为Z字形支架一，22为脉冲管段，23为脉冲管冷屏，24为密封圈，25为卡盘，26为螺钉，27为脉冲管热端换热器，28为脉冲管端连管，29为抽气阀座，30为密封圈，31为螺钉，32为螺帽，33为密封圈，34为焊接点，35为脉冲管，36为方形槽，37为圆环平台，38为左端凸台，39为右端凸台，40为凸台，41为方形通孔一，42为方形通孔二，43为凹槽，44为通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方法作进一步的详细说明。
所发明的一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦如图2所示，包括蓄冷器段5、中段14和脉冲管段22三段结构。
如图3所示，脉冲管段22采用整体加工车出中空圆柱结构，在左端留有圆环平台37，其内孔孔径大于如图6所示的冷头15横截面外切圆直径，在圆环平台37上侧车方形槽36，深度约为圆环平台37厚度一半，Z字形支架一21嵌入方形槽36，采用低温胶粘结固定。
如图2所示，蓄冷器段5的圆环平台及其槽结构同脉冲管段22。在蓄冷器段5上侧车出通孔结构并通过真空钎焊焊接绝缘陶瓷环8和引线针9。中段14上侧有窗口19，下侧车通孔，抽气阀座29插入通孔并于焊接点34处银焊连接形成真空抽口，杜瓦抽真空达到要求后，将螺钉31拧入抽气阀座29，压紧密封圈30进行密封，螺帽32与抽气阀座29外螺纹相配合，并通过密封圈33进行密封。
杜瓦与直线型脉冲管制冷机耦合如图2所示，首先将蓄冷器段5套入直线型脉冲管制冷机，通过螺钉4及密封圈3与蓄冷器热端换热器2连接并密封。其次，将上下两面抛光的工作面16与冷头15配合，凸台40嵌入冷头15的凹槽43，凸台40下端面压紧弹性冷链17；工作面16的左端凸台38插入Z字形支架二13的方形通孔二42。第三，在工作面16上布置被冷却器件18及屏蔽罩19后将中段14套入直线型脉冲管制冷机，中段14的上部窗口19应与工作面16对齐；中段14左端法兰面与蓄冷器段5通过螺栓12及密封圈11联结并密封。然后套入脉冲管段22，将Z字形支架一21下端方形通孔一41套入工作面右端凸台38。方形通孔一41及方形通孔二42的水平位置应略低于工作面16的水平位置。脉冲管段22与中段14采用螺栓联结。最后套入卡盘25，卡盘25与脉冲管段22通过螺钉26联结，卡盘25及脉冲管段22与脉冲管热端换热器27间通过密封圈25采用侧向密封技术进行密封。

Claims (2)

1.一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦，包括蓄冷器段(5)、中段(14)、脉冲管段(22)，其特征在于，所述的蓄冷器段(5)、中段(14)及脉冲管段(22)总体呈中空圆柱，并通过螺栓(12)连接为一体；其中蓄冷器段(5)通过螺钉(4)及密封圈一(3)与蓄冷器热端换热器(2)连接并密封，在蓄冷器段(5)上侧钎焊有引线针(9)和绝缘陶瓷环(8)，用于连接测量引线(10)并进行密封；脉冲管段(22)通过螺钉(26)与卡盘(25)连接，并与脉冲管热端换热器(27)通过密封圈二(24)进行侧向密封，这种密封方式避免了装置对直线型脉冲管制冷机施加的轴向力；在工作面(16)上端的中段(14)上侧有窗口(20)，中段(14)下侧焊接有抽气阀座(29)形成真空抽口，在抽气完成后通过螺钉(31)、螺帽(32)及密封圈三(30)和密封圈四(33)进行密封；脉冲管段(22)的左端有圆环平台(37)，其上侧有方形槽(36)，Z字形支架一(21)嵌入方形槽(36)；蓄冷器段(5)上有同样的圆环平台结构和槽结构，并固定有Z字形支架二(13)；Z字形支架一(21)与Z字形支架二(13)下端的方形通孔一(41)和方形通孔二(42)分别套入工作面(16)的右端凸台(39)和左端凸台(38)，将工作面(16)压紧于冷头(15)的冷面；工作面(16)横截面总体为倒山字形，中有凸台(40)，冷头(15)上端为冷面，中部有长方形凹槽(43)，深度大于凸台(40)高度，凹槽(43)底端中部设有直径1.0～1.5mm的通孔(44)，为凹槽抽气通道；凸台(40)与凹槽(43)之间放置有弹性冷链(17)，工作面(16)上放置被冷却器件(18)及屏蔽罩(19)，形成一种用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦。
2.一种如权利要求1所述的一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦的制造方法，其特征在于方法如下：整体车出蓄冷器段(5)、中段(14)和脉冲管段(22)的中空圆柱结构，其中脉冲管段(22)左端留有圆环平台(37)，圆环内孔孔径大于冷头(15)横截面外切圆直径，在圆环平台(37)上侧车方形槽(36)，深度约为圆环平台(37)厚度一半，Z字形支架一(21)嵌入方形槽(36)，采用低温胶粘结固定；蓄冷器段(5)的圆环平台及其槽结构同脉冲管段(22)相似，在蓄冷器段(5)上侧车出通孔结构并通过真空钎焊焊接绝缘陶瓷环(8)和引线针(9)；中段(14)上侧有窗口(19)，下侧车通孔，抽气阀座(29)插入通孔并于焊接点(34)处银焊连接形成真空抽口，杜瓦抽真空达到要求后，将螺钉(31)拧入抽气阀座(29)，压紧密封圈三(30)进行密封，螺帽(32)与抽气阀座(29)外螺纹相配合，并通过密封圈四(33)进行密封；杜瓦与直线型脉冲管制冷机耦合，将蓄冷器段(5)套入直线型脉冲管制冷机，通过螺钉(4)及密封圈一(3)与蓄冷器热端换热器(2)连接并密封；将上下两面抛光的工作面(16)与冷头(15)配合，其凸台(40)嵌入冷头凹槽(43)，凸台(40)下端面压紧弹性冷链(17)，工作面(16)的左端凸台(38)插入Z字形支架二(13)的方形通孔二(42)；在工作面(16)上布置被冷却器件(18)及屏蔽罩(19)后将中段(14)套入直线型脉冲管制冷机，其上部窗口(19)应与工作面(16)对齐；中段(14)左端法兰面与蓄冷器段(5)通过螺栓(12)及密封圈五(11)联结并密封；套入脉冲管段(22)，将Z字形支架一(21)下端方形通孔一(41)套入工作面右端凸台(38)；方形通孔一(41)及方形通孔二(42)的水平位置略低于工作面(16)的水平位置；脉冲管段(22)与中段(14)采用螺栓联结，卡盘(25)与脉冲管段(22)通过螺钉(26)联结，卡盘(25)及脉冲管段(22)与脉冲管热端换热器(27)通过密封圈二(24)采用侧向密封。
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