CN103344061B - 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法 - Google Patents
直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103344061B CN103344061B CN201310251806.3A CN201310251806A CN103344061B CN 103344061 B CN103344061 B CN 103344061B CN 201310251806 A CN201310251806 A CN 201310251806A CN 103344061 B CN103344061 B CN 103344061B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cold
- pulse tube
- cold chain
- thermal conductive
- conductive belt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1406—Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric geometrical arrangements
Abstract
本发明公开了一种直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法，该结构由主基座、压缩机、连管、直线型脉冲管冷指、调相机构、冷指支撑外壳、柔性导热带集合体、柱状冷链、冷链加固支撑、器件冷却平台、红外器件、冷屏以及器件杜瓦组成。使用该发明的耦合结构可以方便地从直线型脉冲管制冷机的冷端取冷，并实现冷量从制冷机冷端向红外器件的高效传递。该发明结构紧凑、冷损小，对于增强直线型脉冲管制冷机的可靠性以及在冷却红外器件的实用化方面具有非常积极的意义。
Description
技术领域
本发明属于制冷与低温工程领域，涉及脉冲管制冷机，特别涉及一种直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法。
背景技术
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，而以热端调相机构的运作来实现制冷所需的相位差。冷端运动部件的完全取消，实现了冷端的低振动、低干扰和无磨损；而经过结构和调相方式上的重要改进，在一些典型温区，其实际效率也已经达到回热式低温制冷机中的最高值。这些显著优点使得脉冲管制冷机成为20余年来低温机械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。
根据脉冲管与蓄冷器的相互关系不同，脉冲管制冷机可分为如下三种典型布置方式，如图1所示：其中（1）为U型，（2）为同轴型，（3）为直线型。由图1可以看出，三类脉冲管制冷机都主要由压缩机、连管、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，其中冷端换热器是脉冲管制冷机的应用端，与器件直接耦合。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。在三种布置方式中，同轴型的结构最为紧凑，冷端换热器与器件耦合方便，但该布置方式使得气体在冷端换热器折转180°，流动阻力增大，同时引起了较大的气流扰动；尤其是由于脉冲管和蓄冷器沿轴向的温度可能不匹配，将会存在较明显的径向导热从而降低了制冷效率。U型布置的紧凑性不如同轴型，但蓄冷器和脉冲管不直接接触，较之同轴型，避免了因二者轴向温度不匹配而引起的径向导热损失，有利于提高制冷效率；但其气流在冷端同样需要180°的折返，和同轴型一样会引起气流扰动和不可逆损失。
如图1所示，脉冲管制冷机采用直线型布置方式时，脉冲管和蓄冷器处于一条直线上，气流在冷端不需要折返，因而最大限度地降低了冷端换热器的流动阻力，给冷端气流以最小的扰动，因而在三种布置方式中制冷效率最高，在给定能耗时的制冷潜力最大。
最近20余年来，对低温红外器件的冷却，是脉冲管制冷机在航天领域的最大应用。特别是最近10余年来，随着空间红外器件对制冷机提出的要求越来越苛刻，直线型脉冲管制冷机高制冷效率和大制冷量潜力的优势正日益受到高度重视，使得该类型脉冲管制冷机在航天领域显示出越来越广阔的应用前景。
由图1可以看出，直线型脉冲管制冷机可以大致分为四部分，即：压缩机、连管、直线型脉冲管冷指（主要由蓄冷器热端换热器、蓄冷器、冷端换热器、脉冲管、脉冲管热端换热器组成）以及调相机构（可以是小孔、阀门、喷嘴、惯性管、气库或者上述不同部件之间的组合体）。直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合任务，便是如何有效地组织这四大部分，从而与红外器件形成紧凑、可靠、高效的耦合结构。
由图1可以看出，脉冲管制冷机采用直线型布置时最大的缺点是由于冷端换热器位于制冷机中部，两端为热端，且冷指长宽比很大，因而与器件的耦合十分不便。耦合方式不当会使得整体结构松散，可靠性降低，且漏热急剧增大，难以发挥直线型脉冲管制冷机在应用上的优势。实践中常常出现的情况是，一台在制冷效率上堪称优秀的直线型脉冲管制冷机，在与红外器件耦合时，由于结构布置不当而带来的冷损使得耦合后结构的制冷效率反而不如同轴型或U型脉冲管制冷机形成的耦合体。此外，另一个常常困扰应用实践的问题是，长宽比很大的直线型冷指带来了整机结构上的松散，可靠性急剧降低，这一点在特殊应用领域如航天应用实践中是一个较为突出的问题。因而，直线型脉冲管制冷机与红外器件的恰当耦合方式，正在逐渐成为直线型脉冲管制冷机在实用化方面的严重障碍，特别是在强调应用可靠性与高制冷效率的航天领域的实用化方面，直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合已经逐渐成为应用实践中的一大瓶颈。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种适用于直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法。
本发明的结构由主基座1、压缩机2、连管3、直线型脉冲管冷指4、调相机构5、冷指支撑外壳16、柔性导热带集合体11、柱状冷链19、冷链加固支撑20、器件冷却平台21、红外器件24、冷屏25、器件杜瓦26以及杜瓦窗口27组成。主基座1作为整个耦合结构的支撑基座，同时充当压缩机2和调相机构5的散热结构；压缩机2采用双活塞对置式结构；压缩机2、连管3、直线型脉冲管冷指4以及调相机构5共同组成了直线型脉冲管制冷机，其中直线型脉冲管冷指4水平横置，由蓄冷器热端换热器6、蓄冷器7、冷端平台8、脉冲管9、脉冲管热端换热器10共同构成，冷端平台8设置于蓄冷器7和脉冲管9的连接处，其下部为一个方型中通结构，左右开通狭缝孔28，分别与蓄冷器7和脉冲管9连通，充当了直线型脉冲管制冷机的冷端换热器，冷端平台8的上部加工成一个与主基座1平行的平面，以方便从直线型脉冲管制冷机的冷端取冷；冷指支撑外壳16由位于两侧的架体17及底部固定板18组成，其中底部固定板18固定支撑于压缩机2之上，两侧的架体17对水平横置的直线型脉冲管冷指4的两端起托举支撑作用；柔性导热带集合体11由导热带底座12、高导热系数的柔性导热带13、冷链托举支撑14和冷链基座15共同组成，其中导热带底座12的下部与冷端平台8的上部密切贴合，导热带底座12的上部与冷链基座15之间使用柔性导热带13连接，冷链托举支撑14的下端与导热带底座12连接，冷链托举支撑14的上端对冷链基座15起托举支撑作用，冷链基座15连接到柱状冷链19上，从而实现了冷量从冷端平台12向柱状冷链19的高效传递；高导热系数的柱状冷链19的两端分别连接冷链基座15和器件冷却平台21，在柱状冷链19的四周设置管状的冷链加固支撑20，以防止垂直放置的柱状冷链19向侧方倾斜；在器件冷却平台之上放置待冷却的红外器件24。经过上述系列结构，实现了冷量从直线型脉冲管制冷机向红外器件24的高效传递。在器件冷却平台21及红外器件24之上设置冷屏25，冷屏25的上部开口正对杜瓦窗口27；冷指支撑外壳16及其上设置的器件杜瓦26共同将直线型脉冲管冷指4、柔性导热带集合体11、柱状冷链19、冷链加固支撑20、器件冷却平台21、红外器件24以及冷屏25罩于其中。从而共同构成一种直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构。
下面结合附图对所发明的直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构的制造方法进行说明如下：
如图2所示，主基座1由厚度为20～40mm的纯铝平板制作而成，平板上下两面的平面度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证在1.0～5.0μm之间，平板水平放置，对整个耦合结构进行垂直支撑，同时充当压缩机2和调相机构5的散热结构。
如图2所示，压缩机2、连管3、直线型脉冲管冷指4以及调相机构5共同组成了直线型脉冲管制冷机。连管3采用内径2.0～6.0mm的纯铜管制作而成，其两端分别与压缩机2的出口端及蓄冷器热端换热器6的进口端采用真空钎焊技术进行密封焊接。
如图3所示，直线型脉冲管冷指4水平横置，由蓄冷器热端换热器6、蓄冷器7、冷端平台8、脉冲管9、脉冲管热端换热器10共同构成。蓄冷器热端换热器6与蓄冷器7的管壁连接处、脉冲管热端换热器10与脉冲管9的管壁连接处均采用真空钎焊技术进行密封焊接；在蓄冷器7和脉冲管9之间设置一个由高导热的无氧铜材料制作的冷端平台8。
如图4所示，冷端平台8的下部为方形结构，在方形结构的中部采用慢走丝线切割加工方法开通狭缝孔28，狭缝孔28的左右两端分别与脉冲管9和蓄冷器7连通。
如图2所示，冷端平台8下部方形结构的左右两端分别与脉冲管9的管壁以及蓄冷器7的管壁采用真空钎焊技术焊接连接，冷端平台8的上端面使用精密车床、铣床和磨床加工成一个与主基座1的平行度处于1.0～5.0μm之间的平面，以方便从直线型脉冲管制冷机的冷端取冷；调相机构5可以是小孔、阀门、喷嘴、惯性管、气库或者上述不同部件之间的组合体，其进口端与脉冲管热端换热器10使用真空钎焊技术焊接在一起，末端固定于主基座1上；在压缩机2之上设置冷指支撑外壳16，如图5所示，冷指支撑外壳16由位于两侧的架体17与底部固定板18组成，底部固定板18与压缩机2之上的平台使用螺栓连接固定；架体17分别与脉冲管9及蓄冷器7使用螺栓连接固定，对水平横置的直线型脉冲管冷指4的两端起托举支撑作用，上述三处螺栓固定处均采用橡胶或者柔性金属丝进行密封。
如图2所示，在冷端平台8之上设置柔性导热带集合体11。
如图6所示，导热带集合体11由导热带底座12、高导热系数的柔性导热带13、冷链托举支撑14和冷链基座15共同组成，其中导热带底座12上下两个端面各自的平面度、以及两个端面之间的平行度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证在1.0～5.0μm之间；导热带底座12的下端面与冷端平台8的上端面密切贴合，二者中间使用高导热的低温胶粘结固定；柔性导热带13由高导热系数的紫铜细线编制而成，上下两端分别与冷链基座15及导热带底座12焊接。导热带底座12、冷链托举支撑14以及冷链基座15均由高导热系数的紫铜制作，冷链托举支撑14分别与导热带底座12及冷链基座15采用真空钎焊技术进行焊接。
如图2所示，在柔性导热带集合体之上设置柱状冷链19。柱状冷链19采用蓝宝石棒或者纯铟柱制作，上下两端分别与器件冷却平台21及冷链基座15之间使用高导热的低温胶连接固定；在柱状冷链19的四周设置管状的冷链加固支撑20，其下端支撑于冷链基座15之上，上端托举器件冷却平台21，以防止垂直放置的柱状冷链19向侧方倾斜。图7显示了冷链加固支撑20的示意图。
如图8所示，器件冷却平台21由下部的托举连接22和上部的器件放置平面23组成二者均由由高导热系数的无氧铜材料制作而成。
如图2所示，器件冷却平台21下部的托举连接22与柱状冷链19进行连接，其上部的器件放置平面23的上端面使用精密车床、铣床和磨床加工成一个平面度为1.0～2.0μm之间的平面，在器件放置平面23上放置待冷却的红外器件24。
如图2所示，在器件冷却平台21及红外器件24之上设置冷屏25。冷屏25为一壁厚为1.0～2.0mm的罩体，下端固定于器件放置平面23之上，上部开一个直径为4.0～20.0mm圆形窗口，正对杜瓦窗口27。
如图2所示，在冷指支撑外壳16之上设置器件杜瓦26，器件杜瓦26的下端与冷指支撑外壳16的架体17焊接密封；器件杜瓦26内使用真空分子泵保持优于1.0×10-5Pa的真空度。
本发明的特点在于，使用该耦合结构能够实现方便地从直线型脉冲管制冷机的冷端取冷，并实现冷量从制冷机冷端向红外器件的高效传递。该发明结构紧凑、冷损小，对于增强直线型脉冲管制冷机的可靠性、在冷却红外器件的实用化、特别是在航空航天等特殊领域的实际应用方面具有非常积极的意义。
附图说明
图1为脉冲管制冷机的三种典型布置方式示意图；其中：29为压缩机；30为连管；31为蓄冷器热端换热器；32为蓄冷器；33为冷端换热器；34为脉冲管；35为脉冲管热端换热器；36为调相机构。
图2为所发明的直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构的剖视图；其中：1为主基座；2为压缩机；3为连管；4为直线型脉冲管冷指；5为调相机构；16为冷指支撑外壳；11为柔性导热带集合体；19为柱状冷链；20为冷链加固支撑；21为器件冷却平台；24为红外器件；25为冷屏；26为器件杜瓦；27为杜瓦窗口。
图3为直线型脉冲管制冷机冷指4的示意图；其中：6为蓄冷器热端换热器；7为蓄冷器；8为冷端平台；9为脉冲管；10为脉冲管热端换热器。
图4为冷端平台8的剖视图（1）和左视图（2）；其中28为狭缝孔；
图5为冷指支撑外壳16的剖视图；其中：17为架体；18为底部固定板。
图6为柔性导热带集合体11的剖视图；其中：12为导热带底座；13为柔性导热带；14为冷链托举支撑；15为冷链基座。
图7为冷链加固支撑20的示意图；
图8为器件冷却平台21的示意图；其中：22为托举连接；23为器件放置平面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步地详细说明：
所发明的一种适用于直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构由主基座1、压缩机2、连管3、直线型脉冲管冷指4、调相机构5、冷指支撑外壳16、柔性导热带集合体11、柱状冷链19、冷链加固支撑20、器件冷却平台21、红外器件24、冷屏25、器件杜瓦26以及杜瓦窗口27组成。主基座1作为整个耦合结构的支撑基座，同时充当压缩机2和调相机构5的散热结构；压缩机2采用双活塞对置式结构；压缩机2、连管3、直线型脉冲管冷指4以及调相机构5共同组成了直线型脉冲管制冷机，其中直线型脉冲管冷指4水平横置，由蓄冷器热端换热器6、蓄冷器7、冷端平台8、脉冲管9、脉冲管热端换热器10共同构成，冷端平台8设置于蓄冷器7和脉冲管9的连接处，其下部为一个方型中通结构，左右使用慢走丝线切割加工方法开通狭缝孔28，分别与蓄冷器7和脉冲管9连通，充当了直线型脉冲管制冷机的冷端换热器，冷端平台8的上部加工成一个与主基座1平行的平面，以方便从直线型脉冲管制冷机的冷端取冷；冷指支撑外壳16的底部支撑于压缩机2之上，两侧对水平横置的直线型脉冲管冷指4的两端起托举支撑作用；柔性导热带集合体11由导热带底座12、高导热系数的柔性导热带13、冷链托举支撑14和冷链基座15共同组成，其中导热带底座12的下部与冷端平台8的上部密切贴合，导热带底座12的上部与冷链基座15之间使用柔性导热带13连接，冷链托举支撑14的下端与导热带底座12连接，冷链托举支撑14的上端对冷链基座15起托举支撑作用，冷链基座15连接到柱状冷链19上，从而实现了冷量从冷端平台12向柱状冷链19的高效传递；高导热系数的柱状冷链19的两端分别连接冷链基座15和器件冷却平台21，在柱状冷链19的四周设置管状的冷链加固支撑20，以防止垂直放置的柱状冷链19向侧方倾斜；在器件冷却平台之上放置待冷却的红外器件24。经过上述系列结构，实现了冷量从直线型脉冲管制冷机向红外器件24的高效传递。在器件冷却平台21及红外器件24之上设置冷屏25，冷屏25的上部开口正对杜瓦窗口27。冷指支撑外壳16及其设置的器件杜瓦26共同将直线型脉冲管冷指4、柔性导热带集合体11、柱状冷链19、冷链加固支撑20、器件冷却平台21、红外器件24以及冷屏25罩于其中。从而共同构成一种直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构。
所发明的适用于直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构的制造方法可按如下方法实施：
如图2所示，主基座1由厚度为30mm的纯铝平板制作而成，平板上下两个表面均使用精密车床、铣床和磨床加工，保证平面度为2.0μm，平板水平放置，对整个耦合结构进行垂直支撑，同时充当压缩机和调相机构的散热结构。
如图2所示，压缩机2、连管3、直线型脉冲管冷指4以及调相机构5共同组成了直线型脉冲管制冷机。连管3采用内径3.0mm的纯铜管制作而成，两端分别与压缩机2的出口端及蓄冷器热端换热器6的进口端采用真空钎焊技术进行密封焊接。
如图3所示，直线型脉冲管冷指4水平横置，由蓄冷器热端换热器6、蓄冷器7、冷端平台8、脉冲管9、脉冲管热端换热器10共同构成。蓄冷器热端换热器6与蓄冷器7的管壁连接处、脉冲管热端换热器10与脉冲管9的管壁连接处均采用真空钎焊技术进行密封焊接；在蓄冷器7和脉冲管9之间设置一个由高导热的无氧铜材料制作的冷端平台8。
如图4所示，冷端平台8的下部为方形结构，在方形结构的中部采用慢走丝线切割加工方法开通狭缝孔28，狭缝孔28的左右两端分别与脉冲管9和蓄冷器7连通。
如图2所示，冷端平台8下部方形结构的左右两端分别与脉冲管9的管壁以及蓄冷器7的管壁采用真空钎焊技术焊接连接，冷端平台8的上端面使用精密车床、铣床和磨床加工成一个与主基座1的平行度处于3.0μm的平面，以方便从直线型脉冲管制冷机的冷端取冷；调相机构5可以是小孔、阀门、惯性管、气库或者上述不同部件之间的组合体，其进口端与脉冲管热端换热器10使用真空钎焊技术焊接在一起，末端固定于主基座1上；在压缩机2之上设置冷指支撑外壳16，如图5所示，冷指支撑外壳16由位于两侧的架体17与底部固定板18组成，底部固定板18与压缩机2之上的平台使用螺栓连接固定；架体17分别与脉冲管9及蓄冷器7使用螺栓连接固定，对水平横置的直线型脉冲管冷指4的两端起托举支撑作用，上述三处螺栓固定处均采用橡胶或者柔性金属丝进行密封。
如图2所示，在冷端平台8之上设置柔性导热带集合体11。
如图6所示，导热带集合体11由导热带底座12、高导热系数的柔性导热带13、冷链托举支撑14和冷链基座15共同组成，其中导热带底座12上下两个端面各自的平面度、以及两个端面之间的平行度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证在3.0μm；导热带底座12的下端面与冷端平台8的上端面密切贴合，二者中间使用高导热的低温胶粘结固定；柔性导热带13由高导热系数的紫铜细线编制而成，上下两端分别与冷链基座15及导热带底座12焊接。导热带底座12、冷链托举支撑14以及冷链基座15均由高导热系数的紫铜制作，冷链托举支撑14分别与导热带底座12及冷链基座15采用真空钎焊技术进行焊接。
如图2所示，在柔性导热带集合体之上设置柱状冷链19。柱状冷链19采用蓝宝石棒或者纯铟柱制作，上下两端分别与器件冷却平台21及冷链基座15之间使用高导热的低温胶连接固定；在柱状冷链19的四周设置管状的冷链加固支撑20，其下端支撑于冷链基座15之上，上端托举器件冷却平台21，以防止垂直放置的柱状冷链19向侧方倾斜。图7显示了冷链加固支撑20的示意图。
如图8所示，器件冷却平台21由下部的托举连接22和上部的器件放置平面23组成二者均由由高导热系数的无氧铜材料制作而成。
如图2所示，器件冷却平台21下部的托举连接22与柱状冷链19进行连接，其上部的器件放置平面23的上端面使用精密车床、铣床和磨床加工成一个平面度为1.0μm的平面，在器件放置平面23上放置待冷却的红外器件24。
如图2所示，在器件冷却平台21及红外器件24之上设置冷屏25。冷屏25为一壁厚为1.5mm的罩体，下端固定于器件放置平面23之上，上部开一个直径为10.0mm圆形窗口，正对杜瓦窗口27。
如图2所示，在冷指支撑外壳16之上设置器件杜瓦26，器件杜瓦26的下端与冷指支撑外壳16的架体17焊接密封；器件杜瓦26内使用真空分子泵保持优于1.0×10-5Pa的真空度。
Claims (2)
1.一种直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构，由主基座(1)、压缩机(2)、连管(3)、直线型脉冲管冷指(4)、调相机构(5)、冷指支撑外壳(16)、柔性导热带集合体(11)、柱状冷链(19)、冷链加固支撑(20)、器件冷却平台(21)、红外器件(24)、冷屏(25)、器件杜瓦(26)以及杜瓦窗口(27)组成，其特征在于，主基座(1)作为整个耦合结构的支撑基座，同时充当压缩机(2)和调相机构(5)的散热结构；压缩机(2)采用双活塞对置式结构；压缩机(2)、连管(3)、直线型脉冲管冷指(4)以及调相机构(5)共同组成了一台直线型脉冲管制冷机，其中直线型脉冲管冷指(4)水平横置，由蓄冷器热端换热器(6)、蓄冷器(7)、冷端平台(8)、脉冲管(9)、脉冲管热端换热器(10)共同构成，冷端平台(8)设置于蓄冷器(7)和脉冲管(9)的连接处，其下部为一个方型中通结构，左右开通狭缝孔(28)，分别与蓄冷器(7)和脉冲管(9)连通，充当了直线型脉冲管制冷机的冷端换热器，冷端平台(8)的上部加工成一个与主基座(1)平行的平面，以方便从直线型脉冲管制冷机的冷端取冷；冷指支撑外壳(16)由位于两侧的架体(17)及底部固定板(18)组成，其中底部固定板(18)固定支撑于压缩机(2)之上，两侧的架体(17)对水平横置的直线型脉冲管冷指(4)的两端起托举支撑作用；柔性导热带集合体(11)由导热带底座(12)、高导热系数的柔性导热带(13)、冷链托举支撑(14)和冷链基座(15)共同组成，其中导热带底座(12)的下部与冷端平台(8)的上部密切贴合，导热带底座(12)的上部与冷链基座(15)之间使用柔性导热带(13)连接，冷链托举支撑(14)的下端与导热带底座(12)连接，冷链托举支撑(14)的上端对冷链基座(15)起托举支撑作用，冷链基座(15)连接到柱状冷链(19)上，从而实现了冷量从冷端平台(8)向柱状冷链(19)的高效传递；高导热系数的柱状冷链(19)的两端分别连接冷链基座(15)和器件冷却平台(21)，在柱状冷链(19)的四周设置管状的冷链加固支撑(20)，以防止垂直放置的柱状冷链(19)向侧方倾斜；在器件冷却平台之上放置待冷却的红外器件(24)；在器件冷却平台(21)及红外器件(24)之上设置冷屏(25)，冷屏(25)上部开口正对杜瓦窗口(27)；冷指支撑外壳(16)及其上设置的器件杜瓦(26)共同将直线型脉冲管冷指(4)、柔性导热带集合体(11)、柱状冷链(19)、冷链加固支撑(20)、器件冷却平台(21)、红外器件(24)以及冷屏(25)罩于其中，从而共同构成一种直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构。
2.一种如权利要求1所述直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构的制造方法，其特征在于，主基座(1)由厚度为20～40mm的纯铝平板制作而成，平板上下两面均使用精密车床、铣床和磨床加工保证平面度在1.0～5.0μm之间，平板水平放置，对整个耦合结构进行垂直支撑，同时充当压缩机和调相机构的散热结构；连管(3)采用内径2.0～6.0mm的纯铜管制作而成，两端分别与压缩机(2)的出口端及蓄冷器热端换热器(6)的进口端采用真空钎焊技术进行密封焊接；蓄冷器热端换热器(6)与蓄冷器(7)的管壁连接处、脉冲管热端换热器(10)与脉冲管(9)的管壁连接处均采用真空钎焊技术进行密封焊接；在蓄冷器(7)和脉冲管(9)之间设置一个由高导热的无氧铜材料制作的冷端平台(8)，其下部为方形结构，在方形结构的中部采用慢走丝线切割加工方法开通狭缝孔(28)，狭缝孔(28)的左右两端分别与脉冲管(9)和蓄冷器(7)连通，冷端平台(8)下部方形结构的左右两端分别与脉冲管(9)的管壁以及蓄冷器(7)的管壁采用真空钎焊技术焊接连接，冷端平台(8)的上端面使用精密车床、铣床和磨床加工成一个与主基座(1)的平行度处于1.0～5.0μm之间的平面；调相机构(5)是小孔、阀门、喷嘴、惯性管、气库或者上述不同部件之间的组合体，其进口端与脉冲管热端换热器(10)使用真空钎焊技术焊接在一起，末端固定于主基座(1)上；在压缩机(2)之上设置冷指支撑外壳(16)，由位于两侧的架体(17)与底部固定板(18)组成，底部固定板(18)与压缩机(2)之上的平台使用螺栓连接固定，架体(17)分别与脉冲管(9)及蓄冷器(7)使用螺栓连接固定，对水平横置的直线型脉冲管冷指(4)的两端起托举支撑作用，上述螺栓固定处均采用橡胶或者柔性金属丝进行密封；在冷端平台(8)之上设置柔性导热带集合体(11)，由导热带底座(12)、高导热系数的柔性导热带(13)、冷链托举支撑(14)和冷链基座(15)共同组成，其中导热带底座(12)上下两个端面各自的平面度、以及两个端面之间的平行度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证在1.0～5.0μm之间，导热带底座(12)的下端面与冷端平台(8)的上端面密切贴合，二者中间使用高导热的低温胶粘结固定；柔性导热带(13)由高导热系数的紫铜细线编制而成，上下两端分别与冷链基座(15)及导热带底座(12)焊接，导热带底座(12)、冷链托举支撑(14)以及冷链基座(15)均由高导热系数的紫铜制作，冷链托举支撑(14)分别与导热带底座(12)及冷链基座(15)采用真空钎焊技术进行焊接；柱状冷链(19)采用蓝宝石棒或者纯铟柱制作，上下两端分别与器件冷却平台(21)及冷链基座(15)之间使用高导热的低温胶连接固定；在柱状冷链(19)的四周设置管状的冷链加固支撑(20)，其下端支撑于冷链基座(15)之上，上端托举器件冷却平台(21)，以防止垂直放置的柱状冷链(19)向侧方倾斜；器件冷却平台(21)由高导热系数的无氧铜材料制作而成，其下部为托举连接(22)，与柱状冷链(19)进行连接，其上部为器件放置平面(23)，上端面使用精密车床、铣床和磨床加工成一个平面度为1.0～2.0μm之间的平面，在器件放置平面(23)上放置待冷却的红外器件(24)；在器件冷却平台(21)及红外器件(24)之上设置冷屏(25)，冷屏(25)为一壁厚为1.0～2.0mm的罩体，下端固定于器件放置平面(23)之上，上部开一个直径为4.0～20.0mm圆形窗口，正对杜瓦窗口(27)；在冷指支撑外壳(16)之上设置器件杜瓦(26)，器件杜瓦(26)的下端与冷指支撑外壳(16)的架体(17)焊接密封；器件杜瓦(26)内使用真空分子泵保持优于1.0×10-5Pa的真空度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310251806.3A CN103344061B (zh) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310251806.3A CN103344061B (zh) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103344061A CN103344061A (zh) | 2013-10-09 |
| CN103344061B true CN103344061B (zh) | 2015-03-25 |
Family
ID=49278877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310251806.3A Expired - Fee Related CN103344061B (zh) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103344061B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019050571A1 (en) * | 2017-09-08 | 2019-03-14 | Raytheon Company | PULSE TUBE CRYOREFRIGERATOR WITH AXIALLY ALIGNED ELEMENTS |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103615823B (zh) * | 2013-12-09 | 2015-11-25 | 武汉高芯科技有限公司 | 一种可快速制冷的斯特林-节流复合型制冷机 |
| CN103759451B (zh) * | 2014-01-17 | 2016-01-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法 |
| CN104180551A (zh) * | 2014-08-15 | 2014-12-03 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构及制造方法 |
| CN204514477U (zh) * | 2015-01-21 | 2015-07-29 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 超长线列探测器与单点冷源的热耦合结构 |
| CN104596647B (zh) * | 2015-01-21 | 2017-11-21 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种用于红外焦平面杜瓦的局部弹性冷链 |
| CN109405382B (zh) * | 2018-09-29 | 2020-11-10 | 北京空间机电研究所 | 一种适用于星载气体轴承制冷机的防冲击减振散热系统 |
| CN109386981B (zh) * | 2018-11-21 | 2023-07-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种直线脉管冷指与杜瓦集成耦合的抗冷缩装置 |
| CN110501752B (zh) * | 2019-07-10 | 2021-06-15 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于tec制冷的探测器散热装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2862531B1 (ja) * | 1998-02-27 | 1999-03-03 | 株式会社移動体通信先端技術研究所 | パルス管冷凍機 |
| JP2003139427A (ja) * | 2001-11-05 | 2003-05-14 | Aisin Seiki Co Ltd | 冷却装置 |
| CN1125294C (zh) * | 2001-11-29 | 2003-10-22 | 上海交通大学 | 分置式气体驱动斯特林－脉冲管耦合制冷机 |
| GB2397367B (en) * | 2003-01-17 | 2006-02-15 | Oxford Magnet Tech | Pulse tube refrigerator with a warm end heat exchanger having a secondary cooling mechanism comprising an additional heat exchanger cooled by the refrigerant |
| CN103062952B (zh) * | 2013-01-30 | 2014-12-03 | 浙江大学 | 一种脉管/斯特林气耦合复合型多级制冷机 |
| CN203533955U (zh) * | 2013-06-21 | 2014-04-09 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构 |
-
2013
- 2013-06-21 CN CN201310251806.3A patent/CN103344061B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019050571A1 (en) * | 2017-09-08 | 2019-03-14 | Raytheon Company | PULSE TUBE CRYOREFRIGERATOR WITH AXIALLY ALIGNED ELEMENTS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103344061A (zh) | 2013-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103344061B (zh) | 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构及制造方法 | |
| CN103759454B (zh) | U型脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构及制造方法 | |
| CN103307798B (zh) | 同轴脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构及制造方法 | |
| CN102735088B (zh) | 同轴型脉冲管制冷机锥形狭缝式热端换热器及制造方法 | |
| CN104534720B (zh) | 同轴脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构及制造方法 | |
| EP2434238A1 (en) | Energy-saving refrigerator | |
| CN102042711B (zh) | U型脉冲管制冷机的集成式狭缝冷头及制造方法 | |
| CN203533955U (zh) | 直线型脉冲管制冷机与红外器件的耦合结构 | |
| CN103017394B (zh) | 直线型脉管制冷机集成式锥形狭缝冷端换热器及制造方法 | |
| CN104034116A (zh) | 一种斯特林电冰箱 | |
| CN104880107B (zh) | 一种改进型的超薄环路热管 | |
| CN204373253U (zh) | 直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构 | |
| CN109285647A (zh) | 一种用于大电流高温超导电流引线的液氦浸泡式低温超导组件 | |
| CN104180552A (zh) | U型脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构及制造方法 | |
| CN203771767U (zh) | 单台直线压缩机驱动直线和同轴脉管冷指结构 | |
| CN203053075U (zh) | 直线型脉管制冷机集成式锥形狭缝冷端换热器 | |
| CN109243752A (zh) | 一种辅助冷却装置和冷却设备 | |
| CN109525069A (zh) | 一种高温超导电机转子低温冷却系统 | |
| CN104034080B (zh) | 单台直线压缩机驱动两台同轴脉管冷指的结构及制造方法 | |
| CN203533954U (zh) | 同轴脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构 | |
| CN103759451B (zh) | 紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法 | |
| CN103851822B (zh) | 紧凑耦合的惯性管型直线脉冲管制冷机及制造方法 | |
| CN208819681U (zh) | 一种辅助冷却装置和冷却设备 | |
| CN203771766U (zh) | 单台直线压缩机驱动直线和u型脉管冷指结构 | |
| CN205718043U (zh) | 一种斯特林制冷机双层环形换热器及制冷机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150325 Termination date: 20210621 |