CN104180551A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种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，结构由导热带、蓝宝石柱、安装平台、平台托举、蓝宝石基座、支撑圆筒、防辐射冷屏、冷屏板、组件装置、杜瓦主体、杜瓦盖、设备箱组成。脉冲管制冷机可靠性高、工作寿命长，且冷端无运动部件，消除了冷端运动振动对高温超导滤波器信号传输的影响。本发明充分利用直线脉冲管制冷机在相关温区冷量大、效率高等突出优点，并克服直线脉冲管制冷机冷量不易提取的缺点，可为高温超导滤波器提供稳定可靠、低噪声、低振动的低温冷源。本发明对高温超导滤波器进一步的推广应用以及直线脉冲管制冷机在移动通讯等领域的实用化有着积极意义。

Description

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
技术领域
本发明的技术领域涉及制冷与低温工程领域、超导工程领域和通信工程领域，涉及脉冲管制冷机和高温超导滤波器，特别涉及一种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。
背景技术
高温超导技术作为近年来发展迅猛的前沿技术之一，应用于移动通信领域，具有许多优势，特别是高温超导材料制成的高温超导滤波器，与常规的滤波器相比，其通带损失小，阻带抑制大、边带陡峭、可制成极窄带滤波器、体积小、质量轻。应用于民用移动通信领域，高温超导滤波器可显著提高移动基站的选择性、灵敏度和信息传输速度、提高通话质量、增加通话容量、扩大基站覆盖面积、增强基站抗干扰能力、降低手机发射功率。随着高温超导滤波器理论和制造工艺的成熟，以及移动通讯业在全球范围内的迅猛发展，高温超导滤波器有望为全球移动通信领域带来革命性的变化。
移动基站用高温超导滤波器最佳工作环境温度为60～80K，目前在此温区，小型低温机械制冷机作为冷源，可以很好的满足高温超导滤波器冷量要求，考虑到高温超导滤波器的外在工作环境，除冷量要求外，还需要制冷机具有稳定、高效、低干扰、长寿命、小体积、轻重量等特点。目前，国内外移动基站用高温超导滤波器产品大多采用斯特林制冷机作为低温冷源，但由于斯特林制冷机冷头端排出器等运动部件会带来机械振动及电磁干扰信号，对高温超导滤波器的工作输出信号有较大影响。而且斯特林制冷机的可靠性和工作寿命也是影响其工作性能的一个较大瓶颈。
脉冲管制冷机在20世纪80年代以后投入使用，是对回热式低温制冷机的一次重大革新，与其他小型回热式低温制冷机尤其是斯特林制冷机相比，它取消了冷端排出器，相位调节由被动调相机构完成，因此在冷端无运动部件，实现了冷端低振动、低干扰以及无磨损，并经过调相结构方式上的改进，在一些典型温区，其效率已经达到回热式低温制冷机中的最高值。因此，脉冲管制冷机具有冷量大、效率高、冷端无机械振动、可靠性高、预期寿命长等诸多优点。
根据脉冲管与蓄冷器的相对位置的不同，脉冲管制冷机有同轴型、U型、直线型三种典型的布置方式，如图1所示，其中(a)为直线型，(b)为U型，(c)为同轴型。三种型式的脉冲管制冷机均由压缩机1、连管2、蓄冷器3、脉冲管4、调相结构5以及气库6等主要结构组成。直线型布置中脉冲管4和蓄冷器3处于一条直线，U型布置中脉冲管4和蓄冷器3相互平行，同轴型布置中脉冲管4同心地插入蓄冷器3。三种型式中，同轴型结构最为紧凑，但由于制冷机内部气体工质需要在冷端折转180度，引起较大的阻力损失及气流扰动；U型布置同样有较大的不可逆损失。
如图1所示，直线型布置方式气流不需要折返，可以最大限度降低气体流动阻力，在三种布置方式中效率最高。在60～80K温区，直线型脉冲管制冷机的制冷能力可以满足高温超导滤波器大冷量的潜在需求，但直线型布置的最大缺点在于其与高温超导滤波器的耦合存在一定难度，从图1可看出，直线型布置的冷端位于蓄冷器3与脉冲管4之间，冷指整体较长，使得冷量较难提取利用。因此，需要对单级直线型脉部管制冷机的优缺点进行扬长避短，使其可用于高温超导滤波器的冷却。
发明内容
鉴于高温超导滤波器及直线脉冲管制冷机的特点，本发明提出一种利用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，目的在于，充分利用直线脉冲管制冷机在60～80K温区效率高、冷量大等优点，克服直线脉冲管制冷机冷量不易提取的缺点，为高温超导滤波器提供稳定可靠、低噪声、低振动的低温冷源。
所发明的直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构如图2所示，由导热带9、蓝宝石柱10、安装平台11、平台托举13、蓝宝石基座14、支撑圆筒15、防辐射冷屏16、冷屏板17、组件装置18、杜瓦主体19、杜瓦盖20、设备箱25组成，其特征如下：
直线脉冲管制冷机由压缩机1、连管2、蓄冷器3、脉冲管4、调相机构5、气库6、蓄冷器热端换热器7、冷端换热器8、脉冲管热端换热器73组成，脉冲管4与蓄冷器3呈直线布置，压缩机1通过连管2与直线脉冲管制冷机蓄冷器热端换热器7相连；制冷工质在直线脉冲管制冷机内部往复流动，通过调相机构5和气库6的调相作用，在冷端换热器8处产生冷量。冷端换热器8通过导热带9、蓝宝石柱10将冷量传递至安装平台11。高温超导滤波器组件12安装于安装平台11上。安装平台11下有平台托举13，蓝宝石柱12上端与平台托举13相连，下端安装于蓝宝石基座14。位于平台托举13和安装平台11之间有蓝宝石柱支撑圆筒15，对安装平台11起支撑作用，防止蓝宝石柱10向一侧倾斜，蓝宝石柱支撑圆筒15外表面裹有单面镀铝聚酯打孔薄膜，可以减小热辐射造成的蓝宝石柱10的冷量损失。高温超导滤波器组件12工作于防辐射冷屏16和冷屏板17所围成的空间，防辐射冷屏16和冷屏板17通过螺栓固定安装于高温超导滤波器组件12的底边平台63上。高温超导滤波器组件12的低温工作所需的真空室由杜瓦主体19和杜瓦盖20组成，直线脉冲管制冷机冷指位于杜瓦主体19中，其左端利用螺钉连接于蓄冷器热端换热器7端面，并利用密封圈进行密封，右端采用径向密封，防止由于杜瓦与冷指的尺寸不匹配造成对直线脉冲管制冷机冷指的损害。杜瓦主体19上方焊接有杜瓦盖接口21，用于杜瓦盖20连接安装。在杜瓦盖20上端有电连接密封件22，通过同轴电缆线33与高温超导滤波器组件12连接，实现与外界相关设备的信号传输。杜瓦盖20右端有真空阀座23，用于抽取真空，运行时保持5.0×10-6Pa真空度。蓄冷器3及脉管4外部裹有多层防辐射材料24，以减少热辐射对冷指造成的冷量损失。各部件组装完毕后，整体设备放置于设备箱25中。其中压缩机1放置于压缩机支架26上，下端放置于散热支撑底座27，散热支撑底座27对压缩机起固定与散热作用，通过将杜瓦主体19放置于冷指支架28上进行固定冷指，脉冲管热端换热器73放置于支撑板29上，杜瓦盖接口21放置于设备箱上侧板30。设备箱25右下方有隔板31，隔板31右侧为电控设备32，通过电缆线34连接于压缩机1，对压缩机1运行状况进行控制。设备箱左侧板35安装风扇36，上侧板30安装栅栏37，在系统运行时风扇36启动，在左侧形成流动通道，对蓄冷器热端换热器7进行散热。
所发明的直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器结构的制造方法如下：
冷端换热器8采用导热性能良好的高纯无氧铜材料制作而成，整体呈方形，在其下部采用线切割工艺加工中通的狭缝孔38，方便工质气体通过，并扩大与工质气体换热面积，其左右两端分别连接蓄冷器3与脉冲管4。导热带9由10～50片厚为0.1～1.0mm的紫铜箔组成，每片紫铜箔长度为10～100mm，通过折弯形成整体的几字形结构；导热带9下端面44与冷端换热器8顶部方孔39端面熔焊于一体。蓝宝石基座14平压于导热带9上端面两臂45将导热带9完全压入方孔39，其下端面46压紧于厚度在0.1～1.0mm间的铟片41上端面，用螺钉进行紧固连接。蓝宝石基座14与槽壁40外形尺寸相配合，将蓝宝石基座14局限于槽壁40中，防止向侧边倾斜。蓝宝石柱12插入蓝宝石基座14的支撑孔48并由支撑壁49固定防止倾斜，分别套入安装支撑圆筒15内套筒56及外套筒57，由蓝宝石基座14上端面环形凸台52进行定位固定。由蓝宝石柱12顶端套入固定薄压板47，固定薄压板47梯形端面59压于外套筒57边台58上，下端面60与冷端换热器8槽壁40上端面贴合，通过均布通孔61及均布螺纹孔43紧固于冷端换热器8上。蓝宝石柱12上端插入平台托举13支撑孔53，上端面与支撑孔53下端面紧密贴合，两者之间涂导热硅脂，环形凸台54嵌入支撑圆筒15的内外套筒之间。安装平台11下端面凸台插入平台托举13上端面耦合孔55。高温超导滤波器组件12安装于安装平台11，安装平台11采用导热性能良好的铜板材料制作，精车上端面平面度在0.10mm以下，并经过抛光与镀金处理，与高温超导滤波器组件12组件装置18下端圆孔65端面紧密贴合，组件装置18下端有圆孔65，其端面平面度精车控制在0.10mm以下，内径略小于安装平台11上端面外径。在两端面之间涂有导热硅脂。组件装置18将几组高温超导滤波器集成为一体，64为高温超导滤波器的安装位置。高温超导滤波器组件12工作于由防辐射冷屏16和冷屏板17围成的空间，防辐射冷屏16整体为下开口的方形结构，截面呈几字形，由高反射率材料制成，厚度为0.5～2.0mm，内表面经发黑处理，外表面经打磨抛光，在顶端车出圆形通孔66，方便同轴电缆线33穿过。冷屏板17为薄平板结构，其上端面经发黑处理，下端面表面经打磨抛光。防辐射冷屏16和冷屏板17通过螺栓固定安装于高温超导滤波器组件12的底边平台63上，三者在均布通孔62位置处均车有通孔，通过螺栓进行连接。杜瓦主体19和杜瓦盖20组成真空室，直线脉冲管制冷机冷指位于杜瓦主体19中，杜瓦主体19左端利用螺钉连接于蓄冷器热端换热器7端面，利用密封圈进行密封，右端采用径向密封。杜瓦法兰51左端面有凸台67与杜瓦主体19右端面阶梯面68配合，杜瓦法兰51套入脉冲管热端换热器73，利用螺钉紧固，凸台67与阶梯面68压挤其间的密封圈69，实现径向密封。杜瓦主体19上方采用银焊密封焊接杜瓦盖接口21，利用螺钉连接安装杜瓦盖20。杜瓦盖接口21上端面及杜瓦盖20下端面的平面度精车在0.10mm以下，紧密贴合。在杜瓦盖20上端安装电连接密封件22，高温超导滤波器组件12通过同轴电缆线33实现与外界相关设备的信号传输。在杜瓦盖20右端安装真空阀座23，运行时与抽真空设备连接使真空室保持5.0×10-6Pa的真空度。杜瓦主体19及杜瓦盖接口21、杜瓦盖20均内表面进行抛光处理，降低表面发射率。蓄冷器3及脉管4外部裹有多层防辐射材料24，减少热辐射对冷指造成的冷量损失。整体设备放置于设备箱25。压缩机1放置于压缩机支架26上，下端放置散热支撑底座27。将杜瓦主体19放置于冷指支架28上进行固定，脉冲管热端换热器73放置于支撑板29上。杜瓦盖接口21放置于设备箱上侧板30。设备箱25右下方有隔板31，隔板31右侧为电控设备32，电缆线34穿过隔板31上狭缝孔连接压缩机1，对其运行状况进行控制。设备箱左侧板35安装有风扇36，上侧板30安装有栅栏37。
本发明有如下特点：
1)采用直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器，充分利用直线脉冲管制冷机在高温超导滤波器所需最佳工作温区60～80K温区效率高、冷量大等突出优点，采用蓝宝石柱10等结构克服单级同轴脉冲管制冷机冷量不易提取的缺点，为高温超导滤波器提供稳定可靠、低噪声、低振动的低温冷源。
2)采用由多层铜箔片制成的导热带9结构传递冷头产生的热量。导热带9的导热性良好，并且具有一定的弹性，一方面可以最大程度的传递热量，另一方面可以极大的减小高温超导滤波器组件12及蓝宝石柱10及其支撑结构的重量对冷端换热器8即冷头造成意外的冲击损害。
3)对于不同部件、组件的不同结构采用了不同的独特的防辐射结构，高温超导滤波器组件12工作于内表面经发黑处理、外表面打磨抛光处理防辐射冷屏16及防辐射板17所围成的空间中；对蓄冷器3及脉冲管4则在其外侧周围裹有多层防辐射材料24；对于蓝宝石柱10，采用了套筒结构的支撑圆筒15除对蓝宝石柱10起到支撑作用外，对其内外套筒的外表面采取包裹单面镀铝聚酯薄膜的方式，最大程度地减小热辐射造成的冷量损失。
4)采用杜瓦主体19、杜瓦盖接口21和杜瓦盖20、杜瓦法兰51形成了高温超导滤波器组件12和直线脉冲管制冷机冷指工作所需的真空室环境。其中直线冷指的真空室杜瓦右端采用了径向密封技术，可以防止由于加工精度等原因造成杜瓦主体19与冷指长度不匹配而对冷指造成的损害。
5)将与直线脉冲管制冷机紧密耦合的高温超导滤波器20整体放置固定于设备箱25内，设备箱25对直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器起到了固定设备、为设备散热、封装设备等作用。
脉冲管制冷机可靠性高、工作寿命长，且冷端无运动部件，消除了冷端运动振动对高温超导滤波器信号传输的影响。本发明充分利用直线脉冲管制冷机在相关温区冷量大、效率高等突出优点，并克服直线脉冲管制冷机冷量不易提取的缺点，可为高温超导滤波器提供稳定可靠、低噪声、低振动的低温冷源。本发明对高温超导滤波器进一步的推广应用以及直线脉冲管制冷机在移动通讯等领域的实用化有着积极意义。
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)为直线型布置，图1(b)为U型布置，图1(c)为同轴型布置。
图2为直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构示意图。
图3为冷端换热器8结构示意图，其中图3(a)为俯视图，图3(b)为主剖视图，图3(c)为侧剖视图。
图4为导热带9结构图示。
图5为蓝宝石基座14示意图，其中图5(a)为俯视图，图5(b)为主剖视图。
图6为平台托举13结构示意图。
图7为支撑圆筒15示意图，其中图7(a)为俯视图，图7(b)为主剖视图。
图8为固定薄压板47示意图，其中图8(a)为剖视图，图8(b)为主视图。
图9为高温超导滤波器组件12防辐射结构示意图，其中图9(a)为俯视图，图9(b)为主剖视图。
图10径向密封示意图。
图11为支撑板29示意图，其中图11(a)为主视图，图11(b)为侧剖视图。
其中：1为压缩机，2为连管，3为蓄冷器，4为脉冲管，5为调相机构，6为气库，7为蓄冷器热端换热器，8为冷端换热器，9为导热带，10为蓝宝石柱，11为安装平台，12为高温超导滤波器组件，13为平台托举，14为蓝宝石基座，15为支撑圆筒，16为防辐射冷屏，17为冷屏板，18为组件装置，19为杜瓦主体，20为杜瓦盖，21为杜瓦盖接口，22为电连接密封件，23为真空阀座，24为多层防辐射材料，25为设备箱，26为压缩机支架，27为散热支撑底座，28为冷指支架，29为支撑板，30为上侧板，31为隔板，32为电控设备，33为同轴电缆线，34为电缆线，35为左侧板，36为风扇，37为栅栏，38为狭缝孔，39为方孔，40为槽壁，41为铟片，42为铟片均布通孔，43为槽壁均布螺纹孔，44为导热带下端面，45为导热带两臂，46为蓝宝石基座下端面，47为固定薄压板，48为蓝宝石基座支撑孔，49为蓝宝石基座支撑壁，50为蓝宝石基座均布通孔，51为杜瓦法兰，52为蓝宝石基座环形凸台，53为托举平台支撑孔，54为托举平台环形凸台，55为托举平台耦合孔，56为支撑圆筒内套筒，57为支撑圆筒外套筒，58为外套筒下端边台，59为固定薄压板梯形端面，60为固定薄压板下端面，61为固定薄压板均布通孔，62为均布通孔，63为组件装置底边平台，64为组件装置安装位置，65为组件装置下端圆孔，66为防辐射冷屏顶部圆形通孔，67为杜瓦法兰凸台，68为杜瓦主体阶梯面，69为密封圈，70为对称板，71为加强板，72为半圆槽，73为脉冲管热端换热器。
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的详细说明。
如图2所示，所发明直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器由导热带9、蓝宝石柱10、安装平台11、平台托举13、蓝宝石基座14、支撑圆筒15、防辐射冷屏16、冷屏板17、组件装置18、杜瓦主体19、杜瓦盖20、设备箱25组成。直线脉冲管制冷机由压缩机1、连管2、蓄冷器3、脉冲管4、调相机构5、气库6、蓄冷器热端换热器7、冷端换热器8、脉冲管热端换热器73组成，脉冲管4与蓄冷器3呈直线布置，压缩机1通过连管2与直线脉冲管制冷机蓄冷器热端换热器7相连；制冷工质在直线脉冲管制冷机内部往复流动，通过调相机构5和气库6的调相作用，在冷端换热器8处产生冷量。冷端换热器8结构如图3所示，整体呈方形中通结构，在其下部有中通的狭缝孔38，方便工质气体通过，狭缝可扩大其与工质气体接触换热面积，提高换热效率，其左右两端分别连接蓄冷器3与脉冲管4；冷端换热器8上端中部有方孔39，其端面与导热带9下端面44通过熔焊相连。图3中41为铟片，其厚度约0.2mm，上有均布通孔42，安装时蓝宝石基座14平压于导热带9上端面两臂45，将导热带9完全压入方孔39，蓝宝石基座14下端面46即压紧于铟片41上端面，并利用均布通孔42利用螺钉进行紧固连接。蓝宝石基座14与槽壁40外形尺寸相配合，将蓝宝石基座14局限于槽壁40中，防止向侧边倾斜；其中槽壁41顶部有均布螺纹孔43，用于固定薄压板47。导热带9结构如图4所示，由30片厚约0.2mm的紫铜箔组成，每片紫铜箔长度在50mm，通过折弯形成整体的几字形结构，具有良好的弹性与导热性。蓝宝石基座14材料为导热性良好的紫铜材料，作用为支撑蓝宝石柱12，其结构如图5所示。其下端面46平面度0.05mm，安装后与铟片41紧密贴合。蓝宝石基座14下端面46外径略大于冷端换热器8上端的槽壁40内径，以紧配安装。蓝宝石基座14均布通孔50用于蓝宝石基座14、铟片41固定于冷端换热器8。在蓝宝石基座14上部有支撑孔48和支撑壁49，蓝宝石柱12即插入支撑孔48并由支撑壁49固定。蓝宝石基座14环形凸台52为凸起约1mm的小平台，其外径略小于蓝宝石柱12的支撑圆筒15下端外径，用于固定蓝宝石柱支撑圆筒15。蓝宝石柱12的平台托举13及支撑圆筒15、固定薄压板47结构如图6～图8所示。平台托举13主要包括支撑孔53、环形凸台54以及安装平台11耦合孔55，蓝宝石柱12插入支撑孔53，并通过平台托举13将冷量传递至安装平台11，耦合孔55用于安装平台11的连接，环形凸台54为凸起约0.5mm的环形状平台，用于支撑圆筒15上端的定位与固定。支撑圆筒15如图7所示，为套筒结构，包括内套筒56与外套筒57两部分，为小锥度筒体，壁厚均小于0.5mm，以最大限度地减少轴向热传导。材料采用环氧玻璃钢纤维，导热系数低、强度高。支撑圆筒15的内套筒56和外套筒57外表面采取包裹单面镀铝聚酯薄膜的方式，可以最大程度减小热辐射造成的冷量损失。外套筒57下端有边台58，安装后，固定薄压板47压于边台58上支撑圆筒15。固定薄压板47结构如图8所示，为厚度1.5mm的中空板结构，安装时其梯形端面59压于边台58上，下端面60平面度为0.05mm，与冷端换热器8槽壁40上端面贴合，并通过均布通孔61紧固于冷端换热器8上。高温超导滤波器组件12安装于安装平台11上，安装平台11采用导热性能良好的铜板材料制作，上端面平面度0.05mm，并经过抛光与镀金处理，与高温超导滤波器组件12下端面紧密贴合，在两端面之间涂有导热硅脂，实现高效传导换热。为减少热辐射导致的热量损失，高温超导滤波器组件12工作于由防辐射冷屏16和冷屏板17围成的空间中，如图9所示，18为高温超导滤波器组件12的组件装置，组件装置18可以将几组高温超导滤波器同时安装成为一体，64即为高温超导滤波器的安装位置，组件装置18下端有圆孔65，其端面平面度0.05mm，与安装平台11上端面进行紧密贴合，其内径略小于安装平台11上端面外径。防辐射冷屏16整体为下开口的方形结构，截面呈几字形，由高反射率材料制成，厚度为1.0mm，内表面经发黑处理，外表面经打磨抛光，在顶端有圆形通孔66，方便同轴电缆线33穿过。冷屏板17为薄平板结构，其上端面经发黑处理，下端面表面经打磨抛光。防辐射冷屏16和冷屏板17通过螺栓固定安装于高温超导滤波器组件12的底边平台63上，三者在如图9所示的均布通孔62位置处均车有通孔，并通过螺栓进行连接。直线脉冲管制冷机冷指和高温超导滤波器组件12的低温工作所需的真空室由杜瓦主体19和杜瓦盖20组成。直线脉冲管制冷机冷指主体位于杜瓦主体19中，杜瓦主体19左端利用螺钉连接于蓄冷器热端换热器7端面，并采用密封圈进行密封，右端则采用径向密封，可防止由于杜瓦与冷指的尺寸不匹配造成对直线脉冲管制冷机冷指的损害，其主要采用了杜瓦法兰51的结构形式。如图10所示，在其左端面有一凸台67，而在杜瓦主体19右端面有一阶梯面68，杜瓦法兰51套入脉冲管热端换热器73后，利用螺钉紧固，凸台67与阶梯面68即压挤之间的密封圈69，从而实现径向密封。杜瓦主体19侧面上方焊接有杜瓦盖接口21，用于杜瓦盖20的连接安装。杜瓦盖接口21与杜瓦主体19之间采用银焊的方式进行连接，且必须保证焊接的密封性。杜瓦盖接口21上端面及杜瓦盖20下端面的平面度0.05mm，以紧密贴合。在杜瓦盖20上端有电连接密封件22，通过同轴电缆线33与高温超导滤波器组件12连接，实现与外界相关设备的信号传输。在杜瓦盖20右端有真空阀座23，用于与抽真空设备的连接以获取真空室真空，在运行时保持5.0×10-6Pa的真空度。杜瓦主体19及杜瓦盖接口21、杜瓦盖20内表面进行抛光处理，可以降低表面发射率。在蓄冷器3及脉管4外部裹有多层防辐射材料24，可以减少热辐射对冷指造成的冷量损失。各部件组装完毕后，整体设备放置于设备箱25中。压缩机1放置于压缩机支架26上，下端放置于散热支撑底座27，散热支撑底座27对压缩机起固定与散热的作用，冷指通过将杜瓦主体19放置于冷指支架28上进行固定，冷指的脉冲管热端换热器73放置于支撑板29上。支撑板29结构如图11所示，由两片对称板70组成，每片板中心有半圆槽72，脉冲管热端换热器73即放置于半两个半圆槽72组成的圆孔中，在右侧有加强板71将两片对称板连接为一体。杜瓦盖接口21放置于设备箱上侧板30。设备箱25右下方有隔板31，隔板31右侧为电控设备32，隔板31上有狭缝孔，可方便电缆线34穿过连接压缩机1，对压缩机1运行状况进行控制。设备箱左侧板35安装有风扇36，上侧板30安装有栅栏37，在系统运行时启动，在左侧形成流动通道，对蓄冷器热端换热器7进行风冷，以提高制冷机的运行效率。
所发明的直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器结构的制造方法可按如下方法实施：
冷端换热器8材料为高纯无氧铜，结构如图3所示，整体呈方形中通结构，在其下端中部采用线切割慢走丝割出中通的狭缝孔38，左右两端分别连接蓄冷器3与脉冲管4；冷端换热器8上端中部车出圆孔，形成槽壁40，在圆孔端面精铣方孔39，并精车其端面，平面度0.05mm。方孔39端面与导热带9下端面44紧密贴合后通过熔焊相连。铟片41放置于冷端换热器8阶梯面上，厚度约0.2mm，上有均布通孔42，安装时蓝宝石基座14平压于导热带9上端面两臂45，将导热带9完全压入方孔39，蓝宝石基座14下端面46压紧于铟片41上端面，利用均布通孔42利用螺钉进行紧固连接。导热带9结构如图4所示，由30片厚约0.2mm的紫铜箔组成，每片紫铜箔长度在50mm，通过折弯形成整体的几字形结构。
蓝宝石基座14与槽壁40外形尺寸相配合，将蓝宝石基座14局限于槽壁40中；槽壁41顶部攻均布螺纹孔43，用于固定薄压板47。蓝宝石基座14材料为导热性良好的紫铜材料，结构如图5所示。其下端面46平面度0.05mm，安装后与铟片41紧密贴合。蓝宝石基座14下端面46外径应略大于冷端换热器8上端的槽壁40内径，紧配安装。蓝宝石基座14均布通孔50用于蓝宝石基座14、铟片41固定于冷端换热器8。在蓝宝石基座14上部有支撑孔48和支撑壁49，蓝宝石柱12插入支撑孔48并由支撑壁49固定。蓝宝石基座14环形凸台52为凸起约1mm的小平台，其外径略小于蓝宝石柱12的支撑圆筒15下端外径，固定蓝宝石柱支撑圆筒15。
蓝宝石柱12的平台托举13如图6所示，包括支撑孔53、环形凸台54以及安装平台11耦合孔55。蓝宝石柱12插入支撑孔53，通过平台托举13将冷量传递至安装平台11，耦合孔55用于安装平台11的连接，环形凸台54为凸起约0.5mm的环形状平台，定位圆筒15上端并支撑固定。
支撑圆筒15结构如图7所示，为套筒结构，包括内套筒56与外套筒57两部分，为小锥度筒体，壁厚均小于0.5mm，材料采用环氧玻璃钢纤维。外套筒57下端有边台58，安装后，固定薄压板47压于边台58上。
固定薄压板47结构如图8所示，为厚度1.5mm的中空板结构，安装时其梯形端面59压于边台58上，下端面60平面度为0.05mm，与冷端换热器8槽壁40上端面贴合，并通过均布通孔61紧固于冷端换热器8上。
安装平台11采用导热性能良好的铜板材料制作，上端面平面度0.05mm，经过抛光与镀金处理，与高温超导滤波器组件12组件装置18圆孔65端面紧密贴合，在两端面之间涂导热硅脂。
高温超导滤波器组件12工作于由防辐射冷屏16和冷屏板17围成的空间中，如图9所示，其中组件装置18可将几组高温超导滤波器同时安装成为一体形成高温超导滤波器组件12，64为高温超导滤波器的安装位置，组件装置18下端有圆孔65，其端面平面度在0.05mm，与安装平台11上端面紧密贴合，内径略小于安装平台11上端面外径。防辐射冷屏16整体为下开口的方形结构，截面呈几字形，由厚度约1.0mm的高反射率材料折弯焊接为一体，内表面经发黑处理，外表面经打磨抛光，在顶端有圆形通孔66，方便同轴电缆线33穿过。冷屏板17为薄平板结构，其上端面经发黑处理，下端面表面经打磨抛光。防辐射冷屏16和冷屏板17通过螺栓固定安装于高温超导滤波器组件12的底边平台63上，三者在如图9所示的均布通孔62位置处均车有通孔，并通过螺栓进行连接。
杜瓦主体19左端利用螺钉连接于蓄冷器热端换热器7端面，并采用密封圈进行密封，右端则采用径向密封的方式。径向密封方式可以防止由于杜瓦与冷指的尺寸不匹配造成对直线脉冲管制冷机冷指的损害，采用杜瓦法兰51的结构形式，如图10所示，其左端面车凸台67，在杜瓦主体19右端面车阶梯面68，杜瓦法兰51套入脉冲管热端换热器73后，利用螺钉紧固，凸台67与阶梯面68即压挤之间的密封圈69，从而实现径向密封。
杜瓦主体19侧面上方焊接有杜瓦盖接口21，连接安装杜瓦盖20。杜瓦盖接口21与杜瓦主体19采用银焊的方式连接，保证焊接密封性。杜瓦盖接口21上端面及杜瓦盖20下端面的平面度0.05mm。杜瓦盖20上端有电连接密封件22，通过同轴电缆线33与高温超导滤波器组件12连接，实现与外界相关设备的信号传输。在杜瓦盖20右端有真空阀座23，用于与抽真空设备的连接以获取真空室真空，在运行时保持5.0×10-6Pa的真空度。杜瓦主体19及杜瓦盖接口21、杜瓦盖20内表面进行抛光处理，降低表面发射率。在蓄冷器3及脉管4外部裹有多层防辐射材料24，减少热辐射对冷指造成的冷量损失。各部件组装完毕后整体设备放置于设备箱25中。压缩机1放置于压缩机支架26上，下端放置于散热支撑底座27，散热支撑底座27对压缩机起固定与散热的作用，冷指通过将杜瓦主体19放置于冷指支架28上进行固定，冷指的脉冲管热端换热器73放置于支撑板29上。支撑板29结构如图11所示，由两片对称板70组成，每片板中心有半圆槽72，脉冲管热端换热器73即放置于半两个半圆槽72组成的圆孔中，在右侧有加强板71将两片对称板连接为一体。杜瓦盖接口21放置于设备箱上侧板30。设备箱25右下方有隔板31，隔板31右侧为电控设备32，隔板31上有狭缝孔，可方便电缆线34穿过连接压缩机1，对压缩机1运行状况进行控制。设备箱左侧板35安装有风扇36，上侧板30安装有栅栏37，系统运行时启动，在左侧形成流动通道，对蓄冷器热端换热器7进行强制风冷。

Claims (2)

1.一种直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构，它由导热带(9)、蓝宝石柱(10)、安装平台(11)、平台托举(13)、蓝宝石基座(14)、支撑圆筒(15)、防辐射冷屏(16)、冷屏板(17)、组件装置(18)、杜瓦主体(19)、杜瓦盖(20)、设备箱(25)组成，其特征在于：直线脉冲管制冷机由压缩机(1)、连管(2)、蓄冷器(3)、脉冲管(4)、调相机构(5)、气库(6)、蓄冷器热端换热器(7)、冷端换热器(8)、脉冲管热端换热器(73)组成，脉冲管(4)与蓄冷器(3)呈直线布置，压缩机(1)通过连管(2)与直线脉冲管制冷机蓄冷器热端换热器(7)相连；制冷工质在直线脉冲管制冷机内部往复流动，通过调相机构(5)和气库(6)的调相作用，在冷端换热器(8)处产生冷量。冷端换热器(8)通过导热带(9)、蓝宝石柱(10)将冷量传递至安装平台(11)；高温超导滤波器组件(12)安装于安装平台(11)上，安装平台(11)下有平台托举(13)，蓝宝石柱(12)上端与平台托举(13)相连，下端安装于蓝宝石基座(14)；位于平台托举(13)和安装平台(11)之间有蓝宝石柱支撑圆筒(15)，对安装平台(11)起支撑作用，防止蓝宝石柱(10)向一侧倾斜，蓝宝石柱支撑圆筒(15)外表面裹有单面镀铝聚酯打孔薄膜，可以减小热辐射造成的蓝宝石柱(10)的冷量损失；高温超导滤波器组件(12)工作于防辐射冷屏(16)和冷屏板(17)所围成的空间，防辐射冷屏(16)和冷屏板(17)通过螺栓固定安装于高温超导滤波器组件(12)的底边平台(63)上；高温超导滤波器组件(12)的低温工作所需的真空室由杜瓦主体(19)和杜瓦盖(20)组成，直线脉冲管制冷机冷指位于杜瓦主体(19)中，其左端利用螺钉连接于蓄冷器热端换热器(7)端面，并利用密封圈进行密封，右端采用径向密封，防止由于杜瓦与冷指的尺寸不匹配造成对直线脉冲管制冷机冷指的损害；杜瓦主体(19)上方焊接有杜瓦盖接口(21)，用于杜瓦盖(20)连接安装，在杜瓦盖(20)上端有电连接密封件(22)，通过同轴电缆线(33)与高温超导滤波器组件(12)连接，实现与外界相关设备的信号传输；杜瓦盖(20)右端有真空阀座(23)，用于抽取真空，运行时保持5.0×10-6Pa真空度。蓄冷器(3)及脉管(4)外部裹有多层防辐射材料(24)，以减少热辐射对冷指造成的冷量损失；各部件组装完毕后，整体设备放置于设备箱(25)中，其中压缩机(1)放置于压缩机支架(26)上，下端放置于散热支撑底座(27)，散热支撑底座(27)对压缩机起固定与散热作用，通过将杜瓦主体(19)放置于冷指支架(28)上进行固定冷指，脉冲管热端换热器(73)放置于支撑板(29)上，杜瓦盖接口(21)放置于设备箱上侧板(30)；设备箱(25)右下方有隔板(31)，隔板(31)右侧为电控设备(32)，通过电缆线(34)连接于压缩机(1)，对压缩机(1)运行状况进行控制，设备箱左侧板(35)安装风扇(36)，上侧板(30)安装栅栏(37)，在系统运行时风扇(36)启动，在左侧形成流动通道，对蓄冷器热端换热器(7)进行散热，从而共同形成一种直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构。
2.一种如权利要求1所述的一种直线脉冲管制冷机冷却高温超导滤波器的结构的制造方法，其特征在于：冷端换热器(8)采用导热性能良好的高纯无氧铜材料制作而成，整体呈方形，在其下部采用线切割工艺加工中通的狭缝孔(38)，方便工质气体通过，并扩大与工质气体换热面积，其左右两端分别连接蓄冷器(3)与脉冲管(4)，导热带(9)由10～50片厚为0.1～1.0mm的紫铜箔组成，每片紫铜箔长度为10～100mm，通过折弯形成整体的几字形结构；导热带(9)下端面(44)与冷端换热器(8)顶部方孔(39)端面熔焊于一体；蓝宝石基座(14)平压于导热带(9)上端面两臂(45)将导热带(9)完全压入方孔(39)，其下端面(46)压紧于厚度在0.1～1.0mm间的铟片(41)上端面，用螺钉进行紧固连接；蓝宝石基座(14)与槽壁(40)外形尺寸相配合，将蓝宝石基座(14)局限于槽壁(40)中，防止向侧边倾斜，蓝宝石柱(12)插入蓝宝石基座(14)的支撑孔(48)并由支撑壁(49)固定防止倾斜，分别套入安装支撑圆筒(15)内套筒(56)及外套筒(57)，由蓝宝石基座(14)上端面环形凸台(52)进行定位固定，由蓝宝石柱(12)顶端套入固定薄压板(47)，固定薄压板(47)梯形端面(59)压于外套筒(57)边台(58)上，下端面(60)与冷端换热器(8)槽壁(40)上端面贴合，通过均布通孔(61)及均布螺纹孔(43)紧固于冷端换热器(8)上，蓝宝石柱(12)上端插入平台托举(13)支撑孔(53)，上端面与支撑孔(53)下端面紧密贴合，两者之间涂导热硅脂，环形凸台(54)嵌入支撑圆筒(15)的内外套筒之间；安装平台(11)下端面凸台插入平台托举(13)上端面耦合孔(55)，高温超导滤波器组件(12)安装于安装平台(11)，安装平台(11)采用导热性能良好的铜板材料制作，精车上端面平面度在0.1mm以下，并经过抛光与镀金处理，与高温超导滤波器组件(12)组件装置(18)下端圆孔(65)端面紧密贴合，组件装置(18)下端有圆孔(65)，其端面平面度精车控制在0.1mm以下，内径略小于安装平台(11)上端面外径，在两端面之间涂有导热硅脂；组件装置(18)将几组高温超导滤波器集成为一体，(64)为高温超导滤波器的安装位置，高温超导滤波器组件(12)工作于由防辐射冷屏(16)和冷屏板(17)围成的空间，防辐射冷屏(16)整体为下开口的方形结构，截面呈几字形，由高反射率材料制成，厚度为0.5～2.0mm，内表面经发黑处理，外表面经打磨抛光，在顶端车出圆形通孔(66)，方便同轴电缆线(33)穿过；冷屏板(17)为薄平板结构，其上端面经发黑处理，下端面表面经打磨抛光；防辐射冷屏(16)和冷屏板(17)通过螺栓固定安装于高温超导滤波器组件(12)的底边平台(63)上，三者在均布通孔(62)位置处均车有通孔，通过螺栓进行连接；杜瓦主体(19)和杜瓦盖(20)组成真空室，直线脉冲管制冷机冷指位于杜瓦主体(19)中，杜瓦主体(19)左端利用螺钉连接于蓄冷器热端换热器(7)端面，利用密封圈进行密封，右端采用径向密封，杜瓦法兰(51)左端面有凸台(67)与杜瓦主体(19)右端面阶梯面(68)配合，杜瓦法兰(51)套入脉冲管热端换热器(73)，利用螺钉紧固，凸台(67)与阶梯面(68)压挤其间的密封圈(69)，实现径向密封，杜瓦主体(19)上方采用银焊密封焊接杜瓦盖接口(21)，利用螺钉连接安装杜瓦盖(20)，杜瓦盖接口(21)上端面及杜瓦盖(20)下端面的平面度精车在0.1mm以下，紧密贴合，在杜瓦盖(20)上端安装电连接密封件(22)，高温超导滤波器组件(12)通过同轴电缆线(33)实现与外界相关设备的信号传输，在杜瓦盖(20)右端安装真空阀座(23)，运行时与抽真空设备连接使真空室保持5.0×10-6Pa的真空度，杜瓦主体(19)及杜瓦盖接口(21)、杜瓦盖(20)内表面进行抛光处理，降低表面发射率；蓄冷器(3)及脉管(4)外部裹有多层防辐射材料(24)，减少热辐射对冷指造成的冷量损失；整体设备放置于设备箱(25)，压缩机(1)放置于压缩机支架(26)上，下端放置散热支撑底座(27)，将杜瓦主体(19)放置于冷指支架(28)上进行固定，脉冲管热端换热器(73)放置于支撑板(29)上，杜瓦盖接口(21)放置于设备箱上侧板(30)，设备箱(25)右下方有隔板(31)，隔板(31)右侧为电控设备(32)，电缆线(34)穿过隔板(31)上狭缝孔连接压缩机(1)，对其运行状况进行控制，设备箱左侧板(35)安装有风扇(36)，上侧板(30)安装有栅栏(37)。
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