專利名稱：一種同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖管制冷機，特別涉及一種同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)及制造方法。
背景技術(shù)：
由于脈沖管制冷機不存在低溫下的運動部件，因此，具有機械振動小、電磁干擾小、壽命長等優(yōu)點。并且其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、冷頭抗沖擊性能強、控制電路簡單，在航天、移動通訊基站、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。根據(jù)脈沖管制冷機脈沖管與蓄冷器不同的布置方式，一般分成三種布置類型，分別為直線型、U型、同軸型。U型是讓脈沖管與蓄冷器并列布置，通過冷端內(nèi)的管道相連；同軸型的脈沖管與蓄冷器同心布置，脈沖管插入蓄冷器內(nèi)；直線型脈沖管與蓄冷器布置在一條直線上，冷端位于中間。三種布置形式中，從結(jié)構(gòu)上看，對于優(yōu)化的同軸布置的脈沖管制冷機，其結(jié)構(gòu)更為緊湊、體積小，并且更容易與器件耦合。一種典型的同軸脈沖管制冷機結(jié)構(gòu)如圖1所示，相比其他兩種布置方式的制冷機，同軸脈沖管制冷機有著更為廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明著眼于同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)。同軸脈沖管制冷機的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)的緊湊、與器件耦合方便，但在用于精度更高、對振動、溫度等外部環(huán)境更加敏感的器件時，常規(guī)的同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件的耦合方式已不能完全滿足要求，這就需要對原有的結(jié)構(gòu)進行改進，消除不利因素。冷頭帽是冷鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件之一，與冷頭和彈簧組成柔性緩沖結(jié)構(gòu)。其需實現(xiàn)的主要功能包括:I)將同軸脈沖管制冷機產(chǎn)生的冷量以最小的損耗傳遞到被冷卻器件上；2)能夠?qū)崿F(xiàn)冷頭與被冷卻器件的緊密貼合；2)盡量消除同軸脈沖管制冷機工作時的機械振動對被冷卻器件的影響。目前常規(guī)的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)還存在諸多缺陷，同軸脈沖管制冷機無運動部件，理論上沒有機械振動，但處于工作狀態(tài)下，壓縮機產(chǎn)生的振動會通過導(dǎo)氣連管傳遞到制冷機，使同軸脈沖管制冷機冷頭也產(chǎn)生振動，現(xiàn)有的冷鏈結(jié)構(gòu)還沒有完全達(dá)到冷量傳遞損失小、機械振動小的要求，從而使被冷卻器件的探測精度和工作時所要求的溫度環(huán)境受到影響，減低了同軸脈沖管制冷機所要實現(xiàn)的預(yù)期性能。目前常見的同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間的耦合結(jié)構(gòu)，主要有以下兩種類型:第一種如圖2所示，同軸脈沖管制冷機的冷頭直接耦合在被冷卻器件的傳導(dǎo)面上；第二種如圖3所示，同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間用軟銅帶連接；上述兩種結(jié)構(gòu)類型都存在明顯的不足之處:第一種形式，如圖2所示，當(dāng)制冷機處于工作狀態(tài)時，壓縮機產(chǎn)生的振動會通過導(dǎo)氣連管傳遞到制冷機，使同軸脈沖管制冷機冷頭也產(chǎn)生振動，由于冷頭與被冷卻器件之間采用直接的硬接觸耦 合，制冷機的振動會直接傳遞到被冷卻器件上，這會對被冷卻器件的探測精度造成不良影響，嚴(yán)重的情況下甚至破壞被冷卻器件。第二種形式，如圖3所示，冷頭4與被冷卻器件11之間不貼合，而用軟銅帶17來連接，雖然柔性的銅帶能消除冷頭振動對被冷卻器件的影響，但是一定長度的銅帶會產(chǎn)生極為可觀的熱阻損失，嚴(yán)重減低制冷機的效能。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出一種同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)及制造方法。本發(fā)明的目的在于，通過在冷頭與被冷卻器件之間安裝冷頭帽和彈簧，彈簧的壓力使冷頭帽上端面在各種情況下都能緊密貼合接觸被冷卻器件，彈簧的彈性又能起到消除機械振動的作用，在冷頭增加一處與外界相通的小孔，使殘存在冷頭與冷頭帽之間的空氣能夠完全去除，避免因空氣中水蒸氣的凝結(jié)而造成的制冷效能的下降，整個柔性冷鏈結(jié)構(gòu)使同軸脈沖管制冷機產(chǎn)生的冷量能以最小的損失傳遞到被冷卻器件上，讓被冷卻器件處在所要求的穩(wěn)定可靠的溫度環(huán)境內(nèi)。圖3為同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間用軟銅帶連接示意圖；圖4為所發(fā)明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為同軸脈沖管制冷機冷頭剖面示意圖；本發(fā)明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)由冷頭4、冷頭帽8、彈簧9、被冷卻器件11四部分組成，其特征在于，所述的冷頭4與被冷卻器件11之間用冷頭帽8做鏈接，冷頭4上端的沉孔16內(nèi)安裝彈簧9，在彈簧9的擠壓之下，冷頭帽8的上端平面15與被冷卻器件11緊密貼合，冷頭帽8下端凹槽的內(nèi)側(cè)面14與冷頭4上端臺階的外圓面12緊密配合，且在彈簧9的擠壓之下能相對活動，冷頭4上端的沉孔16底部沿徑向開有小孔10與外部環(huán)境相通，冷頭4通過釬焊的 方式連接在同軸脈沖管制冷機上，使同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件11之間實現(xiàn)柔性連接。本發(fā)明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)的制造方法如下:冷頭4上端臺階的外圓面12與冷頭帽8下端凹槽的內(nèi)側(cè)面14之間的單邊間隙控制在5 8 μ m之間，且兩個接觸面都需要精車，粗糙度達(dá)到0.1mm以上，在能夠相互活動的前提下，保證最小的配合間隙，冷頭帽8上端面15的平面度要在0.0lmm以上，冷頭4上端沉孔16底部與外部相連的小孔直徑保持在1.0 1.2mm之間，冷頭4插入蓄冷器外殼3的外圓面制作成深0.1 0.2mm、寬5.5 6.0mm的環(huán)形凹槽13,用以放置融開的釬焊料,增強焊接效果。彈簧9的兩端必須是并緊且磨平，使冷頭帽8受力均衡，通過彈簧9擠壓冷頭帽8將同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件11連接成一個整體。本發(fā)明的特點如下:I)在冷頭與被冷卻器件之間增加冷頭帽和彈簧結(jié)構(gòu)，讓冷頭帽能完全貼緊被冷卻器件，減小傳導(dǎo)距離，使冷量能以最小的損失傳遞到被冷卻器件上。2)處在擠壓狀態(tài)下的彈簧，能壓緊冷頭帽，使冷頭帽能相對冷頭自由活動，這樣就使冷頭上的振動不會傳遞到冷頭帽上，使被冷去器件不受制機械振動的影響；3)對封閉在冷頭與冷頭帽之間區(qū)域內(nèi)的空氣，采用在冷頭內(nèi)部開通小孔的辦法，使被封閉的區(qū)域與外界相連，在真空環(huán)境下將殘存的水蒸氣完全排除，避免了水蒸氣在低溫下的凝結(jié)，使冷頭產(chǎn)生的冷量不受損失，增加了制冷機的效能；上述優(yōu)點將大大促進同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間傳導(dǎo)性能的提高，對同軸型脈沖管制冷機在實際工程應(yīng)用中制冷效率的提高都將具有非常積極的意義。


圖1為同軸脈沖管制冷機的典型布置方式示意圖。圖2為同軸脈沖管制冷機的冷頭直接耦合在被冷卻器件上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為同軸脈沖管制冷機冷頭與被冷卻器件之間用軟銅帶連接示意圖。圖4為所發(fā)明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為冷頭帽剖面示意圖。圖6為同軸脈沖管制冷機冷頭剖面示意圖；其中:I為壓縮機；2為熱端換熱器；3為蓄冷器；4為冷端換熱器；5為脈沖管；6為調(diào)相機構(gòu)；7為氣庫；8為冷頭帽；9為彈黃；10為小孔；11為被冷卻器件；12為冷頭上端臺階外圓面；13為環(huán)形凹槽；14為冷頭帽下端凹槽的內(nèi)側(cè)面；15為冷頭帽的上端平面；16為冷頭上端的沉孔；17為軟銅帶。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步地詳細(xì)說明:圖4為所發(fā)明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)示意圖，包括被冷卻器件11、冷頭帽8、彈簧9、冷頭4。圖6為同軸脈沖管制冷機冷頭剖面示意圖。所發(fā)明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)由冷頭4、冷頭帽8、彈簧9、被冷卻器件11四部分組成，其特征在于，所述同軸脈沖管制冷機的冷頭4與被冷卻器件11之間用冷頭帽8做鏈接，冷頭4上端的沉孔16內(nèi)安裝彈簧9，在彈簧9的擠壓之下，冷頭帽8的上端平面15與被冷卻器件11緊密貼合，冷頭帽8下端凹槽的內(nèi)側(cè)面14與冷頭4上端臺階的外圓面12緊密配合，且在彈簧9的擠壓之下能相對活動，冷頭4上端的沉孔16底部沿徑向開有小孔10與外部環(huán)境相通，冷頭4通過釬焊的方式連接在同軸脈沖管制冷機上，使同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件11之間實現(xiàn)柔性連接。所發(fā)明的同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)的制造方法可按如下方法實施:冷頭4上端臺階的外圓面12與冷頭帽8下端凹槽的內(nèi)側(cè)面14之間的的單邊間隙控制在6 μ m,且兩個接觸面都需要精車，粗糙度達(dá)到0.05mm,在能夠相互活動的前提下，保證最小的配合間隙，冷頭帽8上端面15的平面度保持在0.0lmm,冷頭4上端沉孔16底部與外部相連的小孔直徑為1.2mm,冷頭4插入蓄冷器外殼3的外圓面制作成深0.1_、寬5.5mm的環(huán)形凹槽13，用以放置融開的釬焊料，增強焊接效果。彈簧9的兩端必須是并緊且磨平，使冷頭帽8受力均衡，通過彈簧9擠壓冷頭帽8將同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件11連接成一個整體。
權(quán)利要求
1.一種同軸脈沖管制冷機的冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)，由冷頭(4)、冷頭帽(8)、彈簧(9)和被冷卻器件(11)四部分組成，其特征在于，所述的冷頭(4)與被冷卻器件(11)之間用冷頭帽(8)做鏈接，冷頭(4)上端的沉孔(16)內(nèi)安裝彈簧(9)，在彈簧(9)的擠壓之下，冷頭帽(8)的上端平面(15)與被冷卻器件(11)緊密貼合，冷頭帽⑶下端凹槽的內(nèi)側(cè)面(14)與冷頭(4)上端臺階的外圓面(12)緊密配合，且在彈簧(9)的擠壓之下能相對活動，冷頭(4)上端的沉孔(16)底部沿徑向開有小孔(10)與外部環(huán)境相通，冷頭(4)通過釬焊的方式連接在同軸脈沖管制冷機上，使同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件(11)之間實現(xiàn)柔性連接。
2.一種如權(quán)利要求1所述同軸脈沖管制冷機冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，冷頭⑷上端臺階的外圓面(12)與冷頭帽⑶下端凹槽的內(nèi)側(cè)面(14)之間的的單邊間隙控制在5 8μπι之間，且兩個接觸面都需要精車，粗糙度達(dá)到0.1mm以上，在能夠相互活動的前提下，保證最小的配合間隙，冷頭帽(8)上端面(15)的平面度要保持在0.0lmm以上，冷頭(4)上端沉孔(16)底部與外部相連的小孔直徑保持在1.0 1.2mm之間，冷頭(4)插入蓄冷器外殼(3)的外圓面制作成深0.1 0.2mm、寬5.5 6.0mm的環(huán)形凹槽(13)，用以放置融開的釬焊料，增強焊接效果；彈簧(9)的兩端必須是并緊且磨平，使冷頭帽(8)受力均衡，通過彈簧(9)擠壓冷頭帽(8)將同軸脈沖管制冷機與被冷卻器件(11)連接成一個整體?！?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種同軸脈沖管制冷機的冷端柔性冷鏈結(jié)構(gòu)及制造方法，該結(jié)構(gòu)由冷頭、冷頭帽、彈簧、被冷卻器件組成。冷頭帽的上端平面與被冷卻器件相貼合，冷頭帽安裝在冷頭頂部，冷頭與冷頭帽之間安裝彈簧，使二者有接觸但能上下活動，在二者之間形成緩沖空間，在冷頭上端的沉孔底部設(shè)有與外部相連的小孔，以抽出冷頭與冷頭帽之間封閉區(qū)域內(nèi)殘存的空氣。本發(fā)明通過在冷頭與被冷卻器件之間安裝用彈簧支撐的冷頭帽，使冷頭與被冷卻器件密切貼合，并減輕制冷機工作時的輕微振動對被冷卻器件的影響。在冷頭內(nèi)部增設(shè)一個通往外界的小孔，避免出現(xiàn)冷凝冰晶，減少了冷量傳遞過程中的損失，對同軸脈沖管制冷機的應(yīng)用推廣起到非常積極的作用。
文檔編號F25B9/14GK103245121SQ20131014886
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者黨海政, 周炳露 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所