本实用新型专利技术公开了一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机，该制冷机由主基座、次基座、压缩机异形基座、对置式直线压缩机主构件、压缩机左外壳、压缩机右外壳、压缩机连管、主换热器、次换热器、蓄冷器、脉冲管、冷端换热器、真空罩、脉冲管连管、惯性管、气库以及保护罩组成。该实用新型专利技术可以充分发挥同轴脉冲管制冷机、惯性管调相装置以及直线压缩机的结构特点，实现整体系统的紧凑性和高可靠，对同轴脉冲管制冷机在航空航天等特殊领域的实用化具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机
本专利属于制冷与低温工程领域，涉及脉冲管制冷机，特别涉及一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机。
技术介绍
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制冷机冲的冷端排出器，实现了冷端的低振动、低干扰和无磨损；而经过结构优化和调相方式上的重要改进，在典型温区，其实际效率也已达到回热式低温制冷机的最高值。这些显著优点使得脉冲管制冷机成为近30年来低温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，脉冲管制冷机又可分为如下三种典型布置方式:u型、同轴型和直线型。三类脉冲管制冷机都主要由压缩机、连管、脉冲管冷指(包括蓄冷器热端换热器、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。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。调相机构是脉冲管制冷机的关键部件之一。脉冲管制冷机区别于常规回热式低温制冷机(如斯特林或G-M制冷机)的最大特点便是取消了冷端用于调节相位的排出器，而在热端布置了相应的调相机构。常用的调相机构主要有小孔加气库、阀门加气库、喷嘴加气库以及惯性管加气库等，相应地，脉冲管制冷机根据上述调相机构的不同而分为小孔型、阀门型、喷嘴型、惯性管型脉冲管制冷机等等。其中惯性管型脉冲管制冷机因其调相范围宽、结构简单、性能稳定可靠等突出优点成为航天及军事应用脉冲管制冷机的首选机种。驱动脉冲管制冷机的压缩机分为直线压缩机和G-M型压缩机两种。航天及军事等应用领域的脉冲管制冷机，对重量和体积有非常严格的限制，针对这部分应用的脉冲管制冷机一般都采用轻量化高频运转的直线压缩机，直线压缩机的工作频率在30Hz以上，而针对地面应用的较为笨重的G-M型压缩机的频率一般在I?2Hz。因而，根据驱动压缩机的不同，又将脉冲管制冷机分为由直线压缩机驱动的高频脉冲管制冷机和由G-M型压缩机驱动的低频脉冲管制冷机两种。由直线压缩机驱动的高频脉冲管制冷机由于结构紧凑、重量轻、体积小、效率高、运转可靠、预期寿命长等突出优点，正日益成为新一代航天回热式低温制冷机的更新换代品种。图1显示了三种典型布置形式的直线压缩机驱动的惯性管型高频脉冲管制冷机的常规组合示意图，其中:(1)为U型，(2)为同轴型，(3)为直线型。根据图1，三种典型布置形式都主要由直线压缩机、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、惯性管以及气库组成。由图1可以看出，在脉管制冷机的三种典型布置方式中，同轴型的结构是最为紧凑的，它的低温端与曾经获得广泛应用的斯特林制冷机的冷指十分相似，因而可以直接采用已经成熟的插入式杜瓦，并且可以直接借鉴成熟的与器件耦合技术。因而，同轴型脉管制冷机逐渐成为相关应用领域(如航天及军事应用的红外器件冷却应用)的主要应用机型之O由图1可以看出，惯性管主要使用一些长径比很大的细长金属管，气库主要使用能提供一定空容积的金属容器。对于实际应用而言，由惯性管和气库组成的调相机构与直线压缩机、同轴脉冲管冷指的耦合需要在不影响效率情况下的结构紧凑化是一个至关重要的问题(特别是对于航天及军事应用而言)。在很多情况下，往往因为无法提供一个能实用化的紧凑结构，或者紧凑化后带来了很可观的效率降低，而使得许多已研制成功的脉冲管制冷机原理样机无法进入真正的实用化。对于同轴型脉冲管制冷机而言，由于其应用的广泛性，对其紧凑化设计的需求更为迫切，成为惯性管型高频同轴脉冲管制冷机在实用化方面的重要瓶颈之一。在强调应用可靠性与高制冷效率的航天及军事等领域，寻找实用化的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机已经逐渐成为应用实践中迫切需要解决的一大难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利提出一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机。所专利技术的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机由主基座1、次基座2、压缩机异形基座3、对置 式直线压缩机主构件4、压缩机左外壳5、压缩机右外壳6、压缩机连管7、主换热器8、次换热器9、蓄冷器10、脉冲管11、冷端换热器12、真空罩13、脉冲管连管14、惯性管15、气库16以及保护罩17组成，其特征在于，主基座I作为整个结构的总支撑基座；次基座2的下端加工出次基座下端面18，并支撑于主基座上端面19之上，次基座2的上端分别加工出次基座左上支撑弧面20及次基座右上支撑弧面21，分别支撑于压缩机左外壳5及保护罩17的外壳面下侧；压缩机异形基座3、对置式直线压缩机主构件4、压缩机左外壳5、及压缩机右外壳6构成一台对置式直线压缩机；该压缩机采用双活塞对置式结构，左右两部分沿中心轴线36完全对称；在压缩机异形基座3上部中央垂直开通压缩机出气孔22，通过压缩机出气孔22实现对置式直线压缩机的压缩腔23和压缩机连管7之间的连通；在压缩机异形基座3的上侧加工出一个压缩机上支撑台24，压缩机上支撑台24通过支撑台平面25对主换热器8进行垂直支撑，同时作为同轴脉冲管制冷机热端的主散热结构，在压缩机上支撑台24上加工出上支撑台贯穿孔46 ;压缩机左外壳5的开口端与压缩机异形基座3的基座左下侧面26密封焊接，压缩机右外壳6的开口端与压缩机异形基座3的基座右下侧面27密封焊接；次换热器9从下部同心地插入主换热器8之内并焊接连接；压缩机连管7的一端与压缩机出气孔22连接，另一端与主换热器8连接，并通过主换热器8与次换热器9之间形成的环形间隙28与蓄冷器10连通；脉冲管11同心地插入蓄冷器10之中；蓄冷器10和脉冲管11的上端同心地插入冷端换热器12之内，蓄冷器10和脉冲管11的下端分别插入主换热器8及次换热9之内；脉冲管连管14的一端与次换热器9连接，并通过次换热器9内的漏斗形孔道29与脉冲管11连通，脉冲管连管14的另一端穿过上支撑台贯穿孔46，然后与惯性管进口 30连通；惯性管15紧密盘绕于压缩机右外壳6之上，惯性管出口31与气库进气口 32连接；气库16为一内环直径略大于压缩机右外壳6外径的中空密闭容积，气库内环面33紧扣在压缩机右外壳6之上；工作气体在由压缩机异形基座3、对置式直线压缩机主构件4、压缩机左外壳5、压缩机右外壳6、压缩机连管7、主换热器8、次换热器9、蓄冷器10、脉冲管11、冷端换热器12、脉冲管连管14、惯性管15以及气库16组成的密闭空间内往复振荡；保护罩17为一端封闭的罩壳,其开口端与压缩机异形基座3的右上侧面34密封焊接,将惯性管15、气库16以及压缩机右外壳6罩于其中。从而共同形成一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机。下面结合附图对所专利技术的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的制造方法说明如下:图2为所专利技术的紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机的平面剖视图；图3为次基座2的立体示意图；图4 (I)和图4 (2)分别为压缩机异形基座3的平面剖视图和立体示意图；图5为主换热器8的立体示意图；图6为主换热器8和次换热器9的组合剖视图；图7为冷端换热器12的立体示意图；图8为蓄冷器10、脉冲管11和冷端换热器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机，包括主基座（1）、次基座（2）、压缩机异形基座（3）、对置式直线压缩机主构件（4）、压缩机左外壳（5）、压缩机右外壳（6）、压缩机连管（7）、主换热器（8）、次换热器（9）、蓄冷器（10）、脉冲管（11）、冷端换热器（12）、真空罩（13）、脉冲管连管（14）、惯性管（15）、气库（16）以及保护罩（17），其特征在于，主基座（1）作为整个结构的总支撑基座；次基座（2）的下端加工出次基座下端面（18），并支撑于主基座上端面（19）之上，次基座（2）的上端分别加工出次基座左上支撑弧面（20）及次基座右上支撑弧面（21），分别支撑于压缩机左外壳（5）及保护罩（17）的外壳面下侧；压缩机异形基座（3）、对置式直线压缩机主构件（4）、压缩机左外壳（5）、及压缩机右外壳（6）构成一台对置式直线压缩机；该压缩机采用双活塞对置式结构，左右两部分沿中心轴线（36）完全对称；在压缩机异形基座（3）上部中央垂直开通压缩机出气孔（22），通过压缩机出气孔（22）实现对置式直线压缩机的压缩腔（23）和压缩机连管（7）之间的连通；在压缩机异形基座（3）的上侧加工出一个压缩机上支撑台（24），压缩机上支撑台（24）通过支撑台平面（25）对主换热器（8）进行垂直支撑，同时作为同轴脉冲管制冷机热端的主散热结构，在压缩机上支撑台（24）上加工出上支撑台贯穿孔（46）；压缩机左外壳（5）的开口端与压缩机异形基座（3）的基座左下侧面（26）密封焊接，压缩机右外壳（6）的开口端与压缩机异形基座（3）的基座右下侧面（27）密封焊接；次换热器（9）从下部同心地插入主换热器（8）之内并焊接连接；压缩机连管（7）的一端与压缩机出气孔（22）连接，另一端与主换热器（8）连接，并通过主换热器（8）与次换热器（9）之间形成的环形间隙（28）与蓄冷器（10）连通；脉冲管（11）同心地插入蓄冷器（10）之中；蓄冷器（10）和脉冲管（11）的上端同心地插入冷端换热器（12）之内，蓄冷器（10）和脉冲管（11）的下端分别插入主换热器（8）及次换热器（9）之内；脉冲管连管（14）的一端与次换热器（9）连接，并通过次换热器（9）内的漏斗形孔道（29）与脉冲管（11）连通，脉冲管连管（14）的另一端穿过上支撑台贯穿孔（46），然后与惯性管进口（30）连通；惯性管（15）紧密盘绕于压缩机右外壳（6）之上，惯性管出口（31）与气库进气口（32）连接；气库（16）为一内环直径略大于压缩机右外壳（6）外径的中空密闭容积，气库内环面（33）紧扣在压缩机右外壳（6）之上；工作气体在由压缩机异形基座（3）、对置式直线压缩机主构件（4）、压缩机左外壳（5）、压缩机右外壳（6）、压缩机连管（7）、主换热器（8）、次换热器（9）、蓄冷器（10）、脉冲管（11）、冷端换热器（12）、脉冲管连管（14）、惯性管（15）以及气库（16）组成的密闭空间内往复振荡；保护罩（17）为一端封闭的罩壳，其开口端与压缩机异形基座（3）的右上侧面（34）密封焊接，将惯性管（15）、气库（16）以及压缩机右外壳（6）罩于其中；从而共同形成一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机。...
【技术特征摘要】
1.一种紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机，包括主基座(I)、次基座(2)、压缩机异形基座(3)、对置式直线压缩机主构件(4)、压缩机左外壳(5)、压缩机右外壳(6)、压缩机连管(7)、主换热器(8)、次换热器(9)、蓄冷器(10)、脉冲管(11)、冷端换热器(12)、真空罩(13)、脉冲管连管(14)、惯性管(15)、气库(16)以及保护罩(17)，其特征在于，主基座(O作为整个结构的总支撑基座；次基座(2)的下端加工出次基座下端面(18)，并支撑于主基座上端面(19)之上，次基座(2)的上端分别加工出次基座左上支撑弧面(20)及次基座右上支撑弧面(21)，分别支撑于压缩机左外壳(5)及保护罩(17)的外壳面下侧；压缩机异形基座(3)、对置式直线压缩机主构件(4)、压缩机左外壳(5)、及压缩机右外壳(6)构成一台对置式直线压缩机；该压缩机采用双活塞对置式结构，左右两部分沿中心轴线(36)完全对称；在压缩机异形基座(3)上部中央垂直开通压缩机出气孔(22)，通过压缩机出气孔(22)实现对置式直线压缩机的压缩腔(23)和压缩机连管(7)之间的连通；在压缩机异形基座(3)的上侧加工出一个压缩机上支撑台(24)，压缩机上支撑台(24)通过支撑台平面(25)对主换热器(8)进行垂直支撑，同时作为同轴脉冲管制冷机热端的主散热结构，在压缩机上支撑台(24)上加工出上支撑台贯穿孔(46);压缩机左外壳(5)的开口端与压缩机异形基座(3)的基座左下侧面(26)密封焊接，压缩机右外壳(6)的开口端与压缩机异形基座(3)的基座右下侧面(27 )密封焊接；次换热器(9 )从下部同心地插入主换热器(8 )之内并焊接连接；压缩机连管(7)...
【专利技术属性】
技术研发人员：党海政，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31
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