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直线脉冲管制冷机，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、脉冲管热端换热器、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、保护罩、托举支撑组成。该专利可以充分发挥直线脉冲管制冷机、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，对直线脉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直线脉冲管制冷机
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直线脉冲管制冷机。
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由直线压缩机、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、惯性管以及气库组成。由图1可以看出，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。近年来，随着相关应用(如航天与军事红外器件冷却应用等)对制冷机提出的要求越来越苛亥IJ，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，逐渐显示出越来越广阔的应用前景。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、直线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。对于直线型脉冲管制冷机而言，由于脉冲管与蓄冷器成一条直线，结构十分松散，对于其紧凑化设计更提出了非常大的挑战，成为惯性管型高频U型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，获得实用化的紧凑耦合的惯性管型高频直线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，本专利提出一种适用于惯性管型直线脉冲管冷指与直线压缩机的紧凑耦合结构。所专利技术的紧凑耦合的惯性管型高频直线脉冲管制冷机，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、脉冲管热端换热器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、保护罩17、托举支撑29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和漏斗形孔道28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，同时作为直线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40 ;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；压缩机出气孔22直接连接在次换热器11上，并通过次换热器11内的漏斗形孔道28实现与蓄冷器10连通；蓄冷器10从上部同心地插入主换热器8之内并焊接连接；冷端换热器12设置于蓄冷器10和脉冲管11的连接处，冷端换热器12为一方型中通结构，左右开通锥形狭缝孔41，分别与蓄冷器10和脉冲管11连通；脉冲管11和蓄冷器10分别从上下方同心地垂直插入冷端换热器12内并焊接连接；在脉冲管11上部设置脉冲管热端换热器7，脉冲管11从下部垂直插入脉冲管热端换热器7内部并焊接连接；脉冲管热端换热器7为一异形复合结构，其下部为一从内部密集切割狭缝的圆柱形狭缝换热体35，上部为一内部开通连通孔42的连接盖头43，圆柱形狭缝换热体35和连接盖头43焊接在一起组成脉冲管热端换热器7，托举支撑29的一端与支撑台平面25连接固定，另一端对脉冲管热端换热器7起托举支撑作用；脉冲管连管14的一端与脉冲管热端换热器7连接，并通过脉冲管热端换热器7内的连通孔42以及圆柱形狭缝换热体35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40，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、主换热器8、次换热器9、蓄冷器10、脉冲管11、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直线脉冲管制冷机，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）、脉冲管热端换热器（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）、保护罩（17）及托举支撑（29），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）和漏斗形孔道（28）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（40）；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；压缩机出气孔（22）直接连接在次换热器（11）上，并通过次换热器（11）内的漏斗形孔道（28）实现与蓄冷器（10）连通；蓄冷器（10）从上部同心地插入主换热器（8）之内并焊接连接；冷端换热器（12）设置于蓄冷器（10）和脉冲管（11）的连接处，冷端换热器（12）为一方型中通结构，左右开通锥形狭缝孔（41），分别与蓄冷器（10）和脉冲管（11）连通；脉冲管（11）和蓄冷器（10）分别从上下方同心地垂直插入冷端换热器（12）内并焊接连接；在脉冲管（11）上部设置脉冲管热端换热器（7），脉冲管（11）从下部垂直插入脉冲管热端换热器（7）内部并焊接连接；脉冲管热端换热器（7）为一异形复合结构，其下部为一从内部密集切割狭缝的圆柱形狭缝换热体（35），上部为一内部开通连通孔（42）的连接盖头（43），圆柱形狭缝换热体（35）和连接盖头（43）焊接在一起组成脉冲管热端换热器（7），托举支撑（29）的一端与支撑台平面（25）连接固定，另一端对脉冲管热端换热器（7）起托举支撑作用；脉冲管连管（14）的一端与脉冲管热端换热器（7）连接，并通过脉冲管热端换热器（7）内的连通孔（42）以及圆柱形狭缝换热体（35）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（40），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）、主换热器（8）、次换热器（9）、蓄冷器（10）、脉冲管（11）、冷端换热器（12）、脉冲管热端换热器（7）、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直线脉冲管制冷机。...
【技术特征摘要】
1.一种紧凑耦合的惯性管型高频直线脉冲管制冷机，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)、脉冲管热端换热器(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)、保护罩(17)及托举支撑(29)，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)和漏斗形孔道(28)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(40);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；压缩机出气孔(22)直接连接在次换热器(11)上，并通过次换热器(11)内的漏斗形孔道(28)实现与蓄冷器(10)连通；蓄冷器(10)从上部同心地插入主换热器(8)之内并焊接连接；冷端换热器(12)设置于蓄冷器(10)和脉冲管(11)的连接处，冷端换热器(12)为一方型中通结构，左右开通锥形狭缝孔(...
【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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。