一种用于斯特林制冷机的热端散热器制造技术

一种用于斯特林制冷机的热端散热器，包括：紫铜内肋体、不锈钢内套和铝外翅片。紫铜内肋体是由紫铜管通过线切割在其内壁形成纵向槽道构成的，不锈钢内套通过与内肋体内壁的过盈配合，与纵向槽道形成密封的长条形狭缝氦气流道，铝外翅片通过焊接纵向排列在紫铜内肋体的外圆周面上，由此构成一个热端散热器。本散热器的优点是：线切割的氦气流道对氦气流动阻力小，并且空容积率可精确控制；紫铜内肋体与不锈钢内套的过盈配合，以及紫铜内肋体与铝外翅片的焊接连接消除了接触热阻；内肋体采用紫铜材料具有较小的导热热阻；因而本发明专利技术的热端散热器具有较好的散热效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及散热器，具体是指一种用于大冷量斯特林制冷机的热端散热器。
技术介绍
斯特林制冷机是采用气体膨胀制冷的闭式循环，由压缩单元与膨胀单元无阀连通而成。目前斯特林制冷机已向大冷量发展，制冷量由几十瓦发展到几百瓦；制冷温区也变广，向100K～270K的中高温区发展。对于小型斯特林制冷机，压缩氦气进入蓄冷器流道，压缩气缸本身就作为热端散热器，不需要单独设置热端散热器。但对于大冷量的斯特林制冷机，由于热端热负荷较大，需要单独设置热端散热器。美国专利，申请号US2004/0026067A1，公开的一种热端散热器是由两个不同直径的圆管同心相套成一圆环体，在环体内置有轴向布置的波纹翅片，它是通过波纹翅片增大换热面积，其缺点是制作难度较大，翅片流道很难保持均匀一至，而且不易控制环形空间内的空容积率，见图1a。三洋电机株式会社在中国申请的专利，公开号为CN 1231407A，它采用内外翅片一体铸造，外翅片外侧加了水冷却套。内翅片内侧置有内套，由于内套与翅片铸造体之间有间隙，造成其接触热阻较大，而且结构复杂化，见图1b。为了提高热端散热器的散热效率，应该尽量降低热端散热器内的氦气流动阻力，并减少热端散热器的空容积率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种对氦气流动阻力小的，空容积率可精确控制的热端散热器。本专利技术的热端散热器包括紫铜内肋体、不锈钢内套和铝外翅片。所说的紫铜内肋体是由紫铜管通过线切割在其内壁形成纵向槽道构成的，不锈钢内套通过与内肋体内壁的过盈配合，与纵向槽道形成密封的长条形狭缝氦气流道，铝外翅片通过焊接纵向排列在紫铜内肋体的外圆周面上，由此构成一个热端散热器。热端散热器位于斯特林制冷机的压缩腔出口与蓄冷器的入口之间，从压缩腔出来的高温工质气体进入狭缝通道，在通道内与内肋片换热，气体的热量通过紫铜内肋体导向铝外翅片，铝外翅片通过风扇与外面的空气实现强制对流，把热量散发出去。本散热器的优点是线切割的氦气流道对氦气流动阻力小，并且空容积率可精确控制；紫铜内肋体与不锈钢内套的过盈配合，以及紫铜内肋体与铝外翅片的焊接连接消除了接触热阻；内肋体采用紫铜材料具有较小的导热热阻；因而本专利技术的热端散热器具有较好的散热效果。另外散热器结构简单，加工和装配方便。附图说明图1为已有专利的热端换热器的结构示意图；图2为本专利技术的热端散热器的结构示意图；图3为图2的局部放大结构示意图。具体实施例方式下面给出一个本专利技术较好的实施例，结合附图予以详细描述，以使能更好地说明本专利技术的结构特征和功能特点，而不是限定本专利技术的保护范围。如图2所示，热端散热器由紫铜内肋体1、不锈钢内套2、铝外翅片3组成。所说的紫铜内肋体1是由壁厚3-5mm紫铜管通过线切割在其内壁形成纵向槽道构成的，不锈钢内套2通过与内肋体1内壁的过盈配合，与纵向槽道形成密封的长条形狭缝氦气流道4，铝外翅片3通过焊接纵向排列在紫铜内肋体的外圆周面上，铝外翅片的厚度为0.5mm～1mm之间，翅片间隔为1°～3°之间，由此构成一个热端散热器。紫铜内肋体的设计参数如图3所示，内肋夹角为β，狭缝夹角为(α-β)，紫铜内肋体的空容积率为Ψ=α-βα=1-βα,]]>即等于线切割部分的空容积率。通过控制α和β的比值可以精确控制换热器空容积率ψ；通过调节(α-β)的差值可以控制气体流道的狭缝宽度。本实例中α为5度，β为4度，则空容积率ψ为20％。在确定设计需要的结构和尺寸之后，热端散热器的制造步骤如下a.紫铜内肋体和不锈钢内套的加工取紫铜管的壁厚为4mm，利用线切割在紫铜管的内壁上形成纵向槽道，构成紫铜内肋体。紫铜内肋体的内环面同轴度要加工到Φ0.01，光洁度达到0.8，其内径为40mm，为负公差；不锈钢内套外环面的同轴度要加工到Φ0.01，光洁度达到0.8，其外径40mm，为正公差。目的是在过盈配合的时候保证配合面的紧密配合，减小接触热阻。b.紫铜内肋体和不锈钢内套的过盈配合将紫铜内肋体加热至400℃，使其受热膨胀，内环面直径扩张至(40+0.1mm)以上。在高温下将常温的不锈钢内套快速插入紫铜内肋的孔内，待其冷却收缩后，紫铜内肋与不锈钢内套就能紧密结合一体。特别需要注意的是不锈钢内套和紫铜内肋体的直径尺寸及表面粗糙度的品质控制，这些参数会对紧密配合的接触热阻有较大的影响。c.铝外翅片的焊接铝外翅片的厚度为0.8mm，翅片间隔为2°，铝外翅片轴向均布在紫铜内肋体外环面，铝外翅片与紫铜内肋体外环面采用锡焊方式连接，由于铝表面在空气中会形成一层非常稳定的氧化层，使得铜铝焊接难度较高，因此要采用化学方法将其去除后并电镀一层镍，这样铜铝才能顺利焊接在一起，焊着率才高，才能有效地提升翅片的散热效能。一个热端散热器制作完毕。权利要求1.一种用于斯特林制冷机的热端散热器，包括紫铜内肋体(1)、不锈钢内套(2)和铝外翅片(3)；其特征在于所说的紫铜内肋体(1)是由紫铜管通过线切割在其内壁形成纵向槽道构成的；不锈钢内套(2)通过与内肋体内壁的过盈配合，与纵向槽道形成密封的长条形狭缝氦气流道(4)，铝外翅片(3)通过焊接纵向均匀排列在紫铜内肋体的外圆周面上，由此构成一个热端散热器。2.根据权利要求1的一种用于斯特林制冷机的热端散热器，其特征在于所说的紫铜管壁厚为3-5mm。3.根据权利要求1的一种用于斯特林制冷机的热端散热器，其特征在于所说的铝外翅片的厚度为0.5mm～1mm之间，翅片间隔为1°～3°之间。全文摘要一种用于斯特林制冷机的热端散热器，包括紫铜内肋体、不锈钢内套和铝外翅片。紫铜内肋体是由紫铜管通过线切割在其内壁形成纵向槽道构成的，不锈钢内套通过与内肋体内壁的过盈配合，与纵向槽道形成密封的长条形狭缝氦气流道，铝外翅片通过焊接纵向排列在紫铜内肋体的外圆周面上，由此构成一个热端散热器。本散热器的优点是线切割的氦气流道对氦气流动阻力小，并且空容积率可精确控制；紫铜内肋体与不锈钢内套的过盈配合，以及紫铜内肋体与铝外翅片的焊接连接消除了接触热阻；内肋体采用紫铜材料具有较小的导热热阻；因而本专利技术的热端散热器具有较好的散热效果。文档编号F25B9/14GK1760604SQ20051003079公开日2006年4月19日 申请日期2005年10月27日 优先权日2005年10月27日专利技术者陈曦, 吴亦农, 陈楠 申请人:中国科学院上海技术物理研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于斯特林制冷机的热端散热器，包括：紫铜内肋体（１）、不锈钢内套（２）和铝外翅片（３）；其特征在于：所说的紫铜内肋体（１）是由紫铜管通过线切割在其内壁形成纵向槽道构成的；不锈钢内套（２）通过与内肋体内壁的过盈配合，与纵向槽道形成 密封的长条形狭缝氦气流道（４），铝外翅片（３）通过焊接纵向均匀排列在紫铜内肋体的外圆周面上，由此构成一个热端散热器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，吴亦农，陈楠，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]