[发明专利]U型脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构及制造方法

权利要求书

1.一种U型脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构，由主基座（1）、压缩机（2）、连管（3）、调相机构（4）、T型散热支撑平台（5）、主换热器（6）、次换热器（7）、蓄冷器（8）、脉冲管（9）、冷端换热器（10）、红外器件（11）、冷屏（12）、器件杜瓦（13）以及杜瓦窗口（14）组成，其特征在于，主基座（1）作为整个耦合结构的支撑基座，同时充当压缩机（2）和调相机构（4）的散热结构；压缩机（2）采用双活塞对置式结构；在压缩机（2）的上表面安装T型散热支撑平台（5），作为U型脉管制冷机热端的主要散热结构，同时对主换热器（6）进行垂直支撑；次换热器（7）从下部同心地插入主换热器（6）之内；连管（3）的一端通过T型散热支撑平台（5）的贯通孔（18）与压缩机（2）的出口连接，连管（3）的另一端与次换热器（7）连接，并通过次换热器（7）内的蓄冷器端漏斗形孔道（15）与蓄冷器（8）连通；蓄冷器（8）和脉冲管（9）平行布置；蓄冷器（8）的一端插入蓄冷器端凸台（17）并焊接连接，蓄冷器（8）的另一端插入次换热器（7）内并焊接连接；脉冲管（9）的一端插入脉冲管端凸台（18）并焊接连接，脉冲管（9）的另一端插入次换热器（7）内并焊接连接；调相机构（4）的进口端与次换热器（7）连接，并通过次换热器（7）内的脉冲管端漏斗形孔道（16）与脉冲管（9）连通，调相机构（4）的末端固定到主基座（1）上；压缩机（2）、连管（3）、调相机构（4）、主换热器（6）、次换热器（7）、蓄冷器（8）、脉冲管（9）以及冷端换热器（10）共同组成了一台U型脉管制冷机；在冷端换热器（10）的冷平台（19）上放置待冷却的红外器件（11）；在冷端换热器（10）及红外器件（11）之上设置冷屏（12），冷屏（12）的上部开口正对杜瓦窗口（14）；主换热器（6）及其上设置的器件杜瓦（13）将蓄冷器（8）、脉冲管（9）、冷端换热器（10）、红外器件（11）以及冷屏（12）罩于其中；器件杜瓦（13）的下表面与主换热器（6）的上表面密封连接。从而共同构成一种U型脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构。

2.一种如权利要求1所述U型脉管制冷机与红外器件的紧凑式耦合结构的制造方法，其特征在于，主基座（1）由厚度为20～40mm的纯铝平板制作而成，平板上下表面的平面度均使用精密车床、铣床和磨床加工保证处于1.0～5.0μm之间，平板水平放置，对整个耦合结构进行垂直支撑，同时充当压缩机（2）和调相机构（4）的散热结构；在压缩机（2）之上安装一个由高导热铝材制作的T型散热支撑平台（5），支撑平台（5）由位于下部的支撑座（23）和上部的支撑平面（22）组成，中心加工出贯通孔（24），支撑座（23）的下表面与压缩机上表面焊接固定，支撑平面（22）的上表面使用精密车床、铣床和磨床加工保证平面度处于2.0～3.0μm之间，且与主基座（1）之间的平行度保持在1.0～2.0μm之间；连管（3）采用内径2.0～6.0mm的纯铜管制作而成，其一端与T型散热支撑平台（5）的贯通孔（24）采用真空钎焊技术焊接连接，另一端通过主换热器（6）下部的中空结构引出，并采用真空钎焊技术焊接在次换热器（7），与次换热器（7）内的蓄冷器端漏斗形孔道（15）连通；调相机构（4）可以是小孔、阀门、喷嘴、惯性管、气库或者上述不同部件之间的组合体，其进口端与次换热器（7）使用真空钎焊技术焊接在一起，然后穿过主换热器（6）下部的贯通槽（21）引出，末端使用螺栓固定于主基座（1）上；主换热器（6）和次换热器（7）均采用高导热的高纯无氧铜材料制作，其中主换热器（6）内部使用慢走丝线切割技术加工成一中空结构，次换热器（7）从下部同心地插入主换热器（6）内，二者之间的连接面使用真空钎焊技术焊接；在次换热器（7）内与蓄冷器（8）和脉冲管（9）垂直同心的位置分别使用精密机床加工出蓄冷器端漏斗形孔道（15）和脉冲管端漏斗形孔道（16），且使用珩磨机研磨二者内壁，使其表面光洁度均高于0.01mm；蓄冷器端漏斗形孔道（15）的漏斗开口内径与蓄冷器（8）的外径相同，通过蓄冷器端漏斗形孔道（15）实现连管（3）与蓄冷器（8）之间的连通，脉冲管端漏斗形孔道（16）的漏斗开口内径与脉冲管（9）的外径相同，通过脉冲管端漏斗形孔道（16）实现调相机构（4）与脉冲管（9）之间的连通；主换热器（6）的下端面与T型散热支撑平台（5）的上端面密切贴合，二者之间使用螺栓连接；蓄冷器（8）和脉冲管（9）平行地插入主换热器（6）中，插入深度均保持在1.0～2.0mm之间，插入部位的接触面均使用真空钎焊技术焊接；冷端换热器（10）采用高导热的无氧铜材料制作，一个端面加工出蓄冷器端凸台（17）和脉冲管端凸台（18），另一个端面使用精密车床、铣床和磨床加工出一个平面度处于1.0～2.0μm之间的冷平台（19）；蓄冷器端凸台（17）和脉冲管端凸台（18）分别插入蓄冷器（8）和脉冲管（9）各自的管壁内，插入深度均保持在1.0～2.0mm之间，接触面均采用真空钎焊技术焊接；在冷端换热器（10）内开通U型孔（20）连通蓄冷器（8）和脉冲管（9）；在冷端换热器（10）的冷平台（19）上放置待冷却的红外器件（11）；在冷端换热器（10）及红外器件（11）之上设置一个壁厚为1.0～2.0mm的冷屏（12），其下端使用螺钉固定于冷平台（19）之上，上部开一个直径为5.0～15.0mm圆形窗口，正对杜瓦窗口（14）；器件杜瓦（13）的下端面与主换热器（6）的上端面采用螺栓连接和“O”型橡胶圈密封，在器件杜瓦（13）内使用真空分子泵保持优于1.0×10^-5Pa的真空度。