專利名稱：一種液氮制冷裝置復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷機的制冷溫度耦合機構(gòu)，特別涉及一種液氮制冷裝置
復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)；屬于空間低溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液氮制冷裝置及探測器要求耦合機構(gòu)幾何尺寸小、傳輸效率高和制冷溫度 可調(diào)節(jié)，要達到這一目標的關(guān)鍵是在有限的空間內(nèi)，采用軸向壓緊力改變或保 持柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料當量層厚度，達到不同制冷溫度點的最佳耦合。采用單一 的金屬綿導(dǎo)熱材料結(jié)構(gòu)難以達到140K以上的制冷目的，而采用單一的非金屬 綿導(dǎo)熱材料是可以達到140K以上的制冷溫度，但降溫時間需要5h以上，液氮 損失量增大。減少有效工作時間、不適合用在有多路輸出、不同制冷溫度的制 冷裝置上，如液氮制冷裝置、微型節(jié)流制冷器和固體制冷器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、無功耗、體積小、重量輕、多路可變 溫制冷溫度耦合纟幾構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為液氮制冷裝置用多路復(fù)合可變溫制冷溫度耦合 機構(gòu)，它主要由探測器杜瓦、柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料和冷頭軸向壓緊機構(gòu)3部分構(gòu)成。
冷頭軸向壓緊機構(gòu)如圖1所示依次由動壓緊螺套(1 )、導(dǎo)向定位圈3、 蓄冷管(4)、液氮(5)、冷頭(6)組成。
探測器杜瓦如圖2所示由定螺旋壓緊螺母2、調(diào)溫間隙組成(7)、探測 器9、探測器杜瓦外桶10、內(nèi)芯11及真空絕熱空間12組成。柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8是由2種以上的金屬綿和非金屬綿復(fù)合而成。
液氮(5)在蓄冷管(4)內(nèi)流動，用動壓緊螺套(1)沿軸線方向移動冷 頭(6)和柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料(8)壓緊，液氮(5)在冷頭(6)處吸收熱量而 產(chǎn)生氣-液兩相流相變。
探測器杜瓦外桶10是整個液氮制冷裝置復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)的 承載體，安裝探測器的內(nèi)芯11密封固定在探測器杜瓦外桶10上，形成真空絕 熱空間12,其中內(nèi)芯11的右端內(nèi)壁加工為內(nèi)螺紋定螺旋壓緊螺母2，內(nèi)芯11 左端放入柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料(8),把由動壓緊螺套(1)、導(dǎo)向定位圈3、蓄冷 管(4)、冷頭(6)組成的冷頭軸向壓緊機構(gòu)插入探測器杜瓦10的內(nèi)芯，通過 定螺旋壓緊螺母2和動壓緊螺套(1 )的螺紋配合形成使之成為如圖3所示的 一個整體，通入液氮后就能夠完成冷頭與探測器的溫度耦合。由于定螺旋壓緊 螺母2與被冷卻探測器9、探測器杜瓦外桶10、內(nèi)芯11、真空絕熱空間12是 一體化結(jié)構(gòu)，定螺旋壓緊螺母2是由一段內(nèi)螺紋制成，完成裝配后它們之間的 相對位置是不變的。動壓緊螺套1與導(dǎo)向定位圈2、蓄冷管4、冷頭6構(gòu)成軸 向運動部件，其中動壓緊螺套1是由一個外螺玟段和手動旋轉(zhuǎn)操作段構(gòu)成的階 梯式結(jié)構(gòu)，其中階梯下段部分為外螺紋段。上段部分為手動旋轉(zhuǎn)操作段，右上 端采用直線式滾花紋便于進行手動操作，并在每隔60°有一個紅色數(shù)字刻度 線，相鄰的刻度線之間又分為小格，即每隔10° —個刻度線，螺套內(nèi)部為同樣 的階梯式結(jié)構(gòu)。蓄冷管4由一段不銹鋼管和一段過度管采用等離子焊接而成， 由此形成一個定位階梯，動壓緊螺套1與蓄冷管4之間留有0.5mm以上的配 合間隙，以便動壓緊螺套1手動旋轉(zhuǎn)進行溫度調(diào)節(jié)，導(dǎo)向定位圈3與動壓緊螺 套1兩側(cè)為1mm以上的定位間隙，完成組焊后當圖1所示的冷頭組件沿水平 方向插入圖2所示的4笨測器杜瓦的調(diào)溫間隙內(nèi)，冷頭的最大位移量為8mm。調(diào) 溫間隙為①12mm長72mm的腔體，工作過程中首先將不同配比制成的柔性復(fù) 合導(dǎo)熱材料8填充到探測器9與冷頭6之間。上述方案的原理是
如圖3所示首先將制備好的柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8放入探測器杜瓦10的與 探測器9相對的底部，冷頭軸向壓緊機構(gòu)插入探測器杜瓦內(nèi)芯11，當冷頭6與 處于自由狀態(tài)的柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8接觸時，開始順時針旋轉(zhuǎn)動壓緊螺套2進 入定壓緊螺母，由于定壓緊螺母2與探測器杜瓦10是一體結(jié)構(gòu)，其相對位置 是固定的，逐步旋轉(zhuǎn)動壓緊螺套2推動定位圈3、冷頭4沿軸向水平運動，使 柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8的當量層厚度發(fā)生改變，當量層厚度越小，則冷頭與探測 器之間的溫差就越小，即壓緊力越大，當量層厚度越?。焕脛訅壕o螺套2刻 度線改變壓緊力和柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8配比，就可以實現(xiàn)可變溫制冷溫度耦合。
本發(fā)明的技術(shù)特點在于本發(fā)明由于采用可調(diào)節(jié)的軸向蓄冷管、冷頭壓緊 機構(gòu)，增大了冷頭的軸向位移量，減少了冷量的傳輸路徑。優(yōu)于lxl(r卞a的真 空度使間隙氣體分子漏熱僅為毫瓦量級，避免殘余氣體分子導(dǎo)熱造成的溫度損 失，提高制冷效率，可獲得更低的制冷溫度和較大的制冷量。通過改變?nèi)嵝詮?fù) 合導(dǎo)熱材料的配比，可設(shè)置97K至150K多點制冷溫度，實現(xiàn)145K制冷溫度 點的降溫時間比采用單一非金屬導(dǎo)熱材料縮短一倍，并且具有良好的一致性。 采用這種溫度耦合機構(gòu)，具有體積小、溫度穩(wěn)定性好、無功耗。通過試驗證明， 本發(fā)明能夠滿足液氮制冷裝置對于不同制冷溫度的耦合要求。


圖1為本發(fā)明的制冷溫度耦合機構(gòu)冷頭組件部分，包括軸向動壓緊螺套1、 導(dǎo)向定位圈3、蓄冷管4和冷頭6—體化結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的制冷溫度耦合導(dǎo)熱組件部分，包括軸向定壓緊螺母2、調(diào) 溫間隙7、柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8、紅外探測器9和探測器杜瓦10結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
如圖l所示，為本發(fā)明的多路復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)冷頭組件，動 壓緊螺套l、導(dǎo)向定位圈3、蓄冷管4、冷頭6組成，其中導(dǎo)向定位圈3、蓄冷 管4、冷頭6采用氬弧焊成一體化，將動壓緊螺套1裝配在導(dǎo)向定位圈3后面的蓄冷管4上，與導(dǎo)向定壓緊螺母2組成壓緊機構(gòu)。順時針旋轉(zhuǎn)動壓緊螺套l 使冷頭6作水平直線運動壓緊柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8,用不同的旋轉(zhuǎn)力矩改變冷 頭對柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8的壓緊力，用動壓緊螺套上的刻度線來控制壓緊力。
如圖2所示，冷頭插入前定壓緊螺母與柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料、探測器的相對 位置是保持不變的，當順時針旋轉(zhuǎn)動壓緊螺套時，螺套以螺旋方式向左位移， 通過定位圈將壓緊力傳遞到冷頭上，當冷頭上的壓緊力作用在柔性復(fù)合導(dǎo)熱材 料時，柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料的當量層厚度就會產(chǎn)生變化，從而產(chǎn)生不同的制冷溫 度和制冷量。
如圖3所示，為本發(fā)明的復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)的裝配和運動狀態(tài)， 當冷頭沿軸向中心線作水平直線運動壓緊柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料時，受到壓緊力的 作用，柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料當量層厚度減小或增大，從而產(chǎn)生不同的制冷溫度和 制冷量。
實施例
采用動壓緊螺套1、定螺旋壓緊螺母2和定位復(fù)合結(jié)構(gòu)，將蓄冷管3、冷 頭4沿軸向通過調(diào)溫間隙(7)向熱端擠壓，通過導(dǎo)熱材料的固體導(dǎo)熱完成熱 交換。由于定螺旋壓緊螺母2與被冷卻探測器9、探測器杜瓦10是一體化結(jié)構(gòu)， 定螺旋壓緊螺母2是由一段M12長6mm的內(nèi)螺紋制成，如圖2所示，完成裝 配后它們?nèi)咧g的相對位置是不變的。動壓緊螺套1與導(dǎo)向定位圈2、蓄冷 管4、冷頭6構(gòu)成軸向運動部件，其中動壓緊螺套1是由一個M12 x 0.75mm 長10mm的外螺纟丈段和手動旋轉(zhuǎn)操作段構(gòu)成的階梯式結(jié)構(gòu)，其中階梯下段部分 為M12 x 0.75mm、長度10mm的外螺紋段。上段部分為①16mm長27mm的 手動旋轉(zhuǎn)操作段，右端10mm采用直線式滾花紋便于進行手動操作，并在每隔 60°有一個紅色數(shù)字刻度線，分別為0、 1、 2、 3、 4、 5,每相鄰的刻度線之 間又分為6小才各，即每隔10° —個刻度線，螺套內(nèi)部為同樣的階梯式結(jié)構(gòu)。蓄 冷管4由一段長80mm的薄壁不銹鋼管和一段012 x 1mm長40mm的過度管 采用等離子焊接而成，由此形成一個定位階梯，動壓緊螺套1與蓄冷管4之間留有0.5mm的配合間隙，以便動壓緊螺套1手動旋轉(zhuǎn)進行溫度調(diào)節(jié)，導(dǎo)向定 位圈3與動壓緊螺套1左右為1mm的定位間隙，完成組焊后當圖1所示的冷 頭組件沿水平方向插入圖2所示的探測器杜瓦的調(diào)溫間隙內(nèi)，冷頭的最大位移 量為8mm。調(diào)溫間隙為012mm長72mm的腔體，工作過程中首先將不同配 比制成的柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8填充到探測器杜瓦內(nèi)芯11與冷頭6之間。
權(quán)利要求
1、一種液氮制冷裝置復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)，包括探測器杜瓦、柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料和冷頭軸向壓緊機構(gòu)，其中，探測器杜瓦包括定螺旋壓緊螺母2、調(diào)溫間隙組成7、探測器9、探測器杜瓦外桶10、內(nèi)芯11及真空絕熱空間12；冷頭軸向壓緊機構(gòu)包括動壓緊螺套1、導(dǎo)向定位圈3、蓄冷管4、液氮5、冷頭6；柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料包括2種以上的金屬綿和非金屬綿復(fù)合；其特征在于結(jié)構(gòu)關(guān)系為探測器杜瓦外桶10是整個液氮制冷裝置復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)的承載體，安裝探測器的內(nèi)芯11密封固定在探測器杜瓦外桶10上，形成真空絕熱空間12，其中內(nèi)芯11的右端內(nèi)壁加工為內(nèi)螺紋定螺旋壓緊螺母2，內(nèi)芯11左端放入柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料8，把由動壓緊螺套1、導(dǎo)向定位圈3、蓄冷管4、冷頭6組成的冷頭軸向壓緊機構(gòu)插入探測器杜瓦10的內(nèi)芯，通過定螺旋壓緊螺母2和動壓緊螺套1的螺紋配合形成一個整體，定螺旋壓緊螺母2是由一段內(nèi)螺紋制成；動壓緊螺套1與導(dǎo)向定位圈2、蓄冷管4、冷頭6構(gòu)成軸向運動部件，其中動壓緊螺套1是由一個外螺紋段和手動旋轉(zhuǎn)操作段構(gòu)成的階梯式結(jié)構(gòu)，其中階梯下段部分為外螺紋段；上段部分為手動旋轉(zhuǎn)操作段，右上端采用直線式滾花紋便于進行手動操作，并在每隔60°有一個紅色數(shù)字刻度線，相鄰的刻度線之間又分為小格，即每隔10°一個刻度線，螺套內(nèi)部為同樣的階梯式結(jié)構(gòu)；蓄冷管4由一段不銹鋼管和一段過度管采用等離子焊接而成，由此形成一個定位階梯，動壓緊螺套1與蓄冷管4之間留有0.5mm以上的配合間隙，導(dǎo)向定位圈3與動壓緊螺套1兩側(cè)為1mm以上的定位間隙；冷頭6的最大位移量為8mm；調(diào)溫間隙為Φ12mm長72mm的腔體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制冷機的制冷溫度耦合機構(gòu)，特別涉及一種液氮制冷裝置復(fù)合可變溫制冷溫度耦合機構(gòu)；屬于空間低溫技術(shù)領(lǐng)域。包括探測器杜瓦、柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料和冷頭軸向壓緊機構(gòu)，其中，探測器杜瓦包括定螺旋壓緊螺母2、調(diào)溫間隙組成7、探測器9、探測器杜瓦外桶10、內(nèi)芯11及真空絕熱空間12；冷頭軸向壓緊機構(gòu)包括動壓緊螺套1、導(dǎo)向定位圈3、蓄冷管4、液氮5、冷頭6；柔性復(fù)合導(dǎo)熱材料包括2種以上的金屬綿和非金屬綿復(fù)合；由于采用可調(diào)節(jié)的軸向蓄冷管、冷頭壓緊機構(gòu)，增大了冷頭的軸向位移量，減少了冷量的傳輸路徑。優(yōu)于1×10^-2Pa的真空度使間隙氣體分子漏熱僅為毫瓦量級，避免殘余氣體分子導(dǎo)熱造成的溫度損失，提高制冷效率，可獲得更低的制冷溫度和較大的制冷量。
文檔編號F25D3/10GK101469930SQ20071030462
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者施寶毅, 潘雁頻, 王榮宗, 葛瑞宏, 陳光奇 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所