[发明专利]一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器

说明书

本发明公开了一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器，由冷指座、分体换热器、热端套管、压缩机连管、分体脉管座以及惯性管连管共同组成。通过对传统结构进行革新，将热端换热器设计为上下分体形式，利用真空钎焊的方式，将各重要零件整体焊接在一起，杜绝了发生泄露的可能性，增加换热器整体的散热性能，并显著提高热端换热器乃至整个同轴型脉冲管制冷机的效率和使用寿命，对于同轴型脉管制冷机在航空航天、实用超导等特殊领域的实际应用具有很大的促进作用。

技术领域

本发明属于制冷及低温工程领域，涉及脉冲管制冷机，特别涉及一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器。

背景技术

根据脉冲管与蓄冷器的相对位置不同，可以将脉冲管制冷机分为三大类：直线型、U型和同轴型。同轴型布置中脉冲管和蓄冷器同心地布置在一起，是三种布置方式中最为紧凑的一种，可以实现与被冷却器件的便捷耦合，适应于对空间体积有特殊要求的应用场合。尤为重要的是，由于斯特林制冷机在军事和空间方面的长期应用历史，多数被冷却器件和杜瓦结构都制成了适合与斯特林制冷机配套使用的几何形状，而同轴型是脉冲管制冷机三种布置方式中唯一可以不做较大改动便能满足这种几何尺寸的一种，可以直接借鉴现有的成熟耦合技术，因而在军事和空间等特殊领域的应用中具有极大的吸引力。

热端换热器是同轴型脉冲管制冷机中的一个关键部件，作为同轴型脉冲管制冷机热端内部工质与外部环境进行热量交换的媒介体，它需要实现两方面的主要功能：首先，要实现有限尺寸下的高效换热，特别是与工质气体直接接触的内壁面处的高效换热；其次，要实现气体工质在制冷机热端的均匀扩散。上述两个方面，相关领域的工作者一直都在致力于该方面的研究，并逐渐取得较好的实践效果。但是，在同轴型脉冲管制冷机逐渐从研究阶段走向实用化的同时，相关应用实践却又对其热端换热器提出了另外一个更严格的要求，即应用的可靠性和长期寿命，而这一问题，一直没有得到很好的解决。

整体式狭缝热端换热器作为能同时解决有限尺寸下的高效换热和热端工质均匀扩散的典型，目前在同轴型脉冲管制冷机中得到很广泛的应用。但是整体式换热器由于其结构特点，在和固定脉冲管的脉冲管座连接时，常常需要使用非金属O型圈外加螺栓紧固的方式来密封，热端换热器在长期工作的过程中会散发大量的热量，与换热器直接接触的非金属O型圈在这样的高温环境中很容易老化变形，导致高压气体介质的泄露，并且非金属老化后容易对换热器内部的气体介质造成污染，这些潜在的问题将大大影响整个制冷机的使用年限，需要定期对非金属O型圈进行维护更换，才能避免气体介质的泄漏；而且针对高冲击高振动的环境也会对非金属O型圈和螺栓固定的方式产生破坏性影响。空间及军事等有长期寿命要求的应用常禁止非金属O型圈的使用，替代的方案通常是金丝、银丝等金属密封，但一方面成本急剧上升，另一方面，从本质上讲，金属密封附加螺栓固定的方式仍然存在较大的隐患，在高冲击、高振动以及长期使用时，该密封方式仍然做不到绝对可靠。由于结构上的特点，同轴型脉冲管制冷机的整体式狭缝热端换热器很难采取完全的密封焊接方式，这对同轴型脉冲管制冷机在空间和军事等有高可靠、长寿命要求的特殊领域的应用带来非常不利的影响。

发明内容

鉴于已有技术的不足，本发明提出一种同轴型脉冲管制冷机的分体焊接式热端换热器。

本发明的目的在于，通过对同轴型脉冲管制冷机的热端换热器的传统结构进行革新，将热端换热器设计为上下分体形式，利用真空钎焊的方式，将各重要零件整体焊接在一起，杜绝发生泄露的可能性，增加换热器整体的散热性能，并显著提高热端换热器乃至整个同轴型脉冲管制冷机的效率和使用寿命。