專利名稱：采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器。
背景技術：
許多應用場合(例如真空環(huán)境模擬室的冷卻)需要提供一個低溫環(huán)境，以往更多地采用低溫液體流經(jīng)盤繞在被冷物體上的盤管的方式來達到冷卻目的，然而這樣的方式在運行過程中操作復雜，而且需要附加液化設備或低溫儲槽提供大量的低溫液體，換熱蒸發(fā)后的氣體的處理也是一個比較棘手的問題，如低溫氣體的高昂價格和安全性問題都要求裝設氣體回收裝置，這又將大大增加了系統(tǒng)的復雜性。在此背景下，采用低溫制冷機直接冷卻的無制冷劑方案得到了越來越廣泛的應用。與傳統(tǒng)的利用制冷劑冷卻的方案相比，無制冷劑方案也帶來了一個新的問題，即如何把低溫制冷機的冷量高效率地傳遞到被冷物體，這不但要克服剛性連接導致的機械應力問題，而且在結(jié)構(gòu)安裝方面要求被冷卻物體允許有一定的移動自由度。此外，還需要克服由制冷機的運轉(zhuǎn)帶來的機械振動問題。這些問題要求提供一種低熱漏的柔性連接方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器。
它具有制冷機固定法蘭，制冷機固定法蘭外側(cè)與恒溫器上端的外壁采用螺栓結(jié)構(gòu)固定，制冷機固定法蘭內(nèi)側(cè)與恒溫器上端的外壁采用波紋管焊接固定，恒溫器內(nèi)，制冷機固定法蘭下依次設有真空夾套、上熱沉、柔性熱連接結(jié)構(gòu)、下熱沉。
本發(fā)明的優(yōu)點真空夾套采用薄壁不銹鋼管、波紋管或折疊套管等型式，增加了導熱熱阻進而減少軸向熱漏，具有低熱漏的特點；真空夾套與恒溫器上端外壁的固定結(jié)構(gòu)中采用了不銹鋼波紋管，能夠消除由于低溫制冷機的運行帶來的機械振動；低溫制冷機的冷頭同被冷卻物體間的熱連接采用柔性連接結(jié)構(gòu)，允許制冷機冷頭與被冷卻物體間有一定的自由度可實現(xiàn)機械偏動；柔性連接結(jié)構(gòu)中的柔性無氧銅編制帶與熱沉之間的連接采用銀焊的方式以減少接觸熱阻，同時各個焊接孔被相互串通并設有一個共同的出氣通道，能防止封閉在焊接孔內(nèi)的氣體逐步向真空環(huán)境釋放出來而影響真空度；冷頭與熱沉及熱沉與被冷物體間附加銦片則能降低連接件間的接觸熱阻以圖減少有效制冷量的損失。


圖1(a)是采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器結(jié)構(gòu)示意圖；圖1(b)是本發(fā)明上熱沉b-b視圖；圖1(c)是本發(fā)明下熱沉c-c視圖；圖2是本發(fā)明真空夾套采用不銹鋼波紋管的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明真空夾套采用不銹鋼折疊套管的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明為了實現(xiàn)低熱漏的目的，在真空夾套方面采用了三種方案，即薄壁不銹鋼管、波紋管和折疊套管。薄壁管方案(圖1-3a)是通過薄壁管來增加導熱熱阻，而波紋管(圖2-3b)和折疊套管(圖3-3c)的共同點在于通過增長導熱路徑來實現(xiàn)減少軸向熱漏的目的。后兩種方案更加適用于制冷溫度比較低的場合，因為此時減少熱漏、有效利用制冷機的冷量是系統(tǒng)中需要重點解決的問題。與此同時，由于冷頭與熱沉及熱沉與被冷物體間的接觸熱阻會導致連接件間溫差的增大和有效制冷量的損失，采用附加軟金屬銦片可以減少熱阻。
低溫制冷機的冷頭同被冷卻物體間的熱連接不是直接采用硬連接方式，而是采用柔性連接結(jié)構(gòu)，即制冷機冷頭通過銦片把冷量傳遞到上熱沉，然后，通過高熱導率的柔性無氧銅編制帶把冷量傳遞到下熱沉，最后再通過附加銦片的螺栓結(jié)構(gòu)連接到被冷物體。這種軟連接結(jié)構(gòu)，允許制冷機冷頭與被冷卻物體間有一定的自由度可實現(xiàn)機械偏動。
柔性連接結(jié)構(gòu)中的柔性無氧銅編制帶與熱沉之間的連接采用銀焊的方式以減少接觸熱阻。為了防止封閉在焊接孔內(nèi)的氣體逐步向真空環(huán)境釋放出來，各個焊接孔被相互串通，并通過一個共同的出口通道以釋放孔內(nèi)的氣體。
低溫制冷機與被冷物體間的低熱漏柔性連接方案整體上由低溫制冷機1、制冷機固定套殼結(jié)構(gòu)2、真空夾套3、上熱沉4、下熱沉6、柔性熱連接結(jié)構(gòu)5和被冷卻物體7等部分組成。
首先低溫制冷機1需要被安裝到整個系統(tǒng)上去，由于被冷物體7通常是被置于恒溫器內(nèi)的真空環(huán)境中13，為了便于制冷機的安裝和拆卸維修，低溫制冷機部分1采用了一由真空夾套3構(gòu)成的獨立真空空間14，先把真空夾套3固定到裝備被冷卻物體的真空環(huán)境13恒溫器的外壁15上，然后將低溫制冷機1固定到真空夾套3中，通過O型圈18實現(xiàn)夾套內(nèi)的真空密封。
為了消除由制冷機運轉(zhuǎn)帶來的振動對系統(tǒng)的影響，真空夾套3與恒溫器外壁15的連接部分采用了波紋管16-螺栓結(jié)構(gòu)17固定。真空夾套3的套管，可采用三種形式薄壁不銹鋼直管3a、不銹鋼波紋管3b和不銹鋼折疊管3c等。后兩者是通過增大導熱途徑的熱阻來減少熱傳導損失。后兩種方案在結(jié)構(gòu)上更加適用于制冷溫度比較低的場合，因為此時的熱漏問題是系統(tǒng)中需要重點克服的問題。此外，在采用波紋管3b形式時為了防止剛度不夠而帶來結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，不銹鋼波紋管3b本身的管壁厚度應該不小于薄壁不銹鋼直管3a的管壁厚度。
制冷機的冷頭9對被冷卻物體7的冷卻是通過上熱沉4、下熱沉6來實現(xiàn)的，之間附加軟金屬銦片8來減少接觸熱阻，降低傳熱溫差?？紤]到連接系統(tǒng)的熱脹冷縮以及提高與被冷卻物體7的連接柔性(包括形狀和位置等)，低溫制冷機1-熱沉4、下熱沉6-被冷卻物體7之間采用柔性連接結(jié)構(gòu)5，并通過9根(其中8根沿圓周均布、中心1根)柔性無氧銅編制帶10連接，其分布方式見圖1(b)和圖1(c)。柔性無氧銅編制帶10與上熱沉4、下熱沉6之間采用銀焊的方式。為了防止被封閉在焊接孔內(nèi)的氣體逐步向真空環(huán)境釋放出來，影響周圍的真空環(huán)境，各個焊接孔被相互串通，并通過一個共同的出口通道12以釋放孔內(nèi)的氣體。熱沉6同被冷物體7間的連接采用螺栓固定，兩者之間也夾有軟金屬銦片11。
權利要求
1.一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器，其特征在于它具有制冷機固定法蘭(2)，制冷機固定法蘭(2)外側(cè)與恒溫器上端的外壁(15)采用螺栓結(jié)構(gòu)(17)固定，制冷機固定法蘭(2)內(nèi)側(cè)與恒溫器上端的外壁(15)采用波紋管(16)焊接固定，恒溫器內(nèi)，制冷機固定法蘭(2)下依次設有真空夾套(3)、上熱沉(4)、柔性熱連接結(jié)構(gòu)(5)、下熱沉(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器，其特征在于所說的真空夾套(3)采用不銹鋼波紋管(3b)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器，其特征在于所說的真空夾套(3)采用不銹鋼折疊管(3c)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器，其特征在于所說的柔性熱連接結(jié)構(gòu)(5)采用柔性無氧銅編制帶(10)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器，其特征在于所說的上熱沉(4)和下熱沉(6)設有出氣通道(12)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器，其特征在于所說的上熱沉(4)內(nèi)側(cè)設有軟金屬銦片(8)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器，其特征在于所說的下熱沉(6)下端設有軟金屬銦片(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用低熱漏柔性連接結(jié)構(gòu)的高真空低溫恒溫器。它具有制冷機固定法蘭，制冷機固定法蘭外側(cè)與恒溫器上端的外壁采用螺栓結(jié)構(gòu)固定，制冷機固定法蘭內(nèi)側(cè)與恒溫器上端的外壁采用波紋管焊接固定，恒溫器內(nèi)，制冷機固定法蘭下依次設有真空夾套、上熱沉、柔性熱連接結(jié)構(gòu)、下熱沉。本發(fā)明的優(yōu)點真空夾套采用薄壁不銹鋼管、波紋管或折疊套管等型式，具有低熱漏的特點；固定結(jié)構(gòu)中的不銹鋼波紋管能夠消除由于低溫制冷機的運行帶來的機械振動；柔性連接結(jié)構(gòu)允許制冷機冷頭與被冷卻物體間有一定的機械偏動；冷頭與熱沉及熱沉與被冷物體間附加銦片則能降低連接件間的接觸熱阻以圖減少有效制冷量的損失。
文檔編號F25B1/00GK1587886SQ20041005360
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權日2004年8月5日
發(fā)明者陳國邦, 金滔 申請人:浙江大學