专利名称：采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器。
背景技术：
许多应用场合(例如真空环境模拟室的冷却)需要提供一个低温环境，以往更多地采用低温液体流经盘绕在被冷物体上的盘管的方式来达到冷却目的，然而这样的方式在运行过程中操作复杂，而且需要附加液化设备或低温储槽提供大量的低温液体，换热蒸发后的气体的处理也是一个比较棘手的问题，如低温气体的高昂价格和安全性问题都要求装设气体回收装置，这又将大大增加了系统的复杂性。在此背景下，采用低温制冷机直接冷却的无制冷剂方案得到了越来越广泛的应用。与传统的利用制冷剂冷却的方案相比，无制冷剂方案也带来了一个新的问题，即如何把低温制冷机的冷量高效率地传递到被冷物体，这不但要克服刚性连接导致的机械应力问题，而且在结构安装方面要求被冷却物体允许有一定的移动自由度。此外，还需要克服由制冷机的运转带来的机械振动问题。这些问题要求提供一种低热漏的柔性连接方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器。
它具有制冷机固定法兰，制冷机固定法兰外侧与恒温器上端的外壁采用螺栓结构固定，制冷机固定法兰内侧与恒温器上端的外壁采用波纹管焊接固定，恒温器内，制冷机固定法兰下依次设有真空夹套、上热沉、柔性热连接结构、下热沉。
本发明的优点真空夹套采用薄壁不锈钢管、波纹管或折叠套管等型式，增加了导热热阻进而减少轴向热漏，具有低热漏的特点；真空夹套与恒温器上端外壁的固定结构中采用了不锈钢波纹管，能够消除由于低温制冷机的运行带来的机械振动；低温制冷机的冷头同被冷却物体间的热连接采用柔性连接结构，允许制冷机冷头与被冷却物体间有一定的自由度可实现机械偏动；柔性连接结构中的柔性无氧铜编制带与热沉之间的连接采用银焊的方式以减少接触热阻，同时各个焊接孔被相互串通并设有一个共同的出气通道，能防止封闭在焊接孔内的气体逐步向真空环境释放出来而影响真空度；冷头与热沉及热沉与被冷物体间附加铟片则能降低连接件间的接触热阻以图减少有效制冷量的损失。
图1(a)是采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器结构示意图；图1(b)是本发明上热沉b-b视图；图1(c)是本发明下热沉c-c视图；图2是本发明真空夹套采用不锈钢波纹管的连接结构示意图；图3是本发明真空夹套采用不锈钢折叠套管的连接结构示意图。
具体实施例方式
本发明为了实现低热漏的目的，在真空夹套方面采用了三种方案，即薄壁不锈钢管、波纹管和折叠套管。薄壁管方案(图1-3a)是通过薄壁管来增加导热热阻，而波纹管(图2-3b)和折叠套管(图3-3c)的共同点在于通过增长导热路径来实现减少轴向热漏的目的。后两种方案更加适用于制冷温度比较低的场合，因为此时减少热漏、有效利用制冷机的冷量是系统中需要重点解决的问题。与此同时，由于冷头与热沉及热沉与被冷物体间的接触热阻会导致连接件间温差的增大和有效制冷量的损失，采用附加软金属铟片可以减少热阻。
低温制冷机的冷头同被冷却物体间的热连接不是直接采用硬连接方式，而是采用柔性连接结构，即制冷机冷头通过铟片把冷量传递到上热沉，然后，通过高热导率的柔性无氧铜编制带把冷量传递到下热沉，最后再通过附加铟片的螺栓结构连接到被冷物体。这种软连接结构，允许制冷机冷头与被冷却物体间有一定的自由度可实现机械偏动。
柔性连接结构中的柔性无氧铜编制带与热沉之间的连接采用银焊的方式以减少接触热阻。为了防止封闭在焊接孔内的气体逐步向真空环境释放出来，各个焊接孔被相互串通，并通过一个共同的出口通道以释放孔内的气体。
低温制冷机与被冷物体间的低热漏柔性连接方案整体上由低温制冷机1、制冷机固定套壳结构2、真空夹套3、上热沉4、下热沉6、柔性热连接结构5和被冷却物体7等部分组成。
首先低温制冷机1需要被安装到整个系统上去，由于被冷物体7通常是被置于恒温器内的真空环境中13，为了便于制冷机的安装和拆卸维修，低温制冷机部分1采用了一由真空夹套3构成的独立真空空间14，先把真空夹套3固定到装备被冷却物体的真空环境13恒温器的外壁15上，然后将低温制冷机1固定到真空夹套3中，通过O型圈18实现夹套内的真空密封。
为了消除由制冷机运转带来的振动对系统的影响，真空夹套3与恒温器外壁15的连接部分采用了波纹管16-螺栓结构17固定。真空夹套3的套管，可采用三种形式薄壁不锈钢直管3a、不锈钢波纹管3b和不锈钢折叠管3c等。后两者是通过增大导热途径的热阻来减少热传导损失。后两种方案在结构上更加适用于制冷温度比较低的场合，因为此时的热漏问题是系统中需要重点克服的问题。此外，在采用波纹管3b形式时为了防止刚度不够而带来结构稳定性问题，不锈钢波纹管3b本身的管壁厚度应该不小于薄壁不锈钢直管3a的管壁厚度。
制冷机的冷头9对被冷却物体7的冷却是通过上热沉4、下热沉6来实现的，之间附加软金属铟片8来减少接触热阻，降低传热温差。考虑到连接系统的热胀冷缩以及提高与被冷却物体7的连接柔性(包括形状和位置等)，低温制冷机1-热沉4、下热沉6-被冷却物体7之间采用柔性连接结构5，并通过9根(其中8根沿圆周均布、中心1根)柔性无氧铜编制带10连接，其分布方式见图1(b)和图1(c)。柔性无氧铜编制带10与上热沉4、下热沉6之间采用银焊的方式。为了防止被封闭在焊接孔内的气体逐步向真空环境释放出来，影响周围的真空环境，各个焊接孔被相互串通，并通过一个共同的出口通道12以释放孔内的气体。热沉6同被冷物体7间的连接采用螺栓固定，两者之间也夹有软金属铟片11。
权利要求
1.一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器，其特征在于它具有制冷机固定法兰(2)，制冷机固定法兰(2)外侧与恒温器上端的外壁(15)采用螺栓结构(17)固定，制冷机固定法兰(2)内侧与恒温器上端的外壁(15)采用波纹管(16)焊接固定，恒温器内，制冷机固定法兰(2)下依次设有真空夹套(3)、上热沉(4)、柔性热连接结构(5)、下热沉(6)。
2.根据权利要求1所述的一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器，其特征在于所说的真空夹套(3)采用不锈钢波纹管(3b)。
3.根据权利要求1所述的一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器，其特征在于所说的真空夹套(3)采用不锈钢折叠管(3c)。
4.根据权利要求1所述的一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器，其特征在于所说的柔性热连接结构(5)采用柔性无氧铜编制带(10)。
5.根据权利要求1所述的一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器，其特征在于所说的上热沉(4)和下热沉(6)设有出气通道(12)。
6.根据权利要求1所述的一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器，其特征在于所说的上热沉(4)内侧设有软金属铟片(8)。
7.根据权利要求1所述的一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器，其特征在于所说的下热沉(6)下端设有软金属铟片(11)。
全文摘要
本发明公开了一种采用低热漏柔性连接结构的高真空低温恒温器。它具有制冷机固定法兰，制冷机固定法兰外侧与恒温器上端的外壁采用螺栓结构固定，制冷机固定法兰内侧与恒温器上端的外壁采用波纹管焊接固定，恒温器内，制冷机固定法兰下依次设有真空夹套、上热沉、柔性热连接结构、下热沉。本发明的优点真空夹套采用薄壁不锈钢管、波纹管或折叠套管等型式，具有低热漏的特点；固定结构中的不锈钢波纹管能够消除由于低温制冷机的运行带来的机械振动；柔性连接结构允许制冷机冷头与被冷却物体间有一定的机械偏动；冷头与热沉及热沉与被冷物体间附加铟片则能降低连接件间的接触热阻以图减少有效制冷量的损失。
文档编号F25B1/00GK1587886SQ20041005360
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月5日 优先权日2004年8月5日
发明者陈国邦, 金滔 申请人:浙江大学