一种宽温度变温冷台装置及系统的制作方法

本实用新型涉及控温技术领域，特别涉及一种宽温度变温冷台装置及系统。

背景技术：

通过变温，对样品在不同的温度下的物化特性进行研究，是研究样品性质的重要手段。目前的高温性能研究，主要是通过电热丝加热实现，而低温方法，根据不同的温度段，差别很大，如半导体降温，循环水浴降温，低温液体降温等，这方法的温度使用范围都普遍比较窄，无法满足科研的需求，这些低温方法，低温液体，如液氮，液氩等，往往只能实现液体本身的温度。如果需要变温，成本都十分昂贵，变温范围依然比较窄。

但是，现有技术中，对样品的冷却，如果需要宽范围的变温，往往需要多套低温装置，不但效果不高，而且操作复杂，成本较大。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型中披露了一种宽温度变温冷台装置，本实用新型的技术方案是这样实施的：

一种宽温度变温冷台装置，包括加热装置、传热件以及传热端；所述传热端底部与传热件连接，所述传热件远离传热端的一端在使用时伸入液体容器内；所述传热端位于所述加热装置的加热范围内。

优选地，所述传热端外壁上设有包覆加热装置的保护套。

优选地，所述传热件内设有十字槽，所述十字槽槽口朝向传热件远离传热端一端，所述十字槽向远离十字交叉点方向延伸且部分与外界连通。

优选地，所述传热件内设有非密闭的空腔。

优选地，所述传热件上设有控气管，所述控气管与空腔连通，所述控气管上设有控气阀。

优选地，所述传热件外壁上包覆有保温套。

优选地，所述保温套远离传热端的一端延伸超出传热件的位置。

优选地，所述传热件伸入低温储存容器一端可拆卸地连接有隔热套。

优选地，所述宽温度变温冷台装置还包括用于填充空腔的传导芯。

本实用新型还披露了一种宽温度变温冷台系统，包括上述任意一种宽温度变温冷台装置以及与所述宽温度变温冷台装置配合使用的液体容器，所述液体容器为低温存储容器。

实施本实用新型的有益效果主要有：

1、低温液体进入空腔内，可以与空腔内壁的接触，加快降温过程，有利于实现低温；加热装置工作时，空腔内若有低温液体，低温液体将被气化，而使得空腔内部分地或全部地充满气体，并挤压液体使液体排出空腔，此时传热件与低温液体的接触面积将大幅减小，降低降温速度；降温过程与升温过程相互配合，可以实现较宽的变温范围，操作简便，降低成本。

2、传热件设置空腔，同时设置隔热套，使用时可根据实际需要来选择不同的隔热套，实现灵活控制传热件与低温液体接触的面积，控制温度变化，操作简便。

3、控气管和控气阀的设置，可以改变空腔内的气压，进而控制空腔内低温液体的液面，实现快速降温，另外，通过控制不同的放气速度，进而使传热端能够实现较宽的温度变化范围。

4、在样品需要稳定的低温时，填充于空腔内的传导芯将有利于保持低温的稳定性；传导芯的可拆卸设计使得宽温度变温冷台装置或系统本身使用更为灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例的结构示意图；

图2为实施例中用于体现传热端的结构示意图；

图3为实施例中用于体现另一种传热端的结构示意图；

图4为实施例中用于体现十字空腔的结构示意图；

图5为实施例中用于体现保温套的结构示意图；

图6为实施例中用于体现传导芯的结构示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1-低温存储容器；11-传热件；12-空腔；13-保温套；14-十字槽；2-传热端；3-加热装置；4-隔热套；7-传导芯；8-控气管；81-控气阀；9-保护套。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在一个具体的实施方式中，一种宽温度变温冷台装置，如图1所示，包括加热装置3、传热件11以及传热端2；传热端2底部与传热件11连接，传热件11远离传热端2的一端在使用时伸入低温存储容器内；传热端2位于所述加热装置3的加热范围内。

低温存储容器1用于盛放液体，如水、液氮或者液氦等，本领域技术人员应作广义的理解。上述实施方式中，低温存储容器1采用液氮罐，宽温度变温冷台装置使用时，传热件11伸入液氮罐内，液氮的温度为－196℃左右，可为传热端2上的样品提供较低的温度；当样品在实验过程中需要实时提高温度时，可启动加热装置3，进而实现较宽范围内的温度变化，操作简便，降低成本。

加热装置3的作用之一是将热量传递给传热端2，加热装置3采用现有技术，在此不作特别限制，在本实施例中使用加热丝，同时为了减少热量损失和提高安全性，加热丝外包覆有塑料，加热丝与传热端2外壁紧密贴合，通过加热丝来实现传热端2温度的上升，方便且温度升高速度较快，加热丝紧密贴合缠绕传热端2外壁上，使加热丝工作中的热量迅速传递到传热端2上，减少在温度升高过程中热量的消耗，而且加热丝缠绕在传热端2外壁上可以提高热量传递的均匀性，提高升温速度，加热丝也可以设置在传热件11外壁上，

宽温度变温冷台装置的传热端2还可以连接温度检测装置(图中未画出)，比如温度检测探头等，温度检测装置与传热端2贴合设置，通过温度检测装置可以准确监测传热端2的温度，可以配合加热装置3，进而准确控制传热端2的温度，以适应样品所需温度不同的情况。

在一个优选的实施方式中，如图1所示，传热端2外壁上设有包覆加热装置3的保护套9，用于减少热量直接散发到空气中，保证通过加热装置3可以实现加热端2的温度上升，减少加热装置3产生的热量横向散发到空气中，提高热量的纵向传递效率，进而提高温度控制效果。

传热件11在图1、图2、图4所示的实施例中，是一个圆柱形的金属件，在其他的实施例中，可以是方形的、棱形的金属件，当然，本领域技术人员可以根据实际情况，采用其他的形态和材料来作为传热件11使用。

如图1所示，传热端2与传热件11可以是一体成型的，也可以是可拆卸连接，也可以采用其他的现有技术记载的连接方式；二者可以采用相同材质也可以采用不同材质，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

在一个优选的实施方式中，如图4所示，传热件11内设有十字槽14，十字槽14槽口朝向传热件11远离传热端2一端，十字槽14向远离十字交叉点方向延伸且部分与外界连通，,这样设置可以增大液氮与空腔12内壁的接触面积，增加低温传导速度，缩短降温过程的时间。传热端2在一些情况下可以直接作为样品台(参考图2)，即可将样品直接放在传热端2上；在另一些情况下，可以在传热端2上放置样品台(参考图3)。

在一个优选的实施方式中，如图1所示，传热件11内设有非密闭的空腔12，空腔12延伸出传热件11远离传热端2的一端，传热件11里开设的空腔12同样也可以有多种形态的，图1仅示出了部分的形态(柱状)；其他的一些情况下，空腔12可以是环状的、方形的、球状的……空腔12可以有多个，其截面形状可以是规则的也可以是不规则的。无论如何，空腔12的作用主要在于提供容纳气体或导热部件的空间，以供实验选择。当需要快速冷却样品时，空腔12内可填充满热的良导体，如铜；当需要实现有较宽的变温范围的稳定升温时，可将传热件11深深浸入液氮内，然后启动加热装置3，此时空腔内的液氮受热气化，空腔12内将逐步产生氮气，氮气会部分或绝大部分地占据空腔12，从而减小了传热件11内壁面与液氮的接触面积，可以实现室温到--196度的变温，实现有较宽的变温范围地、稳定地升温，该结构也适合于实现有较宽的变温范围的恒温控制。

在一个优选的实施方式中，如图2所示，传热件12上设有控气管8，控气管8与空腔12连通，控气管8上设有控气阀81，当传热件11伸入液氮罐中时，进入空腔12内的液氮液面较低，可以打开控气阀81进而使空腔12内的气压减小，进而使液氮罐内的液氮挤压进入空腔12内，进而使空腔12内的液氮液面升高，迅速充满空腔12，增大液氮与空腔12内壁的接触面积，进而缩短降温时间，当控气阀81打开较大时，液面上升速度加快，液氮罐内的液氮液面温度可能出现充满空腔12的情况，进而增宽了传热端2能够实现的最高温度和最低温度的变化范围，控气阀81可以手动控制，也可以自动控制，在使用过程可以部分打开，也可以完全打开，可视实际情况设置除此之外，当加热装置3启动后，如果由于温度过高导致液氮气化过多，空腔12内气压过大，可以打开控气阀81，减少安全隐患。

在一个优选的实施方式中，如图2所示，宽温度变温冷台装置还包括用于覆盖加热装置3的保温套13。保温套13的作用之一在于避免加热装置3直接与低温液体或者低温液体气化形成的气体接触；保温套13的作用还包括提供了保温的环境以及避免传热件11的全部或部分的外表面被低温液体或者低温气体所冷却。保温套13全部包裹着传热件11的外表面或者部分地包裹，视乎实际选择。

在一个优选的实施方式中，如图2所示，所述保温套13远离所述传热端2的一端与传热件11对齐，以达到更好的保温效果，减少热量损耗，缩短热量传递过程所需的时间。

在一个优选的实施方式中，如图5所示，所述保温套13远离传热端2的一端延伸超出传热件11的位置，这样的好处在于，在一些情况下，将传热件11置于液氮罐内，启动加热装置3，空腔12内会充满氮气，从而使液氮与传热件11分离，实现更快速的升温以及更精准的控温，减少热量损耗，降低成本。

在一个优选的实施方式中，如图2所示，传热件12伸入低温储存容器1一端可拆卸地连接有隔热套4，隔热套4采用绝热材料制成，在本实施例中，隔热套呈T型，隔热套4T型下端部伸入传热件12内并卡接在传热件12上，当样品台需要升温时，隔热套4可以阻止液氮与传热件12地面接触，减少样品台在升温过程中的热量损耗，缩短样品台升温过程的时间，实现快速地温度变化，隔热套4可以完全包覆传热件12端部，也可以部分包覆传热件12端部。

在一个优选的实施方式中，如图6所示，宽温度变温冷台装置还包括用于填充空腔12的传导芯7，图中只示出了传导芯7的一部分，一些情况下，传导芯7可以完全体填充满空腔12，一些情况下，也可以是部分地填充，视乎实际选择。传导芯7可以是实心的也可以具有空心的结构，在此不作特别限制。

在一个优选的实施方式中，如图6所示，空腔12与所导芯7螺纹连接。传导芯7为实心金属材质，且优选传导芯7的热导率高于传热件11的热导率，传导芯7部分伸入传热件11内并与传热件11内壁螺纹连接，可以增大与液氮的接触面积，加快传热端2温度的降低，同时优选粗螺纹连接，使传导芯7与传热件11之间存在间隙，不是绝对密封，当加热装置3工作时，气体膨胀可以从间隙内溢出，传导芯7的存在也减少了空腔12内的剩余空间，提高了加热速度，

除此之外，传导芯7与传热件11内壁螺纹连接可以调节传导芯7伸入空腔12内的部分，进而控制空腔12内的剩余空间，当需要提高升温速度时，增加传导芯7伸入空腔12内的部分，进而减小空腔12内的剩余空间，使气体空间更小，加快气体升温速度，进而加快传热端2的升温速度，而且在实际操作过程中还可以通过电子设备电控制传导芯7的上下移动。

传导芯7长度优选不大于空腔12的长度，这样有利于提高热量传递速度，可以使空腔12内存在一定的剩余空间，而不是完全被传导芯7填充，在加热过程中可以加快速度，减少需要完全加热传导芯7和传热件11所产生的热量损失，提高性价比。

本实用新型还披露了一种宽温度变温冷台系统，如图1所示，包括上述任意一种宽温度变温冷台装置以及与宽温度变温冷台装置配合使用的液体容器，液体容器为低温存储容器1。“配合使用”的意思是，使用时，宽温度变温冷台装置将与客户低温存储容器1进行连接，使得传热件11部分地或者全部地伸入低温存储容器1内，当然，传热件11可以部分地也可以全部地与低温液体接触。

上述列举的各种实施例，在不矛盾的前提下，可以相互组合实施，本领域技术人员可结合附图和上文对实施例的解释，作为对不同实施例的技术特征进行组合的依据。

需要指出的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。