一種真空低溫恒溫器制造技術

本發明專利技術提供一種真空低溫恒溫器，包括：維持真空的真空腔；懸設在真空腔內部的用于盛裝第一致冷劑的第一腔(4)，其連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第一導管(2)，第一腔(4)下方為冷卻區域；懸設在真空腔內部并圍繞第一腔(4)設置的用于盛裝第二致冷劑的第二腔(5)，第二致冷劑在標準大氣壓下的沸點高于第一致冷劑，第二腔(5)連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第二導管(3)，第二腔(5)能夠給第一腔(4)提供外部降溫。其中，第二腔(5)與第一腔(4)由真空隔開。本發明專利技術具有對沸點低的致冷劑的消耗低，震動小的特點。

【技術實現步驟摘要】
一種真空低溫恒溫器
本專利技術涉及低溫技術加工領域，特別涉及一種真空低溫恒溫器。
技術介紹
在科學研究(如表面物理、超導物理)和醫學檢驗(如磁共振成像MRI)中，真空環境和低溫環境都是必不可少的。維持低溫環境需要使用低溫恒溫器。低溫恒溫器通常使用液氮和/或液氦作為冷卻介質，而工作方式主要有兩種，即連續流動低溫恒溫器和杜瓦式低溫恒溫器。杜瓦是指容器壁中具有真空夾層的容器。連續流動低溫恒溫器一般通過液氦連續流過需要降溫的部件，達到降溫的效果。在這種方式下，儲存冷卻介質的部位和需要降溫的部位可以分開，這樣需降溫的部位可做到很小，便于安排。但一般而言，連續流動低溫恒溫器的結構較為復雜，消耗液氦也較快。杜瓦式低溫恒溫器則是直接將液氮和液氦儲存在需降溫部位的上方，它消耗液氦較少，結構也比較簡單，缺點是杜瓦體積較大，會對整個實驗系統的設計帶來更多的限制。國內很多低溫恒溫器都是采購自英國Oxford Instruments公司和美國JANIS公司。低溫恒溫器的目的就是讓降溫目標(如科學實驗樣品、醫學設備的超導線圈等)在合適的低溫下維持盡量長的時間，同時冷卻介質如液氦和液氮的消耗要盡可能的小。液氦消耗的過程就是液氦全部以氦氣的形式脫離系統的過程，即液氦的蒸發過程。要達到減少液氦消耗的目的就要盡量減少降溫目標和外界環境的熱量交換。熱交換有三種途徑熱傳導、熱對流和熱輻射。低溫恒溫器需要工作在真空環境內，所以基本隔絕了空氣的熱對流，需要加以考慮的只有熱傳導和熱輻射。一般的講降低熱傳導是通過選用低導熱率的材料和降低傳熱面積來實現的。另外，熱源的熱輻射分別和它的熱力學溫度四次方、材料發射率以及表面積成正比。相比液氮，液氦的價格昂貴。很多現有技術中的低溫恒溫器的設計都是以盡量減少液氦消耗為目的。在現有技術中，例如中國專利技術專利CN101487652B公開的超靜液氦恒溫器，其屬于一種杜瓦式低溫恒溫器，采用液氦內膽作為冷卻工作部，并通過圍繞在內膽周圍的液氦冷屏來給液氦內膽的外部降溫，從而減少液氦的消耗。但是這種液氦冷屏在工作過程中仍然會消耗大量的液氦。另一些現有技術，例如中國專利技術專利申請號CN102436898A公開的一種低溫超導磁體的冷卻方法及其系統，其采用密封在真空腔內的液氦儲存腔作為冷卻工作部，并在液氦儲存腔外部設有液氮儲存腔以提供外部降溫。這種裝置的缺點在于液氦儲存腔緊密包裹在液氮儲存腔上，二者只相隔一層腔壁，即在該裝置中，液氦儲存腔的外壁同時也是液氮儲存腔的內壁。這樣一來，溫度較高的液氮(77K)與溫度較低的液氦(4.2K)之間將極易進行熱傳導，從而形成較大規模的熱交換，從而增大了液氦的消耗，不利于節省液氦資源。另外，液氦和液氮在冷卻時會發生沸騰，從而產生震動，并且系統自身也可能會產生震動。這些震動不利于實驗的開展，可能會影響某些實驗數據的準確性，因此人們希望使真空低溫恒溫器工作時的震動盡量減少。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是提供一種真空低溫恒溫器，該真空低溫恒溫器的沸點低的致冷劑消耗更少。為實現上述目的，本專利技術的方案是提供一種真空低溫恒溫器，包括:維持真空的真空腔；懸設在真空腔內部的用于盛裝第一致冷劑的第一腔，第一腔連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第一導管，第一腔下方為冷卻區域；懸設在真空腔內部并圍繞第一腔設置的用于盛裝第二致冷劑的第二腔，第二致冷劑在標準大氣壓下的沸點高于第一致冷齊U，第二腔連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第二導管，第二腔能夠給第一腔提供外部降溫，其中，第二腔與第一腔由真空隔開。由于第二腔與第一腔由真空隔開后，使得第二腔與第一腔之間的熱交換特別是熱傳導大為減少，有利于減少第二致冷劑例如液氮以及第一致冷劑例如液氦的消耗。根據本專利技術的一個方案，真空低溫恒溫器在第一腔與第二腔之間懸設有熱輻射屏蔽罩。另外，根據本專利技術的一個方案，真空低溫恒溫器在第二腔與真空腔的腔壁之間懸設有熱輻射屏蔽罩。通過熱輻射屏蔽罩能夠有效降低外界對第二腔和/或第二腔對第一腔的熱輻射。根據本專利技術的一個方案，真空低溫恒溫器包含三根周向均勻布置的第一導管以及三根周向均勻布置的第二導管。周向的均勻布置能夠為本專利技術的真空低溫恒溫器提供更好的力學性能。根據本專利技術的一個方案，該第一致冷劑為液氦，該第二致冷劑為液氮。根據本專利技術的一個方案，在第二腔直接靠近第一腔的內側腔壁上貼合無氧銅板以形成圍繞第一腔的同溫層。同溫層的設置有利減少第二腔對第一腔的熱輻射，從而降低第一致冷劑的消耗。根據本專利技術的一個方案，真空低溫恒溫器中接觸真空的材料均經過電解拋光處理。這有利于減小材料的表面積，從而降低熱輻射。根據本專利技術的一個方案，第一腔與真空腔通過減震機構相聯結。特別地，減震機構包括:固定連接第一腔的頂法蘭；固定連接第二腔的中間法蘭，該中間法蘭通過波紋管柔性密封連接頂法蘭并通過外套管固定密封連接真空腔；自頂法蘭和中間法蘭周緣的對應位置向外徑向延伸的若干翼板；適于緩沖震動的氣墊腿，該氣墊腿夾設于兩塊位置對應的翼板之間。這有利于降低第一致冷劑和/或第二致冷劑沸騰時的震動、以及外界傳入系統的震動對第一腔的影響，使系統工作時更加穩定。根據本專利技術的一個方案，第一腔在靠近由第一致冷劑蒸發出的氣體的出口處填充有適于吸熱的多孔材料。這有利于增大第一致冷劑氣體例如氦氣的吸熱面積，增加第一致冷劑氣體例如氦氣帶走的熱量從而進一步降低第一致冷劑的消耗。總之，通過采用以上方案，本專利技術的真空低溫恒溫器能夠在提供較好的恒溫效果的同時大大降低第一致冷劑例如液氦的消耗速率，并且還能夠有效緩解震動對第一致冷劑的冷卻結構的影響。【附圖說明】以下，結合附圖來詳細說明本專利技術的實施例，同樣的標記表示相同或類似的構件，其中:圖1為根據本專利技術一實施例的真空低溫恒溫器的剖視圖；圖2為根據本專利技術實施例的真空低溫恒溫器的部分結構立體圖；圖3為根據本專利技術實施例的真空低溫恒溫器的部分結構大致沿圖1中A-A線的位置截取的立體剖視圖。【具體實施方式】本專利技術總體上提供一種真空低溫恒溫器，包括:維持真空的真空腔；懸設在真空腔內部的用于盛裝第一致冷劑的第一腔4，第一腔4連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第一導管2，第一腔4下方為冷卻區域；懸設在真空腔內部并圍繞第一腔4設置的用于盛裝第二致冷劑的第二腔5，第二致冷劑在標準大氣壓下的沸點高于第一致冷劑，第二腔5連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第二導管3，第二腔5能夠給第一腔4提供外部降溫。其中，第二腔5與第一腔4由真空隔開。圖1示出了根據本專利技術一實施例的真空低溫恒溫器的剖視圖。如圖所示，在本實施例中，真空腔由頂法蘭12、波紋管上法蘭16a、波紋管17、波紋管下法蘭16b、中間法蘭10、外套管上法蘭15a、外套管1、外套管下法蘭15b和該真空低溫恒溫器所安裝的真空系統腔體(未示出)包圍而成，它們通過依次相互密封連接來維持內部的真空環境，其中外套管下法蘭15b適于和真空系統腔體上的法蘭(未示出)進行密封連接。可以理解的是，本專利技術的真空腔可以是任意合適形式的適于維持內部真空的腔。如圖所示，在本實施例中，第二腔5呈管狀，或呈底面為環形的柱體，例如由304不銹鋼制成。第二腔5通過一端固定在真空腔上的第二導管3 (見圖2)懸設在真空腔內，并且與包括外套管I在內的真空本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種真空低溫恒溫器，包括：維持真空的真空腔；懸設在該真空腔內部的用于盛裝第一致冷劑的第一腔(4)，該第一腔(4)連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第一導管(2)，該第一腔(4)下方為冷卻區域；懸設在該真空腔內部并圍繞該第一腔(4)設置的用于盛裝第二致冷劑的第二腔(5)，該第二致冷劑在標準大氣壓下的沸點高于該第一致冷劑，該第二腔(5)連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第二導管(3)，該第二腔(5)能夠給該第一腔(4)提供外部降溫，其特征是，該第二腔(5)與該第一腔(4)由真空隔開。

【技術特征摘要】
1.一種真空低溫恒溫器，包括:維持真空的真空腔；懸設在該真空腔內部的用于盛裝第一致冷劑的第一腔(4)，該第一腔(4)連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第一導管(2)，該第一腔(4)下方為冷卻區域；懸設在該真空腔內部并圍繞該第一腔(4)設置的用于盛裝第二致冷劑的第二腔(5)，該第二致冷劑在標準大氣壓下的沸點高于該第一致冷劑，該第二腔(5)連接有至少兩根用于引入和/或排出流體的第二導管(3)，該第二腔(5)能夠給該第一腔(4)提供外部降溫，其特征是，該第二腔(5)與該第一腔(4)由真空隔開。2.根據權利要求1所述的真空低溫恒溫器，其特征是，該真空低溫恒溫器在該第一腔(4)與該第二腔(5)之間懸設有熱輻射屏蔽罩(6)。3.根據權利要求2所述的真空低溫恒溫器，其特征是，該真空低溫恒溫器在該第二腔(5)與該真空腔的腔壁之間懸設有熱輻射屏蔽罩(7)。4.根據權利要求1所述的真空低溫恒溫器，其特征是，該第一致冷劑為液氦，該第二致冷劑為液氮。5.根據權利要求1所述的真空低溫恒溫器，其特征是，該真空低溫恒溫器包含三根周向均勻布置的該第一導管(I)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭曉東，顏世超，謝楠，郭陽，單欣巖，陸興華，
申請(專利權)人：中國科學院物理研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11