[實(shí)用新型]一種低溫絕熱支撐裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420465839.8
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN204026050U
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓瑞雄;李少鵬;葛銳;邊琳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院高能物理研究所
• 主分類號: F16M11/00
• 分類號: F16M11/00
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 司立彬

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于一種低溫絕熱支撐裝置，具體應(yīng)用于低溫真空系統(tǒng)中，對低溫部件進(jìn)行支持的絕熱支撐裝置。

背景技術(shù)

低溫環(huán)境下工作的器件，必須支撐在真空低溫恒溫器中，所要用到的支撐裝置就必然導(dǎo)致有一定的漏熱，2K低溫系統(tǒng)對設(shè)備漏熱要求極其嚴(yán)格。熱量從真空恒溫器的室溫端經(jīng)過支撐裝置傳到低溫區(qū)域，在導(dǎo)熱過程中，單位時(shí)間通過導(dǎo)熱截面的導(dǎo)熱量正比于該導(dǎo)熱截面方向上的溫度變化率和截面面積。

為了減小漏熱，設(shè)計(jì)一種保證力學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，最大限度的減小漏熱。對于低溫絕熱支撐裝置通常考慮以下因素：(1)保證在真空環(huán)境中有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；(2)在室溫端與低溫端有合理的接觸面積、導(dǎo)熱截面以及導(dǎo)熱長度。綜上所述，設(shè)計(jì)低溫絕熱支撐裝置裝置有一定的難度。

目前技術(shù)中，低溫絕熱支撐要么采用玻璃纖維結(jié)構(gòu)，要么采用環(huán)氧樹脂膠與不銹鋼的澆注結(jié)合的形式，機(jī)械性能與絕熱性能都有待提高。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型目的是要提出一種低溫絕熱支撐裝置，用于真空恒溫器內(nèi)對低溫器件進(jìn)行支撐，該裝置有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和力學(xué)穩(wěn)定性、較小的漏熱損失。本實(shí)用新型通過研究將金屬材質(zhì)與玻璃纖維材質(zhì)的部件組合在一起，并且采用了諸多新的設(shè)計(jì)，既提高了機(jī)械性能、絕熱性能，也能確保其他設(shè)備與之裝配的精度。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種低溫絕熱支撐裝置，其特征在于包括一玻璃纖維薄壁圓筒，所述玻璃纖維薄壁圓筒從上到下間隔的設(shè)有多組圓環(huán)和圓盤，每組圓環(huán)和圓盤均與所述玻璃纖維薄壁圓筒過盈配合，其中上下兩組圓環(huán)和圓盤均為不銹鋼材料，中間每組圓環(huán)和圓盤為硬鋁材料且硬鋁圓環(huán)用來固定冷屏；每一圓環(huán)和圓盤構(gòu)成一溫區(qū)且從上到下溫度依次升高。

進(jìn)一步的，所述冷屏為多層絕熱圓盤；所述冷屏通過螺栓與所述硬鋁圓環(huán)連接。

進(jìn)一步的，所述玻璃纖維薄壁圓筒從上到下間隔的設(shè)有四組圓環(huán)和圓盤；其中，最上端的第一組圓環(huán)和圓盤的溫度為2K，第二組圓環(huán)和圓盤的溫度為5K，第三組圓環(huán)和圓盤的溫度為80K，第四組圓環(huán)和圓盤的溫度為300K。

進(jìn)一步的，所述玻璃纖維薄壁圓筒為直徑150mm、厚度2mm的薄壁圓筒；所述過盈配合的過盈量為0.12mm。

進(jìn)一步的，所述第二組圓環(huán)和圓盤中的圓盤底面連接的冷屏溫度為5K；所述第三組圓環(huán)和圓盤中的圓環(huán)連接的冷屏溫度為80K。

進(jìn)一步的，位于相鄰兩組硬鋁圓盤之間的所述玻璃纖維薄壁圓筒側(cè)壁上設(shè)有多層絕熱薄膜。

本實(shí)用新型通過采用玻璃纖維薄壁圓筒與不銹鋼圓盤、圓環(huán)的過盈配合，來提高其機(jī)械性能，過盈量過大無法進(jìn)行裝配，過盈量過小承受的拉、壓力較小，所以合理的選擇最佳過盈量，此模型選擇0.12mm的過盈量。中間兩層是用來承受冷屏的重量，由于冷屏重量較小，為裝配方便，中間兩層選用熱膨脹系數(shù)大而且導(dǎo)熱系數(shù)較大的的硬鋁材料，兩層冷屏起到5K、80K熱截止的作用，優(yōu)化溫度梯度，并在各層之間包扎有多層絕熱薄膜的結(jié)構(gòu)形式，能夠使絕熱性能有很大的改善。

本實(shí)用新型的低溫絕熱支撐裝置，包括玻璃纖維薄壁圓筒，四層不同溫區(qū)的圓盤與圓環(huán)。其中四層圓盤與圓環(huán)的溫度由上到下分別為2K、5K、80K、300K，上下兩層的圓盤與圓環(huán)的材料為不銹鋼，而且與玻璃纖維薄壁圓筒實(shí)現(xiàn)過盈配合，用于承受較大的拉伸力與壓縮力。中間兩層的圓盤與圓環(huán)的材料為硬鋁，同樣與玻璃纖維薄壁圓筒實(shí)現(xiàn)過盈配合，用于支撐5K、80K冷屏，同時(shí)其起到熱截止作用來優(yōu)化薄壁圓筒軸向的溫度梯度，同時(shí)也對玻璃纖維薄壁圓筒起到加強(qiáng)的作用。為了減少層與層之間的輻射換熱，在各層之間包扎有多層絕熱薄膜，來減小對中心低溫區(qū)域2K的熱負(fù)荷

上述的絕熱支撐中，用于連接四層圓盤與圓環(huán)的圓筒壁厚較小，減小熱傳導(dǎo)截面，材料為玻璃纖維，其剛度、強(qiáng)度較好，放氣率和熱導(dǎo)熱率較低。在導(dǎo)熱過程中，單位時(shí)間通過導(dǎo)熱截面的導(dǎo)熱量正比于該導(dǎo)熱截面方向上的溫度變化率和截面面積，所以選用導(dǎo)熱系數(shù)低的支持件材料，減小導(dǎo)熱截面積，并增設(shè)冷屏，來優(yōu)化導(dǎo)熱方向上的溫度梯度，降低導(dǎo)熱方向上的溫度變化率，同時(shí)在各層之間包扎有多層絕熱薄膜的結(jié)構(gòu)形式從而達(dá)到減小絕熱支撐裝置的導(dǎo)熱損失的目的。

上述的絕熱支撐中，四層圓盤與圓環(huán)的溫度由上到下分別為2K、5K、80K、300K，上下兩層的圓盤與圓環(huán)的材料為不銹鋼，中間兩層為硬鋁，而且與玻璃纖維薄壁圓筒實(shí)現(xiàn)過盈配合，過盈配合在接觸面產(chǎn)生正壓力，在軸向上有摩擦力可以承受軸向的拉力與壓力，同時(shí)金屬部件可以保證與其他零部件的配合精度，且起到熱截止作用來優(yōu)化薄壁圓筒軸向的溫度梯度。