[發(fā)明專利]一種采用閉循環(huán)制冷機(jī)的低振動(dòng)降溫裝置

有效

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• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109654786B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中科艾科米（北京）科技有限公司
• 主分類號: F25D3/10
• 分類號: F25D3/10;F25D23/00
• 代理公司: 北京君泊知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠(yuǎn)

本發(fā)明公開了一種采用閉循環(huán)制冷機(jī)的低振動(dòng)降溫裝置，該裝置包括：制冷機(jī)制冷系統(tǒng)、波紋管隔振系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；制冷機(jī)制冷系統(tǒng)包括金屬套筒、制冷機(jī)冷頭、制冷機(jī)壓縮機(jī)和氦氣熱交換系統(tǒng)，制冷機(jī)冷頭下端設(shè)置導(dǎo)流裝置，制冷機(jī)冷頭和金屬套筒之間設(shè)置防對流填充物，波紋管隔振系統(tǒng)采用多級波紋管隔振，真空系統(tǒng)為系統(tǒng)建立超高真空環(huán)境。本發(fā)明的有益效果為：通過使用閉循環(huán)制冷機(jī)對氦氣液化，實(shí)現(xiàn)更低的溫度；制冷機(jī)冷頭最低端的導(dǎo)流裝置，避免液氦滴下產(chǎn)生的振動(dòng)；制冷機(jī)冷頭與金屬套筒間的防對流填充物，防止由于氦氣對流而產(chǎn)生的振動(dòng)；采用多級波紋管的設(shè)計(jì)，最大程度隔絕制冷機(jī)在工作中產(chǎn)生的振動(dòng)，從而為對振動(dòng)非常敏感并要求低溫的設(shè)備降溫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低溫制冷設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種采用閉循環(huán)制冷機(jī)的低振動(dòng)降溫裝置。

背景技術(shù)

低溫降溫裝置主要分為兩種：第一種采用制冷劑制冷，即將液氦存儲到容器里面，或者將液氦通過管道持續(xù)輸送到需降溫部位；第二種采用閉循環(huán)制冷機(jī)制冷，制冷機(jī)主要包括吉福特-麥克馬洪循環(huán)制冷機(jī)、脈管制冷機(jī)、斯特林循環(huán)制冷機(jī)以及基于上述制冷機(jī)原理的改良機(jī)型。這些原制冷機(jī)機(jī)型在運(yùn)行中存在振動(dòng)問題，限制了它們的使用。為了將這些機(jī)型應(yīng)用在對振動(dòng)要求極其嚴(yán)格的工作環(huán)境中，部分單位和公司做了研究，諸如復(fù)旦大學(xué)的“一種機(jī)械振動(dòng)隔絕的無液氦消耗極低溫制冷系統(tǒng)”(公告號：CN 105571190 A)、“一種利用閉循環(huán)制冷機(jī)致冷的低溫掃描隧道顯微鏡”(公告號：CN 103901232 B)，紹興匡泰儀器設(shè)備有限公司的“一種無液氦低溫掃描隧道顯微鏡”(公告號：CN 104714053B)，美國RHK公司的PanScan Freedom商業(yè)化無液氦消耗的SPM系統(tǒng)和德國SIGMA公司的INFINITY閉循環(huán)SPM系統(tǒng)等。

采用制冷劑制冷的低溫降溫裝置需要直接消耗液氦，而氦資源屬于不可再生資源、稀缺資源，在中國尤為稀缺；近年來隨著液氦的消耗，液氦價(jià)格越來越昂貴。采用制冷機(jī)制冷的低振動(dòng)設(shè)備只是單純地使用氦氣作為熱交換氣體，這樣只能使溫度降到10K左右，并且作為熱交換氣體的氦氣在設(shè)備內(nèi)存在對流情況，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響減振效果。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于利用閉循環(huán)制冷機(jī)搭建一套無液氦消耗、低振動(dòng)的降溫裝置，在不消耗液氦的情況下將溫度降至4.2K，并且特殊的設(shè)計(jì)隔絕了制冷機(jī)工作中產(chǎn)生的振動(dòng)，適合應(yīng)用到對振動(dòng)非常敏感并要求低溫的設(shè)備上。

本發(fā)明提供了一種采用閉循環(huán)制冷機(jī)的低振動(dòng)降溫裝置，包括制冷機(jī)制冷系統(tǒng)，其包括：金屬套筒、下端置于所述金屬套筒內(nèi)部的制冷機(jī)冷頭、位于所述金屬套筒底部外側(cè)的溫度監(jiān)測裝置、與所述制冷機(jī)冷頭的上端連接的制冷機(jī)壓縮機(jī)和氦氣熱交換系統(tǒng)，所述制冷機(jī)冷頭下端設(shè)置導(dǎo)流裝置，所述制冷機(jī)冷頭和所述金屬套筒之間設(shè)置防對流填充物，所述金屬套筒底部空間存儲液氦(即液化的氦氣)，且所述導(dǎo)流裝置伸入液氦內(nèi)；

波紋管隔振系統(tǒng)，其為多級波紋管，包括：依次首尾級聯(lián)的多級波紋管和分別固定每一級波紋管的波紋管隔振架，所述波紋管隔振架的上端與每一級波紋管的上端連接，所述多級波紋管的最下端一級波紋管的下端與所述金屬套筒上端連接，所述多級波紋管的最上端一級波紋管的上端與所述制冷機(jī)冷頭上端的密封擋板連接；

真空系統(tǒng)，其包括：真空腔體外殼和真空泵組，所述真空腔體外殼套在所述金屬套筒外側(cè)，所述真空泵組使得所述真空腔體外殼與所述金屬套筒之間形成的密封空間為真空腔體。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述波紋管隔振系統(tǒng)為二級波紋管，包括：從下至上級聯(lián)的第一級波紋管和第二級波紋管、固定所述第一級波紋管的第一級波紋管隔振架以及固定所述第二級波紋管的第二級波紋管隔振架，所述第一級波紋管的下端與所述金屬套筒上端連接，所述第一級波紋管的上端與所述第二級波紋管的下端連接，所述第二級波紋管的上端與所述制冷機(jī)冷頭上端的密封擋板連接。