CN101206158A - 对在热严酷环境下试验物品的试验机供应热媒介的系统 - Google Patents

Abstract

对用于试验电子装置和机械部件等物品以查看其可如何耐受热严酷环境的试验机供应热媒介的系统，该热严酷环境由与试验机连通的供应部所供应的热媒介产生，其中在进入的媒介和排出的媒介之间实现热交换，以便获得冷或热的剩余焓并用于后续使用。

Description

对在热严酷环境下试验物品的试验机供应热媒介的系统

技术领域

本发明涉及对用于试验机械部件或电子装置以查看其可如何耐受热严酷环境的试验机供应热媒介的系统，其中通过使用热介质或热媒介从中获取冷或热焓(heat content)而产生该热严酷环境在下文中将热媒介称作“媒介”。

背景技术

在机械部件和电子装置中，手机和个人电脑具有在热严酷环境下使用的可能。这要求对其集成电路等机械和电子组成部件应预先检查，以查看其在预期的严酷环境下是否能正常运行。对于该用途的试验机，在日本专利早期公开申请第2005-45039号和第H10-288646号中公开了一些方案，设计成将晶片等试验物品暴露于高温或低温中。

这些已知的试验机各自具有热调节器，例如具有托盘且可能具有电加热器的恒温器。晶片等试验物品被置于托盘上。另外，试验机包括具有所需温度的热媒介或冷媒介流过以使托盘顶面保持在所需温度的腔室；例如，当托盘的表面需保持在低温时，使具有相应低温的媒介流经该腔室。

恒温器通过控制电加热器或使具有相应温度的媒介流入腔室中而将托盘保持在所需温度；例如，为了冷却托盘，使冷媒介流入腔室中。

近年来，产业界要求更严格的试验标准以及在更短时间内试验更大量物品的更大托盘。为了满足这些要求，媒介供应系统有变大的倾向。因此，需要大的热调节器用于提供所需温度的媒介至试验机的腔室因此，发明人设计了独立于热调节器的试验机。

更具体地，如果试验需要冷的大气环境，则在媒介供应部产生具有所需低温的冷媒介，并通过进入管供应至试验部以便在试验部进行试验。使用后的仍具温度的媒介从试验部经排出管排出，并收集于媒介供应部。

确定的是试验供应装置与常规供应机相比具有更大的冷却能力，从而确保低温，使得媒介供应部中的热调节器被有效冷却至所需温度。然而，发明人认识到冷却的媒介在经过进入管时不理想地从大气中吸收热量且变热。这削弱了冷却效率增加的优点。

更具体地，试验物品所需的媒介必须具有等于或低于-90℃的温度，但是在经过进入管时，由于冷媒介和大气间的巨大温差，冷媒介不可避免地从大气中获得热量。发明人发现热调节器的温度调节范围有限。

为了补偿能量损失，冷却装置必须具有足够的能力，因此必须使用大的电功率。

因此，本发明要解决上述问题，且提供将冷媒介在低温下供应至试验机的热调节器的媒介供应系统。

发明内容

根据实施本发明的第一方式，对试验机供应热媒介的系统包括，进行试验的试验部；通过并经由进入流路和排出流路与试验部连通的热媒介供应部；位于试验部内以产生并保持其中所需温度的热调节器；可运行于循环系统中的冷却装置，具有对经由进入流路进入试验部的媒介调节温度的第一热交换器；以及与进入流路邻接布置的辅助进入流路，以实现流经辅助进入流路的冷却剂和经由进入流路进入的媒介之间的热交换。

在第一方式中，辅助进入流路与进入流路邻接布置以实现流经辅助进入流路的冷却剂和经由进入流路进入的媒介之间的热交换。

根据第二方式，第一热交换器的一次侧用于流通冷却剂，而二次侧用于流通进入试验部中的热调节器的媒介，且还包括从第一热交换器的一次侧延伸的旁路，该旁路与辅助进入流路连通。

在第二方式中，第一热交换器的旁路与辅助进入流路连接，从而确保流经辅助进入流路的冷却剂可具有与流经第一热交换器的冷却剂相同的温度。因此，使流经进入流路的媒介能够以相同的温度到达热调节器。

根据第三方式，第一热交换器与辅助进入流路串联连接。

根据第四方式，来自热调节器的排出流路和辅助排出流路相互邻接布置，使得从大气流入的媒介或从热调节器流出的媒介被引入辅助排出流路，然后再进入热交换器(A)。

第四方式确保从自热调节器流出的媒介中获取冷量。

另外，第四方式允许从热调节器流出的冷媒介流经排出流路，使得流经辅助排出流路的流入的媒介得以冷却。冷却后的媒介再通过第一热交换器冷却。

根据第五方式，设置有集热热交换器，以实现经排出流路流出的媒介与从大气流入的媒介之间的热交换。

第五方式中增加的集热热交换器促进从自热调节器流出的媒介中获取冷量，从而提高整体热效率。

根据第六方式，冷却装置具有压缩机和用于从媒介中获取冷量的第二热交换器，从而实现从热调节器流出的媒介与来自压缩机的冷却剂之间的热交换。

第六方式确保冷却剂由经过排出流路的冷媒介冷凝。因而显著提高了总的热效率。

根据第七方式，进入流路和辅助进入流路的组合以及排出流路和辅助排出流路的组合各自具有包括中心管和覆盖中心管的至少一部分的外管的多层结构。

根据第八方式，进入流路和辅助进入流路的组合以及排出流路和辅助排出流路的组合的其中之一具有包括中心管和覆盖中心管的至少一部分的外管的多层结构。

第七和第八方式的双层结构确保进入流路和辅助进入流路可大面积重叠，从而增加热交换效率。

根据第九方式，中心管具有允许媒介流入和流出的插入管，插入管在中心管深处开口。

第九方式确保冷却剂在插入管内停留更长时间，这有助于增加流经流路的媒介间的热交换。

根据第十方式，中心管包括位于其远端附近的端口，媒介或冷却剂经由该端口进入或排出，且插入管插入该端口附近。

根据第十一方式，热媒介是停留在其中的气体，且热调节器包括接收气态媒介的腔室。

第十一方式确保气态媒介可容易地充满腔室且内部温度可在较宽范围内进行调整。

上述实施方式确保冷媒介可供应至热调节器。因此，可在宽范围内控制温度。

附图说明

图1是示出根据本发明的媒介供应系统的透视图；

图2是示出图1中所示的管路系统的示意图；

图3是具体详细地示出图2中所示的管路系统中的进入流路的示意图；

图4是图3中所示的进入流路的剖视图；

图5是图1中所示的管路系统中的排出流路的剖视图；

图6(A)是示出变形的进入流路的局部剖视透视图；

图6(B)是示出变形的排出流路的局部剖视透视图；以及

图7是示出图1中的本发明的另一实施例中的管路系统的示意图。

具体实施方式

概述

在以下说明中，将上述用于调节热媒介温度的第一热交换器称为“热交换器(A)”，相似地，将用于从冷却剂获取冷量的第二热交换器称为“热交换器(B)”。

参照图1，所示试验机1包括试验部3和媒介供应部5，其中媒介是可从中获取冷或热的热能的物质。试验部3包括热板或托盘2。图2中示出管路系统，其中框(A)示出了位于试验部3内的部分管路系统，而框(B)示出了位于媒介供应部5内的部分管路系统。两个部分3和5通过进入管7和排出管8相互连通，其中管的横截面可为圆柱形或矩形。

碟形托盘2在其加热或冷却状态下可用作卡盘，并接收置于其顶面10上的试验物品托盘2的表面保持于冷或热的所需温度，托盘2具有电加热器(未示出)，和可充有循环冷空气以保持托盘2处于所需低温的腔室11。另外，托盘2具有真空装置(未示出)，用于在吸力下将试验物品保持于顶面10上。

如图1中所示，托盘2容纳于与媒介供应部5分离的壳体12内，并置于工作台15上。工作台15可通过电动机(未示出)沿X和Y方向移动壳体12内装有管路16和17，通过其腔室11与壳体12外部的大气连通。

壳体12具有空气进入口18，其远端部分分支为两个端部，一个端部经电磁阀19连接于排出管8的进气口78，而另一端部经电磁阀13开口在大气中。

空气进入口18通过减压阀(未示出)连接于干燥空气源29(如压缩机)，并开口在大气中。

两个冷却循环

媒介供应部5包括用于冷却引入其中的空气的冷却装置。冷却装置运行于循环冷却系统中；在所说明的实施例中为两个冷却循环；第一循环包括第一压缩机20、第一冷凝器21、流量调节器22、第一膨胀阀23以及热交换器(B)25的一次侧，第二循环包括第二压缩机30、第二冷凝器31、热交换器(B)25的二次侧第二膨胀阀33以及热交换器(A)35，其中如上所述，热交换器(A)35用于调节热媒介的温度，而热交换器(B)25用于冷却冷却剂。

这两个循环一般接收氟碳化合物或容易相变并实现冷却循环的任何其它媒介。更具体地，在第一循环中，媒介被第一压缩机20压缩并在风扇(未示出)的协助下由冷凝器21冷凝。之后，被冷却的媒介流经第一膨胀阀23并在热交换器(B)25的一次侧气化以吸收热量，然后以气态形式返回至第一压缩机20。

在第二循环中，媒介被第二压缩机30压缩，并在风扇的协助下由第二冷凝器31冷凝，从而获得冷媒介。然后，冷媒介进入热交换器(B)25的二次侧，并在第一循环的作用下进一步冷却成为液体。流经第二循环的媒介通过第二膨胀阀33，并在热交换器(A)35的一次侧液化以使媒介失去更多热量。汽化的媒介返回至压缩机30。

作为优选实施例，在媒介供应部5内设置有用于冷却媒介的辅助热交换器(B)41和用于收集冷量的热交换器43。辅助热交换器(B)41的二次侧流路与第一冷凝器21的流路的中部串联连接。

进入管7的结构和运行

在图3中，进入管7具有包括中心管50、外管51和伸入中心管50的插入管52的三层结构。

中心管50具有头部(未标注)和底部53，且其大部分位于外管51内而底部53伸出外管51，并设有冷却剂排出口55。中心管50的外径小于外管51的内径以在二者之间产生环形空间，该空间用作进入流路73。

插入中心管50的底部53的管路52在中心管50的头部附近开口。插入管52的外径小于中心管50的内径以在二者之间产生环形空间，该空间用作辅助进入流路72这样，辅助进入流路72与进入流路73邻接布置以便在二者之间容易地进行热交换外管51近端具有空气进入口56，远端具有空气排出口57。

更具体地，在图4中，进入管7由外管51组成，具有第一接头58、T形构件59、挠性管60、短管61和第二接头62，所有部件均相继连接，形成中部粗两端细的形状，且整体可挠曲。

中心管50包括相继连接的短管64T形构件65另一短管66以及封闭塑料管67。中心管50的外径小于外管51的内径以形成用作进入流路73的空间。

短管66的大部分位于外管51内。短管66液密密封在接头58上。

插入管52包括短管70以及连接于短管70的弹性细长管71短管70与中心管50的短管66部分重叠，且细长管71延伸至中心管50的头部附近。插入管52整个长度上的外径小于中心管50的内径，以便在二者之间产生辅助进入流路72。插入管52与中心管50的短管64焊接在一起以确保气密连接进入管7覆盖有绝热材料(未示出)。

排出管8的结构和运行

如图5中所示，排出管8具有包括中心管75和外管76的双层结构外管76包括相继连接的第一T形管80、挠性管81以及第二T形管82中心管75包括相继连接的第一短管83、挠性管85以及第二短管86中心管75和外管76为弹性的。

中心管75的外径小于外管76的内径以提供辅助排出流路77。中心管75用作排出流路外管76设有空气进入口78和空气排出口79。

如上所述，试验部3和媒介供应部5通过进入管7和排出管8相互连通；即，管7和8各自在试验部3的壳体12和媒介供应部5内开口。

壳体12设有空气进入流路，其具有远端分支的空气进入口18，分支端具有电磁阀19阀19的下游侧连接于空气进入口78，其开口在排出管8的辅助排出流路77中。

排出管8的空气排出口79连接于集热热交换器43的二次侧入口，集热热交换器43的二次侧出口连接于热交换器(A)35的二次侧入口。热交换器(A)35的二次侧出口连接于空气进入口56，这意味着热交换器(A)35的二次侧出口连接于进入流路73。

进入管7的空气排出口57连接于托盘2的腔室11的空气进入口，腔室11的空气排出口经过管路17连接于排出管8内的中心管75的一端更具体地，托盘2的空气排出口连接于排出流路8，从而使得使用后的空气经管路17流入排出管8中。

排出管8内的中心管75的远端连接于集热热交换器43的一次侧入口，其连接于辅助热交换器(B)41的一次侧流路端口，其一次侧出口开放于大气中。

二次侧冷却循环的一部分分支，且分支部分分别连接于进入管7的冷却剂入口和冷却剂出口55。这意味着二次侧冷循环具有通向热交换器(A)35的旁路36，且进入管7的中心管50连接于旁路36。

更具体地，在图2中，二次侧冷循环中的膨胀阀33与热交换器(A)35之间的流路分支，且一条分支流路连接于进入管7的冷却剂入口，其冷却剂出口55连接于热交换器(A)35与第二压缩机30之间的点。因此，中心管50与热交换器(A)35并联设置，从而确保流经中心管50的冷却剂和流经热交换器(A)35的冷却剂温度相同。

试验部3的运行

试验机1可在-65℃至200℃或更高的范围内改变温度。试验机1在低温下运行时特别有利。

更具体地，为了冷却托盘2的顶面10，第一压缩机20和第二压缩机30均投入运行，且从压缩机等干燥空气源29引入干燥空气。两台压缩机20和30开始运行的同时，冷却循环起动，从而使冷的冷却剂流经热交换器(A)35的一次侧并冷却其二次侧。

冷却剂通过绕过热交换器(A)35的旁路36流入辅助进入流路72。旁通的冷却剂从插入管52的端部引入中心管50，插入管52在中心管50的深处开口，从而使冷却剂能够到达其深处。

在此情况下，中心管50的远端封闭，从而使冷却剂流经辅助进入流路72并返回至中心管50的近端显然，冷却剂循环经过整个中心管50，之后从出口55排出。

如上所述，干燥空气从源29引入试验部3之后，通过电磁阀19经空气进入口78进入排出管8，并流经与排出管8保持接触的辅助排出管77。空气经过集热热交换器43的二次侧，之后经过热交换器(A)35的二次侧。

另外，空气进入进入管7的空气进入口56，并流经进入流路73以进入试验部3之后，经管路16进入托盘2的腔室11，并从那里经过排出管8的中心管75。这样，空气流经集热热交换器43的一次侧，并流经辅助热交换器(B)41的一次侧以排入大气。

流经各部分的媒介的变化的温度

媒介(空气)在流路的各段可具有不同温度首先，刚离开源29之后的干燥空气为室温该空气流经辅助排出流路77，以下称为“进气”，且在流动过程中被流经排出管8的中心管75的另一路空气(称为“排气”)冷却。

根据上述说明很明显地，排气的温度比进气的温度低，这意味着排气的温度比室温低。因此，进气通过经排出流路75的壁与排气接触而被夺走热量。这样获得了冷空气。

进气经过辅助排出流路77，之后经过集热热交换器43的二次侧经过排出管路8的进气通过与集热热交换器43内的排气交换热量而被冷却。

更具体地，流经集热热交换器43的一次侧的排气比进气的温度低，从而夺取进气的热量。

经过集热热交换器43的进气进入热交换器(A)35，在那里通过失去热量而被冷却。更具体地，进气流经接收由冷却装置冷却的冷却剂流的热交换器(A)35的二次侧。因此，进气在流经热交换器(A)35的过程中被冷却。

经过热交换器(A)35的二次侧的空气进入进入管7的空气进入口56，且流经进入流路73以进入试验部3。在通过期间，进气由冷却剂冷却。

更具体地，进气流经进入流路73，另一方面，冷却剂流经辅助进入流路72。这些流路72和73相互邻接以确保冷却剂持续从进气中获取热量，从而保持进气处于低温。相反，流经中心管50的冷却剂和流经热交换器(A)35的冷却剂温度相同。因此，进气不容易热变化。

进气进入托盘2的腔室11并冷却托盘2的表面，同时其温度升高。经腔室11排出的空气温度保持低于室温。

经腔室11排出的空气经由管路17通过排出管8的排出流路75，并将其冷量给予进气同时温度升高。通过排出管8的中心管75的空气流经集热热交换器43的一次侧，并将其冷量给予进气同时温度升高。

排气流经辅助热交换器(B)41的一次侧，并有助于冷凝第一冷却循环中的冷却剂。这样，本实施例确保热量吸收发生三次，从而提高热效率。最终排气的温度与室温基本相同，从而使得没有热变化。在常规系统中，经托盘或工作台的腔室排出的空气事实上被排入大气。因此，出口覆盖有露珠。根据本发明，因排气温度保持为室温，所以不会发生这种问题。

上述实施例允许冷却剂流经进入管7的中心管50，并允许进气流经进入流路73，其中冷却剂的温度低于进气(大气)，从而防止冷却剂失冷于大气。可使冷却剂在中心管50内往复运动，从而在其中停留较长时间并提高热交换效率。

另外，流路在中心管50内弯曲，使得其中流动的流体易受较大的压力损失。相反，中心管50外部的进入流路73是直的，使得其中的流体易受较小的压力损失。这是本实施例允许进气流经进入流路73的原因然而，也可允许进气流经中心管50而冷却剂流经进入流路。

同样，可允许排气流经排出管8的中心管75而进气环绕其流动。也可允许进气流经中心管75而排气环绕其流动。原因在于进气温度高于排气温度。

仅为了说明的目的，图3和4示出了进入管7具有进入流路，且流路沿相反方向延伸以构成双流路结构，图5示出了排出管8具有直的流路。然而，本发明不限于此结构，且排出管8可与进入管7相同地构造，其中腔室及其周围必须由外壳等包围，并且还设有在腔室深处开口的管路以实现冷却剂或液体的引入和排出。

本发明的另一实施例

图6示出了本实施例的另一示例，其特征在于提供了具有保持相互接触的进入管92和辅助进入管93的单一进入管91。图6(B)示出了排出管8的变形；即，提供了单一排出管96，其中排出管97和辅助排出流路98相互邻接设置。

在上述实施例中，旁路36连接于进入管7的中心管50，且绕过热交换器(A)35。以下将参照图7说明另一实施例：

在图7中，进入管7的中心管50与热交换器(A)35串联连接在图7中所示的结构中，进入管7的中心管50设置于膨胀阀33的下游，且热交换器(A)35设置于中心管50的下游。然而，热交换器(A)35可设置于中心管50的前面。

冷凝器31与膨胀阀33之间的中点可分支，且一路分支可连接于进入管7的中心管50。此结构的优点在于中心管50的插入管52可用作毛细管。

在本实施例中，采用了具有两个循环系统的冷却装置，且在循环的第二阶段产生的冷却剂被引入进入管7中。然而，也可将循环的第一阶段中产生的冷却剂引入进入管7中。在此情况下，冷却剂趋于具有高于第一实施例中的温度，且有必要使冷却剂流经外部流路。

在上述两个实施例中，媒介为用于引入托盘2的腔室11内的经热调节的空气，但是也可使用氮气等气体代替空气，也可使用液体。

Claims (12)

1.一种对用于试验物品以查看其可如何耐受热严酷环境的装置供应热媒介的系统，具有进行试验的试验部；通过并经由进入流路和排出流路与所述试验部连通的热媒介供应部；位于所述试验部内以便产生并保持其中的所需温度的热调节器，其特征在于，设置有可运行于循环系统中的冷却装置，该冷却装置具有用于冷却经由所述进入流路进入所述试验部的媒介的热交换器(A)；以及与所述进入流路邻接布置的辅助进入流路，以便实现流经所述辅助进入流路的冷却剂与经由所述进入流路进入的媒介之间的热交换。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述热交换器(A)的一次侧用于流通冷却剂，而二次侧用于流通进入所述试验部中的所述热调节器的媒介，且还包括从所述热交换器(A)的一次侧延伸的旁路，所述旁路与所述辅助进入流路连通。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述热交换器(A)与所述辅助进入流路串联连接。

4.如前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述试验部的所述热调节器包括相互邻接布置的主排出流路和辅助排出流路，以便允许从大气流入的媒介或从所述热调节器流出的媒介进入所述辅助排出流路，然后再流经所述热交换器(A)。

5.如权利要求4所述的系统，还包括集热热交换器，用于实现经由所述排出流路流出的媒介与从大气流入的媒介之间的热交换，从而从所述流出的媒介获取冷量。

6.如权利要求4或5所述的系统，还包括位于所述冷却装置中的压缩机，以及用于实现经由所述排出流路流出的媒介与已离开所述压缩机的冷却剂之间的热交换的辅助热交换器(B)。

7.如前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述进入流路和所述辅助进入流路的组合以及所述排出流路和所述辅助排出流路的组合各自具有包括中心管和覆盖所述中心管的至少一部分的外管的多层结构。

8.如权利要求1至6中的任一项所述的系统，其中所述进入流路和所述辅助进入流路的组合以及所述排出流路和所述辅助排出流路的组合的其中之一具有包括中心管和覆盖所述中心管的至少一部分的外管的多层结构。

9.如权利要求7或8所述的系统，其中所述中心管包括允许媒介流入和流出的插入管，所述插入管在所述中心管的深处开口。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述中心管包括位于其远端附近的端口，媒介或冷却剂经由所述端口进入或排出，且所述插入管插入所述端口附近。

11.如前述权利要求中的任一项所述的系统，其中所述媒介为气态，且所述热调节器包括容纳所述气态媒介的腔室。

12.如前述权利要求中的任一项所述的系统，其中从所述试验部的所述热调节器流出的媒介用作流入媒介的冷却剂。

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