CN102072380B - 一种绝热支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝热支撑装置，用于低温真空系统内对低温器件进行绝热支撑，包括其上具有多个安装孔的冷板，还包括悬挂链，所述悬挂链一端与所述安装孔连接，另一端与所述低温真空系统的真空室内壁连接，以从空间不同方向将所述冷板悬挂于所述真空室内。本发明通过悬挂链从空间不同方向将冷板固定在真空室内，不仅可以满足悬挂结构的强度要求，能够抵抗各个方向的冲击和振动，结构稳定；并且，相对现有的支撑杆支撑结构而言，可以大大减小热接触面积及热传导路径而增加热阻，很好地实现绝热的目的。

Description

一种绝热支撑装置

技术领域

本发明涉及一种绝热支撑装置，具体地说，是涉及用于低温真空系统内对低温器件进行支撑的绝热支撑装置。

背景技术

需要在低温环境下工作的器件，比如高温超导滤波器，红外阵列等，一般通过机械制冷机、低温液体、半导体制冷器件等获取冷量，实现低温。而这些低温器件必须支撑在真空室内，引入的支撑装置就必然导致一定的漏热。为了提高制冷效率，必须在保证力学结构稳定的情况下最大限度地减少漏热。在低温环境下为了减小气体导热，必须采用真空绝热，真空度要维持在10^-2Pa以下。

通常的绝热支撑采用环氧玻璃钢等绝热材料做成支撑杆，如图1所示，玻璃钢支撑杆14′一端安装在处于室温的真空室底板11′，另一端与处于低温的冷台12′固定。冷台12′上放置待冷却低温器件13′，冷台12′与冷源之间通过热耦合传递冷量。为了结构稳定，往往需要3-4个玻璃钢支撑杆，每根玻璃钢支撑杆14′与冷台12′由上下两个螺母15′固定。

上述装置存在的问题是：(1)在垂直方向可以经受住较大的冲击，但是在水平方向却经不住冲击，因为为了减小漏热，需要减小玻璃钢支撑杆14′的直径，增加其长度，而这都将导致其弯曲强度降低；(2)支撑杆与冷台的接触面积较大，绝热效果不是很理想；(3)玻璃钢是非金属材料，在真空环境下放气率很高，不利于高真空的维持，缩短真空寿命。

还有，对于一个在低温环境下使用的产品，都希望做成一个静态的真空系统，而不是动态的真空系统，一方面是为了减小体积和重量，另一方面也是为了使用方便，维护少。同时也希望其能经受住各个方向的振动和冲击，因为在使用和运输的途中这些都是不可避免的。因此，迫切需要一种结构稳定，同时又不会破坏真空寿命的绝热支撑结构。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有技术绝热支撑装置存在的水平方向经不住冲击及绝热效果不理想的问题，提供一种能满足结构强度要求，结构稳定且绝热效果好的绝热支撑装置。

为了解决上述技术问题，本发明的绝热支撑装置，用于低温真空系统内对低温器件进行绝热支撑，包括其上具有多个安装孔的冷板，还包括多根悬挂链，所述悬挂链一端与所述安装孔连接，另一端与所述低温真空系统的真空室内壁连接，以从空间不同方向将所述冷板悬挂于所述真空室内。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链两根一组，所述一组悬挂链的一端具有一公共环，所述公共环与所述安装孔连接，所述一组悬挂链的另一端分别连接在所述真空室内壁的上下边沿。

上述的绝热支撑装置，其中，所述一组悬挂链与真空室内壁的上边沿连接位置同与真空室内壁的下边沿连接位置在同一竖直线上。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链为四组，每组相互间隔90°设置，从八个不同方向将所述冷板固定在所述真空室内。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链为三组，每组相互间隔120°设置，从六个不同方向将所述冷板固定在所述真空室内。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链为四根，每根相互间隔90°设置，其中两根与真空室内壁的上边沿连接向上拉紧所述冷板，另两根与真空室内壁的下边沿连接向下拉紧所述冷板，且向上的悬挂链与向下的悬挂链相互间隔、向上的力与向下的力平衡，从四个方向将所述冷板固定在所述真空室内。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链的链本体由弹簧垫圈相连然后焊接弹簧垫圈的开口而成。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链的链本体由封闭圆环与弹簧垫圈相互连接而成，且所述弹簧垫圈与所述封闭圆环连接后，所述弹簧垫圈的开口焊合在一起。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链的链本体由封闭圆环与具有开口的半圆环相互连接而成。

上述的绝热支撑装置，其中，所述悬挂链的链本体由具有开口的半圆环相互连接而成。

本发明的有益功效在于，通过悬挂链从空间不同方向将冷板固定在真空腔体内，不仅可以满足悬挂结构的强度要求，能够抵抗各个方向的冲击和振动，结构稳定；并且，相对现有的支撑杆支撑结构而言，可以大大减小热接触面积及热传导路径而增加热阻，很好地实现绝热的目的。

另外，针对玻璃钢的支撑杆在真空环境下放气率高，不利于高真空的维持、缩短真空寿命的问题，本发明的绝热支撑装置的悬挂链的材质采用非金属材料或者热传导率低的金属材料。选择非金属材料，将实现比传统的非金属绝热方式更好的绝热效果；选择热导率低的金属材料，可以达到和传统的非金属绝热方式一样的绝热效果，却能大大减小真空环境下绝热支撑结构的放气，从而大大延长产品的真空寿命。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的绝热支撑装置结构图；

图2为本发明一实施例绝热支撑装置的立体图；

图3为图2中的绝热支撑装置的剖视结构图；

图4为图2中的绝热支撑装置的爆炸图；

图5为本发明中一实施例悬挂链的立体图；

图6为悬挂链中的弹簧垫圈的立体图；

图7为弹簧垫圈拉开之后的立体图；

图8为弹簧垫圈相连之后的立体图；

图9为悬挂链焊接之前的立体图；

图10为本发明第二实施例的绝热支撑装置的立体图；

图11为图10的俯视图；

图12为本发明第三实施例的绝热支撑装置的立体图；

图13为本发明中悬挂链第二种实施例的立体图；

图14为本发明中悬挂链第三种实施例的立体图；

图15为本发明中悬挂链第四种实施例的立体图。

其中，附图标记

11′  真空室底板

12′  冷板

13′  待冷却的低温器件

14′  玻璃钢支撑杆

15′  螺母

11    真空室

111   真空室内壁的上边沿

1111  固定螺孔

112   真空室内壁的下边沿

1121  固定螺孔

12    冷板

121   悬挂孔

13    待冷却器件

14    悬挂链

141   链本体

1410  弹簧垫圈

1411  封闭圆环

1412  有开口的半圆环

142   悬挂环

143   公共环

15    压条

151   压条上的悬挂孔

152   压条上的固定孔

16    平垫

17    弹簧垫片

18    螺钉

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

本发明的绝热支撑装置，用于低温真空系统内对低温器件进行绝热支撑，低温真空系统具有真空室，在以下实施例中，真空室11均为圆柱形，当然，真空室的形状并不局限于此，在真空室11的内壁上设置有上边沿111和下边沿112(见图3)。

请参阅图2、图3及图4，绝热支撑装置包括冷板12和悬挂链14，该冷板12上有四个在圆周方向均匀分布的悬挂孔121，悬挂链14两根一组，共有四组，每组悬挂链一端具有一个公共环143，该公共环143不仅将两根悬挂链各自的链本体141连接在一起，而且穿在悬挂孔121上，悬挂链14的每根链本体141的另一端各有一个悬挂环142，其中一悬挂环142从压条15上的悬挂孔151上穿过，压条15通过其上的固定孔152用螺钉18固定在真空室11内壁的上边沿111上的固定螺孔1111上；另一悬挂环142从另一压条15上的悬挂孔151上穿过，该另一压条15通过其上的固定孔152用螺钉18固定在真空室11内壁的下边沿112上的固定螺孔1121上；每组固定螺孔1111与固定螺孔1121设置在同一竖直线上，每组悬挂链的两根链本体的一端通过公共环143连接于一悬挂孔121、另一端分别对应连接于设置在同一竖直线上的固定螺孔1111与固定螺孔1121上。悬挂链14的组数与悬挂孔121的个数对应，本实施例中，悬挂链14为四组，每组相互间隔90°设置，这样，冷板12上就有8根这样的链本体141，从八个不同方向将冷板12固定在真空室11内，待冷却器件13固定在冷板12的上方。

在安装四组悬挂链时，可首先将每组中的一根链本体固定在真空室11内壁的上边沿111上，然后将剩下的四根固定在真空室11内壁的下边沿112上。并且，在压条15和固定螺孔1111以及固定螺孔1121之间都垫上弹簧垫片16和平垫17，以便可以通过选择弹簧垫片和平垫的数目来微调冷板12在真空室内的高度，从而调节悬挂链14的松紧程度。例如，减少下边沿112上弹簧垫片和平垫的数量，增加上边沿111上弹簧垫片和平垫的数量，悬挂链14将被拉紧，反之，则被放松。

参阅图5，上述实施例中的悬挂链的链本体141由弹簧垫圈1410相连然后焊接而成，同时结合图6、图7、图8和图9，该种结构的悬挂链的链本体141在制作时，将弹簧垫圈1410沿其开口拉开，变成图7所示的结构，开口被拉开之后，相互之间就可以连接起来，构成如图8所示的结构，然后再将缺口掰平，变成如图9所示的结构，最后将开口焊接，以变成如图5所示的链本体。至于链本体141上连接的公共环143以及悬挂环142，都是先将弹簧垫圈1410开口拉开，穿入公共环143、冷板12或者悬挂环142、压条15，然后将开口掰平之后焊接而成。

参阅图10及图11，本发明第二实施例的绝热支撑装置具有与第一实施例大致相同的结构，不同之处在于：悬挂链14为三组，每组相互间隔120°设置，六根链本体从六个不同方向将冷板12固定在真空室11内。

参阅图12，本发明第三实施例的绝热支撑装置与第一实施例的区别在于：悬挂链14为四根，每根相互间隔90°设置，其中两根与真空室内壁的上边沿111连接向上拉紧冷板12，另两根与真空室11内壁的下边沿112连接向下拉紧冷板12，且向上的悬挂链与向下的悬挂链相互间隔、向上的力与向下的力平衡，以从四个方向将冷板12固定在真空室11内。

参阅图13，链本体141由封闭圆环1411与弹簧垫圈1410相互连接而成，制作时，将弹簧垫圈1410的开口掰开，放入封闭圆环1411，然后将开口掰平，最后将开口焊接，这样的结构相对图5的结构可以减少焊口。

参阅图14，链本体141由封闭圆环1411与具有开口的半圆环1412相互连接而成。这样的结构在悬挂链拉紧后，封闭圆环1411不会从开口的半圆环1412的开口处脱落。

参阅图15，链141本体由具有开口的半圆环1412相互连接而成。这样的结构在悬挂链拉紧后，相接触并且受力的部位都在半圆弧内，而不会彼此脱落。

从上面的描述可以看出：如果振动和冲击环境恶劣，绝热支撑装置可以选择如图2所示的结构，从八个方向固定冷板；如果振动和冲击条件较轻，绝热支撑装置可以选择如图12所示的结构，从四个方向固定冷板；如果振动和冲击条件居中，绝热支撑装置可以选择如图10所示的结构，从六个方向固定冷板。

另外，悬挂链的链本体是由一个个环相互连接而成，环与环之间为点接触，可以大大减小热接触面积而增加热阻；而且悬挂链是由多个环相互连接而构成，延长了热传导的路径而增加热阻，减小热接触面积和延长热传导路径都有助于增加热阻，实现绝热的目的。悬挂链的链本体组成也具有多样性：可以选择全部由弹簧垫圈焊接而成；也可以选择由弹簧垫圈与封闭圆环相连然后焊接而成；还可以选择具有封闭圆环与开口的半圆环相连而成；还可以选择全部由开口的半圆环构成的悬挂链。前两者强度高，后两者实现起来简单。

还有，悬挂链可以选择非金属材料(如：环氧玻璃钢等)，这将实现比传统的非金属绝热方式更好的绝热效果；悬挂链也可以选择热导率低的金属材料(如：不锈钢、钛合金等)，可以达到和传统的非金属绝热方式一样的绝热效果，却能大大减小真空环境下绝热支撑结构的放气，从而大大延长产品的真空寿命。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种绝热支撑装置，用于低温真空系统内对低温器件进行绝热支撑，包括其上具有多个安装孔的冷板，其特征在于，还包括悬挂链，所述悬挂链一端与所述安装孔连接，另一端与所述低温真空系统的真空室内壁连接，以从空间不同方向将所述冷板悬挂于所述真空室内，其中，

所述悬挂链两根一组，所述一组悬挂链的一端具有一公共环，所述公共环与所述安装孔连接，所述一组悬挂链的另一端分别连接在所述真空室内壁的上下边沿，所述一组悬挂链与真空室内壁的上边沿连接位置同与真空室内壁的下边沿连接位置在同一竖直线上；或者

所述悬挂链为四根，每根相互间隔90°设置，其中两根与真空室内壁的上边沿连接向上拉紧所述冷板，另两根与真空室内壁的下边沿连接向下拉紧所述冷板，且向上的悬挂链与向下的悬挂链相互间隔、向上的力与向下的力平衡，从四个方向将所述冷板固定在所述真空室内。

2.根据权利要求1所述的绝热支撑装置，其特征在于，当所述悬挂链两根一组时，所述悬挂链为四组，每组相互间隔90°设置，从八个不同方向将所述冷板固定在所述真空室内。

3.根据权利要求1所述的绝热支撑装置，其特征在于，当所述悬挂链两根一组时，所述悬挂链为三组，每组相互间隔120°设置，从六个不同方向将所述冷板固定在所述真空室内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述悬挂链的链本体由弹簧垫圈相连然后焊接弹簧垫圈的开口而成。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述悬挂链的链本体由封闭圆环与弹簧垫圈相互连接而成，且所述弹簧垫圈与所述封闭圆环连接后，所述弹簧垫圈的开口焊合在一起。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述悬挂链的链本体由封闭圆环与具有开口的半圆环相互连接而成。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述悬挂链的链本体由具有开口的半圆环相互连接而成。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的绝热支撑装置，其特征在于，所述悬挂链的材质为非金属材料或者热传导率低的金属材料。

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