CN104807232A - 斯特林制冷机的冷平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及斯特林制冷机的冷平台。包括由过渡法兰及杜瓦组成的密闭真空空间，所述的膨胀机固定在过渡法兰上且膨胀机的冷头位于密闭真空空间内，所述的冷头通过柔性冷链与冷板相连，所述的冷板与过渡法兰之间设有连接两者的支撑装置。由上述技术方案可知，本发明采用柔性冷链来连接冷头及冷板下板面，起到集中制冷、多点冷却的作用，使得冷板温度分布均匀，同时柔性冷链吸收冷头产生的振动，减小对冷板的冲击，具有减振的目的。

Description

斯特林制冷机的冷平台

技术领域

本发明涉及低温制冷领域，具体涉及一种斯特林制冷机的冷平台。

背景技术

目前，超低温下的冷量传输主要是斯特林制冷机冷头与探测器芯片间采用插入式耦合方式进行的热传导过程，使斯特林制冷机产生的冷量传递给探测器芯片，这种插入式耦合方式主要是通过冷头端面的金属面与探测器芯片端面间的小面积接触，将冷量短距离传输给探测器，保证探测器工作期间芯片温度的稳定，满足探测器芯片对超低温冷量的需求，这种方式对小探测器芯片有良好的冷却效果。但随着探测器技术的发展，特别是红外成像、光学成像等对探测器芯片的成像要求越来越高，导致探测器芯片往超长线列和超大线列发展，因此制冷机需要提供更大的制冷量并提供相应尺寸的冷板保证探测器芯片对温度、振动及温度均匀性的要求。由于自身头表面积小、制冷量小、冷量传输距离短等缺点，传统的插入式耦合方式已无法满足超长线列和超大规模探测器芯片对大冷量的传输、整体的振动以及探测器芯片温度均匀性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斯特林制冷机的冷平台，该冷平台可以满足斯特林制冷机冷量远距离传输的要求，同时还可以解决斯特林制冷机冷头振动对探测器芯片的影响，并满足探测器芯片温度均匀性的要求。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括由过渡法兰及杜瓦组成的密闭真空空间，所述的膨胀机固定在过渡法兰上且膨胀机的冷头位于密闭真空空间内，所述的冷头通过柔性冷链与冷板相连，所述的冷板与过渡法兰之间设有连接两者的支撑装置。

所述冷板的上板面与探测器芯片耦合，冷板的下板面与冷头之间通过三根柔性冷链连接，三根柔性冷链分别连接冷板下板面的左、中、右三个部位，柔性冷链的两个端部与冷板及冷头之间均为刚性连接。

所述的支撑装置包括垂直设置在冷板四角处的钛合金支撑柱以及连接钛合金支撑柱与过渡法兰的热绝缘支撑柱。

所述的钛合金支撑柱包括第一柱体及与第一柱体下端相固定的第一法兰盘，所述第一柱体的上部设有外螺纹，所述冷板的下板面设有与第一柱体相配合的内螺纹。

所述的第一法兰盘自其底部中心处向上设有盲槽，所述的盲槽延伸至第一柱体内部。

所述的热绝缘支撑柱整体呈工字型，包括第二柱体及分别固定在第二柱体上、下端的第二法兰盘及第三法兰盘，所述的第二法兰盘与第一法兰盘相连，所述的第三法兰盘与过渡法兰相连。

所述的钛合金支撑柱及热绝缘支撑柱上分别设有第一、第二冷屏，所述的第一、第二冷屏分别与冷板相平行设置，且第一、第二冷屏分别位于第一柱体及第二柱体的中间位置，所述的第一、第二冷屏上分别设有供冷头穿过的通孔。

所述冷板的上板面涂有低温导热脂或铟片，所述冷板的下板面与柔性冷链的连接处涂有低温导热脂或铟片，所述的柔性冷链与冷头之间涂有低温导热脂或铟片。

由上述技术方案可知，本发明采用柔性冷链来连接冷头及冷板下板面，起到集中制冷、多点冷却的作用，使得冷板温度分布均匀，同时柔性冷链吸收冷头产生的振动，减小对冷板的冲击，具有减振的目的，有效解决了在冷量传输面积大、温度分布均匀性要求高、振动输出小等技术难题，为超大超长规模线列的探测器提供了有效的冷平台结构。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明支撑装置的结构示意图；

图3是本发明钛合金支撑柱的结构示意图；

图4是本发明冷板的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种斯特林制冷机的冷平台，包括由过渡法兰1及杜瓦2组成的密闭真空空间3，膨胀机4固定在过渡法兰1上且膨胀机4的冷头5位于密闭真空空间3内，冷头5通过柔性冷链6与冷板7相连，冷板7与过渡法兰1之间设有连接两者的支撑装置。

进一步的，如图4所示，冷板7的上板面与探测器芯片耦合，冷板7的下板面与冷头5之间通过三根柔性冷链6连接，三根柔性冷链6分别连接冷板5下板面的左、中、右三个部位，柔性冷链6的两个端部与冷板7及冷头5之间均为刚性连接。

更进一步的，冷板7的上板面涂有低温导热脂或铟片，冷板7的下板面与柔性冷链6的连接处涂有低温导热脂或铟片，柔性冷链6与冷头5之间涂有低温导热脂或铟片。即冷板的上板面用于耦合探测器芯片，且冷板的上板面涂有低温导热脂或铟片，并通过螺钉和探测器芯片进行刚性连接；冷板的下板面用于耦合柔性冷链，且下板面与柔性冷链的连接处涂有低温导热脂或铟片，柔性冷链通过螺钉与冷板的下板面进行刚性连接；柔性冷链与冷头之间也涂有低温导热脂或铟片，柔性冷链通过螺钉和冷头进行刚性连接。

进一步的，如图2所示，支撑装置包括垂直设置在冷板7四角处的钛合金支撑柱8以及连接钛合金支撑柱8与过渡法兰1的热绝缘支撑柱9。整个支撑装置一方面起到对冷板的支撑作用，保证探测器芯片对强度的要求，满足环境适应性的要求，另一方面热绝缘支撑柱还起到绝缘、绝热作用，减少导热损失，提高有效制冷量。

更进一步的，如图3所示，钛合金支撑柱8包括第一柱体81及与第一柱体81下端相固定的第一法兰盘82，第一柱体81的上部设有外螺纹，冷板7的下板面设有与第一柱体81相配合的内螺纹。具体地说，钛合金支撑柱8的上部与冷板7的下板面之间通过螺纹连接来实现初始定位连接，以保证冷板7的垂直度与平面度，然后再将冷板7与钛合金支撑柱8的连接部分进行真空钎焊，以保证冷板7和钛合金支撑柱8之间连接的整体稳定性和强度的可靠性。

更进一步的，第一法兰盘82自其底部中心处向上设有盲槽83，盲槽83延伸至第一柱体81内部。换句话说也就是钛合金支撑柱8的内部呈中空状，在保证其强度的同时用于减少导热热阻。

更进一步的，热绝缘支撑柱9整体呈工字型，包括第二柱体91及分别固定在第二柱体91上、下端的第二法兰盘92及第三法兰盘93，第二法兰盘92与第一法兰盘82相连，优选的，两者通过螺栓相连，第三法兰盘93与过渡法兰1相连，优选的，两者通过螺钉相连。

进一步的，钛合金支撑柱8及热绝缘支撑柱9上分别设有第一、第二冷屏10、11，第一、第二冷屏10、11分别与冷板7相平行设置，且第一、第二冷屏10、11分别位于第一柱体81及第二柱体91的中间位置，第一、第二冷屏10、11上分别设有供冷头5穿过的通孔。即第一冷屏与钛合金支撑柱垂直连接，形成低温冷屏蔽层，第二冷屏与热绝缘支撑柱垂直连接，形成高温冷屏蔽层，通过双层屏蔽来逐层减少热辐射损失，保证整体冷量的平衡性。优选的，第一、第二冷屏的表面应具有较高的光洁度，用于增加反射率，降低辐射损失。

工作时，膨胀机在冷头端集中产生冷量，通过三个柔性冷链对冷板进行多点冷却，使得冷板的表面温度均匀，同时柔性冷链还可以减少膨胀机对冷板的振动冲击，既保证了冷量传输过程中对探测器芯片冷量和振动的要求，同时又满足了超长线列探测器对温度均匀性的要求。

本发明的有益效果在于：1）通过三根柔性冷链来连接冷板及冷头，起到集中制冷、多点冷却的作用，使冷板温度分布均匀；2）柔性冷链吸收了冷头产生的振动，减小了对冷板的冲击，具有减振作用；3）钛合金支撑柱内部中空，在保证其支撑强度的同时还能减少导热损失；4）热绝缘支撑柱起到绝热目的，提高了有效制冷量；5）两层冷屏逐层减少热辐射损失，保证整体冷量的平衡性；6）杜瓦可以保证内部处于真空状态，减少辐射漏热损失。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：包括由过渡法兰（1）及杜瓦（2）组成的密闭真空空间（3），所述的膨胀机（4）固定在过渡法兰（1）上且膨胀机（4）的冷头（5）位于密闭真空空间（3）内，所述的冷头（5）通过柔性冷链（6）与冷板（7）相连，所述的冷板（7）与过渡法兰（1）之间设有连接两者的支撑装置。

2.根据权利要求1所述的斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：所述冷板（7）的上板面与探测器芯片耦合，冷板（7）的下板面与冷头（5）之间通过三根柔性冷链（6）连接，三根柔性冷链（6）分别连接冷板（5）下板面的左、中、右三个部位，柔性冷链（6）的两个端部与冷板（7）及冷头（5）之间均为刚性连接。

3.根据权利要求1所述的斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：所述的支撑装置包括垂直设置在冷板（7）四角处的钛合金支撑柱（8）以及连接钛合金支撑柱（8）与过渡法兰（1）的热绝缘支撑柱（9）。

4.根据权利要求3所述的斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：所述的钛合金支撑柱（8）包括第一柱体（81）及与第一柱体（81）下端相固定的第一法兰盘（82），所述第一柱体（81）的上部设有外螺纹，所述冷板（7）的下板面设有与第一柱体（81）相配合的内螺纹。

5.根据权利要求4所述的斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：所述的第一法兰盘（82）自其底部中心处向上设有盲槽（83），所述的盲槽（83）延伸至第一柱体（81）内部。

6.根据权利要求4所述的斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：所述的热绝缘支撑柱（9）整体呈工字型，包括第二柱体（91）及分别固定在第二柱体（91）上、下端的第二法兰盘（92）及第三法兰盘（93），所述的第二法兰盘（92）与第一法兰盘（82）相连，所述的第三法兰盘（93）与过渡法兰（1）相连。

7.根据权利要求6所述的斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：所述的钛合金支撑柱（8）及热绝缘支撑柱（9）上分别设有第一、第二冷屏（10、11），所述的第一、第二冷屏（10、11）分别与冷板（7）相平行设置，且第一、第二冷屏（10、11）分别位于第一柱体（81）及第二柱体（91）的中间位置，所述的第一、第二冷屏（10、11）上分别设有供冷头（5）穿过的通孔。

8.根据权利要求2所述的斯特林制冷机的冷平台，其特征在于：所述冷板（7）的上板面涂有低温导热脂或铟片，所述冷板（7）的下板面与柔性冷链（6）的连接处涂有低温导热脂或铟片，所述的柔性冷链（6）与冷头（5）之间涂有低温导热脂或铟片。