CN109488720A - 闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，所述闭循环液氦制冷机包括有依次连接的一级冷头、二级冷头，所述屏蔽系统包括有新冷头结构、固定冷屏组件、活动冷屏组件和真空隔振结构。真空隔振结构包括有柔性波纹管柔性橡胶支撑管；新冷头结构包括有通过铜辫子连接二级冷头的新冷头；固定冷屏组件包括有均为圆筒状且由内到外依次设置的内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏；活动冷屏组件包括有上层冷屏、中层冷屏、下层冷屏，活动冷屏组件与固定冷屏组件之间卡扣连接，上层冷屏上设有样品座，样品座与新冷头面接触。本发明减少了闭循环液氦制冷机的低频震动对样品的影响，具有冷却屏蔽效果好、无震动的优点。
Description
技术领域
本发明属于低温制冷设备技术领域，具体涉及闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统。
背景技术
液氦温区的低温环境在物理、化学、材料、生物、国防、信息等领域都有重要应用。随着科技的发展，前沿的高端精密科学研究和技术应用不但需要低温环境，而且还需要低振动和超高真空环境。目前大多数制冷机在提供低温环境的同时都会引入不可忽视的低频振动，限制了其在同时要求低振动和低温环境领域的应用。所以能够开发适用于闭循环液氦制冷机的震动屏蔽系统具有十分重要的意义。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，所述闭循环液氦制冷机包括有依次连接的一级冷头、二级冷头，所述屏蔽系统包括有新冷头结构、固定冷屏组件、活动冷屏组件和真空隔振结构，
所述新冷头结构包括有通过第一铜辫子连接在二级冷头下端的新冷头；
所述真空隔振结构包括有柔性波纹管，柔性波纹管的上端通过上刀口法兰固定连接闭循环液氦制冷机，柔性波纹管的下端具有下刀口法兰，二级冷头从上刀口法兰处插入柔性波纹管后连接新冷头，柔性波纹管的外侧套有柔性橡胶支撑管；
所述固定冷屏组件包括有均为圆筒状且由内到外依次设置的内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏，内层冷屏的上端通过第二铜辫子连接二级冷头，中间层冷屏的上端通过第三铜辫子连接一级冷头，内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏的下端内侧均具有环状的安装座，外层冷屏的安装座下方设有环状的固定座，内层冷屏的安装座与中间层冷屏的安装座之间、中间层冷屏的安装座与外层冷屏的安装座之间、外层冷屏的安装座与固定座之间均通过若干隔离柱固定连接，固定座通过若干固定杆固定连接下刀口法兰；
所述活动冷屏组件包括有均为板状且从上往下依次设置的上层冷屏、中层冷屏、下层冷屏，下层冷屏的下方设有移动板，上层冷屏与中层冷屏之间、中层冷屏与下层冷屏之间、下层冷屏与移动板之间分别通过若干隔离柱固定连接，上层冷屏与内层冷屏的安装座之间通过卡扣连接，中层冷屏与中间层冷屏的安装座之间通过卡扣连接、下层冷屏与外层冷屏的安装座之间通过卡扣连接，移动板与固定座之间通过卡扣连接，所述上层冷屏上通过若干隔离柱固定有样品座，样品座内设有用于放置样品的样品室，样品座的上表面与新冷头的下表面面接触。
样品座的上表面具有圆锥台，新冷头的下表面具有与圆锥台相匹配的配合槽，圆锥台能够完全插入配合槽中。
移动板的下表面固定有把手。
内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏、上层冷屏、中层冷屏、下层冷屏均由无氧铜或者6061铝合金制成。
内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏的表面经抛光或者镀金处理。
隔离柱由VESPEL材料制成。
内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏的侧壁上安装有相对应的光学窗口。
新冷头中安装有加热器和温度传感器。
本发明的有益效果是：本发明的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，具有以下优点：
1、震动屏蔽系统对闭循环液氦制冷机系统形式没有定性要求，GM制冷机、脉管制冷机、斯特林制冷机等形式的闭循环液氦制冷机都可以适用；
2、通过真空隔振结构，能够有效保证真空腔内部的真空环境，屏蔽制冷机与腔体之间的机械振动；
3、活动冷屏组件与固定冷屏组件构成冷屏系统，与制冷机系统之间采用柔性铜辫子连接，既保证了冷却屏蔽效果，又没有引入制冷机带来的振动；
4、新冷头结构与制冷机之间采用柔性铜辫子连接，既保证了低温的获得又消除了制冷机带来的低频振动；
5、新冷头通过配合槽与样品座的上表面圆锥台配合，既保证传递对接方便，又增加两者的接触面积与牢固性，提高制冷效率；
6、活动冷屏组件与固定冷屏组件之间通过卡扣可拆卸的连接，使得活动冷屏组件形成了一个可移动的载体，使得活动冷屏组件的安装拆卸方便，可以实现真空内的连续换样及样品传递，增大实验的连续性和与其他系统的兼容性；
7、活动冷屏组件和固定冷屏组件均采用多层结构，冷却屏蔽效果好，可确保样品获得所需低温环境；
8、隔离柱由既有一定强度又导热差的VESPEL材料制成，保证了多层冷屏的连接强度，还保证了多层冷屏之间的温度差，冷却屏蔽效果好；
9、新冷头装有小型加热器和温度传感器，可以实现新冷头的精确控温；
10、冷屏上可以选择性的加装光学窗口，可兼容低温光学实验需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是固定冷屏组件和活动冷屏组件的剖面示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-2所示，闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，所述闭循环液氦制冷机1包括有依次连接的一级冷头2、二级冷头3，所述屏蔽系统包括有新冷头结构、固定冷屏组件、活动冷屏组件和真空隔振结构，所述新冷头结构包括有通过第一铜辫子4连接在二级冷头3下端的新冷头5。采用柔性铜辫子连接二级冷头3，既保证了低温的获得又消除了制冷机1带来的低频振动。
所述真空隔振结构包括有柔性波纹管6，柔性波纹管6的上端通过上刀口法兰7固定连接闭循环液氦制冷机1，柔性波纹管6的下端具有下刀口法兰8，通过下刀口法兰8固定连接实验真空腔体系统。二级冷头3从上刀口法兰7处插入柔性波纹管6后连接新冷头5，柔性波纹管6的外侧套有柔性橡胶支撑管9。真空隔振结构能够有效保证真空腔内部的真空环境，屏蔽制冷机1与真空腔体之间的机械振动。
所述固定冷屏组件包括有均为圆筒状且由内到外依次设置的内层冷屏10、中间层冷屏11、外层冷屏12，内层冷屏10的上端通过第二铜辫子13连接二级冷头3，中间层冷屏11的上端通过第三铜辫子14连接一级冷头2，内层冷屏10、中间层冷屏11、外层冷屏12的下端内侧均具有环状的安装座15，外层冷屏12的安装座15下方设有环状的固定座16，内层冷屏10的安装座15与中间层冷屏11的安装座15之间、中间层冷屏11的安装座15与外层冷屏12的安装座15之间、外层冷屏12的安装座15与固定座16之间均通过若干隔离柱17固定连接，固定座16通过若干固定杆18固定连接下刀口法兰8。所述活动冷屏组件包括有均为板状且从上往下依次设置的上层冷屏19、中层冷屏20、下层冷屏21，下层冷屏21的下方设有移动板22，上层冷屏19与中层冷屏20之间、中层冷屏20与下层冷屏21之间、下层冷屏21与移动板22之间分别通过若干隔离柱17固定连接，上层冷屏19与内层冷屏10的安装座15之间通过卡扣23连接，中层冷屏20与中间层冷屏11的安装座15之间通过卡扣23连接、下层冷屏21与外层冷屏12的安装座15之间通过卡扣23连接，移动板22与固定座16之间通过卡扣23连接，所述上层冷屏19上通过若干隔离柱17固定有样品座24，样品座24内设有用于放置样品的样品室，样品座24的上表面与新冷头5的下表面面接触。活动冷屏组件与固定冷屏组件构成冷屏系统，与制冷机系统之间采用柔性铜辫子连接，既保证了冷却屏蔽效果，又没有引入制冷机1带来的振动。活动冷屏组件与固定冷屏组件之间通过卡扣23可拆卸的连接，使得活动冷屏组件形成了方便拆卸并可移动的载体，使得活动冷屏组件的安装拆卸方便，可以实现真空内的连续换样及样品传递，增大实验的连续性和与其他系统的兼容性。活动冷屏组件和固定冷屏组件均采用多层结构，能够有效的保证冷却屏蔽效果，可确保样品获得所需低温环境。
样品座24的上表面具有圆锥台25，新冷头5的下表面具有与圆锥台25相匹配的配合槽，圆锥台25能够完全插入配合槽中。这样既保证传递对接方便，又增加两者的接触面积与牢固性，提高制冷效率。
移动板22的下表面固定有把手26，方便机械手抓取移动活动冷屏组件。
内层冷屏10、中间层冷屏11、外层冷屏12、上层冷屏19、中层冷屏20、下层冷屏21均由无氧铜或者6061铝合金制成。整套系统全部采用低放气率无磁材质，能够兼容超高真空及无磁环境。
内层冷屏10、中间层冷屏11、外层冷屏12的表面经抛光或者镀金处理。
隔离柱17由VESPEL材料制成。VESPEL材料既有一定强度又导热差，能够确保多层冷屏之间的连接强度，还能保证多层冷屏之间的温度差，冷却屏蔽效果好。
内层冷屏10、中间层冷屏11、外层冷屏12的侧壁上可以选择性的安装相对应的光学窗口，可兼容低温光学实验需求。
新冷头5中安装有加热器和温度传感器，进一步实现精确控温。
样品座24中的样品室可根据样品的形状而改变，可兼容不同形状样品，同时不限于一个样品，可根据需要和制冷条件放置若干样品。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的闭循环液氦制冷机、一级冷头2、二级冷头3、实验真空腔体系统，均与本发明专利申请请求保护的技术方案直接相关但并不包含在本发明专利申请请求保护的技术方案内。本领域的技术人员应注意，本发明专利申请涉及的闭循环液氦制冷机、一级冷头2、二级冷头3、实验真空腔体系统等，具有通用性和适配性，与本发明专利申请能够适配即可。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，所述闭循环液氦制冷机包括有依次连接的一级冷头、二级冷头，其特征在于，所述屏蔽系统包括有新冷头结构、固定冷屏组件、活动冷屏组件和真空隔振结构，
所述新冷头结构包括有通过第一铜辫子连接在二级冷头下端的新冷头；
所述真空隔振结构包括有柔性波纹管，柔性波纹管的上端通过上刀口法兰固定连接闭循环液氦制冷机，柔性波纹管的下端具有下刀口法兰，二级冷头从上刀口法兰处插入柔性波纹管后连接新冷头，柔性波纹管的外侧套有柔性橡胶支撑管；
所述固定冷屏组件包括有均为圆筒状且由内到外依次设置的内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏，内层冷屏的上端通过第二铜辫子连接二级冷头，中间层冷屏的上端通过第三铜辫子连接一级冷头，内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏的下端内侧均具有环状的安装座，外层冷屏的安装座下方设有环状的固定座，内层冷屏的安装座与中间层冷屏的安装座之间、中间层冷屏的安装座与外层冷屏的安装座之间、外层冷屏的安装座与固定座之间均通过若干隔离柱固定连接，固定座通过若干固定杆固定连接下刀口法兰；
所述活动冷屏组件包括有均为板状且从上往下依次设置的上层冷屏、中层冷屏、下层冷屏，下层冷屏的下方设有移动板，上层冷屏与中层冷屏之间、中层冷屏与下层冷屏之间、下层冷屏与移动板之间分别通过若干隔离柱固定连接，上层冷屏与内层冷屏的安装座之间通过卡扣连接，中层冷屏与中间层冷屏的安装座之间通过卡扣连接、下层冷屏与外层冷屏的安装座之间通过卡扣连接，移动板与固定座之间通过卡扣连接，所述上层冷屏上通过若干隔离柱固定有样品座，样品座内设有用于放置样品的样品室，样品座的上表面与新冷头的下表面面接触。
2.如权利要求1所述的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，其特征在于，所述样品座的上表面具有圆锥台，新冷头的下表面具有与圆锥台相匹配的配合槽，圆锥台能够完全插入配合槽中。
3.如权利要求1所述的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，其特征在于，所述移动板的下表面固定有把手。
4.如权利要求1所述的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，其特征在于，所述内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏、上层冷屏、中层冷屏、下层冷屏均由无氧铜或者6061铝合金制成。
5.如权利要求4所述的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，其特征在于，所述内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏的表面经抛光或者镀金处理。
6.如权利要求1所述的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，其特征在于，所述隔离柱由VESPEL材料制成。
7.如权利要求1所述的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，其特征在于，所述内层冷屏、中间层冷屏、外层冷屏的侧壁上安装有相对应的光学窗口。
8.如权利要求1所述的闭循环液氦制冷机的机械隔离式震动屏蔽系统，其特征在于，所述新冷头中安装有加热器和温度传感器。
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