CN1603718A - 使用低温制冷机冷却物品的方法以及所述低温制冷机 - Google Patents

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Abstract

在低温制冷机的冷却端上设置一个固定点。将一个物品安装在所述固定点上，通过所述固定点冷却。这样，所述物品可以被冷却到一个极低的温度，而不受到振动。

Description

使用低温制冷机冷却物品的方法以及所述低温制冷机
技术领域
本发明涉及一种使用低温制冷机冷却物品的方法以及所述低温制冷机。
背景技术
在IT通信领域的超导滤波器中，医学领域的超导MRI中，或者在基础科学领域中，需要冷却高精密的电子显微镜或者高性能的精密仪器，例如高灵敏度的亚毫米检波器或者红外线探测器，来排除其中的热干扰。在冷却上述的、或者现有的高性能精密仪器时，常使用一种液化气体或者一个低温制冷机。近来，所述低温制冷机的冷却温度范围已经降到4K，这可以通过按下一个按钮简单完成操作，而在过去，只能通过使用一种超低温的冷却剂来实现。
图1是显示一个传统的GM(Gifford McMahon)型低温制冷机的结构示意图。图1所示的所述低温制冷机10包括一个压缩机11和一个低温制冷机冷却头(cold head)12。在所述低温制冷机冷却头12中设置有一个蓄冷器(regenerator)13和一个置换器(displacer)14，在所述低温制冷机冷却头12底部设置有一个冷却端16。所述蓄冷器13和所述置换器14的组合被称为冷却缸。一种高压气体和一种低压气体，从压缩机11，通过软管15，经过开关阀17，被供应到所述低温制冷机的冷却头12中，并在其中进行压缩和膨胀。
在置换器14中，冷却能通过气体膨胀产生，该气体膨胀与下一步通过运转所述发动机18产生的气体膨胀同步。冷却剂通过大量的气体膨胀重复产生，因而获得的冷却能被贮存在所述蓄冷器13中。结果，所述冷却端16被冷却到一个极低的温度。与所述冷却端16相接触的物品将被冷却。
图2是显示一个脉冲管型低温制冷机的结构示意图。图2所示的低温制冷机包括一个压缩机21和一个冷却头22。在所述冷却头22中设置有一个蓄冷器23和一个脉冲管24，在所述低温制冷机冷却头22的底部设置有一个冷却端26。所述蓄冷器23和所述脉冲管24的组合被称为冷却缸。一种高压气体和一种低压气体，从压缩机21，通过软管25，经过开关阀27，被供应到所述低温制冷机的冷却头22中，并在其中进行压缩和膨胀。
在所述脉冲管24中，冷却能通过气体膨胀产生，该气体膨胀与下一步通过开动所述开关阀产生的气体膨胀同步。所述气体膨胀通过控制气体经过小孔29，进入缓冲罐28的进入时间正时(timing)产生，所述缓冲罐连接在所述脉冲管24之后。所述冷却能通过大量的气体膨胀重复产生，因而获得的冷却能被贮存在所述蓄冷器23中。结果，所述冷却端26被冷却到一个极低的温度。与所述冷却端26相接触的物品将被冷却。
在所述GM型低温制冷机和所述脉冲管型低温制冷机中，由于从压缩机11和21中提供的所述高压气体和低压气体，在所述低温制冷机的冷却头12和22中循环运动，所以所述冷却端16和26不可避免地以大约10μm的振幅沿自身轴向振动。高性能精密仪器的允许振动极限是在亚毫米级以内的，因此，如果在所述精密仪器上施加一个相对较大的振动，所述精密仪器的内部结构和可控性将受到破坏，因而所述精密仪器将产生故障。
发明内容
本发明的一个目标是将一个物品例如一个高性能精密仪器冷却到一个极低的温度，而所述物品不受到振动。
为实现上述目标，本发明涉及一种使用低温制冷机冷却物品的方法，包括如下步骤：
在低温制冷机的冷却端设置一个固定点(stationary point)；
将一个物品安装在所述固定点上，通过所述固定点冷却。
发明人为实现上述目标进行了认真地研究。结果，他们发现了以下事实：
所述冷却端形成为圆形，并且在所述冷却端的主面上布置了两组冷却缸，因此连接一组冷却缸的对角线与连接另一组冷却缸的对角线相垂直。然后，给一组冷却缸提供高压气体，而给另一组冷却缸提供低压气体。这样，所述冷却端的变形为图3所示。从图3显然可见，虽然所述冷却端的形状随时间而变，但是在基本上靠近并且沿着所述冷却端直径方向的部分，特别是所述冷却端几乎中心的部分没有发生变形，并且保持固定。
因此，如果将固定点设置在所述冷却端的固定区域，并且通过利用所述固定点冷却给定的物品，那么所述物品将可以被冷却到一个极低的温度，而不受到振动。
附图说明
为了更好的理解本发明，下面参考附图进行说明，其中：
图1是显示一个传统的GM(Gifford McMahon)型低温制冷机的结构示意图，
图2是显示一个传统的脉冲管型低温制冷机的结构示意图，
图3涉及显示本发明低温制冷机的冷却端变形的成像图，
图4是显示本发明低温制冷机的冷却端的结构示意图，
图5是显示图4所示的低温制冷机的所述冷却缸与所述冷却端相连接的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。图4是显示本发明低温制冷机的冷却端的结构示意图，图5是显示图4所示的低温制冷机的所述冷却缸与所述冷却端相连接的结构示意图。在图4中，省略了一个压缩机，而只画出了所述低温制冷机的冷却头。
图4中所示的所述低温制冷机冷却头30包括两对冷却缸31和32以及冷却端36，所述冷却端设置在所述冷却缸31和32的底部与所述冷却缸31和32相连接。
如图5所示，所述冷却缸31和32与所述冷却端36相连接，连接所述冷却缸31的对角线X与连接所述冷却缸32的对角线Y相垂直。给所述冷却缸31供给一种高压气体，而给所述冷却缸32供给一种低压气体。这样，所述冷却端36被施加所述高压气体的部分会产生向下的变形，而所述冷却端36被施加所述低压气体的部分会产生向上的变形。
然而，在所述冷却端36的产生向上变形和向下变形的部分之间，靠近并且沿着所述直径Z的区域几乎没有变形，特别是所述冷却端36的中心O几乎没有变形。因此，可以在所述靠近并沿着所述直径Z的区域上设置一个固定点。在如图4所示的低温制冷机30中，在所述冷却端36的中心O形成一个作为固定点的安装槽39。因此，如果将给定物品安装在所述安装槽39上，所述物品将被冷却，而几乎不受到振动。
如果供给到所述冷却缸31的气体供应循环是通过180度的相移，从供应到所述冷却缸32的气体供应循环中转变而来，而且所述冷却端36使用厚而硬的材料例如碳化钨(tungsten carbide)制成，那么所述冷却端36自身就不会被振动。这样，所述固定点可以设置在所述冷却端36的任意一个部分上。
虽然已经结合前述实施例对本发明进行了详细说明，但是本发明不局限于前述公开内容，而可以在不脱离本发明的范围内做出各种变化和改进。
根据本发明，可以将一个物品例如一个高性能的精密仪器，冷却到一个极低的温度，而所述物品不受到振动。

Claims (9)

1.一种使用低温制冷机冷却物品的方法，包括如下步骤：在低温制冷机的冷却端设置固定点；将物品安装在所述固定点上冷却。
2.根据权利要求1所述的冷却方法，其中，所述冷却端形成为圆形，所述固定点设置在基本上靠近并且沿着所述冷却端直径的区域上。
3.根据权利要求2所述的冷却方法，其中，所述固定点设置在所述冷却端几乎中心的位置。
4.根据权利要求1所述的冷却方法，其中，两对冷却缸与所述冷却端相连接，因而连接其中一对冷却缸的对角线与连接另一对冷却缸的对角线相垂直，而且给其中一对冷却缸提供一种高压气体，而给另一对冷却缸提供一种低压气体，从而所述固定点可以设置在所述冷却端上。
5.根据权利要求4所述的冷却方法，还包括以下步骤，即通过将上述高压气体与低压气体的供给相位差为180度并用硬质材料制造所述冷却端，从而抑制所述冷却端振动，并且所述固定点设置在所述冷却端上。
6.一个低温制冷机包括：两对冷却缸以及一个冷却端，所述两对冷却缸与所述冷却端相连接，连接一对冷却缸的对角线与连接另外一对冷却缸的对角线相垂直，其中，给其中一对冷却缸提供高压气体，而给另一对冷却缸提供低压气体，从而在所述冷却端上设置固定点。
7.根据权利要求6所述的低温制冷机，其中，所述冷却端形成为圆形，所述固定点设置在一个基本上靠近并且沿着所述冷却端的直径的区域。
8.根据权利要求7所述的低温制冷机，其中，所述固定点设置在所述冷却端几乎中心的部分上。
9.根据权利要求8所述的低温制冷机，其中，所述冷却端由硬质材料制成，并且通过将上述高压气体与低压气体的供给相位差为180度，从而使得所述固定点可以设置在所述冷却端上。
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