CN201298001Y - 一种真空绝热加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高能粒子轰击靶场(样品)时，提供局部600~800℃高温环境的真空绝热加热装置。该装置包括由上罩体、下罩体、底座形成的真空密闭空间，该真空密闭空间内设有与电源相连接的加热块，加热块上设有导热棒，导热棒上连接有用于安放样品的样品架。本装置是利用真空绝热技术设计出来的，在热源向目标区域传递热量的过程中，如果与空气接触会产生大量的对流换热损失和辐射换热损失，真空绝热技术能有效减少对流换热损失。

Description

一种真空绝热加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于将样品升温到600~800℃的加热装置，适用于物理学研究中用高能粒子轰击靶场(样品)，从而产生一定的效应的场合。

背景技术

在量子物理等微观物理学的研究中，常常需要一种特殊的环境，使粒子发射仪器发出的粒子打到样品上，高温真空环境便是其中的一种。通过对现有技术进行检索发现，没有发现关于专门用于高能粒子轰击靶场(样品)所需高温环境的加热装置方面技术的介绍。

由于需要在狭小的样品架上实现一个600~800℃的高温，普通条件下是很难做到的，因为高温条件下空气对流对导热体的影响很大，使得导热体的温度难以上升到600~800℃的高温。实验证明：在大气条件下，对样品架上的样品进行加热，受加热块功率的限制，当加热到300℃左右的时候，温度就再也无法继续升高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于高能粒子轰击靶场(样品)时，提供局部600~800℃高温环境的真空绝热加热装置。

本实用新型的技术方案是：一种真空绝热加热装置，其特征在于：所述装置包括由上罩体、下罩体、底座形成的真空密闭空间，该真空密闭空间内设有与电源相连接的加热块，加热块上设有导热棒，导热棒上连接有用于安放样品的样品架。本装置利用真空绝热技术，将加热源与空气隔离，减少对流换热损失，使更多的有效热传递到指定区域。

所述上罩体和下罩体之间设有金属密封结构，下罩体与底座之间焊接在一起，底座上设有金属支架，加热块装设在支架上。

所述金属密封结构包括设置在上罩体、下罩体之间的紫铜密封圈，上罩体、下罩体通过紧固件连接在一起。

所述加热块及导热棒的四周设置了防辐射屏，所述防辐射屏为二层或二层以上，且相邻层之间相互分离。其目的是为了减少热源的辐射换热损失，采用了多层防辐射屏，使辐射换热损失大大减少。

所述防辐射屏呈筒状，其上端与导热棒上端面对应，其下端延伸至底座上。

为了减少热源与导热棒之间的接触热阻，所述加热块内设有与导热棒截面尺寸相对应的空腔，导热棒插设在该空腔内，并通过银钎焊与加热块焊接在一起。

所述样品架上设有热电偶，热电偶通过电源线与温控器相连，温控器与电源连接，电源线外部套有陶瓷套环，从而保证由热源引出的电源连线置于如此高温条件下保持正常工作，

为了引导粒子发生器发出的粒子准确的打到样品上，所述真空密闭空间的侧壁上与样品架上样品对应的位置设有粒子轰击入口管，所述粒子轰击入口管与粒子发生器相连接。

所述粒子轰击入口管设置在上罩体的侧壁上，并与上罩体通过银钎焊焊接在一起。

所述真空密闭空间的壁上设有一个接口，所述接口与真空泵相连接。

本装置是利用真空绝热技术设计出来的，在热源向目标区域传递热量的过程中，如果与空气接触会产生大量的对流换热损失和辐射换热损失，真空绝热技术能有效减少对流换热损失，同时，根据辐射传热学理论，在有限的真空区域设置防辐射屏能够减少辐射换热损失。因此，本装置具有以下的优点：

第一：解决了高温条件下空气对流对导热体的影响；；

第二：解决真空罩腔体内的高温条件下的密封问题；

第三：防辐射屏解决高温条件下加热块通过导热棒给样品架加热过程中产生大量的对外辐射换热损失；

第四：加热块与导热棒的结合，解决了由于接触不良会产生的间隙热阻，造成产热效果不好的问题；

第五：设置温控器控制加热块加热功率；在电源线上设置陶瓷套环，保证电源线在高温下正常使用。

附图说明

图1是本实用新型的装配示意图；

图2是本实用新型的工作示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的真空绝热加热装置作进一步的说明。

如附图1所示，本真空绝热加热装置利用了真空绝热技术，即在装置的外罩(包括上罩体8、底座1和下罩体2)内形成一个真空密闭空间，利用底座1下部的接口16(图2所示)与机械真空泵17连接，对其抽真空，使真空密闭空间内能够达到10^-4Pa左右的真空度，将空气对流损失降到最低。为了便于更换样品架9上的样品，将外罩系统设计成可以装拆的不锈钢结构的上罩体8和下罩体2，采用金属密封，即中间设计成一个紫铜的金属密封圈6；在底座1上设置了一个不锈钢的支撑架13，支持架13上端设有加热块12，加热块12中间设有空腔，导热棒11插设在该空腔内，并焊接在一起。用于放置样品的样品架9采用10 x 10 x 5的紫铜片。受装配空间的影响，加热块12的功率选择1000W，导热棒11采用热传导系数较大的紫铜，加热块12和导热棒11之间为了实现很好的连接采用含有一定百分含量的银焊条焊接，最大程度减小了两者之间的接触热阻；考虑到导热棒11在工作的时候会有大量的辐射热，通过罩体散发到空体中会导致大量的热损失，导致样品架9上达不到设定的温度范围，为此设置了两层防辐射屏3和14，根据辐射传热计算公式，经过理论计算可知，经过防辐射屏3和14屏蔽之后的辐射热损失是之前的20％左右。加热块12的下方用不锈钢管制成的支撑架13固定在底座1上，温控器15通过电源线4与加热块12及热电偶10连接，控制加热块12的温度。热电偶15安装在样品架9上。由于电源线4要置身于500多度的高温下，普通的电源线很快就会熔化掉。我们采用表皮耐高温的电源线4，同时在电源线4的外侧套上绝热性能良好的陶瓷套环5。

为了引导粒子发生器发出的粒子准确的打到样品上，设计了粒子轰击入口管7。该粒子轰击入口管7与上罩体8通过银焊条焊接，其一端与样品架9相对，另一端与粒子发生器19相连(如附图2所示)。

如图2所示，将此加热装置放在具有一定承重能力的平台上，将温控器15与电源及热电偶10连接，同时加热块12也与电源18连接，同时连接好机械真空泵17，确定加热装置的各个部位都处于密封状态，首先打开机械真空泵17，对其进行抽真空，同时等到加热装置内的真空度在10^-4Pa左右，时间大概需要30分钟，打开电源18，用加热块12进行加热，此时温控器15上会显示样品架9上的瞬时温度。再过30分钟左右，样品架9上的温度达到600~800℃。

上述实施例为本实用新型的一种具体实施方式，仅用于说明本实用新型，而非用于限制本实用新型。

Claims (10)

1、一种真空绝热加热装置，其特征在于：所述装置包括由上罩体、下罩体、底座形成的真空密闭空间，该真空密闭空间内设有与电源相连接的加热块，加热块上设有导热棒，导热棒上连接有用于安放样品的样品架。

2、根据权利要求1所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述上罩体和下罩体之间设有金属密封结构，下罩体与底座之间焊接在一起，底座上设有金属支架，加热块装设在支架上。

3、根据权利要求2所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述金属密封结构包括设置在上罩体、下罩体之间的紫铜密封圈，上罩体、下罩体通过紧固件连接在一起。

4、根据权利要求1所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述加热块及导热棒的四周设置了防辐射屏(14)，所述防辐射屏(14)为二层或二层以上，且相邻层之间相互分离。

5、根据权利要求4所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述防辐射屏(14)呈筒状，其上端与导热棒上端面对应，其下端延伸至底座上。

6、根据权利要求3所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述加热块内设有与导热棒截面尺寸相对应的空腔，导热棒插设在该空腔内，并通过银钎焊与加热块焊接在一起。

7、根据权利要求1至6任一项所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述样品架上设有热电偶，热电偶通过电源线与温控器相连，温控器与电源连接，电源线外部套有陶瓷套环。

8、根据权利要求1至6任一项所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述真空密闭空间的侧壁上与样品架上样品对应的位置设有粒子轰击入口管，所述粒子轰击入口管与粒子发生器相连接。

9、根据权利要求8所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述粒子轰击入口管设置在上罩体的侧壁上，并与上罩体通过银钎焊焊接在一起。

10、根据权利要求1至6任一项所述的真空绝热加热装置，其特征在于：所述真空密闭空间的壁上设有一个接口，所述接口与真空泵相连接。

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