CN207703339U - 制冷型杜瓦组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制冷型杜瓦组件，从下到上依次包括圆台形的冷指、冷盘，所述冷盘包括支撑板，以及连接在支撑板下端的环形凸缘；所述冷指内部中空且上端开口，所述环形凸缘套设在所述冷指的上端开口的内部；所述支撑板在水平方向的尺寸大于所述冷指的上端尺寸；所述冷指的壁厚为0.12mm～0.15mm。本实用新型的目的是在保障结构紧凑的前提下，该杜瓦组件与制冷器配使用时能缩短制冷时间，同时为制冷器中的逆流换热器提供更大设计空间。

Description

制冷型杜瓦组件

技术领域

本实用新型属于红外探测及低温真空领域，更具体地，涉及一种制冷型杜瓦组件。

背景技术

随着红外技术在军事方面应用越来越广泛，如红外制导、红外侦察、红外跟踪和红外预警等，对红外探测器提出了新的需求，例如向多色、高分辨率、快速制冷等方向发展。其中，制冷型探测器制冷时间短、响应速度快，为武器系统快速启动和响应提供便利，在导弹制导应用上具有绝对领先优势。制冷型红外探测器，由杜瓦组件和制冷器耦合组成，杜瓦组件为探测器芯片工作提供光、机、电接口以及高真空可持续低温的环境，制冷器则能够实现芯片工作所需的低温环境。杜瓦组件采用超高真空金属封装结构，由多个金属和陶瓷的零部件组成，其中的冷指是杜瓦与制冷器的共用件，既是杜瓦的内胆，又是制冷器的气缸。

冷指与冷盘共同构成冷指组件，探测器芯片一般粘接在冷盘表面的陶瓷基板上，制冷器是通过冷指与杜瓦耦合连接，因此，对冷指的形状和材料提出了很高的要求，既要保障金属杜瓦的强度和热阻，又要配合制冷器为探测器芯片提供低温的工作环境，另外还需要与探测器芯片的热膨胀系数匹配，以保证芯片的正常工作不受应力损伤，还需满足制冷器的形状设计要求，现有技术中一般冷指使用柱状结构，给节流制冷器中的关键部件——逆流换热器提供的设计空间还需增大。如今，急需提供一种在保障结构紧凑的前提下能缩短探测器的制冷时间，同时为节流制冷器中的逆流换热器提供更大设计空间的金属杜瓦结构。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提出了一种制冷型杜瓦组件，其目的是在保障结构紧凑的前提下，该杜瓦组件与制冷器配使用时能缩短制冷时间，同时为制冷器中的逆流换热器提供更大设计空间。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种制冷型杜瓦组件，从下到上依次包括圆台形的冷指、冷盘，所述冷盘包括支撑板，以及连接在支撑板下端的环形凸缘；

所述冷指内部中空且上端开口，所述环形凸缘套设在所述冷指的上端开口的内部；所述支撑板在水平方向的尺寸大于所述冷指的上端尺寸。

优选地，所述冷指的壁厚为0.12mm～0.15mm。

优选地，所述冷指的材质为钛合金。

优选地，所述支撑板由下至上包括陶瓷基片和冷屏。

优选地，所述冷指外部设置有主筒部件，所述主筒部件包括外壳和贯通所述外壳内外侧的绝缘子。

优选地，所述冷屏外部套设有窗座部件，所述窗座部件包括窗框和设置于所述窗框顶部并与所述冷屏上表面相对的窗片；所述窗框的侧壁上设置有与所述窗座部件内部连通的排气口。

优选地，所述外壳的外壁上还设置有导电接头。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于提供了一种制冷型杜瓦组件，能够取得下列有益效果：

(1)因本实用新型提出的杜瓦组件的冷指是将现有技术中圆柱形冷指改进为圆台形，从而使得本实用新型的冷指内部容积增加，进而冷指在杜瓦组件内部所占空间也相应增加，导致杜瓦组件内部结构更加紧凑。又因为制冷器的逆流热交换器是盘绕在冷指上的，冷指由现有技术的圆柱形改进为圆台形后，冷指的表面积增大，所以逆流换热器的设计空间相应地增加。

(2)由于本实用新型提出的杜瓦组件的冷盘采用的结构为：包括支撑板，以及连接在支撑板下方的环形凸缘，环形凸缘套设在冷指的上端内部；这种结构相对于现有技术中两层实心结构的冷盘而言，由于环形凸缘内部为空心，具有如下好处：冷盘从端面至中心的厚度更加均匀，使得杜瓦组件与制冷器配合使用时冷盘表面的冷量分布更加均匀；因为对于均匀组成的冷盘而言，其热质量与其质量成正比，所以当冷盘由原来的两层实心改进为一层后，其质量减少，导致其热质量降低，而冷指内的传热速度是不变的，进而导致杜瓦组件在与制冷器配合使用时制冷时间缩短。

(3)由于本实用新型提出的杜瓦组件的冷指壁厚为0.12mm～0.15mm，采用的抗拉强度≥700MPa，热导率≤10W/(m·K)钛合金材质，在保障强度的前提下，由于冷指壁厚薄，还能有效降低传热带来的热损耗。

附图说明

图1是本实用新型的杜瓦组件剖面结构示意图；

图2是图1中冷指的结构示意图；

图3是图1中冷盘的剖面示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-冷指；2-外壳；3-冷盘；4-陶瓷基板；5-探测器芯片；6-排气口；7-窗片；8-窗框；9-冷屏；10-导电接头；11-绝缘子。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图对本专利进行详细的说明：

如图1和图3所示，本实用新型提出一种制冷型杜瓦组件，从下到上依次包括圆台形冷指1、冷盘3。冷指3是杜瓦与制冷器的共用件，既是杜瓦的内胆，又是制冷器的气缸，冷指1与冷盘3共同构成冷指组件。该冷指1是将现有技术中圆柱形冷指改进为圆台形，从而使得本实用新型的冷指1内部容积增加，进而冷指1在杜瓦组件内部所占空间也相应增加，导致杜瓦组件内部结构更加紧凑。又因为制冷器的逆流热交换器是盘绕在冷指1上的，本实用新型中的冷指1将现有技术的圆柱形改进为圆台形后，冷指1的表面积增大，所以逆流换热器的设计空间相应地增大。

如图3所示，冷盘的剖面示意图。冷盘3包括支撑板，以及连接在支撑板下端的环形凸缘；冷指1内部中空且上端开口，环形凸缘套设在冷指1的上端开口的内部；支撑板在水平方向的尺寸大于冷指1的上端尺寸。这种结构相对于现有技术中两层实心结构的冷盘3而言，由于环形凸缘内部为空心，冷盘3从端面至中心的厚度更加均匀，使得杜瓦组件与制冷器配合使用时冷盘3表面冷量分布更加均匀；又因为对于均匀组成的冷盘3而言，其热质量与其质量成正比，所以当冷盘3由原来的两层实心改进为一层后，其质量减少，导致其热质量降低，而冷指内的传热速度是不变的，进而导致杜瓦组件在与制冷器配合使用时制冷时间缩短。

冷指1的壁厚越薄，冷指1热传引起的漏热越低，制冷器在与杜瓦组件配合使用时制冷器的负载越小，但同时冷指的刚性也越小，优选地，壁厚为0.12-0.15mm，在这个范围内漏热低同时能满足冷指的刚性需求。

如图2所示，冷指1底部增加厚度以保障冷指1强度，其底部厚度≤0.2mm。

冷指1的材质为钛合金，钛合金的抗拉强度≥700MPa，热导率≤10W/(m·K)，优选TC4钛合金，其在保障冷指强度的前提下，由于冷指1壁厚薄，还能有效降低传热带来的热损耗。

支撑板由下至上包括陶瓷基片4和冷屏9，陶瓷基片4上表面粘接有探测器芯片5，冷屏9起到限制视场角、提高探测器芯片信噪比、降低背景噪声和减少背景光通量的作用。

冷指1外部设置有主筒部件，主筒部件包括外壳2和贯穿外壳2内外侧用于支撑导线和防止电流回地的绝缘子11，该绝缘子的材料为陶瓷。

冷屏9外部套设有窗座部件，窗座部件包括窗框8和设置于窗框8顶部并与冷屏上表面相对的窗片7；因为支撑板由下至上依次连接有陶瓷基片4，探测器芯片5、内部中空的冷盘9，而冷屏9位于窗座部件内部且与冷屏9上表面相对的为窗片7，所以探测器芯片5也正对着窗片7，红外线可以通过窗片7射入到探测器芯片5上使探测器芯片5接受光信号。

窗框8的侧壁上设置有与窗座部件内部连通的排气口6，排气口6与真空泵组连接，通过抽排气使杜瓦组件内部呈现高真空环境。

外壳2外壁上还设置有导电接头10。

该冷指具体组装过程如下：

(1)将冷指1与冷盘3通过高温钎焊构成冷指组件；

(2)将外壳2与绝缘子11通过高温钎焊构成主筒部件；

(3)将排气管6、窗片7、窗框8是通过高温钎焊和软钎焊构成窗座部件；

(4)将陶瓷基片4通过粘接胶粘接在冷盘3表面，再将将待测试的探测器芯片5(也可以是测温二极管)通过低温胶粘接到陶瓷基片4上，接着用低温胶将冷屏9下端粘接到陶瓷基板4上；

(5)将内部中空的冷屏9罩住待测试的探测器芯片5(或测温二极管)；再将冷指1、冷盘3、主筒部件、导电接头10、窗座部件通过激光焊密封成一整体。

(6)最后将杜瓦组件与制冷器连接进行测试工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种制冷型杜瓦组件，其特征在于，从下到上依次包括圆台形的冷指(1)、冷盘(3)，所述冷盘(3)包括支撑板，以及连接在支撑板下端的环形凸缘；

所述冷指(1)内部中空且上端开口，所述环形凸缘套设在所述冷指(1)的上端开口的内部；所述支撑板在水平方向的尺寸大于所述冷指(1)的上端尺寸。

2.如权利要求1所述的制冷型杜瓦组件，其特征在于，所述冷指(1)的壁厚为0.12mm～0.15mm。

3.如权利要求1所述的制冷型杜瓦组件，其特征在于，所述冷指(1)的材质为钛合金。

4.如权利要求1所述的制冷型杜瓦组件，其特征在于，所述支撑板由下至上包括陶瓷基片(4)和冷屏(9)。

5.如权利要求1所述的制冷型杜瓦组件，其特征在于，所述冷指(1)外部设置有主筒部件，所述主筒部件包括外壳(2)和贯通所述外壳(2)内外侧的绝缘子(11)。

6.如权利要求4所述的制冷型杜瓦组件，其特征在于，所述冷屏(9)外部套设有窗座部件，所述窗座部件包括窗框(8)和设置于所述窗框(8)顶部并与所述冷屏(9)上表面相对的窗片(7)；所述窗框(8)的侧壁上设置有与所述窗座部件内部连通的排气口(6)。

7.如权利要求5所述的制冷型杜瓦组件，其特征在于，所述外壳(2)的外壁上还设置有导电接头(10)。