一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置，该装置包括：制冷机制冷系统、波纹管隔振系统和真空系统；制冷机制冷系统包括金属套筒、制冷机冷头、制冷机压缩机和氦气热交换系统，制冷机冷头下端设置导流装置，制冷机冷头和金属套筒之间设置防对流填充物，波纹管隔振系统采用多级波纹管隔振，真空系统为系统建立超高真空环境。本发明专利技术的有益效果为：通过使用闭循环制冷机对氦气液化，实现更低的温度；制冷机冷头最低端的导流装置，避免液氦滴下产生的振动；制冷机冷头与金属套筒间的防对流填充物，防止由于氦气对流而产生的振动；采用多级波纹管的设计，最大程度隔绝制冷机在工作中产生的振动，从而为对振动非常敏感并要求低温的设备降温。

A Low Vibration Cooling Device with Closed-cycle Refrigerator

The invention discloses a low-vibration cooling device using a closed-cycle refrigerator, which comprises a refrigeration machine refrigeration system, a bellows vibration isolation system and a vacuum system; a refrigeration machine refrigeration system includes a metal sleeve, a refrigeration machine cold head, a refrigeration compressor and a helium heat exchange system; a diversion device is arranged at the lower end of the refrigeration machine cold head; and a guard is arranged between the refrigeration machine cold head and the metal sleeve. Convective filler, corrugated tube vibration isolation system adopts multi-stage corrugated tube vibration isolation, vacuum system for the system to establish ultra-high vacuum environment. The beneficial effects of the present invention are as follows: lower temperature can be achieved by liquefying helium gas by using closed-cycle refrigerators; a diversion device at the lowest end of the cold head of the refrigeratory to avoid vibration caused by droplets of liquid helium; an anti-convection filler between the cold head of the refrigeratory and the metal sleeve to prevent vibration caused by helium convection; and a design of multi-stage bellows to maximize isolation of the refrigeratory in-service. Vibration generated during operation, so as to be very sensitive to vibration and require low temperature equipment to cool down.

【技术实现步骤摘要】
一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置
本专利技术涉及低温制冷设备
，具体而言，涉及一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置。
技术介绍
低温降温装置主要分为两种：第一种采用制冷剂制冷，即将液氦存储到容器里面，或者将液氦通过管道持续输送到需降温部位；第二种采用闭循环制冷机制冷，制冷机主要包括吉福特-麦克马洪循环制冷机、脉管制冷机、斯特林循环制冷机以及基于上述制冷机原理的改良机型。这些原制冷机机型在运行中存在振动问题，限制了它们的使用。为了将这些机型应用在对振动要求极其严格的工作环境中，部分单位和公司做了研究，诸如复旦大学的“一种机械振动隔绝的无液氦消耗极低温制冷系统”(公告号：CN105571190A)、“一种利用闭循环制冷机致冷的低温扫描隧道显微镜”(公告号：CN103901232B)，绍兴匡泰仪器设备有限公司的“一种无液氦低温扫描隧道显微镜”(公告号：CN104714053B)，美国RHK公司的PanScanFreedom商业化无液氦消耗的SPM系统和德国SIGMA公司的INFINITY闭循环SPM系统等。采用制冷剂制冷的低温降温装置需要直接消耗液氦，而氦资源属于不可再生资源、稀缺资源，在中国尤为稀缺；近年来随着液氦的消耗，液氦价格越来越昂贵。采用制冷机制冷的低振动设备只是单纯地使用氦气作为热交换气体，这样只能使温度降到10K左右，并且作为热交换气体的氦气在设备内存在对流情况，会产生振动，影响减振效果。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于利用闭循环制冷机搭建一套无液氦消耗、低振动的降温装置，在不消耗液氦的情况下将温度降至4.2K，并且特殊的设计隔绝了制冷机工作中产生的振动，适合应用到对振动非常敏感并要求低温的设备上。本专利技术提供了一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置，包括制冷机制冷系统，其包括：金属套筒、下端置于所述金属套筒内部的制冷机冷头、位于所述金属套筒底部外侧的温度监测装置、与所述制冷机冷头的上端连接的制冷机压缩机和氦气热交换系统，所述制冷机冷头下端设置导流装置，所述制冷机冷头和所述金属套筒之间设置防对流填充物，所述金属套筒底部空间存储液氦(即液化的氦气)，且所述导流装置伸入液氦内；波纹管隔振系统，其为多级波纹管，包括：依次首尾级联的多级波纹管和分别固定每一级波纹管的波纹管隔振架，所述波纹管隔振架的上端与每一级波纹管的上端连接，所述多级波纹管的最下端一级波纹管的下端与所述金属套筒上端连接，所述多级波纹管的最上端一级波纹管的上端与所述制冷机冷头上端的密封挡板连接；真空系统，其包括：真空腔体外壳和真空泵组，所述真空腔体外壳套在所述金属套筒外侧，所述真空泵组使得所述真空腔体外壳与所述金属套筒之间形成的密封空间为真空腔体。作为本专利技术进一步的改进，所述波纹管隔振系统为二级波纹管，包括：从下至上级联的第一级波纹管和第二级波纹管、固定所述第一级波纹管的第一级波纹管隔振架以及固定所述第二级波纹管的第二级波纹管隔振架，所述第一级波纹管的下端与所述金属套筒上端连接，所述第一级波纹管的上端与所述第二级波纹管的下端连接，所述第二级波纹管的上端与所述制冷机冷头上端的密封挡板连接。作为本专利技术进一步的改进，所述氦气热交换系统包括氦气供给回收装置和导气管，所述导气管一端与所述氦气供给回收装置连接，另一端穿过所述密封挡板伸入到所述双级波纹管内部，所述导气管上设置减压阀。作为本专利技术进一步的改进，所述制冷机冷头和所述金属套筒之间设置多层防对流填充物。作为本专利技术进一步的改进，所述多级波纹管为橡胶波纹管或金属波纹管。作为本专利技术进一步的改进，所述密封挡板上设置卸放阀。作为本专利技术进一步的改进，所述金属套筒底部连接节流制冷装置。作为本专利技术进一步的改进，所述制冷机冷头由从上至下级联的制冷机第一级冷头和制冷机第二级冷头组成。作为本专利技术进一步的改进，所述金属套筒由上至下级联的第一级金属套筒和第二级金属套筒组成，所述第一级金属套筒与所述制冷机第一级冷头形状匹配设置，所述第二级金属套筒与所述制冷机第二级冷头形状匹配设置。本专利技术的有益效果为：通过使用闭循环制冷机对氦气液化，实现更低的温度；在闭循环制冷机冷头最低端添加导流装置，避免液氦滴下产生的振动；在制冷机冷头与金属套筒间添加防对流填充物，防止由于氦气对流现象而产生的振动；采用多级波纹管设计，最大程度隔绝制冷机在工作中产生的振动，从而为对振动非常敏感并要求低温的设备降温。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种低温扫描隧道显微镜系统的结构示意图。图中，11、制冷机冷头；12、氦气供给回收装置；13、制冷机压缩机；14、金属套筒；15、温度监测装置；16、防对流填充物；17、导流装置；18、减压阀；19、卸放阀；110、制冷机冷头气库；111、制冷机第一级冷头；112、制冷机第二级冷头；131、分离电机；132、分离电机支撑架；141、第一级金属套筒；142、第二级金属套筒；21、双级波纹管；22、第一级波纹管隔振架；23、第二级波纹管隔振架；31、真空腔体外壳；32、真空泵组；41、扫描探头；42、外层低温屏蔽罩；43、内层低温屏蔽罩；44、弹簧隔振；45、磁阻尼隔振；51、隔振装置；52、支撑平台。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。实施例1，如图1所示，本专利技术实施例所述的一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置，该装置包括：制冷机制冷系统、波纹管隔振系统和真空系统，其中，制冷机制冷系统，其包括：金属套筒14、下端置于金属套筒内部的制冷机冷头11、位于金属套筒14底部外侧的温度监测装置15、与制冷机冷头11的上端连接的制冷机压缩机13和氦气热交换系统，制冷机冷头11下端设置导流装置17，制冷机冷头11和金属套筒14之间设置防对流填充物16，金属套筒14底部空间存储液氦(即液化的氦气)，且导流装置伸入液氦内；波纹管隔振系统，其为多级波纹管，包括依次首尾级联的多级波纹管和分别固定每一级波纹管的波纹管隔振架，波纹管隔振架的上端与每一级波纹管的上端连接，多级波纹管的最下端一级波纹管的下端与所述金属套筒14上端连接，多级波纹管的最上端一级波纹管的上端与制冷机冷头11上端的密封挡板连接，多级波纹管的级数一般大于等于2；真空系统，其包括：真空腔体外壳31和真空泵组32，真空腔体外壳31套在金属套筒14外侧，真空泵组32使得真空腔体外壳31与金属套筒14之间形成的密封空间为真空腔体。进一步的，其为双级波纹管21，包括：从下至上级联的第一级波纹管和第二级波纹管、固定所述第一级波纹管的第一级波纹管隔振架22以及固定所述第二级波纹管的第二级波纹管隔振架23，第一级波纹管的下端与金属套筒14上端连接，第一级波纹管的上端与第二级波纹管的下端连接，第二级波纹管的上端与制冷机冷头11上端的密封挡板连接。制冷机可为吉福特-麦克马洪循环制冷机、脉管制冷机、斯特林循环制冷机以及基于这些制冷机原理的改良机型。制冷机冷头11、双级波纹管21和金属套筒14构成热交换区间，该区间由氦气热交换系统供给氦气作为热交换气体，并能够通过减压阀18与卸放阀19控制该区间压力。金属套筒14材质兼容超高真空，最底部可接实验设备。波纹管隔振系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置，其特征在于，包括制冷机制冷系统，其包括：金属套筒(14)、下端置于所述金属套筒(14)内部的制冷机冷头(11)、位于所述金属套筒(14)底部外侧的温度监测装置(15)、与所述制冷机冷头(11)的上端连接的制冷机压缩机(13)和氦气热交换系统，所述制冷机冷头(11)下端设置导流装置(17)，所述制冷机冷头(11)和所述金属套筒(14)之间设置防对流填充物(16)，所述金属套筒(14)底部空间存储液氦，且所述导流装置(17)伸入液氦内；波纹管隔振系统，其为多级波纹管，包括依次首尾级联的多级波纹管和分别固定每一级波纹管的波纹管隔振架，所述波纹管隔振架的上端与每一级波纹管的上端连接，所述多级波纹管的最下端一级波纹管的下端与所述金属套筒(14)上端连接，所述多级波纹管的最上端一级波纹管的上端与所述制冷机冷头(11)上端的密封挡板连接；真空系统，其包括：真空腔体外壳(31)和真空泵组(32)，所述真空腔体外壳(31)套在所述金属套筒(14)外侧，所述真空泵组(32)使得所述真空腔体外壳(31)与所述金属套筒(14)之间形成的密封空间为真空腔体。

【技术特征摘要】
1.一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置，其特征在于，包括制冷机制冷系统，其包括：金属套筒(14)、下端置于所述金属套筒(14)内部的制冷机冷头(11)、位于所述金属套筒(14)底部外侧的温度监测装置(15)、与所述制冷机冷头(11)的上端连接的制冷机压缩机(13)和氦气热交换系统，所述制冷机冷头(11)下端设置导流装置(17)，所述制冷机冷头(11)和所述金属套筒(14)之间设置防对流填充物(16)，所述金属套筒(14)底部空间存储液氦，且所述导流装置(17)伸入液氦内；波纹管隔振系统，其为多级波纹管，包括依次首尾级联的多级波纹管和分别固定每一级波纹管的波纹管隔振架，所述波纹管隔振架的上端与每一级波纹管的上端连接，所述多级波纹管的最下端一级波纹管的下端与所述金属套筒(14)上端连接，所述多级波纹管的最上端一级波纹管的上端与所述制冷机冷头(11)上端的密封挡板连接；真空系统，其包括：真空腔体外壳(31)和真空泵组(32)，所述真空腔体外壳(31)套在所述金属套筒(14)外侧，所述真空泵组(32)使得所述真空腔体外壳(31)与所述金属套筒(14)之间形成的密封空间为真空腔体。2.根据权利要求1所述的一种采用闭循环制冷机的低振动降温装置，其特征在于，所述波纹管隔振系统为二级波纹管(21)，包括：从下至上级联的第一级波纹管和第二级波纹管、固定所述第一级波纹管的第一级波纹管隔振架(22)以及固定所述第二级波纹管的第二级波纹管隔振架(23)，所述第一级波纹管的下端与所述金属套筒(14)上端连接，所述第一级波纹管的上端与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，
申请(专利权)人：中科艾科米北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11