專利名稱：超靜液氦恒溫器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液氦恒溫器，特別涉及一種具有超低震動的科研用超靜液氦恒溫器，屬于低 溫恒溫器技術領域。
背景技術：
科研用液氦恒溫器是一種能給實驗裝置提供低溫冷環(huán)境并屏蔽外界溫度、空氣和水汽對 實驗的影響的低溫容器，已被廣泛應用于在低溫環(huán)境下熱物理性能、材料力學性能、磁力學 性能、材料超導性能、光學物理性能及生物醫(yī)藥研制等的研究和測試領域。
現(xiàn)有的科研用液氦恒溫器存在如下缺點(1)使用時實驗裝置直接浸泡在內膽里的液氦 中，液氦的沸騰對實驗裝置產生較大震動， 一直以來都是低溫掃描探針顯微鏡制作的障礙， 因其原子級別的成像對外界的震動非常敏感；想要獲得高清晰的原子分辯率圖象，必須盡量 去減小來自外界的各種震動干擾。(2)使用可變溫插件可隔離液氦與實驗裝置，但可變溫插 件也占據(jù)了較大的低溫空間，使得實驗裝置的體積不得不減小，否則無法植入到空間非常有 限的極端條件中，如內孔徑較小的強磁體中；此外可變溫插件的價格也比較昂貴。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有科研用液氦恒溫器所存在的震動大的缺陷，制造出具有超低震動的液氦恒 溫器。
本發(fā)明實現(xiàn)超靜液氦恒溫器的技術方案是 本發(fā)明超靜液氦恒溫器，包括外殼、內膽、瓶頸、氦出氣管和冷屏，其特征在于還包括抽充 氣管，內膽置于外殼內部，所述瓶頸的一端從內膽頂部伸入至內膽底部并與內膽底部封接， 另一端從外殼頂部與外殼外部相通，所述抽充氣管連通瓶頸內部與外殼外部，所述冷屏置于 內膽與外殼之間并罩住內膽，所述氦出氣管盤繞于冷屏之上，其兩端連通內膽內部與外殼外 部，內膽外部與外殼內表面之間為真空。
本發(fā)明所述的超靜液氦恒溫器，其特征也在于
增設輔助氦出氣管，盤繞于瓶頸之上，其兩端連通內膽內部與外殼外部。
所述內膽頂部與外殼頂部之間增設氦注液管。 所述氦出氣管在外殼外部的端口增設了氣體流速控制閥。所述輔助氦出氣管在外殼外部的端口增設了氣體流速控制閥。
所述內膽與冷屏之間和/或冷屏與外殼之間纏繞交替的多層噴鋁薄膜和真空絕熱纖維紙。
所述瓶頸的處于內膽頂部到外殼頂部之間的部分為波紋管。
本發(fā)明超靜液氦恒溫器的工作原理為
瓶頸的一端從內膽頂部伸入至內膽底部并與內膽底部封接，在內膽的液氦池中隔離出一個低溫無液氦腔體，置于此腔體內的實驗裝置可以避免沸騰液氦的碰撞帶來的震動問題，通過連通瓶頸和外殼外部的抽充氣管往瓶頸內輸入少量氦氣作為熱交換氣體，可較好地對處于瓶頸底部的實驗裝置降溫。
內膽中蒸發(fā)出的冷氦氣可通過兩根氦出氣管引出，而非如傳統(tǒng)的單管引出，其中盤繞在冷屏上的氦出氣管用來冷卻冷屏，盤繞在瓶頸上的輔助氦出氣管用來冷卻瓶頸。由于冷屏與瓶頸都是由專用氦出氣管冷卻，而非如傳統(tǒng)用單根氦出氣管串聯(lián)冷卻冷屏與瓶頸，所以本發(fā)明中冷屏與瓶頸都得到了較好的冷卻。所述氦出氣管和/或輔助氦出氣管在出口處皆可增設氣體流速控制閥，控制其管內冷蒸氣的流速，從而能從實驗上調節(jié)出最優(yōu)化的冷蒸氣流速比，這就解決了現(xiàn)有液氦恒溫器冷屏技術中存在的不能同時兼顧輻射漏熱與傳導漏熱的問題，實現(xiàn)較低的液氦損耗。也避免了傳統(tǒng)技術中所需的復雜且可靠性低的自洽性計算。
根據(jù)上述原理可以看出，與己有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
(1) 瓶頸的一端從內膽頂部伸入至內膽底部并與內膽底部封接，避免了液氦的沸騰對瓶頸內實驗裝置碰撞而帶來的震動問題；通過連通瓶頸和外殼外部的抽充氣管往瓶頸內輸入少量氦氣作為熱交換氣體，可對處于瓶頸底部的實驗裝置更好地降溫。
(2) 使用兩根氦出氣管，能兼顧冷屏的冷卻和瓶頸的冷卻，從而降低氦蒸發(fā)率。
(3) 所述的兩根氦出氣管的流量可獨立控制，從而能根據(jù)實際情況具體調節(jié)出最佳流速比來獲得最好的冷卻效果，實現(xiàn)最小液氦損耗，不需要進行復雜且不可靠的自洽計算。
(4) 瓶頸的處于內膽頂部到外殼頂部之間的部分可用波紋管制作，可增加瓶頸傳導漏熱的有效長度，進一步減小來自瓶頸的傳導漏熱。


圖1是用本發(fā)明基本型超靜液氦恒溫器結構示意圖。圖2是用本發(fā)明雙盤管冷蒸氣制冷的超靜液氦恒溫器結構示意圖。圖3是用本發(fā)明瓶頸為波紋管的雙盤管冷蒸氣制冷的超靜液氦恒溫器結構示意圖。圖中標號l外殼、2內膽、3、瓶頸、4抽充氣管、5氦出氣管、6冷屏、7輔助氦出氣管、8氦注液管以下通過具體實施方式
和結構附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
具體實施例方式
實施例l:基本型超靜液氦恒溫器
參見圖l，本發(fā)明基本型超靜液氦恒溫器，包括外殼l、內膽2、瓶頸3、氦出氣管5和 冷屏6，其特征在于還包括抽充氣管4、內膽2置于外殼1內部，所述瓶頸3的一端從內膽2 頂部伸入至內膽2底部并與內膽2底部封接，另一端從外殼1頂部與外殼1外部相通，所述 抽充氣管4連通瓶頸3內部與外殼1外部，所述冷屏6置于內膽2與外殼1之間并罩住內膽 2，所述氦出氣管5盤繞于冷屏6之上，其兩端連通內膽2內部與外殼1外部，內膽2外部與 外殼1內表面之間為真空。
本實施例的工作原理如下-
瓶頸3的一端從內膽2頂部伸入至內膽2底部并與內膽2底部封接，在內膽2的液氦池 中隔離出一個低溫無液氦腔體，置于此腔體內的實驗裝置可以、避免沸騰的液氦碰撞帶來的震 動問題，通過連通瓶頸3內部與外殼1外部的抽充氣管4向瓶頸3內輸入少量氦氣進行熱交 換，從而對此隔離腔體內的實驗裝置進行較好地降溫。
所述冷屏6置于內膽2與外殼1之間，所述氦出氣管5盤繞于冷屏6之上，其兩端連通 內膽2內部與外殼1外部，以此利用氦的冷蒸氣來冷卻冷屏6從而減小外殼1到內膽2的輻 射漏熱。
實施例2:雙盤管冷蒸氣制冷的超靜液氦恒溫器
在上述實施例l中，為了能同時兼顧輻射漏熱與來自瓶頸3的固體傳導漏熱，增設一根 盤繞于瓶頸3之上，兩端連通內膽2與外殼1外部的輔助氦出氣管7，能較大程度地降低瓶 頸3的溫度，從而較大程度地減小從室溫到液氦的固體傳導漏熱，參見圖2。還可在氦出氣 管5和/或輔助氦出氣管7在外殼外部的端口處增設氣體流速控制閥，控制氦出氣管5和輔助 氦出氣管7內冷蒸氣的相對流速，從而獲得最優(yōu)化的冷蒸氣流速比，實現(xiàn)較低的液氦損耗， 從而能較大程度地降低由于液氦沸騰而產生的震動。 實施例3:瓶頸為波紋管的雙盤管冷蒸氣制冷的超靜液氦恒溫器
在上述實施例1和2中，為了進一步減小通過瓶頸3從外殼1到內膽2的的固體傳導漏 熱，所述的從內膽2到外殼1之間的瓶頸3可使用壁厚更薄，熱傳導有效長度更長的波紋管 代替，參見圖3。
權利要求
1、一種超靜液氦恒溫器，包括外殼、內膽、瓶頸、氦出氣管和冷屏，其特征在于還包括抽充氣管，內膽置于外殼內部，所述瓶頸的一端從內膽頂部伸入至內膽底部并與內膽底部封接，另一端從外殼頂部與外殼外部相通，所述抽充氣管連通瓶頸內部與外殼外部，所述冷屏置于內膽與外殼之間并罩住內膽，所述氦出氣管盤繞于冷屏之上，其兩端連通內膽內部與外殼外部，內膽外部與外殼內表面之間為真空。
2、 根據(jù)權利要求1所述的超靜液氦恒溫器，其特征在于增設輔助氦出氣管，盤繞于瓶頸之上，其兩端連通內膽內部與外殼外部。
3、 根據(jù)權利要求1所述的超靜液氦恒溫器，其特征在于所述內膽頂部與外殼頂部之間增設氦注液管。
4、 根據(jù)權利要求1所述的超靜液氦恒溫器，其特征在于所述氦出氣管在外殼外部的端口增設了氣體流速控制閥。
5、 根據(jù)權利要求2所述的超靜液氦恒溫器，其特征在于所述輔助氦出氣管在外殼外部的端口增設了氣體流速控制閥。
6、 根據(jù)權利要求1或2或3或4或5所述的超靜液氦恒溫器，其特征在于所述內膽與冷屏之間和/或冷屏與外殼之間纏繞交替的多層噴鋁薄膜和真空絕熱纖維紙。
7、 根據(jù)權利要求1或2或3或4或5所述的超靜液氦恒溫器，其特征在于所述瓶頸的處于內膽頂部到外殼頂部之間的部分為波紋管。
全文摘要
本發(fā)明超靜液氦恒溫器涉及液氦恒溫器，包括外殼、內膽、瓶頸、抽充氣管、氦出氣管和冷屏，內膽置于外殼內部，瓶頸一端從內膽頂部伸入至內膽底部并與內膽底部封接，另一端從外殼頂部與外殼外部相通，抽充氣管連通瓶頸內部與外殼外部，冷屏置于內膽與外殼之間并罩住內膽，氦出氣管盤繞于冷屏上，其兩端連通內膽內部與外殼外部，內膽外部與外殼內表面之間為真空?？稍鲈O盤繞于瓶頸上的輔助氦出氣管，其兩端連通內膽內部與外殼外部。瓶頸可用波紋管制作。瓶頸從內膽頂部伸入至底部并與之封接，獲得一個與液氦隔離的低溫腔體，避免了液氦的沸騰對瓶頸內實驗裝置碰撞帶來的震動。使用兩根氦出氣管能兼顧冷屏和瓶頸的冷卻，降低氦蒸發(fā)率。
文檔編號F25D3/10GK101487652SQ20091011617
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權日2009年2月9日
發(fā)明者龐宗強, 陸輕鈾 申請人:中國科學技術大學