本發(fā)明涉及應用于空間光學測量類單機探測器的散熱技術，具體涉及一種熱電制冷器柔性安裝結構。

背景技術：

空間光學測量類單機，性能往往受軌道熱環(huán)境影響，尤其是因太陽輻射、地球紅外輻射等因素導致溫度升高時，探測器的圖像噪聲相應增大，嚴重影響成像質量。因此很多空間光電產(chǎn)品，都采用基于熱電制冷器的主動控溫技術，以降低暗電流噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。就目前熱電制冷器的性能而言，可滿足大多數(shù)產(chǎn)品的應用需求，但是如果沒有行之有效的安裝方式，勢必影響熱電制冷器的工作效率。另一方面，制冷器工作時會形成的較大的溫度梯度，必然造成制冷器附近存在較大的熱應力；制冷器由陶瓷板和半導體電偶對組成，受壓后易碎，在惡劣情況下，熱應力可能對制冷器造成物理損傷，導致其失效。

制冷器的安裝方式主要有機械安裝、焊接安裝和膠接安裝。從已公開的文獻看，以膠接的安裝方式居多。如鳳良杰等在《宇航學報》(2014，35<10>:1218-1222)上發(fā)表論文《空間天文望遠鏡主動制冷焦面結構設計、分析與熱實驗》，采用的是制冷器兩面膠接的方法，并專門分析了膠層的熱應力。另一方面，關于柔性支撐的研究，主要出現(xiàn)在空間光學遙感器的透鏡安裝上，如馬磊等在《光電工程》(2015，42<5>:88-94)上發(fā)表論文《大口徑透鏡多點柔性支撐結構設計與分析》，給出一種柔性支撐結構，用于減小透鏡自重和熱載荷對透鏡面形的影響。該設計主要用于透鏡的安裝，但可以為制冷器的安裝提供一種新的思路。從制冷器安裝結構本身、裝配工藝等方面，均可以有較大的優(yōu)化空間，以更好滿足空間光電產(chǎn)品的實際應用需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種熱電制冷器柔性安裝結構，實現(xiàn)制冷器的高可靠安裝，避免熱應力對制冷器造成損傷，同時可保證制冷器較高的散熱效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種熱電制冷器柔性安裝結構，其特點是，該結構包含：

散熱架；

制冷器，其設置在散熱架上；

器件托架，其設置在制冷器和散熱架上，器件托架與散熱架通過連接機構機械連接并可相向運動，器件托架與散熱架相向運動向制冷器施加壓應力，從而將制冷器夾緊固定在器件托架與散熱架之間；

制冷器的熱端與散熱架接觸，冷端與器件托架接觸。

上述器件托架設有環(huán)繞其邊緣設置的若干耳片，每個耳片與散熱架對應設有螺紋孔及串設在螺紋孔中的螺釘，器件托架與散熱架通過螺釘機械連接，并隨著螺釘旋進帶動器件托架與散熱架相向運動。

上述散熱架為圓蝶式結構，散熱架設有環(huán)繞其周向排布的若干散熱槽，每個散熱槽沿散熱架的徑向設置。

上述散熱架為圓蝶式結構，散熱架設有若干沿其周向設置的環(huán)形的散熱槽。

上述器件托架與連接機構連接處的上下表面都設有隔熱墊圈。

上述制冷器的冷端與器件托架的接觸處涂覆有導熱硅脂并緊配合。

如權利要求1所述的熱電制冷器柔性安裝結構，其特征在于，所述制冷器與散熱架通過焊接方式固定連接。

如權利要求1或2所述的熱電制冷器柔性安裝結構，其特征在于，所述制冷器與器件托架之間連接機構的預緊力小于制冷器允許的最大壓應力。

如權利要求8所述的熱電制冷器柔性安裝結構，其特征在于，所述連接機構的預緊力F以式(1)獲得：

F＝nσA×60％ (1)

式(1)中，制冷器中單個熱電偶的橫截面積為A，熱電偶的總數(shù)為n，制冷器允許的最大壓應力F_max＝nσA。

本發(fā)明一種熱電制冷器柔性安裝結構和現(xiàn)有技術的制冷器安裝機構相比，本發(fā)明通過量化器件托架和散熱架之間安裝螺釘?shù)念A緊力，控制制冷器裝配后所受的壓力，保證制冷器安裝的可靠性，且安裝工藝的一致性好；

本發(fā)明通過散熱架的散熱槽實現(xiàn)其柔性設計，釋放不同零件材料熱膨脹系數(shù)不匹配及溫度變化導致的熱應力，避免制冷器工作過程中因熱沖擊導致的物理損傷；

本發(fā)明結構安裝方式可保證各零件接觸良好，有效減小接觸熱阻，提高制冷器的工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明熱電制冷器柔性安裝結構的爆炸圖；

圖2為本發(fā)明熱電制冷器柔性安裝結構的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明熱電制冷器柔性安裝結構的剖視圖；

圖4為本發(fā)明熱電制冷器柔性安裝結構的散熱架的仰視圖；

圖5為本發(fā)明熱電制冷器柔性安裝結構的散熱架的側視圖；

圖6為本發(fā)明熱電制冷器柔性安裝結構的散熱架的俯視圖。

具體實施方式

以下結合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。

如圖1并結合圖2和圖3所示，為一種熱電制冷器柔性安裝結構的實施例，該結構包含：器件托架110、制冷器120、散熱架130、螺釘140、隔熱墊圈150和鎖緊螺母160。

散熱架130采用圓蝶式結構，其中央設有用于放置制冷器120的凸臺，環(huán)繞其邊緣設有四個圓柱形螺孔座131，圓柱形螺孔座131頂端設有螺紋孔。

制冷器120設置在散熱架130的凸臺上，制冷器120的熱端與散熱架130通過焊接方式固定連接，安裝后形成不可拆卸的整體，保證熱力學環(huán)境下制冷器安裝的穩(wěn)定性，減小兩者之間的熱阻。

冷端與器件托架110接觸，制冷器120的冷端與器件托架110的接觸處涂覆有導熱硅脂并緊配合。

器件托架110設置在制冷器120和散熱架130上。器件托架110的上方安裝有探測器，并可根據(jù)不同探測器的尺寸適當調整器件托架110的結構。

器件托架110中部設有與制冷器120本體對應設置的方形槽，用于將制冷器120嵌設在該方形槽中以輔助固定制冷器120。器件托架110還設有環(huán)繞其邊緣設置的四個耳片111，每個耳片111靠近外端部設有螺紋孔，四個耳片111分別與散熱架130上的四個圓柱形螺孔座131一一對應設置。

每個耳片111的螺紋孔與其對應圓柱形螺孔座131的螺紋孔對應設置，螺釘140串設在耳片111與圓柱形螺孔座131的螺紋孔中，該螺釘140采用力矩扳手擰緊安裝在耳片111的螺紋孔中。每個耳片111的螺紋孔處的上下面都設有隔熱墊圈150，螺釘140頭部與耳片111上面的隔熱墊圈150相抵，耳片111下面的隔熱墊圈150與圓柱形螺孔座131之間還設有鎖緊螺母160，螺釘140由耳片111上部進入，依次經(jīng)過耳片111上面的隔熱墊圈150、耳片111的螺紋孔、耳片111下面的隔熱墊圈150、鎖緊螺母160串設入圓柱形螺孔座131的螺紋孔。隔熱墊圈150用于防止熱量經(jīng)螺釘140回流到器件托架110上，鎖緊螺母160用于緊固隔熱墊圈150和耳片111，保證振動載荷下，安裝耳片111不發(fā)生位移。

螺釘140由鎖緊螺母160控制旋進時，帶動器件托架110與散熱架130之間相向運動。使器件托架110與散熱架130相向運動向制冷器120施加壓應力，從而將制冷器120夾緊固定在器件托架110與散熱架130之間。這里，制冷器與器件托架之間螺釘140的預緊力應小于制冷器120允許的最大壓應力。

可根據(jù)制冷器120中所能承受的最大壓應力，量化確定螺釘140的預緊力，保證制冷器120裝配過程及其初始裝配環(huán)節(jié)的安全可靠。

設制冷器120中半導體電偶所能承受的壓應力為σ，由制冷器120的手冊可查得制冷器120中單個熱電偶的橫截面積A，及熱電偶的總數(shù)n，則該制冷器120允許的最大壓應力F_max＝nσA。實際安裝時，取該值的60％，獲取螺釘140的預緊力。則連接機構的預緊力F以式(1)獲得：

F＝nσA×60％ (1)

式(1)中，制冷器中單個熱電偶的橫截面積為A，熱電偶的總數(shù)為n，制冷器允許的最大壓應力F_max＝nσA。

進一步的，器件托架110和散熱架130之間設有X個連接機構，所以每顆螺釘?shù)念A緊力F₀如式(2)：

由于本實施例中，連接結構采用四顆螺釘140緊固，所以每顆螺釘?shù)念A緊力通過限制螺釘140的預緊力，可保證制冷器120不會在安裝過程中因施力不當而損壞。

如圖4并結合圖5、圖6所示，為散熱架130的結構示意圖。散熱架130采用圓碟式結構，使得制冷器120熱端的熱量向下傳遞時，熱流分布均勻，熱應力分布也相應均勻。

散熱架130在其凸臺外圈設有環(huán)繞散熱架130周向排布的若干徑向散熱槽132，每個徑向散熱槽132為條狀槽，沿散熱架130的徑向設置。

另外，散熱架130設有若干沿其周向設置的環(huán)形的若干周向散熱槽133。若干周向散熱槽133以散熱架130的中心同心設置。

散熱架130的徑向散熱槽132和周向散熱槽133的開槽尺寸、數(shù)量可適當調整。通過該徑向散熱槽132和周向散熱槽133的設計，進一步減小散熱架130的剛度，也可按相反方式增加剛度。通過周向和徑向開槽的設計，實現(xiàn)釋放結構因溫度變化產(chǎn)生的熱應力。

在本發(fā)明熱電制冷器柔性安裝結構組裝完成后，將散熱架130與外接的熱沉通過螺釘緊固。當制冷器120工作時，熱量自上而下傳遞，器件托架110、制冷器120和散熱架130因溫度變化產(chǎn)生的熱應力，通過散熱架130的均勻變形釋放，保證制冷器120安裝的可靠性。

盡管本發(fā)明的內容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。