[发明专利]一种微型节流制冷器

说明书

技术领域

本发明涉及一种深冷领域的微型节流制冷器。 

背景技术

深冷领域的微型节流制冷器是一种结构简单、使用方便、体积和质量小、易于电子器件集成化、冷头无振动、噪音小、易于微型化等诸多特点的制冷设备。作为一种方便可靠的冷源，可广泛应用于工业和实验研究中，例如:红外探测器的温度试验，冷却CCD阵列，红外光谱仪试件冷却，扫描式电子显微镜试件冷却，集成电路冷却和温度稳定性控制，微型冷泵，生物组织的低温保存、冷冻干燥以及便携式低温治疗设备等方面。目前广泛应用于中小型以及微型低温制冷系统中的微型节流制冷器是汉普逊螺旋肋片绕管式节流制冷器，其结构是在薄壁不锈钢毛细管外壁上缠绕紫铜肋片，集成逆流换热器，高压工质通道为不锈钢毛细管，低压工质通道为不锈钢毛细管与紫铜肋片围成的间隙，在高压通道出口处连接节流孔以及冷头（蒸发器），即构成了一个汉普逊型的微型节流制冷器。这种微型节流制冷器的制作加工需要特殊的工艺。紫铜肋片需要在专门的机床上加工，然后在专用的机床上将紫铜薄肋片缠绕在不锈钢毛细管上，该工序需要较高的技术和丰富的经验。为了增加不锈钢毛细管与紫铜肋片之间的结合强度，提高两者之间的热耦合，降低接触热阻，需要将缠绕的肋片和不锈钢毛细管进行电镀处理。因此，这种微型节流制冷器加工周期长，价格比较昂贵，不适合进行批量化生产。 

随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）微细加工技术的发展，微型节流制冷器更加趋向微型化，MMR（Microminiature J-TRefrigerator）随之而生。MMR通常采用平板式结构，利用光刻技术，在玻璃基片或者不锈钢基片上刻出几到几十微米的细微槽道构成工质的逆流换热器、节流元件和蒸发器，同时利用封装技术，实现板间的密封，使高压气体在密闭腔体内流动，便形成了微型节流制冷器。国外主要从事MMR节流制冷器研制的国家主要是美国和日本，经过长期的积累和实验以及投入，已经有工程化产品问世，国内由于受到微型槽道加工、制造和封装技术水平的限制，目前还没有完全掌握MMR节流制冷器技术，更没有批量化的产品出现。 

国外MMR技术制作的微型节流制冷器材料是非常规的玻璃或者硅基材料，微通道的制作加工采用光刻工艺或者湿法刻蚀工艺。光刻工艺是利用光刻胶涂抹在玻璃或者硅基片上，然后再紫外线下感光、显影以及烘干过程实现微槽道的加工；而湿法刻蚀工艺是利用液体刻蚀剂与固体基底的溶解来腐蚀出微通道。封装工艺则是利用稀释的光学胶涂抹在玻璃片上进行粘接。这些工艺过程都比较复杂，加工精度要求很高，而且在加工过程中容易堵塞微通道，加工难度很大，成品率比较低。国内目前还没有完全掌握MMR制冷器加工技术。 

为了展开国内微型节流制冷器的研究，在常规机械加工的基础上，尝试加工出微型节流制冷器成为一种可能性。常规的机械加工工艺中，线切割技术由于切割丝径的逐渐减小，最小可达0.08mm，完全可以实现微型通道的加工，而微型节流制冷器的封装工艺则可以利用激光焊接或者电子束焊接技术来实现。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的微型节流制冷器，一方面，避免目前微型制冷器不同部件之间的接触热阻，简化制造工艺，以实现规模化生产；另一方面，在国内缺乏成熟的MMR节流制冷器加工技术的前提下，提供一种结构简单，加工工艺成熟，制造周期短，成品率高，易于实现规模化生产，能弥补MMR空缺的微型节流制冷器。 

本发明的技术方案如下： 

本发明提供的微型节流制冷器，采用线切割机械加工技术制作，利用激光焊接技术进行封装。 

本发明微型节流制冷器，其由上盖板1、下盖板5、两个上下叠摞的上换热芯体和下换热芯体、框式高压流道侧壁3、冷端封头6及热端封头7组成： 

所述上盖板1为长度方向上带有下凹槽的槽式盖板； 

所述下盖板5为长度方向上带有上凹槽的槽式盖板； 

所述上换热芯体和下换热芯体均由一长条状平板基底和分别垂向固定于所述长条状平板基底上表面的上肋片和下表面下肋片组成；所述上肋片和下肋片为高度相同间距均匀分布的片状肋片或者针状肋片；所述片状肋片平行于所述平板基底长侧边；所述上肋片和下肋片在长度方向开有间隔分布的垂直于所述平板基底长侧边的槽道8，槽道宽0.2～0.5mm；所述上换热芯体的下肋片与所述下换热芯体的上肋片相 对放置而叠摞成上下叠摞的整体式换热芯体；