[发明专利]一种用于闭循环制冷系统的连接装置

说明书

本发明涉及一种用于闭循环制冷系统的连接装置，包括：金属波纹管，其被配置为能够将闭循环制冷系统的制冷机冷头与制冷界面连接；以及液体阻尼装置，其包括用于容纳减震液体的液体容器，其中所述液体阻尼容器与金属波纹管接触以便衰减金属波纹管的振动。通过本发明，不仅极大地提高了连接装置的使用寿命以及机械强度，而且还实现了较好的机械振动衰减和较好的反渗透性。

技术领域

本发明总的来说涉及低温制冷装备领域，具体而言涉及一种用于闭循环制冷系统的连接装置。此外，本发明还涉及一种闭循环制冷系统和一种用于运行这样的连接装置的方法。

背景技术

4.2K低温环境(或简称“低温环境”)是指氦的同位素氦-4在常压下的气液相变的温度4.2K(开尔文)。该低温环境在物理、化学、材料、信息、生物、医疗、国防等领域有重要应用。许多高端精密的科学研究和技术应用不但需要低温环境，而且还需要低振动环境和真空、甚至超高真空环境。目前在低温装备领域获得低温环境和低振动环境最简单的办法是直接使用液氦进行冷却，但是使用液氦进行冷却价格昂贵，成本较高。这是因为中国氦气资源稀缺，而氦气又是不可再生资源，中国所需氦气主要是从美国进口，中国目前仅有的2处可开发的氦矿只能供应少量科研项目的利用。从2007年开始，美国将氦气定为战略储备资源，限制氦气产量并实施定额配给，中国遭受的影响非常大。

近年来由于液氦供应的日益短缺，国际上开始出现一些不需要液氦的基于闭循环制冷机如吉福特-麦克马洪(GM)制冷机和脉管式(PT) 制冷机等的低温制冷系统等，它们也能够实现4.2K低温环境。但这类闭循环制冷机系统的运行会引入低频机械振动(例如2赫兹、10微米量级)，因此在同时要求低振动和低温环境领域的应用中，必须把制冷头和制冷隔振界面采用波纹管进行软连接，并且两者之间采用氦气交换气作为传热介质。目前此类低振动的制冷设备通常采用薄壁橡胶波纹管进行软连接和氦气密封。由于橡胶天然具有的振动阻尼特性，其机械振动传递系数较小，因此薄壁橡胶波纹管可以非常好的隔绝制冷头的机械振动。然而，薄壁橡胶波纹管容易老化、使用寿命较低，且机械强度不高。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于闭循环制冷系统的连接装置，通过该连接装置，不仅极大地提高了连接装置的使用寿命以及机械强度，而且还实现了较好的机械振动衰减和较好的反渗透性。

根据本发明，该任务通过一种用于闭循环制冷系统的连接装置来解决，该连接装置包括：

金属波纹管，其被配置为能够将闭循环制冷系统的制冷机冷头与制冷界面连接；以及

液体阻尼装置，其包括用于容纳减震液体的液体容器，其中所述液体阻尼容器与金属波纹管接触以便衰减金属波纹管的振动。

在本发明的范围内，制冷界面(或称制冷隔振界面)例如是连通到要制冷的环境、如样品冷台、低温空间等的接口，通过该接口，制冷系统通过连接装置将冷量输入到要制冷的环境中。

在本发明的一个优选方案中规定，该连接装置还包括：

固体阻尼装置，其包括弹性固体减震装置，其中所述金属波纹管与弹性固体减震装置直接或间接地连接以便衰减金属波纹管的振动。

通过该优选方案，在已设置液体阻尼装置的情况下，可以通过固体阻尼进一步衰减制冷系统的振动。固体减震装置例如可以包括橡胶减震体、泡沫减震体、弹簧减震体等等，这些减震体可以直接或间接地附连到金属波纹管。

在本发明的一个扩展方案中规定，所述固体减震装置具有由橡胶制成的橡胶减震体，并且所述橡胶减震体通过第一金属框架与金属波纹管连接并且通过第二金属框架与地面接触或固定。通过该扩展方案，可以实现较高的固体减震效果。