一种冷阱装置的制作方法

1.本发明涉及冷阱技术领域，尤其涉及一种冷阱装置。


背景技术：

2.现有超低温冷阱腔体密封性较差，且加热模块在加热时因加热温度过高易对制冷模块中的器件造成损害；被制冷对象（石英玻璃捕集阱、石英玻璃除水阱等）降温速率较慢；同时被加热对象（石英玻璃捕集阱、石英玻璃除水阱等）升温速率较慢，且温度均一性、稳定性较差。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种冷阱装置，以解决现有技术中超低温冷阱腔体密封性较差，且加热模块在加热时因加热温度过高易对制冷模块中的器件造成损害的问题。
4.本发明提供了一种冷阱装置，包括：冷阱腔体、冷阱盖、制冷模块、导热缓冲件、加热模块、被制冷加热主体、密封装置、第一密封圈以及第二密封圈；所述冷阱腔体的两侧分别设有第一开口和第二开口，所述制冷模块通过所述冷阱腔体的所述第一开口进入所述冷阱腔体内与所述导热缓冲件连接，所述冷阱腔体与所述制冷模块之间通过所述密封装置密封；所述加热模块以及所述被制冷加热主体均设置在所述导热缓冲件内；所述被制冷加热主体贯穿设置在所述冷阱腔体上，所述导热缓冲件的两端与所述冷阱腔体连接，且所述导热缓冲件的两端与所述冷阱腔体之间分别通过所述第一密封圈进行密封；所述冷阱盖通过所述冷阱腔体的所述第二开口与所述冷阱腔体连接，且所述冷阱腔体与所述冷阱盖之间通过所述第二密封圈进行密封。
5.可选地，所述冷阱装置还包括导热模块；所述导热模块设置在所述冷阱腔体内，所述导热模块与所述制冷模块连接，所述导热模块与所述导热缓冲件连接。
6.可选地，所述制冷模块包括制冷机以及冷头翅片；所述导热模块包括导热块；所述制冷机与所述冷头翅片连接；所述冷头翅片与所述导热块连接；所述导热块与所述导热缓冲件连接。
7.可选地，所述导热模块还包括弹簧压片；所述导热缓冲件设置在所述弹簧压片以及所述导热块之间，所述弹簧压片与所述导热块连接。
8.可选地，所述导热模块还包括导热硅脂；所述导热硅脂设置在所述导热块与所述冷头翅片之间。
9.可选地，所述加热模块包括加热丝以及温度传感器；所述加热丝间隔环绕设置在所述被制冷加热主体的外侧；所述温度传感器以及所述加热丝均设置在所述导热缓冲件内。
10.可选地，所述加热模块还包括第一绝缘胶布以及第二绝缘胶布；所述第一绝缘胶布包裹在所述温度传感器外侧，且与所述加热丝连接；所述第二绝缘胶布设置在所述加热
丝与所述导热缓冲件之间，且分别与所述加热丝以及所述导热缓冲件连接。
11.可选地，所述密封装置包括安装法兰、第三密封圈、第四密封圈以及快装卡箍；所述制冷机与所述安装法兰连接；所述安装法兰与所述冷阱腔体连接；所述快装卡箍分别与所述安装法兰以及所述冷阱腔体连接；所述冷阱腔体与所述安装法兰之间通过所述第三密封圈密封；所述制冷机与所述安装法兰之间通过所述第四密封圈密封。
12.可选地，所述冷阱装置还包括导热缓冲件压环；所述导热缓冲件压环分别与所述导热缓冲件以及所述冷阱腔体连接。
13.可选地，所述冷阱装置还包括真空泵接头；所述真空泵接头设置在所述冷阱盖上。
14.本发明中提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明中的所述冷阱装置，包括：冷阱腔体、冷阱盖、制冷模块、导热缓冲件、加热模块、被制冷加热主体、密封装置、第一密封圈以及第二密封圈；所述冷阱腔体的两侧分别设有第一开口和第二开口，所述制冷模块通过所述冷阱腔体的所述第一开口进入所述冷阱腔体内与所述导热缓冲件连接，所述冷阱腔体与所述制冷模块之间通过所述密封装置密封，从而增强所述冷阱腔体与所述制冷模块之间的密封性；所述加热模块以及所述被制冷加热主体均设置在所述导热缓冲件内；所述被制冷加热主体贯穿设置在所述冷阱腔体上，所述导热缓冲件的两端与所述冷阱腔体连接，且所述导热缓冲件的两端与所述冷阱腔体之间分别通过所述第一密封圈进行密封，从而增强所述冷阱腔体与所述导热缓冲件之间的密封性；所述冷阱盖通过所述冷阱腔体的所述第二开口与所述冷阱腔体连接，且所述冷阱腔体与所述冷阱盖之间通过所述第二密封圈进行密封从而增强所述冷阱腔体与所述冷阱盖之间的密封性，最终各部件与所述冷阱腔体之间实现高度密封，且通过所述加热模块设置在所述导热缓冲件内而不会因加热模块在加热时的加热温度过高对制冷模块中的器件造成损害。
附图说明
15.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明实施例提出的一种冷阱装置的正面剖视图；图2是本发明实施例提出的一种冷阱装置的侧面剖视图；图3是图2中本发明实施例提出的一种冷阱装置的侧面剖视图的局部放大图；图4是本发明实施例提出的一种冷阱装置的结构示意图。
18.附图标记1、制冷模块；2、导热缓冲件；3、加热模块；4、被制冷加热主体；5、冷阱腔体；6、冷阱盖；7、密封装置；8、导热模块；9、导热块；10、弹簧压片；11、制冷机；12、冷头翅片；13、第一绝缘胶布；14、第二绝缘胶布；15、安装法兰；16、快装卡箍；17、导热缓冲件压环；18、加热丝；19、温度传感器；20、真空泵接头；21、第一开口；22、第二开口；23、第一密封圈；24、第二密封圈；25、第三密封圈；26、第四密封圈。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
22.还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
23.如图1-图4所示，本发明提供了一种冷阱装置，包括：冷阱腔体5、冷阱盖6、制冷模块1、导热缓冲件2、加热模块3、被制冷加热主体4、密封装置7、第一密封圈23以及第二密封圈24；所述冷阱腔体5的两侧分别设有第一开口21和第二开口22，所述制冷模块1通过所述冷阱腔体5的所述第一开口21进入所述冷阱腔体5内与所述导热缓冲件2连接，所述冷阱腔体5与所述制冷模块1之间通过所述密封装置7密封；所述加热模块3以及所述被制冷加热主体4均设置在所述导热缓冲件2内；所述被制冷加热主体4贯穿设置在所述冷阱腔体5上，所述导热缓冲件2的两端与所述冷阱腔体5连接，且所述导热缓冲件2的两端与所述冷阱腔体5之间分别通过所述第一密封圈23进行密封；所述冷阱盖6通过所述冷阱腔体5的所述第二开口22与所述冷阱腔体5连接，且所述冷阱腔体5与所述冷阱盖6之间通过所述第二密封圈24进行密封。
24.具体地，所述冷阱腔体5的两侧分别设有第一开口21和第二开口22，所述制冷模块1通过所述冷阱腔体5的所述第一开口21进入所述冷阱腔体5内与所述导热缓冲件2连接，所述冷阱腔体5与所述制冷模块1之间通过所述密封装置7密封，从而增强所述冷阱腔体5与所述制冷模块1之间的密封性；所述加热模块3以及所述被制冷加热主体4均设置在所述导热缓冲件2内；所述被制冷加热主体4贯穿设置在所述冷阱腔体5上，所述导热缓冲件2的两端与所述冷阱腔体5连接，且所述导热缓冲件2的两端与所述冷阱腔体5之间分别通过所述第一密封圈23进行密封，从而增强所述冷阱腔体5与所述导热缓冲件2之间的密封性；所述冷阱盖6通过所述冷阱腔体5的所述第二开口22与所述冷阱腔体5连接，且所述冷阱腔体5与所述冷阱盖6之间通过所述第二密封圈24进行密封从而增强所述冷阱腔体5与所述冷阱盖6之间的密封性，最终各部件与所述冷阱腔体5之间实现高度密封，且通过所述加热模块3设置在所述导热缓冲件2内而不会因加热模块3在加热时的加热温度过高对制冷模块1中的器件造成损害。
25.所述导热缓冲件2为石英管，较低导热系数的石英管是加热模块3与制冷模块1间的导热缓冲层，避免因加热温度过高造成对所述制冷模块1的冷头翅片12的损害，同时具有光滑表面的石英管更利于耐超低温（-120度）的o型第一密封圈23对冷阱腔体5与石英管之
间的密封。
26.进一步地，所述冷阱装置还包括导热模块8；所述导热模块8设置在所述冷阱腔体5内，所述导热模块8与所述制冷模块1连接，所述导热模块8与所述导热缓冲件2连接。
27.具体地，所述导热模块8用于将低温从所述制冷模块1传递到所述导热缓冲件2，从而传递到所述导热缓冲件2内的所述被制冷加热主体4，所述被制冷加热主体4为捕集阱和除水阱。
28.进一步地，所述冷阱装置还包括真空泵接头20；所述真空泵接头20设置在所述冷阱盖6上。
29.具体地，所述真空泵接头20用于抽取所述冷阱腔体5内的气体，从而使所述冷阱腔体5形成一个绝热的真空腔体。
30.进一步地，所述制冷模块1包括制冷机11以及冷头翅片12；所述导热模块8包括导热块9；所述制冷机11与所述冷头翅片12连接；所述冷头翅片12与所述导热块9连接；所述导热块9与所述导热缓冲件2连接。
31.具体地，所述制冷机11为斯特林制冷机（最低制冷温度-230℃），所述冷头翅片12用于快速导热制冷；所述导热块9为紫铜，用于快速传热制冷，与冷头翅片12之间充填导热硅脂，填充后紧密贴合，所述导热块9可旋转调节、前后调节位置，便于所述导热缓冲件2（具体为石英管）的安装。
32.进一步地，所述导热模块8还包括弹簧压片10；所述导热缓冲件2设置在所述弹簧压片10以及所述导热块9之间，所述弹簧压片10与所述导热块9连接。
33.具体地，所述弹簧压片10用于挤压并固定所述导热缓冲件2（具体为石英管）从而使所述导热缓冲件2与所述导热块9接触良好。
34.进一步地，所述导热模块8还包括导热硅脂；所述导热硅脂设置在所述导热块9与所述冷头翅片12之间。
35.具体地，所述导热硅脂用于填充到所述导热块9与所述冷头翅片12之间，从而提高所述导热块9与所述冷头翅片12之间的热传递效率，快速将所述冷头翅片12的低温经所述导热块9进行传递。
36.进一步地，所述加热模块3包括加热丝18以及温度传感器19；所述加热丝18间隔环绕设置在所述被制冷加热主体4的外侧；所述温度传感器19以及所述加热丝18均设置在所述导热缓冲件2内。
37.具体地，所述加热丝18为康铜加热丝，0.25欧电阻，5v电源，大电流加热，使所述被制冷加热主体4以大于50度/s的升温速率快速加热，柔性与韧性优于镍铬加热丝，便于缠绕安装。所述温度传感器19为t型热电偶，用于测定所述被制冷加热主体4的温度，测温范围-200度到260度。所述被制冷加热主体4为捕集阱和除水阱，材料为石英玻璃材质，与所述加热丝18（具体为康铜加热丝）之间保留一定的间隙，便于捕集阱与除水阱的拆装。
38.进一步地，所述加热模块3还包括第一绝缘胶布13以及第二绝缘胶布14；所述第一绝缘胶布13包裹在所述温度传感器19外侧，且与所述加热丝18连接；所述第二绝缘胶布14设置在所述加热丝18与所述导热缓冲件2之间，且分别与所述加热丝18以及所述导热缓冲件2连接。
39.具体地，所述第一绝缘胶布13为ptfe绝缘胶布，用于作为所述加热丝18、所述温度
传感器19（t型热电偶）与所述导热缓冲件2（石英管）之间的柔性连接带，并固定所述温度传感器19（t型热电偶），并使所述温度传感器19（t型热电偶）与所述加热丝18接触之前形成绝缘层。所述第二绝缘胶布14为ptfe绝缘胶布，所述第二绝缘胶布14用于使所述加热丝18与所述导热缓冲件2（石英管）之间紧密接触，这样所述第二绝缘胶布14使制冷时传热的作用大于因所述第二绝缘胶布14起到的传热缓冲作用，利于传热；ptfe绝缘胶布其柔韧性便于所述加热模块3安装至刚性的石英管内，保证所述导热缓冲件2（石英管）内部温度的均一性与稳定性，从而使所述被制冷加热主体4（捕集阱与除水阱）保持温度的均一性与稳定性。
40.进一步地，所述密封装置7包括安装法兰15、第三密封圈25、第四密封圈26以及快装卡箍16；所述制冷机11与所述安装法兰15连接；所述安装法兰15与所述冷阱腔体5连接；所述快装卡箍16分别与所述安装法兰15以及所述冷阱腔体5连接；所述冷阱腔体5与所述安装法兰15之间通过所述第三密封圈25密封；所述制冷机11与所述安装法兰15之间通过所述第四密封圈26密封。
41.具体地，通过所述安装法兰15使所述冷阱腔体5与所述制冷机11连接，并通过快装卡箍16和螺钉将所述安装法兰15与所述冷阱腔体5进行紧固连接，所述冷阱腔体5与所述安装法兰15之间通过所述第三密封圈25进一步密封；所述制冷机11与所述安装法兰15之间通过所述第四密封圈26进一步密封。并且所述导热缓冲件2的两端与所述冷阱腔体5之间通过所述第一密封圈23进行密封；所述冷阱腔体5与所述冷阱盖6之间通过所述第二密封圈24进行密封，最终各部件与所述冷阱腔体5实现高度密封，从而使得所述冷阱腔体5形成一个容积固定的真空腔体。
42.进一步地，所述冷阱装置还包括导热缓冲件压环17；所述导热缓冲件压环17分别与所述导热缓冲件2以及所述冷阱腔体5连接。
43.具体地，所述导热缓冲件压环17具体为石英管压环，所述导热缓冲件压环17用于压紧紧固密封所述冷阱腔体5与所述导热缓冲件2（石英管）之间，防止漏气。所述冷阱腔体5、所述安装法兰15、所述冷阱盖6以及所述导热缓冲件压环17，均为pvdf材质，更利于保温，且其强度优于ptfe，便于安装。
44.本发明设计的冷阱装置的具体工作方式为：制冷机11启动后开始制冷，冷头翅片12开始降温，同时真空泵启动，真空泵通过真空泵接头20抽冷阱腔体5内的真空，使冷阱腔体5形成一个绝热的真空腔体。冷头翅片12通过导热块9将低温传输到导热缓冲件2（石英管），导热缓冲件2（石英管）通过加热丝18（康铜加热丝）将低温传输给被制冷加热主体4（捕集阱和除水阱），从而达到低温传导过程。
45.当需要快速升温时控制加热丝18（康铜加热丝）进行加热，通过温度传感器19（t型热电偶）测温，加热丝18（康铜加热丝）快速升温并将高温快速传导至被制冷加热主体4（捕集阱或除水阱）；加热过程中，ptfe绝缘胶布与导热缓冲件2（石英管）起到了良好的传热缓冲作用，避免高温对冷头翅片12造成冲击。
46.本发明设计的冷阱装置，通过冷头翅片12、导热块9与导热缓冲件2（石英管）间巧妙、紧密连接，导热缓冲件2（石英管）内安装加热模块3，以及需要快速制冷与急速升温交替作用的被制冷加热主体4（捕集阱和除水阱），本发明的冷阱腔体5降温速率大于100度/min，升温速率大于50度/s，被加热对象温度均一性良好，且升温过程对制冷模块1的影响小于30度，很好地保护了制冷剂与冷头翅片12；导热缓冲件2（石英管）与冷阱腔体5通过低温第一
密封圈23进行密封，整个冷阱腔体5内达到高度密封效果（小于5pa）。本发明可引用于快速降温至超低温（小于-100度）和急速升温（大于200度）冷热交替条件较为严格的装置产品。
47.需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“往远离所述钢轨侧方向”、“往靠近所述钢轨侧方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
52.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。