具有大平面冷平台的低温制冷机

1.本公开涉及低温制冷技术领域，尤其涉及一种具有大平面冷平台的低温制冷机。


背景技术：

2.在航空航天、超导、电子等领域，很多散热器件需要在低温环境下才能够正常工作，因此需要利用低温制冷机对这些散热器件进行冷却。散热器件的散热量呈现逐渐增加的趋势，散热平面尺寸也逐渐增大，于是要求与其耦合的制冷平面尺寸也要不断增大。因此，对低温制冷设备提出了更高的要求，不仅要考虑散热器件温均匀性要求、低温制冷机的冷量高效传输，还要考虑大制冷平面固定支撑、热应力变形对耦合的影响等。
3.目前，低温制冷机的冷头面积较小，直接用于大平面散热器件冷却时，将导致散热器件表面温度不均。通常采用铜、铝等导热性能好的材料制成较大平板，与低温制冷机冷头耦合为一体形成大制冷平面，再与散热器件装配连接对其进行冷却。一方面，随着大平板面积的增大，整个制冷平面温度温度梯度提高，由室温降至低温后产生的热应力影响增大，平板受热应力后产生变形影响传热，甚至导致被冷却器件损坏。另一方面，为了满足温度均匀性要求，平板需要设计的比较厚重，同时为了使其能够满足振动要求，要加强平板的支撑结构设计，这将使低温制冷机冷量损失进一步增大。
4.因此，现在具有大制冷平面的低温制冷机，存在大平面受热应力变形严重、支撑结构冷量损失大等问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本公开提供了一种具有大平面冷平台的低温制冷机。
6.本公开提供了一种具有大平面冷平台的低温制冷机，包括大平面冷平台、冷指和热端；大平面冷平台包括第一侧板和多个导热肋，第一侧板的一侧用于与冷指连接，多个导热肋间隔设置在第一侧板的另一侧；多个导热肋分隔形成镂空结构，导热肋远离第一侧板的一侧用于与散热器件连接；冷指远离第一侧板的一端与热端连接。
7.可选的，导热肋为板状，多个导热肋相互平行的设置在第一侧板上，镂空结构包括由多个导热肋分隔形成的多个第一通道。
8.可选的，导热肋在大平面冷平台的厚度方向上设置有弯折。
9.可选的，在多个导热肋远离第一侧板的一侧开设有多个第二通道，第二通道与第一通道交叉设置。
10.可选的，第一通道与第二通道相互垂直。
11.可选的，导热肋为柱状，在第一侧板的长度和宽度方向上均分布有多个导热肋。
12.可选的，导热肋远离第一侧板的一侧设有第二侧板。
13.可选的，还包括过渡板，过渡板连接在第二侧板上靠近散热器件的一侧。
14.可选的，第二侧板上开设有槽道，槽道与第一通道在第二侧板上的投影交叉设置。
15.可选的，所述大平面冷平台与所述冷指之间设置有冷头。
16.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
17.本公开提供的具有大平面冷平台的低温制冷机，设置有第一侧板和多个导热肋，第一侧板的一侧用于与低温制冷机的冷指连接，另一侧用于设置导热肋，多个导热肋在第一侧板上分隔形成镂空结构，导热肋远离第一侧板的一侧用于与散热器件连接；冷指远离第一侧板的一端与热端连接。不同位置的导热肋能够根据温度分布状态相应地发生不同形变，使制冷平台的变形得以缓解，保证制冷平台与散热器件良好接触，热量顺利通过接触面排散；此外，上述的镂空结构能够减轻侧板的质量，降低了对支撑结构的强度要求，能够采用截面积更小的支撑结构，进而有效减少支撑结构的冷量损失。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
19.为了更清楚地说明本公开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。
20.图1为本公开实施例所述具有大平面冷平台的低温制冷机的示意图；
21.图2为本公开实施例所述设置有冷头的低温制冷机的示意图；
22.图3为本公开实施例所述在大平面冷平台的厚度方向上设置有弯折的导热肋；
23.图4为本公开实施例所述导热肋上设置有第二通道的大平面冷平台示意图；
24.图5为本公开实施例所述导热肋和第二侧板上设置有第二通道的大平面冷平台示意图；
25.图6为本公开实施例所述设置有过渡板的具有大平面冷平台的低温制冷机的示意图；
26.图7为本公开实施例所述设置有可拆卸的第二侧板的大平面冷平台的示意图；
27.图8为本公开实施例所述导热肋为板状的大平面冷平台示意图；
28.图9为本公开实施例所述导热肋为柱状的大平面冷平台示意图。
29.其中，1、大平面冷平台；111、第一侧板；112、第二侧板；113、导热肋；114第一通道；115、第二通道；12、冷头；13、过渡板；2、冷指；3、热端。
具体实施方式
30.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.结合图1和图2所示，本公开实施例提供的一种具有大平面冷平台的低温制冷机，包括第一侧板111和多个导热肋113，包括大平面冷平台1、冷指2和热端3；大平面冷平台1包括第一侧板111和多个导热肋113，第一侧板111的一侧用于与冷指2连接，多个导热肋113间
隔设置在第一侧板111的另一侧；多个导热肋113分隔形成镂空结构，导热肋113远离第一侧板111的一侧用于与散热器件连接；冷指2远离第一侧板111的一端与热端3连接。
33.在低温制冷机工作时，导热肋113与散热器件直接或间接连接，散热器件的热量经过导热肋113向第一侧板111传递，再通过低温制冷机的冷指2流向低温制冷机的热端3，最终向外界排散。更详细地，大平面冷平台1和低温制冷机其他部分可以分别独立加工、装配，大平面冷平台1能够采用更多的加工工艺和结构样式，增强了大平面低温制冷机研制的灵活性。第一侧板111及导热肋113由铜、铝等导热性能良好的材料制成。冷平台由室温降温冷却至低温的设定工作温区后，常因温度变化而产生应力变形。通过在第一侧板111上设置导热肋113，一方面能够隔断侧板内部材料的连续性，避免材料的应力变形产生叠加，引起侧板产生较大的形变损坏散热器件；另一方面，不同位置的导热肋113将根据温度分布状态相应地产生形变，从而使制冷平面的变形得以缓解，使制冷平面与散热器件保持良好接触，热量顺利通过接触面排散。
34.通过在第一侧板111上设置多个导热肋113能够减轻冷平台的变形，使冷平台与散热器件之间保持良好的接触，用于热量的排散；此外，上述的结构能够大幅降低冷平台的重量，从而降低了对支撑结构的强度要求，能够采用截面积更小的支撑结构，进而有效减少支撑结构的冷量损失。
35.在如图8所示的实施例中，导热肋113为板状，多个导热肋113相互平行的设置在第一侧板111上，镂空结构包括由多个导热肋113分隔形成的多个第一通道114。优选地，上述的导热肋113可以是在第一侧板111的长度和/或宽度方向上延伸的连贯结构，上述结构的导热肋113具有更好的强度和导热性能。优选地，导热肋113在第一侧板111上的投影可以是直线型、折线形、s形、弧线形等。
36.结合图3所示，在一些实施例中，导热肋113的在冷平台的厚度方向上设置有弯折。具体地，上述的弯折可以是折线形的弯折也可以是弧线形的弯折，每块导热肋113上可以设置有一个或多个弯折。更详细地，可以根据不同应力变化要求，对导热肋113截面形状进行选择和设计，使其在低温下形变量满足要求，避免制冷平面过度变形；导热肋113的截面宽度、间距大小既可以相等，也可以根据传热要求进行不同截面宽度、不同间距设计，使制冷平面达到更好的温度均匀性。在一些实施例中，导热肋113的截面形状为矩形。具体地，截面为矩形的导热肋113便于设计和加工，导热路径短，可以使冷平台具有更好的导热性能。
37.在图5所示的实施例中，在多个导热肋113远离第一侧板111的一侧开设有多个第二通道115，第二通道115与第一通道114交叉设置。优选地，上述的第二通道115为开设在导热肋113上是槽道，第二通道115的高度可以等于或小于导热肋113的高度。通过在第一通道114的交叉方向上设置第二通道115，能够缓解或消除沿第一通道114方向上的应力变形影响。
38.在一些实施例中，第一通道114与第二通道115相互垂直。具体地，相互垂直的结构便于加工，且具有更好的导热效果和支撑效果。
39.在如图4和图9所示的实施例中，导热肋113为柱状，在第一侧板111的长度和宽度方向上均分布有多个导热肋113。具体地，上述的导热肋113可以是圆柱或棱柱结构。优选地，多个柱状导热肋113在腔体结构内阵列均布，能够平衡腔体结构各位置间的支撑力，并且能够更好的缓解应力变形。
40.结合图1至图7所示，在一些实施例中，导热肋113远离第一侧板111的一侧设有第二侧板112。具体地，通过设置第二侧板112，能够避免在装配过程中需要确保每条导热肋113与散热器保持接触的繁琐，保证第二侧板112的平面与散热器接触即可，降低了装配难度，提高了装配效率。优选地，第二侧板112可以选择与第一侧板111和导热肋113相同的材质，可采用一体成型工艺或采用去除材料的方式进行加工，能够降低加工难度，提高加工效率。在一些实施例中，第二侧板112采用与第一侧板111和导热肋113不相同的材质，如殷钢、钼铜、碳化硅、宝石等。
41.结合图6和图7所示，在一些实施例中，还包括过渡板13，过渡板13连接在第二侧板112上靠近散热器件的一侧。优选地，过渡板13由殷钢、钼铜、碳化硅、宝石等线膨胀系数低的材料制成；过渡板13与大平面冷平台1之间可以通过填充铟片、再用螺钉紧固的方式连接，也可以通过胶粘、焊接等方式连接，通过上述的连接方式能够降低过渡板13与大平面冷平台1之间的传热热阻。更详细地，通过设置过渡板13，由于其线胀系数低，能进一步降低由热应力导致的大平面冷平台1变形，使过渡板13外侧制冷平面能够与散热器件之间保持更好的接触。在一些实施例中，过渡板13可以设置在导热肋113远离第一侧板111的一侧，直接作为第二侧板112。
42.如图5所示，在一些实施例中，第二侧板112上开设有槽道，槽道与第一通道114在所述第二侧板112上的投影交叉设置。具体地，上述槽道的数量为多个，多个上述的槽道能够更好的缓解第二侧板112在第一通道方向上的应力变形。优选的，第二通道115在第二侧板112上的投影与上述的槽道重合。
43.结合图2所示，在一些实施例中，大平面冷平台1与所述冷指2之间设置有冷头12。具体地，冷头12与冷指2装配形成独立的低温制冷机，再将大平面冷平台1与冷头12进行装配连接，更加便于各部分零件加工和整个制冷机装配。
44.本发明提出的具有大平面冷平台的低温制冷机，其第一侧板111上设有多个导热肋113分隔形成的镂空结构，当冷平台由室温降温冷却到低温时，大平面冷平台1不同位置的导热肋113将根据温度分布状态相应地发生不同形变，从而使制冷平面的变形得以缓解，使大平面冷平台1与散热器件保持良好接触，热量顺利通过接触面排散，同时能够避免因制冷平面发生形变而使散热器件损坏。另外，在冷板上设置开孔通道，能够大幅度降低冷板的重量，对支撑结构强度要求降低，可以缩小支撑结构的截面积，有效减少支撑结构的冷量损失。
45.凡依本公开的结构、形状、原理所做的组合及等效变化，均应涵盖于本公开的保护范围之内。
46.在本公开的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、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公开的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或装置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公开的实施方式的限制。
47.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在
涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。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公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。