應(yīng)用于極低溫制冷機(jī)的氣隙式熱開(kāi)關(guān)及其導(dǎo)熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及極低溫制冷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于極低溫制冷機(jī)的氣隙式熱開(kāi)關(guān)及其導(dǎo)熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]極低溫制冷技術(shù)是低溫工程學(xué)科的重要分支，主要為相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)所提供IK以下溫度的冷源(注:本文中極低溫指HiK級(jí)溫度，ImK=0.001K)。
[0003]隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，空間極低溫制冷溫度正日益成為微重力基礎(chǔ)物理、空間天文、空間環(huán)境與空間物理、地球科學(xué)、空間應(yīng)用新技術(shù)和深空探測(cè)等學(xué)科領(lǐng)域中許多研究開(kāi)展的必要條件之一，例如:采用空間紅外探測(cè)系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)至銀河系以外的宇宙進(jìn)行深空探測(cè)，由于宇宙的背景溫度約為3K，為了降低背景熱噪聲，提高探測(cè)器靈敏度，要求提供冷源的制冷機(jī)具有IK以下的制冷溫度。
[0004]目前，實(shí)現(xiàn)制冷溫區(qū)在IK以下的空間制冷技術(shù)幾乎都屬于間隙制冷，例如極低溫吸附制冷，制冷機(jī)只能維持一定時(shí)間(I?2天)的制冷效果，當(dāng)制冷機(jī)蒸發(fā)器內(nèi)液體蒸發(fā)完而無(wú)法制冷后，需要一定時(shí)間(2?3小時(shí))加熱吸附裝置(如吸附床)，使之釋放出工質(zhì)氣體從而實(shí)現(xiàn)重新制冷。為了減少吸附裝置加熱過(guò)程中熱量向前級(jí)預(yù)冷機(jī)傳遞，通常此時(shí)需要隔絕吸附裝置與前級(jí)預(yù)冷制冷機(jī)間的熱傳遞。因此，極低溫制冷機(jī)與前級(jí)預(yù)冷制冷機(jī)間需要重復(fù)地交替導(dǎo)通和斷開(kāi)熱傳遞，上述效果通常利用熱開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
[0005]由于極低溫制冷機(jī)與前級(jí)預(yù)冷制冷機(jī)間交替導(dǎo)通和斷開(kāi)熱傳遞的次數(shù)非常大，對(duì)熱開(kāi)關(guān)的可靠性和壽命要求非常高，然而現(xiàn)有的熱開(kāi)關(guān)，無(wú)論是氣隙式、記憶合金式還是雙向移位式等都無(wú)法實(shí)現(xiàn)在極低溫條件下長(zhǎng)時(shí)間可靠地工作，這是當(dāng)前空間極低溫制冷領(lǐng)域所面臨的棘手難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于極低溫制冷機(jī)的氣隙式熱開(kāi)關(guān)，其可以實(shí)現(xiàn)極低溫制冷機(jī)與前級(jí)預(yù)冷機(jī)間的長(zhǎng)時(shí)間、高頻次及高可靠地交替導(dǎo)通和斷開(kāi)熱傳遞，可廣泛應(yīng)用于空間極低溫制冷等技術(shù)領(lǐng)域；此外，本發(fā)明還提供了一種利用上述氣隙式熱開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱的方法，為極低溫條件下能夠持久、可靠地進(jìn)行交替熱導(dǎo)通和熱斷開(kāi)開(kāi)辟了新的途徑。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明氣隙式熱開(kāi)關(guān)包括:吸附泵；第一筒體；第二筒體；安裝在吸附泵上的加熱計(jì)；位于第一筒體和第二筒體之間且將其二者連接的支撐筒，其內(nèi)設(shè)有間隙；其中所述吸附泵通過(guò)連管與所述間隙連通并形成一封閉空腔，所述封閉空腔內(nèi)填充有工質(zhì)氣體。
[0010]優(yōu)選地，所述連管一端與所述吸附泵的內(nèi)腔連通，另一端穿過(guò)所述第一筒體與所述間隙連通；其中所述連管的內(nèi)腔、所述吸附泵的內(nèi)腔和所述間隙共同構(gòu)成所述封閉空腔。
[0011]優(yōu)選地，所述吸附泵內(nèi)的吸附劑為活性炭。
[0012]優(yōu)選地，所述間隙的寬度為0.1-0.3mm。
[0013]優(yōu)選地，所述支撐筒由不銹鋼或鈦合金材料制成，且其壁厚彡0.1mm，直徑^ 10mnin
[0014]優(yōu)選地，所述第一筒體和所述第二筒體分別由紫銅和/或無(wú)氧銅制成。
[0015]優(yōu)選地，所述連管的直徑彡1.5mm。
[0016]優(yōu)選地，所述工質(zhì)氣體為氦4。
[0017]本發(fā)明利用上述氣隙式熱開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱的方法包括如下步驟:1)將氣隙式熱開(kāi)關(guān)的吸附泵和第一筒體分別與前級(jí)預(yù)冷制冷機(jī)連接，同時(shí)將第二筒體與極低溫制冷機(jī)連接；
2)通過(guò)加熱計(jì)給吸附泵加熱，吸附泵上吸附的工質(zhì)氣體解吸后充入位于第一筒體和第二筒體之間的間隙中，工質(zhì)氣體將以連續(xù)流運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通；3)待導(dǎo)熱結(jié)束后關(guān)閉加熱計(jì)，吸附泵溫度下降并抽吸間隙內(nèi)的工質(zhì)氣體，工質(zhì)氣體將以分子流運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)。
[0018]優(yōu)選地，步驟2)中所述加熱計(jì)安裝在所述吸附泵的外壁。
[0019](三)有益效果
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]I)本發(fā)明氣隙式熱開(kāi)關(guān)通過(guò)設(shè)置第一筒體和第二筒體，并在二者之間的支撐筒上設(shè)置間隙，實(shí)現(xiàn)了第一筒體和第二筒體間的充氣和抽氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和斷開(kāi)功能，不存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)，確保了氣隙式熱開(kāi)關(guān)在極低溫狀態(tài)下的持久、頻繁使用；
[0022]2)本發(fā)明的吸附泵通過(guò)連管與第一筒體、支撐筒和第二筒體連接并共同形成一封閉空腔，所有密封接口實(shí)現(xiàn)全焊接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，滿足用于極低溫制冷機(jī)與前級(jí)預(yù)冷制冷劑間熱傳遞頻繁、可靠地導(dǎo)通與斷開(kāi)；
[0023]3)本發(fā)明的支撐筒可實(shí)現(xiàn)0.1mm以內(nèi)的厚度，第一筒體與第二筒體之間可實(shí)現(xiàn)最低0.1mm的間隙，連管直徑在1.5mm以內(nèi)，在確保能夠高效率導(dǎo)熱的前提下可縮小本發(fā)明氣隙式熱開(kāi)關(guān)的體積，為空間實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)便利；
[0024]4)本發(fā)明氣隙式熱開(kāi)關(guān)具有長(zhǎng)壽命、高可靠、高頻次實(shí)用等特點(diǎn)，適合空間極低溫制冷領(lǐng)域的應(yīng)用；
[0025]5)本發(fā)明利用上述氣隙式熱開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)極低溫制冷的方法為極低溫條件下能夠持久、可靠地進(jìn)行交替熱導(dǎo)通和熱斷開(kāi)開(kāi)辟了新途徑。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明氣隙式熱開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1_吸附泵；2_加熱計(jì)；3-連管；4_第一筒體；5_支撐筒；6_第二筒體;7-間隙。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，附圖僅用于解釋本發(fā)明，是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的示意性說(shuō)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限定；其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。
[0029]在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。此外，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明氣隙式熱開(kāi)關(guān)包括:吸附泵1、加熱計(jì)2、連管3、第一筒體4、支撐筒5及第二筒體6等。加熱計(jì)2安裝在吸附泵I上，支撐筒5位于第一筒體4和第二筒體6之間且將其二者連接，支撐筒5內(nèi)設(shè)有間隙7，即間隙7位于第一筒體4和第二筒體6之間。吸附泵I通過(guò)連管3與間隙7連通并形成一封閉空腔，在封閉空腔內(nèi)填充有工質(zhì)氣體，最好為氦4。
[0031]具體地，連管3的一端與吸附泵I的內(nèi)腔連通，連管3的另一端穿過(guò)第一筒體4與間隙7連通，其中連管3的內(nèi)腔、吸附泵I的內(nèi)腔和間隙7共同構(gòu)成上述封