[發明專利]熱開關及采用這種熱開關的測量裝置

有效

• 申請號: 201010209186.3
• 申請日: 2010-06-17
• 公開（公告）號: CN102288065A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 劉輝明;龔領會;徐冬;徐向東;李來風
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F28F27/00
• 分類號: F28F27/00;F28D15/00;G01N25/20
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 胡強

技術領域

本發明涉及熱開關，尤其涉及用于低溫下測量的熱開關，例如用于低溫下進行比熱測量的熱開關。

背景技術

在低溫應用領域中經常需要使同一部件在不同時候處于熱連接與熱隔斷兩種完全不同的狀態。例如，在低溫下利用真空絕熱法對待測樣品進行熱物性測量如比熱測量時，在進行測量的整個過程中樣品室要有足夠好的絕熱性能，但又必須采取措施保證在短時間內能把待測樣品冷卻到測量溫區的最低溫度以下，換句話說，待測樣品在冷卻與測量這兩個過程中需要兩種完全不同的環境，即冷卻時需要有熱量傳遞以便將待測樣品冷卻，而測量時需要對待測樣品真空絕熱。這種熱量傳遞的導通與斷開主要是通過熱開關實現的。又例如，在太空探測器中，為了提高整個制冷系統的可靠性和壽命，通常設置多臺制冷機對同一冷卻平臺輸出冷量。在正常工況下，使用其中的一臺制冷機作為主機，其他制冷機作為備份機。當主機出現故障時，使用備份機來制冷。為避免備份機與冷卻平臺熱連接而消耗冷卻平臺冷量，在每個制冷機和冷卻平臺之間設置一個熱開關，讓熱開關分別處于導通和斷開狀態來實現制冷機與冷卻平臺的熱連接和熱斷開。

目前常用的熱開關有機械式熱開關、氣隙式熱開關、形狀記憶合金熱開關、微膨脹型低溫熱開關等，其中：機械式熱開關的結構復雜而且笨重，操作麻煩，需要較大的驅動力，接觸熱阻較大，而且開關在運作時會由于摩擦和振動造成樣品升溫；氣隙式熱開關對制造工藝水平要求較高，同時該熱開關控制系統比較復雜；形狀記憶合金熱開關，通過記憶合金感應溫度變化來產生形狀變化，從而驅動導熱塊與冷源接觸與斷開，這種熱開關材料要求嚴格對稱，加工精度要求很高，否則會導致熱開關性能不穩定；微膨脹型低溫熱開關，主要利用兩種不同材料的膨脹收縮率不同，從而實現熱開關的導通與斷開功能，它的缺點在于兩種材料的熱效應差異有限，使得開關比過小；熱管式開關當溫度較低時工作氣體凝結成固體，熱管停止工作，此時熱開關斷開，通常這種熱開關反應時間較長，且加工較復雜。

還有一種結構簡單的熱交換氣體開關，它通過向樣品室內充氣抽氣來實現熱開關的導通與斷開，其主要的缺點是在低溫下很難將氣體抽干凈而效率較低。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種結構簡單且效率較高的熱開關。

上述目的可以通過以下的技術方案來實現，本發明提供一種熱開關，包括容納有導熱氣體的密閉的容器，該容器的一端為冷端導熱塊，另一端為熱端導熱塊，其中，在該容器內設有吸附器，該吸附器包括吸附器腔體、裝于該吸附器腔體內且吸附該導熱氣體的吸附劑和加熱該吸附器腔體內的吸附劑的加熱機構，在該吸附器腔體上設有用于該導熱氣體進出該吸附器腔體的通氣孔。

在一個優選實施方式中規定，加熱機構包括纏繞在吸附器腔體的側壁上的加熱絲，加熱絲產生的熱量通過吸附器腔體被傳給吸附劑。此外，吸附器還包括連接吸附器和該容器的冷端導熱塊的吸附器連接件，用于將吸附器固定在所述容器內。在上述實施例中，通氣孔可以是開設在所述吸附器腔體上的側壁和底壁上的多個孔。而且，所述吸附劑優選是活性炭、分子篩或沸石，導熱氣體優選是氦氣、氖氣、氬氣或氮氣。

本發明還提供一種用于待測樣品的熱物性測量的測量裝置，包括根據本發明的熱開關和測量容納在所述容器內的待測樣品的測量機構，該測量機構例如可以是比熱測量機構或熱導率測量機構等。

本發明的有益效果是：與傳統的熱交換氣體開關相比，本發明根據吸附劑隨溫度的降低而其吸附量增大的原理，用吸附劑來吸附導熱氣體。當由于吸附劑對導熱氣體的吸附而使容器內達到高真空狀態時，熱開關處于斷開狀態。而且通過對加熱機構的加熱量的控制可以控制吸附劑對導熱氣體的吸附量，從而可以控制熱開關的導通或斷開。由于是利用吸附劑吸附導熱氣體來使容器內達到高真空狀態的，故本發明的熱開關中無運動部件，結構簡單，從而提高熱開關的效率。

附圖說明

以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中：

圖1是本發明熱開關的實施例的結構示意圖；

圖2是使用根據本發明熱開關的實施例的測量裝置示意圖。

附圖標記一覽表

1、容器；2、冷端導熱塊；3、熱端導熱塊；4、吸附器腔體；5、吸附劑；6、加熱絲；7、通氣孔；8、吸附器連接件；9、制冷機；10、高導熱傳熱部件。

具體實施方式