[發明專利]形成熱開關的方法

有效

• 申請號: 201780037249.1
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN109312975B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 安東尼·馬修斯
• 申請（專利權）人: 牛津儀器納米技術工具有限公司
• 主分類號: F25D19/00
• 分類號: F25D19/00;G05D23/02;F28F13/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;顧欣

一種形成氣隙式熱開關的方法，包括以下步驟：(a)設置第一和第二導體、第一和第二連接部件，在100K溫度下所述導體的導熱率是所述連接部件中的每一個的導熱率的至少五倍；(b)將第一導體熔接到第一連接部件，將第二導體熔接到第二連接部件；(c)對準導體，使得第一和第二導體沿共同長軸延伸；(d)當已對準的導體處于第一溫度時，使導體的近端彼此接觸；以及(e)將第一連接部件接合到第二連接部件，以至少在導體的近端周圍形成腔室。形成腔室的連接部件的熱膨脹系數均小于導體的熱膨脹系數，使得當導體冷卻到低于第一溫度的第二溫度時，導體沿長軸的長度相對于腔室沿長軸的長度減小，以形成導體近端間的間隙。開關還布置為在使用時選擇性地將導熱氣體提供到腔室中，以引起開關的操作。

技術領域

本發明涉及低溫技術領域，尤其涉及形成氣隙式熱開關的方法。

背景技術

氣隙式熱開關(或“熱動開關”)在低溫領域是已知的，并且在“無冷凍劑(cryogen-free)”系統中特別有用，在“無冷凍劑”系統中，冷卻由閉合循環機械冷卻器而不是液化氣體提供。可以控制這些開關以將熱負荷從開關的一端傳遞到另一端，或使熱負荷在開關的一端與另一端間隔離。通常，這些開關包括在腔室內彼此分開的至少兩個導體，氣體可以被引入該腔室中。當開關接通(closed)時，腔室內的氣體通過傳導促進導體之間的傳熱。通過從腔室抽空氣體來將開關斷開(opened)，使得該傳熱路徑不再可用。

導體典型地采用交錯或“叉指”(interdigitated)部件的形式，例如以翼片的形式，翼片布置為在導體之間提供大的傳熱表面。在開關的導體之間必須存在間隙，以便在開關斷開時允許熱連接斷開。盡管如此，該間隙的尺寸應保持在最小值，以便在接通開關時實現可靠的傳熱。開關的性能通過有效熱交換表面積除以導體之間的間隔(或間隙)所得的比率(A/L)來參數化。使用叉指設計制造高性能開關相對困難，特別是當開關小型化時。

先前已經提出了不采用叉指式布置，而是使導體共線布置的用于氣隙式熱開關的更簡單的設計。然而，通常避免這些開關，特別是對于低溫應用來說如此，這是因為受到間隙尺寸的限制，這些開關在接通狀態下具有差的傳熱性能。

期望提供一種簡單的氣隙式熱開關，其可以可靠且容易地構造，并且在低溫下提供優異的性能。

發明內容

在本發明的第一方面中，提供一種形成氣隙式熱開關的方法，該方法包括以下步驟：

(a)設置第一導體和第二導體，以及第一連接部件和第二連接部件，其中，在100K的溫度下所述導體(第一導體和第二導體)的導熱率是所述連接部件(第一連接部件和第二連接部件)中的每一個的導熱率的至少五倍；

(b)將所述第一導體熔接到所述第一連接部件，并且將所述第二導體熔接到所述第二連接部件；

(c)對準所述導體，使得所述第一導體和所述第二導體沿共同的長軸延伸；

(d)當已對準的所述導體處于第一溫度時，使所述導體的近端彼此接觸；以及

(e)將所述第一連接部件接合到所述第二連接部件，從而至少在所述導體的近端周圍形成腔室；

其中，形成所述腔室的所述連接部件的熱膨脹系數均小于所述導體的熱膨脹系數，使得當所述導體被冷卻到低于所述第一溫度的第二溫度時，所述導體沿所述長軸的長度相對于所述腔室沿所述長軸的長度減小，從而形成所述導體的所述近端之間的間隙；并且

所述開關布置為在使用時選擇性地將導熱氣體提供到所述腔室中，以引起所述開關的操作。