[发明专利]一种深低温下应用的拨动式双档位热开关

说明书

本发明设计一种深低温下应用的拨动式双档位热开关装置，包括低温冷源，冷端连接法兰，热开关主体部件，被控温物体，热端连接法兰，通过左右布置的一对拨动机构，将弹簧压紧、铜辫连接的镀金小铜块在高导热金属块和低导热非金属块上表面之间的切换滑动，实现热开关的开启和关闭，本发明的优点是可以较好地应用于低温温度传感器的标定，在降温过程或低温温区开启热开关，获得更快的降温时间、更低的极限温度，在控温过程或相对高温温区关闭热开关，降低导热能力，从而实现宽泛的控温温区，同时提高标定精度。

技术领域

本发明涉及一种深低温下应用的拨动式双档位热开关，用于空间红外探测、低温恒温器、低温温度标定、低温制冷机等领域。

背景技术

自20世纪60年代起，热开关技术随着深空探测器的发展而出现跨越式发展，目前国内外已经研制出多种热开关。热开关根据控制模式可分为被动热开关与主动热开关。

被动热开关的原理是材料热物性随温度的变化，在打开与闭合状态之间的转换过程不需要外界输入信息。例如：美国勘察者系列登月器上使用的双金属片热开关，金属弹簧条感受温度的变化而变形，控制传热路径的接通或断开，该热开关可以控制两个分离式热舱的温度。我国中科院理化所王美芬等人开发了一种用于低温制冷领域的单向微膨胀热开关，总长度20-40mm，闭合热阻小于1.1K/W，断开热阻大于1400K/W，开关比达到1281-1410。中科院长春光机所韩冬等人设计了一种用于空间相机CCD焦面组件散热的热开关，闭合热阻为0.83K/W。巴西Santa Catarina大学研制出一种双向微膨胀热开关，断开温度为104.7-111.4K，导通热阻为0.96K/W，断开热阻为527K/W，开关比达到548。中国科学院上海技术物理研究所研制了一种用于斯特林制冷机的多级并联双驱动型低温记忆合金热开关，其导通热阻为0.97K/W，断开热阻为2456.9K/W，开关比达2533。

主动型热开关在打开与闭合的过程中需要外界的信息输入，相对于被动型热开关，能够很好地控制开关通断。例如：国内兰州物理研究所研制了一种卫星静电热开关辐射器，通过施加外电压控制热开关的通断，从而控制卫星在空间中的散热。Energen公司和NASA戈达德飞行中银研制出一种磁伸缩热开关，通过外加磁场来控制导热块的运动，从而控制热开关的通断。美国喷气推进实验室（JPL）研制出一种以氢气为介质的气隙式热开关，利用导热片之间充气或抽气来使热导率发生变化，其开关比达到700。美国NASA研制出一种基于氦气的气隙式热开关，其开关比可达6900。美国加利福尼亚大学的Jian Gong等人以水和甘油为工质，研制了一种基于平板式电解质电子润湿的液滴式热开关。还有磁阻热开关、热管热开关等目前研究较少的主动型热开关。

上述热开关它们要么是气隙式的，就是利用两个面间隙之间的充气和抽气来分别实现导热和绝热。但它需要引入气管，配抽气泵，而且当温度特别低时，绝大部分气体都将液化或固化。唯一安全可用的氦气价格高昂。如果采用记忆金属，则其工作范围窄，且成本较高。如果采用电磁铁方案，则会带入电磁铁发热量，影响工作状态。

发明内容