一种气动多级机械热开关制造技术

本发明专利技术提供了一种气动多级机械热开关

【技术实现步骤摘要】
一种气动多级机械热开关、其控制方法及制冷机


[0001]本专利技术属于热开关领域，具体涉及一种气动多级机械热开关
、
其控制方法及制冷机
。

技术介绍

[0002]稀释制冷机可以提供
10mK
左右的极低温环境，是超导量子计算以及其它极低温实验必不可少的前提条件
。
稀释制冷机实现
10mK
左右的极低温环境是通过五级冷盘逐级实现的，一级冷盘温度约
50K
，通过制冷机的一级冷头降温实现，二级冷盘温度约
4K
，通过制冷机的二级冷头降温实现，三级冷盘温度约
0.8K
，通过蒸发室的液氦蒸发制冷实现，四级冷盘温度约
100mK
，为中间级，五级冷盘温度约
10mK
，通过稀释制冷实现
。
前两级冷盘的冷却由机械制冷机实现，后三级冷盘在启动的初期需要和第二级冷盘之间建立热连接预冷至
4K
左右，然后断开热连接，靠液氦蒸发以及稀释制冷实现更低的温度
。
各级冷盘之间的热连接和热断开通过热开关来实现，热开关的导热能力越好，稀释制冷机的预冷时间越短，等待的时间越短；热开关的绝热性能越好，各级冷盘之间的传热越差，第五级冷盘能达到的最低温度就越低
。
因此，热开关的性能直接决定着稀释制冷机的性能
。
[0003]最常用的热开关是机械热开关和气隙热开关
。
机械热开关通过外力实现冷端和热端之间的连接和分离，优点是开关比高，打开时传热好，断开时绝热好，缺点是需要手动操作，不适合自动控制
。
气隙热开关是通过往冷端和热端的间隙中充气和抽气实现热开关，充气时打开，抽气时断开，优点是适合自动控制，缺点是开关比低，打开时靠气体传热没有机械热开关好，断开时冷端和热端没法完全分离因此绝热没有机械热开关好
。
[0004]目前的现有技术中，部分现有技术使用螺旋式直线导入器将旋转运动转化为传动杆的直线运动，然后通过夹紧机构实现对样品的夹紧和分离，从而实现热开关的打开和关闭，但是因其机械力由螺旋式直线导入器提供，无法实现自动控制
。
另一部分现有技术通过将活性炭降温至
20K
以下吸附氦气实现热开关的断开，通过将活性炭加热到
20K
以上释放氦气实现热开关的连接
。
机械热开关在降温的过程中，传热部件会不断收缩，导致热开关出现松动，因此需要不断重新拧紧
。
还有部分现有技术，真空阀在没有充气时，靠弹簧的弹力让阀门处于关闭状态，当从充气口充入压缩空气到腔体时，活塞被顶起从而将真空阀打开
。
因此可以利用现有的商用气动真空阀为机械热开关提供机械力实现自动控制，并且利用弹簧的弹力补偿温度降低时材料的收缩
。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种气动多级机械热开关
、
其控制方法及制冷机
。
[0006]在阐述本专利技术之前，定义本文所使用的术语如下：
[0007]术语“PEEK”是指聚醚醚酮，一种高分子材料，机械强度高
、
耐低温
、
导热差
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种气动多级机械热开关，所述气动
多级机械热开关包括控制阀
、
连杆连接杆
、
连杆
、
冷盘安装板
、
冷盘
、
室温法兰
、
绝热支撑
、
固定支柱和柔性传热带；其中，
[0009]所述控制阀和所述连杆通过所述连杆连接杆固定，所述室温法兰和所述冷盘通过所述绝热支撑固定，所述冷盘和所述气动多级机械热开关通过所述冷盘安装板固定
。
[0010]根据本专利技术第一方面的气动多级机械热开关，其中，
[0011]所述连杆包括第一连杆
、
第二连杆
、
第三连杆
、
第四连杆和
/
或第五连杆；
[0012]所述冷盘安装板包括一级冷盘安装板
、
二级冷盘安装板
、
三级冷盘安装板
、
四级冷盘安装板和
/
或五级冷盘安装板；和
/
或
[0013]所述柔性传热带包括第一柔性传热带
、
第二柔性传热带
、
第三柔性传热带和
/
或第四柔性传热带
。
[0014]根据本专利技术第一方面的气动多级机械热开关，其中，
[0015]所述第一连杆通过所述连杆连接杆与所述控制阀相连；
[0016]所述第二连杆通过所述第一柔性传热带与所述一级冷盘安装板相连；
[0017]所述第三连杆通过所述第二柔性传热带与所述二级冷盘安装板相连；
[0018]所述第四连杆通过所述第三柔性传热带与所述三级冷盘安装板相连；
[0019]所述第五连杆通过所述第四柔性传热带与所述四级冷盘安装板相连；和
/
或
[0020]所述固定支柱与所述五级冷盘安装板相连
。
[0021]根据本专利技术第一方面的气动多级机械热开关，其中，
[0022]所述控制阀选自以下一种或多种：气动真空阀
、
电磁阀
、
螺旋式直线导入器，优选为气动真空阀或电磁阀，最优选为气动真空阀；
[0023]所述第一连杆和所述第二连杆为金属或非金属薄壁管，所述金属薄壁管的材料优选为不锈钢或钛合金；所述非金属材料薄壁管的材料优选选自以下一种或多种：环氧玻璃钢
、
碳纤维
、PEEK
，更优选为环氧玻璃钢或
PEEK
；和
/
或
[0024]所述第三连杆
、
第四连杆和所述第五连杆为金属棒，所述金属棒的材料优选选自以下一种或多种：紫铜
、
无氧铜
、
银，更优选为紫铜或无氧铜，最优选为无氧铜
。
[0025]根据本专利技术第一方面的气动多级机械热开关，其中，所述冷盘安装板
、
所述室温法兰
、
所述绝热支撑和所述固定支柱不能相对运动，所述连杆多级联动
。
[0026]根据本专利技术第一方面的气动多级机械热开关，其中，所述气动多级机械热开关还包括导向座；
[0027]优选地，所述导向座包括第一导向座
、
第二导向座
、
第三导向座和
/
或第四导向座
。
[0028]根据本专利技术第一方面的气动多级机械热开关，其中，所述导向座中的弹簧包括第一弹簧...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种气动多级机械热开关，其特征在于，所述气动多级机械热开关包括控制阀
、
连杆连接杆
、
连杆
、
冷盘安装板
、
冷盘
、
室温法兰
、
绝热支撑
、
固定支柱和柔性传热带；其中，所述控制阀和所述连杆通过所述连杆连接杆固定，所述室温法兰和所述冷盘通过所述绝热支撑固定，所述冷盘和所述气动多级机械热开关通过所述冷盘安装板固定
。2.
根据权利要求1所述的气动多级机械热开关，其特征在于：所述连杆包括第一连杆
、
第二连杆
、
第三连杆
、
第四连杆和
/
或第五连杆；所述冷盘安装板包括一级冷盘安装板
、
二级冷盘安装板
、
三级冷盘安装板
、
四级冷盘安装板和
/
或五级冷盘安装板；和
/
或所述柔性传热带包括第一柔性传热带
、
第二柔性传热带
、
第三柔性传热带和
/
或第四柔性传热带
。3.
根据权利要求1或2所述的气动多级机械热开关，其特征在于：所述第一连杆通过所述连杆连接杆与所述控制阀相连；所述第二连杆通过所述第一柔性传热带与所述一级冷盘安装板相连；所述第三连杆通过所述第二柔性传热带与所述二级冷盘安装板相连；所述第四连杆通过所述第三柔性传热带与所述三级冷盘安装板相连；所述第五连杆通过所述第四柔性传热带与所述四级冷盘安装板相连；和
/
或所述固定支柱与所述五级冷盘安装板相连
。4.
根据权利要求1至3中任选一项所述的气动多级机械热开关，其特征在于：所述控制阀选自以下一种或多种：气动真空阀
、
电磁阀
、
螺旋式直线导入器，优选为气动真空阀或电磁阀，最优选为气动真空阀；所述第一连杆和所述第二连杆为金属或非金属薄壁管，所述金属薄壁管的材料优选为不锈钢或钛合金；所述非金属材料薄壁管的材料优选选自以下一种或多种：环氧玻璃钢
、
碳纤维
、PEEK
，更优选为环氧玻璃钢或
PEEK
；和
/
或所述第三连杆
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：边勇波，宫江涛，樊洁，姬忠庆，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：