微膨胀型热开关制造技术

本发明专利技术公开了一种微膨胀型热开关，该热开关包括：导热环、冷平台、内筒体、外筒体和连接螺钉，导热环与制冷机的冷指柔性连接，冷平台与探测器支撑刚性连接。当制冷机工作时，冷量通过导热环传导给外筒体、内筒体和冷平台，使得外筒体带动导热环向下移动，实现热开关的导通，反之断开。本发明专利技术的优点是：外筒体在导通时起到实现位移的作用、在断开时起到增大断开热阻的作用；导热环直接与制冷机的冷指相连，热传输路径短，导通热阻小仅为Ｃｕ－Ｃｕ之间的接触热阻；该型式的热开关结构简单紧凑，重量轻，体积小，可靠性高，可降低制冷机的工作压力，减少备份系统的总漏热量。

Micro expansion type thermal switch

The invention discloses a micro thermal expansion type switch, the thermal switch comprises a heat conducting ring, cold platform, inner cylinder, outer cylinder body and a connecting screw, conducting ring and refrigerator cold finger flexible connection, cold and rigid connection support platform detector. When the refrigerator is working, the cold quantity is transmitted to the outer barrel body, the inner cylinder body and the cold platform through the heat conducting ring, so that the outer barrel drives the heat conducting ring to move downwards, and the heat switch is turned on, and on the contrary, the switch is opened. The invention has the advantages that the outer cylinder to achieve the function of displacement, to increase the thermal resistance in disconnect disconnect at turn-on; direct conduction loop refrigerator and cold finger connected, the heat transfer path is short, the conduction thermal resistance is only Cu of thermal contact resistance between Cu; heat the type of switch structure is simple and compact, light weight, small volume, high reliability, can reduce the refrigerating machine working pressure, reduce the total leakage heat backup system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间机械制冷技术，具体是指一种微膨胀型热开关，它用于空间机械制冷系统中的备份技术中。
技术介绍
空间红外探测技术的飞速发展，要求制冷系统提供更低的温度和更高的制冷量， 为此机械制冷技术得到了广泛的应用。但机械制冷机存在运动部件，使其寿命受到限制，由 于空间制冷机存在不可维修性，为了提高制冷系统的可靠性及寿命，需要在同一系统中使 用两台甚至多台制冷机，其中一台处于工作状态，而其余处于备用状态；当其中一台出现故 障或寿命终止时，另一台制冷机便开始工作。 多台制冷机直接与同一被冷部件相连，在一台制冷机工作时，其余制冷机便会带 来较大的寄生热载。为此，需要在多台制冷机与被冷部件之间实现冷量传递的单向性，即冷 量只能从工作的制冷机传向被冷部件，而从被冷部件传向备份制冷机的漏热尽可能少，这 就需要单向冷量传递的热开关来实现。因此热开关设计的关键是确保热开关的导通热阻尽 量小，断开热阻尽量大，同时具有高的可靠性。 目前，单向冷量传递的热开关主要有气隙式、记忆合金式和双向移位式，而不同型 式的热开关有不同的适用范围。 气隙式热开关主要是利用两导热片之间的充气和抽气来使得整个热开关两极之 间的热导率有几个数量级的变化，实现热开关的闭合及断开功能。这种热开关由于在低温 下导热系数较大，排气后隔热能力较强，因此其接触热阻较小，而断开热阻较大。但它要加 工一个0. Olrnm的缝隙，以目前的工艺水平实现难度较大；同时由于气体的存在，对装置的 密封要求较高。气隙式热开关主要适用于极低温环境下，如吸附式制冷，使吸附床交替的与 外界热源绝热或传热。 记忆合金式热开关是利用形状记忆合金的形状记忆效应进行设计的。见中国专利02150896. 8，由于其结构要求严格对称，所以加工精度要求很高，否则会导致开关不能达到性能要求，同时记忆合金的性能的不稳定使得该类型热开关的可靠性较低。 双向移位型热开关是利用材料的热胀冷縮来实现开关的性能，见中国专利200710047625. 3，由于该结构设计成两套支撑和收縮体，使得结构复杂力学稳定性下降，可靠性较低，重量较重，同时对加工精度和装配精度要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种接触热阻小、结构简单紧凑、重量轻和可靠性高的用于 空间机械制冷系统中的微膨胀型热开关。 本专利技术的技术方案是利用低温下线膨胀系数和导热系数不同的材料，设计成简 单的结构，保证热开关性能的高可靠性，实现热开关在低温下导通，高温下断开的开关动 作。 本专利技术的微膨胀型热开关，包括导热环1、冷平台2、内筒体3、外筒体4和连接螺 钉5、6。冷平台2焊接在内筒体3上，导热环1与外筒体4通过螺钉5连接，冷平台2与导 热环1之间有一实现热开关导通、断开的间隙，内筒体3和外筒体4通过螺钉6连接。导热 环1与制冷机的冷指柔性连接，冷平台2与探测器支撑刚性连接，当制冷机工作时，冷量通 过导热环1传导给外筒体4，内筒体3和冷平台2，使得外筒体4带动导热环1向下移动，实 现开关的导通，反之断开。 本专利技术的优点是 微膨胀型热开关的外筒体在导通时起到实现位移的作用、在断开时起到增大断开 热阻的作用；导热环直接与制冷机的冷指相连，热传输路径短，导通热阻小，仅为Cu-Cu之 间的接触热阻；该型式的热开关结构简单紧凑、重量轻、体积小、可靠性高，可降低制冷机的 工作压力，减少备份系统的总漏热量。附图说明 图1热开关在制冷机备份技术中的应用示意图。 图2为热开关结构示意图；其中图a为本专利技术的热开关断开状态的结构示意图， 图b为本专利技术的热开关导通状态的结构示意图，图中1_导热环、2-冷平台、3-内筒体、 4_外筒体、5和6-连接螺钉。具体实施例方式下面结合图2(a)对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明 见图2，微膨胀型热开关为圆柱形主要包括导热环1、冷平台2、内筒体3、外筒体4和连接螺钉5、6。 冷平台2焊接在内筒体3上，导热环1与外筒体4通过螺钉5连接，冷平台2与导 热环1之间有一实现热开关导通、断开的间隙。内筒体3和外筒体4通过螺钉6实连接。 导热环1和冷平台2、采用高热导率的紫铜(T2)材料；内筒体3采用低热导率、低 温下小线性膨胀系数、不会低温冷焊、低密度的超因瓦钢(4J32)材料；外筒体4采用低温下 大线性膨胀系数、高弹性系数、高屈服力的铝合金(LY12)材料； 为了防止低温冷焊，导热环l和冷平台2的接触面进行碳化处理；为了降低辐射换 热对热开关性能的影响，导热环1和冷平台2表面进行镀金抛光处理；内筒体3表面进行镀 镍抛光处理；外筒体4表面粘贴镀铝薄膜。 其中导热环1和冷平台2的间隙0. lmm，接触面积558. 5mm2 ;内筒体直径16mm、 厚度0. 15mm、长度39. 3mm ;外筒体直径20mm、厚度0. 5mm、长度40mm。 图(a)、图(b)分别为断开和导通两种状态，导热环与制冷机冷指柔性连接，冷平 台与探测器支撑刚性连接。当制冷机工作时，冷量通过导热环传导给外筒体、内筒体和冷平 台，由于内筒体材料的热膨胀系数比外筒体材料小一个数量级，故相对外筒体而言，可近似 其不收縮，外筒体长度縮短，使得外筒体带动导热环向下移动，冷平台与导热环接触，实现 开关的导通；当制冷机停止工作时，温度升高，外筒体带动导热环向上移动，实现热开关的 断开。权利要求一种微膨胀型热开关，包括导热环(1)、冷平台(2)、内筒体(3)、外筒体(4)，其特征在于冷平台(2)通过焊接固定在内筒体(3)上，导热环(1)与外筒体(4)通过螺钉(5)连接，冷平台与导热环之间有一实现热开关导通、断开的间隙；导热环(1)和冷平台(2)的材料为T2紫铜；内筒体(3)材料为4J32超因瓦钢；外筒体(4)材料为LY12铝合金。当制冷机工作时，冷量通过导热环传导给外筒体、内筒体和冷平台，外筒体长度缩短，使得外筒体带动导热环向下移动，冷平台与导热环接触，实现开关的导通；当制冷机停止工作时，温度升高，外筒体带动导热环向上移动，实现热开关的断开。2. 根据权利要求1所述的一种微膨胀型热开关，其特征在于所述的冷平台与导热环 之间的间隙为0. lmm。全文摘要本专利技术公开了一种微膨胀型热开关，该热开关包括导热环、冷平台、内筒体、外筒体和连接螺钉，导热环与制冷机的冷指柔性连接，冷平台与探测器支撑刚性连接。当制冷机工作时，冷量通过导热环传导给外筒体、内筒体和冷平台，使得外筒体带动导热环向下移动，实现热开关的导通，反之断开。本专利技术的优点是外筒体在导通时起到实现位移的作用、在断开时起到增大断开热阻的作用；导热环直接与制冷机的冷指相连，热传输路径短，导通热阻小仅为Cu-Cu之间的接触热阻；该型式的热开关结构简单紧凑，重量轻，体积小，可靠性高，可降低制冷机的工作压力，减少备份系统的总漏热量。文档编号H01H37/48GK101697332SQ200910197298公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日专利技术者付立英, 李忠, 沈同俊, 董德平 申请人:中国科学院上海技术物理研究所;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微膨胀型热开关，包括：导热环（１）、冷平台（２）、内筒体（３）、外筒体（４），其特征在于：冷平台（２）通过焊接固定在内筒体（３）上，导热环（１）与外筒体（４）通过螺钉（５）连接，冷平台与导热环之间有一实现热开关导通、断开的间隙；导热环（１）和冷平台（２）的材料为Ｔ２紫铜；内筒体（３）材料为４Ｊ３２超因瓦钢；外筒体（４）材料为ＬＹ１２铝合金。当制冷机工作时，冷量通过导热环传导给外筒体、内筒体和冷平台，外筒体长度缩短，使得外筒体带动导热环向下移动，冷平台与导热环接触，实现开关的导通；当制冷机停止工作时，温度升高，外筒体带动导热环向上移动，实现热开关的断开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付立英，李忠，董德平，沈同俊，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]