气隙热开关构造制造技术

提供一种低温冷却系统，包括：与低温制冷器(9)热联接的冷却板(2)、热开关组件和目标组件(5)。目标组件(5)包括目标制冷器(12)，目标制冷器构造成获得低于低温制冷器(9)的基础温度。热开关组件(18)包括一个或多个气隙热开关，该热开关组件(18)具有与冷却板(2)热联接的第一端和与目标组件(5)热联接的第二端。吸附泵(22)设置成根据吸附泵(22)的温度来控制热开关组件(18)的热导率。吸附泵(22)通过从冷却板(2)延伸至热开关组件(18)的热链路46而与低温制冷器(9)热联接。吸附泵(22)布置在沿着热开关组件18和冷却板(2)之间的热链路(46)的位置处。位置处。位置处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气隙热开关构造


[0001]本专利技术涉及一种低温冷却系统和操作该系统的方法。

技术介绍

[0002]低温系统大体包括封闭在真空室内的多个级，在系统的稳态操作期间，该多个级保持在不同温度下。为了便于从室温到低温的冷却，可以期望的是，能够在冷却过程期间对各级进行热连接，并且能够在稳态操作期间对各级进行热隔离。可以使用热开关来实现这一点。例如，可以控制气隙热开关以将热负荷从开关的一端传递至另一端或将热负荷在开关的一端和另一端间隔离。
[0003]气隙热开关包括两个导体，该两个导体在可以引入气体的腔室内彼此分离。当开关关闭时，腔室内的气体有助于导体之间通过传导实现的热传递。通过从腔室排出气体来打开开关，使得该热传递路径不再可用。与在系统操作温度下的导体相比，包含导体的腔室的热导率较低。因此，当两个导体之间的热导率超过腔室的热导率时，气隙热开关可以视为“关闭”。在“打开”状态下，通过腔室的几何形状、材料和温度来确定热导率，并且“打开”状态下的热导率低于“关闭”状态下的热导率几个数量级。可以使用吸附泵来控制开关的打开和关闭。当泵的温度降低至低于阈值转变温度时，吸附泵从开关吸附气体分子，从而打开开关。相反，当泵的温度升高至高于该转变温度时，泵解吸这些气体分子，以便将这些气体分子重新引入腔室中并且关闭开关。
[0004]在将系统从室温冷却至低温的处理期间，气隙热开关通常保持关闭以允许每一级之间的热传递。然而，一旦吸附泵已冷却至低于转变温度，开关将打开，以便对与开关的相反两端连接的级进行基本热隔离。这能够随后通过系统的连续操作使每一级获得不同温度。
[0005]应将理解的是，吸附泵有助于气隙热开关的自动控制而不需要专用泵送管线和相关设备。因此，吸附泵可以降低系统的复杂性并且改善系统的性能。然而，结合有这种吸附泵的现有技术系统通常在该系统的可能操作模式方面还受到限制。例如，在不使气体从吸附泵中解吸的情况下，无法将系统的单个级的温度升高至高于吸附泵的阈值温度。这可能导致开关转变为关闭状态，从而影响系统性能并且限制在每一级处可以实现的可能温度。在解决这一问题的背景下，提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一方面提供了低温冷却系统，包括：冷却板，其与低温制冷器热联接；目标组件，其中，该目标组件包括目标制冷器，该目标制冷器构造成获得低于低温制冷器的基础温度；热开关组件，其包括一个或多个气隙热开关，该热开关组件具有与冷却板热联接的第一端和与目标组件热联接的第二端；以及吸附泵，其构造成根据吸附泵的温度来控制热开关组件的热导率，其中，吸附泵通过从冷却板延伸至热开关组件的热链路(thermal link)而与低温制冷器热联接，其中，吸附泵布置在沿着热开关组件和冷却板之间的热链路
的位置处。
[0007]热链路有利提供了冷却板和吸附泵之间的热连接，该热连接不依赖于热开关组件。这能够更好控制吸附泵的温度，从而更好控制热开关组件的热导率。例如，低温制冷器可以用于将吸附泵的温度维持成低于与吸附泵连接的一个或多个气隙热开关的温度。因此，能够升高目标组件的温度而不会无意加热吸附泵，否则会使热开关组件从打开状态转变为关闭状态。因此，低温系统的新操作模式是可能的。例如，目标组件的温度可以升高至高于冷却板的温度。此外，因为在目标组件的加热期间，热开关组件可以维持在打开状态，所以目标组件的该加热不影响冷却板的温度。
[0008]应将理解的是，吸附泵通常构造成响应于吸附泵的温度超过标称转变温度而关闭热开关组件的一个或多个气隙热开关。标称转变温度可以取决于应用，例如在气隙热开关和吸附材料中的工作流体的选择，然而，该标称转变温度通常在4开尔文至30开尔文之间，并且优选在15开尔文至25开尔文之间。如前所述，气隙热开关的打开状态与气体已经基本或完全从气隙热开关移除的状态相对应，从而基本减小热开关组件的第一端和第二端之间的热导率。相反，关闭状态与气体包含在气隙热开关内的状态相对应，并且有助于第一端与第二端之间的更高热导率。热链路优选布置成使得在低温制冷器的操作期间吸附泵可以维持成低于吸附泵的标称转变温度。特别地，吸附泵优选与冷却板热联接，从而将吸附泵的温度维持成低于标称转变温度而不依赖于目标组件温度。
[0009]目标组件通常包括诸如电控电阻加热器等目标加热器。目标加热器可选地形成目标制冷器的一部分，例如在目标制冷器包括稀释制冷器的蒸馏器或混合室的情况下。目标组件可以包括与目标加热器和目标制冷器热联接的目标板。吸附泵优选与冷却板热联接，从而在目标加热器的操作期间将吸附泵的温度维持成低于吸附泵的标称转变温度。目标加热器的所述操作可以将目标组件的温度升高至高于吸附泵的标称转变温度。
[0010]如前所述，即使当气体从气隙热开关中移除时，目标加热器的操作也会使热量沿热开关组件传导并且传导至吸附泵。吸附泵通常通过导管(也称为毛细管)连接至热开关组件，从而在吸附泵和热开关组件之间提供流体连通。导管优选由低传导率材料形成，但不可避免地在热开关组件和吸附泵之间提供热连接。在热链路没有在冷却板和吸附泵之间延伸的部分的情况下，特别是当热开关组件本身的一端被加热至高于吸附泵的标称转变温度时，从目标加热器沿导管输入的热量可能导致气体从泵中解吸。这可能导致热开关组件不需要地转变为关闭状态。然而，热链路有利确保了通过低温制冷器的操作将从目标组件引入至吸附泵的任何热量传导出去。这有助于目标组件的高温操作。
[0011]通常，在低温系统的使用期间，低温致冷器将连续操作。尽管如此，仍期望能够使用吸附泵将热开关组件从打开状态转变至关闭状态。如上所述，这通常需要将吸附泵的温度升高至高于吸附泵的标称转变温度。因此，优选的是，系统还包括吸附加热器，该吸附加热器构造成向吸附泵施加局部加热。例如，吸附加热器可以包括设置在吸附泵处的电操作电阻加热器，并且该电操作电阻加热器可以操作成将吸附泵的温度升高至高于标称转变温度。因此，可以启用吸附加热器，通常使用电控制系统，以便当需要时将低温制冷器与目标组件热联接。
[0012]热链路通常包括第一连接构件和第二连接构件，其中，第一连接构件在热开关组件和吸附泵之间延伸，并且其中，第二连接构件在吸附泵和冷却板之间延伸。第一连接构件
通常包括在吸附泵和热开关组件的一个或多个气隙热开关之间输送气体的导管。第一连接构件优选由低传导率材料形成，并且该第一连接构件通常具有的热导率低于第二连接构件的热导率。尽管如此，目标组件的高温操作可以导致通过沿热开关组件和第一连接构件的传导将热量传递至吸附泵。第二连接构件有利提供了热导路径，通过低温制冷器的操作可以沿该热导路径从吸附泵移除此热量。与第一连接构件不同，从第二连接构件防止气体从吸附泵意外解吸的意义上说，由第二连接构件形成的热连接是“期望的”。
[0013]尽管期望沿第二连接构件进行一定程度的热传递，但是第二连接构件的热导率优选足够低，使得可以单独控制吸附泵的温度。例如，可以期望通过吸附加热器的操作将吸附泵的温度升高至高于冷却板的温度。因此，第二连接构件优选形成弱热链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种低温冷却系统，包括：冷却板，其与低温制冷器热联接；目标组件，其中，所述目标组件包括目标制冷器，所述目标制冷器构造成获得低于所述低温制冷器的基础温度；热开关组件，其包括一个或多个气隙热开关，所述热开关组件具有与所述冷却板热联接的第一端和与所述目标组件热联接的第二端；以及吸附泵，其构造成根据所述吸附泵的温度来控制所述热开关组件的热导率，其中，所述吸附泵通过从所述冷却板延伸至所述热开关组件的热链路而与所述低温制冷器热联接，其中，所述吸附泵布置在沿着所述热开关组件和所述冷却板之间的所述热链路的位置处。2.根据权利要求1所述的低温冷却系统，其中，所述吸附泵构造成响应于所述吸附泵的温度超过标称转变温度而关闭所述热开关组件的一个或多个气隙热开关，并且其中，所述吸附泵与所述冷却板热联接，从而在所述低温制冷器的操作期间将所述吸附泵的温度冷却至低于所述标称转变温度。3.根据权利要求2所述的低温冷却系统，其中，所述吸附泵与所述冷却板热联接，从而将所述吸附泵的温度维持成低于所述标称转变温度而不依赖于所述目标组件的温度。4.根据权利要求2或3所述的低温冷却系统，其中，所述标称转变温度在4开尔文和30开尔文之间，并且优选在15开尔文和25开尔文之间。5.根据权利要求2至4中任一项所述的低温冷却系统，其中，所述目标组件包括与目标加热器和所述目标制冷器热联接的目标板，其中，所述吸附泵与所述冷却板热联接，从而在所述目标加热器的操作期间将所述吸附泵的温度维持成低于所述标称转变温度。6.根据权利要求5所述的低温冷却系统，其中，所述目标加热器的所述操作将所述目标板的温度升高至高于所述标称转变温度。7.根据权利要求1至4中任一项所述的低温冷却系统，其中，所述目标组件包括与目标加热器和所述目标制冷器热联接的目标板。8.根据前述权利要求中任一项所述的低温冷却系统，其中，所述吸附泵构造成打开和关闭所述热开关组件的每个所述气隙热开关。9.根据前述权利要求中任一项所述的低温冷却系统，还包括吸附加热器，所述吸附加热器构造成向所述吸附泵施加局部加热。10.根据前述权利要求中任一项所述的低温冷却系统，其中，所述热链路包括第一连接构件和第二连接构件，其中，所述第一连接构件在所述热开关组件和所述吸附泵之间延伸，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼，
申请(专利权)人：牛津仪器纳米技术工具有限公司，
类型：发明
国别省市：