热开关及稀释制冷机

本发明涉及低温，更具体地，涉及一种热开关及稀释制冷机。

背景技术：

1、稀释制冷机是利用氦3、氦4混合液进行稀释制冷循环的毫开尔文级制冷设备，当氦3与氦4混合液处于0.86k的温度条件下，会分离成两相。其中，上层的主要成分包括氦3，被称为浓缩相；下层的主要成分包括氦3及氦4的混合液，被称为稀释相。在稀释制冷过程中，使用泵组将位于混合室下层的稀释相中的氦3抽出经室温气路系统循环，再次进入稀释制冷机内部，回到浓缩相。在此过程中，由于混合液需维持化学势平衡，位于浓缩相中的氦3原子会进入稀释相中，以补偿稀释相中的氦3浓度，该过程会吸热，从而使稀释制冷机具有制冷效果。

2、在稀释制冷机中，热开关子系统主要用于实现稀释制冷机各个冷盘热连接与热隔离的变化，例如，当mixing chamber（可译为混合室）冷盘温度大于4k时，热开关需要保持开启以使冷头与各个冷盘之间热连接充分；mixing chamber（可译为混合室）冷盘温度小于4k时，热开关需要断开以使冷盘保持低温状态。

3、在稀释制冷机工作过程中，冷头、气路系统和泵组等会产生干扰性的机械振动，对混合室冷盘下的样品区域造成影响。为此，如何减小热开关之外的稀释制冷机的其他机构所产生的振动，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种热开关及稀释制冷机，能够衰减机械振动对样品安装区域产生的影响，便于加工，导热效果好。

2、为了实现上述目的，作为本发明提供一种热开关，包括：沿第一方向顺次布置的两个导体，两个上述导体的轴线的延伸方向相重合，具有响应于目标温度相接合的接触状态及响应于低于上述目标温度相脱离的分离状态；壳体，套设于两个上述导体的相面对的近端的外侧，上述壳体及上述导体之间限定有适用于填充导热气体的密封腔；以及减振组件，设置于上述密封腔内，被构造成响应于上述热开关的外部的振动提供与振动方向相反的力，以抵消至少一部分振动；其中，上述壳体被配置成具有小于上述导体的导热率及热膨胀系数，以使上述导体响应于温度的变化在上述接触状态及上述分离状态之间调节。

3、在一种示意性的实施例中，上述减振组件的固有频率被配置为外部的振动的频率的正整数倍，适用于抵消沿上述第一方向传输的至少一部分振动。

4、在一种示意性的实施例中，上述减振组件包括：弹簧，上述弹簧的一端连接于上述壳体的上部，另一端向下延伸；以及质量块，安装于上述弹簧的另一端上，以悬设于上述密封腔内。

5、在一种示意性的实施例中，还包括设置于上述密封腔内的吸附组件，适用于在低于上述目标温度的状态下吸附上述导热气体，并在处于及高于上述目标温度的状态下释放上述导热气体，以调节两个上述导体的状态。

6、在一种示意性的实施例中，上述吸附组件包括活性炭。

7、在一种示意性的实施例中，上述活性炭被构造成布状结构，包覆于至少一个上述导体的位于上述密封腔内的部分的外侧。

8、在一种示意性的实施例中，上述壳体包括：分别套设于两个上述导体上的两个连接件；以及套管，设置于两个上述连接件之间，并罩设于两个上述导体的外侧。

9、在一种示意性的实施例中，至少一个上述连接件上设置有将上述密封腔与上述热开关的外部相连通的导气孔，适用于向上述密封腔内充入及抽出上述导热气体。

10、本发明还提供了一种稀释制冷机，包括沿第一方向平行间隔设置的冷盘及底座；以及如上述任一实施例所述的热开关，上述热开关的两个上述导体中的一个通过延伸柱连接于上述冷盘上，另一个连接于上述底座上，并使上述导体与上述冷盘或上述底座形成热传导。

11、在一种示意性的实施例中，上述延伸柱通过弹性件与上述冷盘连接，以使上述热开关弹性的悬设于上述冷盘的下方；上述延伸柱和上述冷盘之间通过多个导热件形成热传导。

12、本发明所提供的热开关及稀释制冷机，基于导体及壳体具有不同的导热率及热膨胀系数，可响应于温度条件的变化使热开关开启或关断。其中，在不高于目标温度的条件下，两个导体处于相脱离的分离状态，以使热开关关断；在高于目标温度的条件下，两个导体处于相接合的接触状态，以使热开关开启。热开关适用于将稀释制冷机的其他结构与混合室冷盘上的样品区域进行隔离，以起到隔离振动的作用，并基于所配置的减振组件起到吸收振动的目的，从而减小样品区域受到的振动影响。

技术特征：

1.一种热开关，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的热开关，其特征在于，所述减振组件（3）的固有频率被配置为外部的振动的频率的正整数倍，适用于抵消沿所述第一方向传输的至少一部分振动。

3.根据权利要求2所述的热开关，其特征在于，所述第一方向包括竖直方向；

4.根据权利要求1至3中任一所述的热开关，其特征在于，还包括设置于所述密封腔内的吸附组件（4），适用于在低于所述目标温度的状态下吸附所述导热气体，并在处于及高于所述目标温度的状态下释放所述导热气体，以调节两个所述导体（1）的状态。

5.根据权利要求4所述的热开关，其特征在于，所述吸附组件（4）包括活性炭（41）。

6.根据权利要求5所述的热开关，其特征在于，所述活性炭（41）被构造成布状结构，包覆于至少一个所述导体（1）的位于所述密封腔内的部分的外侧。

7.根据权利要求1至3中任一所述的热开关，其特征在于，所述壳体（2）包括：

8.根据权利要求7所述的热开关，其特征在于，至少一个所述连接件（21）上设置有将所述密封腔与所述热开关的外部相连通的导气孔（210），适用于向所述密封腔内充入及抽出所述导热气体。

9.一种稀释制冷机，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的稀释制冷机，其特征在于，所述延伸柱（7）通过弹性件（71）与所述冷盘（5）连接，以使所述热开关弹性的悬设于所述冷盘（5）的下方；

技术总结
本发明涉及低温技术领域，具体提供了一种热开关及稀释制冷机，热开关包括沿第一方向顺次布置的两个导体，两个导体的轴线的延伸方向相重合，具有响应于目标温度相接合的接触状态及响应于低于目标温度相脱离的分离状态；壳体套设于两个导体的相面对的近端的外侧，壳体和导体之间限定有适用于填充导热气体的密封腔；以及减振组件，设置于密封腔内部，能够响应于热开关的外部的振动提供与振动方向相反的力，以抵消至少一部分振动；其中壳体具有小于导体的导热率及热膨胀系数，以使导体响应与温度的变化在接触状态及分离状态之间调节。

技术研发人员：余家乐,唐龙跃,邹贵弘,吴刚,张菲菲,朱晓波,潘建伟
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15