一种吸附泵及气隙式热开关的制作方法

本发明涉及制冷及低温技术领域，更具体地，涉及一种吸附泵及气隙式热开关。

背景技术：

在制冷及低温技术领域中，很多应用场合要求两个部件在不同工作状态下能够分别实现热连接和热分离，气隙式热开关是一种常见的热控设备，用于控制两个热连接部件之间的连通与分离。气隙式热开关包括吸附泵、支撑筒、冷端导热肋片和热端导热肋片，冷端导热肋片与热端导热肋片之间存在非常小的间隙，利用吸附泵内吸附剂在不同温度下对气体的吸附和解吸作用，控制气隙式热开关的断开或导通。在导通模式下，加热吸附剂使得吸附剂中的气体解吸，气体流入导热肋片之间的间隙，通过狭小间隙内气体的导热作用将冷端导热肋片和热端导热肋片连通，使气隙式热开关处于导通状态；在断开模式下，冷却吸附剂使得吸附剂重新恢复吸附能力，吸附剂不断地吸附气体，导热肋片之间的间隙中的气体被抽出，使气隙式热开关处于断开状态。通过加热和冷却吸附装置，对导热肋片之间的间隙进行充气和抽气，实现气隙式热开关的通断控制。

目前，应用于气隙式热开关中的吸附泵，由于换热效率差而导致工作性能差。该吸附泵主要包括壳体和吸附剂，壳体与冷源相连，在吸附过程中通过冷源对壳体壁面进行降温冷却，使吸附剂具有很强的吸附能力而吸附气体，同时在壳体上还设置加热装置，在解吸过程中通过加热装置使吸附剂温度上升、吸附能力减弱，从而使气体发生解吸。

由于吸附泵需要同时连接冷源和加热装置，在冷却和加热过程中存在较大的漏热，冷源的冷量和加热量存在较大的损耗，不能被充分利用；由于吸附剂的导热性能较差，在壳体上加热或者冷却时，通过壳体向吸附剂进行传热，靠近壳体和远离壳体的吸附剂之间存在很大的温差，远离壳体的吸附剂对热流的响应速度很慢，导致工作过程延长，降低了换热效率。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供一种吸附泵及气隙式热开关，以解决现有的吸附泵由于不利漏热大以及吸附剂对热流响应慢而导致换热效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本发明实施例的第一方面，提供一种吸附泵，包括冷端、热端和支撑件，所述冷端、支撑件和热端依次连接并形成密封结构，所述密封结构内填充有吸附剂，所述密封结构上设置有连通孔，所述冷端和/或热端上设有延伸件，所述延伸件伸入至所述吸附剂内部且与所述支撑件隔离。

进一步地，所述冷端和热端上均设有所述延伸件，设置在所述冷端的延伸件为冷端延伸件，设置在所述热端的延伸件为热端延伸件，所述冷端延伸件与热端延伸件交错布置且互不接触。

进一步地，所述连通孔设置在所述热端，在所述热端的内侧设置有阻隔件，所述阻隔件上设置有孔隙结构。

进一步地，所述吸附剂内部设置气体通道，所述气体通道与所述连通孔连通。

进一步地，所述气体通道为由丝网卷制成的细长圆筒状结构。

进一步地，所述冷端延伸件和热端延伸件均为多个，所述支撑件为圆筒结构，多个所述热端延伸件和多个所述冷端延伸件在所述支撑件内呈圆周阵列排布。

进一步地，所述热端包括：热端侧圈和端盖，所述热端侧圈的一端与所述支撑件的外侧密封连接，所述端盖与所述热端侧圈的另一端密封连接，多个所述热端延伸件均与所述热端侧圈的内壁连接，且在所述热端侧圈的轴心位置汇集，所述连接孔设置在所述端盖上，所述阻隔件位于所述端盖的内侧与所述热端延伸件之间。

进一步地，所述吸附剂与所述延伸件粘接为一体。

进一步地，所述吸附剂内均匀掺混有导热粉末。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种气隙式热开关，包括热开关主体，所述热开关主体内填充有导通气体，还包括本发明第一方面所述的吸附泵，所述热开关主体与所述吸附泵之间通过连管连通；

所述热开关主体包括热开关冷端、热开关热端以及用于密封连接所述开关冷端和热开关热端的支撑筒，所述吸附泵的冷端和所述热开关冷端用于与冷源相连，所述吸附泵的热端上设置有加热器，所述热开关热端与被冷却器件相连。

(三)有益效果

本发明实施例提供的吸附泵及气隙式热开关，所述吸附泵由冷端、热端和支撑件构成封闭结结构，封闭结构上设有连通孔，吸附剂设置在封闭结构内部，在冷端和/或热端上设有延伸件，通过设置延伸件，使吸附剂被加热或被冷却更加快速、均匀和充分，能够有效提高换热效果；同时，由于延伸件之间、延伸件与支撑件之间互不接触，能够有效降低在吸附和解吸过程中热端与冷端之间的不利漏热，降低能量消耗，从而提高换热效率；另外，在吸附剂内部设置气体通道时，能够减小气体在吸附剂内的流动阻力；通过本发明提供的吸附泵，能够加快气隙式热开关的通断速率，从而提高气隙式热开关的通断性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中吸附泵的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中吸附泵的结构示意图；

图3为本发明又一实施例中吸附泵的结构示意图；

图4为图3中a-a的截面示意图；

图5为图3中b-b的截面示意图；

图6为图3所示吸附泵的分解结构示意图；

图7为本发明实施例中气隙式热开关的结构示意图；

图中：1、吸附泵；2、热开关主体；3、连管；11、冷端；12、热端；13、支撑件；14、吸附剂；15、连通孔；16、阻隔件；17、气体通道；21、热开关冷端；22、热开关热端；23、支撑筒；111、冷端延伸件；112、安装孔；121、热端延伸件；122、端盖；123、热端侧圈；211、热开关冷端延伸件；221、热开关热端延伸件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供一种吸附泵1，包括冷端11、热端12和支撑件13，冷端11、热端12和支撑件13构成密封结构，密封结构内填充有吸附剂14，密封结构上设置有连通孔15。其中，并且在冷端11和/或热端12设上有延伸件。

也就是说，吸附泵1的冷端11上可以单独设置延伸件，或在热端12上单独设置延伸件，或者同时在冷端11和热端12上设置延伸件。延伸件伸入吸附剂14内部，延伸件与支撑件13隔离设置即不接触，从而降低冷端11和热端12之间通过延伸件与支撑件13之间产生的不利漏热。

需要说明的是，设置在冷端11上的延伸件为冷端延伸件111，设置在热端12上延伸件为热端延伸件121。

具体地，支撑件13为由导热系数较低的材料(如不锈钢、钛合金等)制成的薄壁圆筒结构，用于降低冷端11与热端12之间的导热漏热，冷端11、热端12、冷端延伸件111、热端延伸件121由导热系数较高的材料(如铜、铝等)制成，用于强化传热。吸附剂14采用对导通气体具有很强吸附能力的材料，例如吸附剂14为活性炭，导通气体为氦气。

本实施例中，为了使得吸附和解吸过程中吸附剂能够更加充分地被冷却和被加热，同时设置了冷端延伸件111和热端延伸件121。冷端延伸件111和热端延伸件121之间交错布置，而且互不接触，降低在吸附和解吸过程中热端12与冷端11之间的不利漏热，从而有效降低了不必要的能耗损失，使热量能够更有效地用于与吸附剂14换热。本实施例中，连通孔15设置在热端12上，用于与连管3相连，使吸附泵1和热开关主体2相连通。

进一步地，作为上述实施例的改进，如图2所示，其主要结构与图1所示实施例类似，不同之处在于，在吸附剂14与连通孔15之间设有阻隔件16，阻隔件16具体设置在热端12的内侧，阻隔件16上设置有较小的孔隙结构，该空隙结构由多孔材料制成，例如丝网、泡沫金属、烧结粉末多孔结构等，防止粉末状或者较小颗粒状的吸附剂14进入连通孔15或连管3，导致气体流通受阻，或者吸附剂14进入热开关主体2，导致热开关性能变差或失效。

在上述实施例的基础上，由于吸附剂14中的孔隙非常小，气体流动阻力很大，不利于吸附和解吸过程中气体流动，因此可以在吸附剂14内部设置气体通道17，气体通道17与连通孔15相连通，便于吸附剂14中的气体在吸附和解吸过程中保持流动通畅，降低气体流动阻力，使吸附和解吸过程更加快速地进行。气体通道可以是用丝网卷制成细长圆筒状结构，也可以是烧结粉末、泡沫金属、多孔纤维等多孔材料制成的圆筒状结构，圆筒状结构中心的空腔形成气体通道，筒壁为多孔结构，该多孔结构的微孔小于吸附剂粉末或颗粒的大小，防止吸附剂进入圆筒中心的气体通道造成堵塞。

进一步地，作为上述实施例的改进，如图3所示，其主要结构与图1和图2所示实施例类似，不同之处在于，设置了多个冷端延伸件111和多个热端延伸件121，冷端延伸件111和热端延伸件121的数量大于两个，冷端延伸件111和热端延伸件121在支撑件13内交错布置，且呈圆周阵列排布，通过增加延伸件数量，提高延伸件与吸附剂14之间的换热效果。

在上述实施例的基础上，为了便于布置加热器以及增大加热面积，将热端12分为热端侧圈123和端盖122这两部分，热端侧圈123的一端与支撑件13的外侧密封连接，热端侧圈123的另一端为开口结构，由端盖122进行密封。连通孔15设置在端盖122的轴心位置，阻隔件16位于端盖122的内侧与热端延伸件121之间的热端侧圈122内部。

多个热端延伸件121均与热端侧圈123的内壁连接，且在热端侧圈123的轴心位置汇集。热端侧圈123与热端延伸件121一体加工而成，完成吸附剂填充以后，通过端盖122将吸附泵1进行封装。图4为图3所示吸附泵1的a-a截面示意图，可以看出热端12加热表面与热端延伸件121直接连接，便于它们之间进行传热；图5为图3所示吸附泵1的b-b截面示意图，可以看出延伸件呈现阵列分布，冷端延伸件111、热端延伸件121、支撑件13互不接触，极大地降低了冷端11与热端12之间的不利漏热。图6为图3所示吸附泵分解结构示意图，以便对本实施例的结构进行了解。还可以在冷端11上设置安装孔112，便于吸附泵1与冷源进行装配固定。

本发明提供的吸附泵1，包括但不限于上述实施例，其延伸件可以为圆柱状、片状、条状、环状等，或者是其他能够增大与吸附剂14的换热面积的形状结构。还可以在延伸件上设有翅片结构(图中未示出)，进一步提高延伸件与吸附剂14之间的换热面积，增强换热效果。

吸附剂14可以是粉末状、颗粒状，或者颗粒状、粉末状混合结构，吸附剂14可以通过粘接剂固定为一体。还可以使吸附剂14与延伸件通过粘接剂固定为一体，能够减小吸附剂14与延伸件接触部位的热阻，提高换热效果，还能够保持结构稳定。

还可以在吸附剂14内均匀掺混导热粉末，导热粉末由导热系数较高的材料制成，例如铜粉末、铝粉末、银粉末等，通过掺混导热粉末，能够提高吸附剂14的导热性能。

本发明实施例提供的吸附泵1，包括冷端11、热端12、支撑件13、吸附剂14和连通孔15，冷端11、热端12、支撑件13构成封闭结结构，封闭结构上设有连通孔15，吸附剂14设置于封闭结构内部，在冷端11和/或热端12上设有延伸件。通过设置延伸件，使吸附剂14被加热或被冷却更加快速、均匀和充分，能够有效提高换热效果；冷端延伸件111、热端延伸件121、支撑件13之间互不接触，能够有效降低在吸附和解吸过程中热端12与冷端11之间的不利漏热，降低能量消耗；另外，在吸附剂14内部设置气体通道17时，能够减小气体在吸附剂14内的流动阻力。通过本发明提供的吸附泵1，能够加快气隙式热开关通断速率，提高热开关的通断性能。

如图7所示，本发明实施例还提供一种气隙式热开关，包括热开关主体2以及上述各实施例中的吸附泵1，吸附泵1通过连管3与热开关主体2连通，热开关主体2内填充有一定压力的导通气体。

热开关主体2包括热开关冷端21、热开关热端22以及支撑筒23，开关冷端21和热开关热端22分别与支撑筒23的两端密封连接。在气隙式热开关工作时，吸附泵1的冷端11和热开关冷端21用于与冷源相连，吸附泵1的热端12上设置有加热器，热开关热端22与被冷却器件相连。

进一步地，在热开关冷端21上设置有热开关冷端延伸件211，热开关热端22上设置有热开关热端延伸件221，热开关冷端延伸件211与热开关热端延伸件221交错设置以形成气体间隙24，导通气体填充在气体间隙24内。

下面以工作于低温温区的气隙式热开关为例，对本实施例的工作过程进行说明：

当冷源开始工作以后，冷源温度逐渐降低，并且最终降到低温工作温区，在这个过程中，与冷源紧密连接的吸附泵1的冷端11、热开关冷端21温度随之下降，随着温度的降低吸附剂14的吸附能力增强，开始对热开关内的气体进行吸附，热开关主体2中的气体逐渐减少，导热能力逐渐变差，使热开关处于断开状态。

为了对被冷却器件进行冷却，需要使热开关处于导通模式，开启加热器对吸附泵1进行加热，热量沿着吸附泵1的热端12、热端延伸件121向吸附剂14传递，吸附剂14温度升高，发生解吸，解吸出的气体通过连同孔15、连管3流向热开关主体2，使热开关处于导通状态。

进一步地，被冷却器件的热量沿着热开关热端22、热开关热端延伸件221、间隙24的气体层、热开关冷端延伸件211、热开关冷端21向冷源传递，由冷源带走，在这个过程中被冷却器件温度下降。当被冷却器件降至低温工作温度以后，需要使热开关处于断开模式时，停止对吸附泵1进行加热，由于冷源对吸附泵1的冷却作用，使冷端11、冷端延伸件111温度降低，对吸附剂14进行降温冷却，使吸附剂14恢复吸附能力，将热开关主体2中的气体吸入吸附泵14中，使热开关主体2中的气体间隙24处于接近真空的状态，热开关断开。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。