专利名称：用于空间机械制冷系统的双向移位冷开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间低温制冷系统，具体是指用于空间制冷系统中的双向位移 冷开关。
技术背景在空间机械制冷系统中，由于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。由于多台制冷机直接与同一被冷部件相联，在一台制冷机工作时，其余制 冷机会给制冷系统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，即冷量只能从制冷机传向被冷部件，而不可以从 被冷部件传向制冷机。这就需要单向冷量传递的冷开关来实现。目前，单向冷量传递的冷开关主要有机械式、气隙式和记忆合金式。而不 同的型式有不同的适用范围。双金属型冷开关是一种典型的机械式冷开关，它是把两层金属全面牢固结 合，所组成的两层金属在一定的温度范围内具有不同程度的膨胀性，利用这种 膨胀性的差异促使冷开关实现导通与断开的功能。但这种冷开关的缺点是结构 较为复杂，并且接触热阻较大。
气隙式冷开关主要是利用两导热片之间的充气和抽气来使得整个冷开关两 极之间的热导率有几个数量级的变化，实现冷开关的闭合及断开功能。这种冷 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0.01 mm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。气隙式冷开关主要适 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。记忆合金式冷开关是利用形状记忆合金材料特性-形状记忆效应进行设计。见 中国专利02150896.8，其闭合热阻为3.587 K / W，断开热阻为2 456.9 K / W。 由于其结构要求严格对称，所以加工精度要求很高，否则会导致开关性能不稳 定。优点是运动行程大，可达lmm，有效的增大了断开热阻，从而减少了冷 损。发明内容—本发明的目的是提出一种结构较简单、紧凑的用于空间机械制冷系统的双 向移位冷开关。本发明的技术方案是利用低温下线膨胀系数和导热系数不同的二种材料， 设计成双向移位结构，实现冷开关在低温下导通，高温下断开的开关动作。本发明的双向移位冷开关，包括导热环、冷平台、由内向外依次相套的 支撑内圆桶、收縮内圆桶、支撑外圆桶、收縮外圆桶，各相套圆桶之间保持一 轴向移动的间隙，使得收縮内圆桶和收缩外圆桶可无阻挡的收缩。冷平台焊接 在支撑内圆桶上，导热环焊接在收缩外圆桶上，冷平台与导热环之间有一实现 冷开关导通、断开的间隙，间隙宽度根据设计要求而定。收縮内圆桶口有一反 边，反边外圆周与支撑外圆桶口焊接，支撑内圆桶的桶底和收縮内圆桶的桶底 通过焊接达到热联接，支撑外圆桶的桶底和收縮外圆桶的桶底通过焊接达到热 联接，二二焊接的桶底之间由导热链热联接。收缩外圆桶桶底与制冷机冷指联 接，当制冷机工作时，冷量通过外圆桶桶底传导给收縮内圆桶和收縮外圆桶， 使得收縮内圆桶推动冷平台向上移动，收缩外圆桶带动导热环向下移动，冷平 台与导热环热接触，实现开关的导通，反之断开。 本发明的优点是冷开关设计成双向移位型，这样便使冷开关在实现同样的位移行程时，其 长度比单级移位型减小约40%，可大大减小制冷系统的传热温度差，从而降低制 冷机的工作压力，并可减小真空室的体积，从而减小系统的重量。
图1为冷开关应用系统原理图；图2为本发明的冷开关的结构示意图，(a)图为断开状态，(b)图为导通状态。
具体实施方式
下面结合图2对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明见图2，双向移位冷开关包括导热环l、冷平台2、由内向外依次相套的支撑内圆桶3、收縮内圆桶4、支撑外圆桶5、收缩外圆桶6，各相套圆桶之间保持一间隙。冷平台2焊接在支撑内圆桶3上，导热环1焊接在收縮外圆桶6上，冷平 台与导热环之间有一实现冷开关导通、断开的间隙。间隙宽度根据所用材料的膨胀系数，使用温度要求而定。收縮内圆桶口有一反边，反边外圆周与支撑外 圆桶口焊接，支撑内圆桶的桶底301和收缩内圆桶的桶底401焊接，支撑外圆 桶的桶底501和收縮外圆桶的桶底601焊接，二二焊接的桶底之间由导热链7 联接。导热环K冷平台2、收縮内圆桶4、收缩外圆桶6、导热链7釆用高热导 弹性系数、高屈服力的紫铜(T2)材料。支撑 内圆桶3和支撑外圆桶5采用低热导率、低温下小线性膨胀系数、不会低温冷 焊、低密度的超因瓦钢材料。为了防止低温冷焊，导热环1和冷平台2的接触 面要进行碳化处理。为了降低辐射换热对冷开关性能的影响，导热环l、冷平台2、收縮内圆桶 4、收縮外圆桶6表面要进行镀金抛光处理，支撑内圆桶3和支撑外圆桶5表面 要进行镀镍抛光处理。零件加工处理完成后，零件之间的连接全部采用激光焊接，并利用三座标仪 精确测量，控制好导热环1和冷平台2的间隙，使其达到所需设计要求尺寸。图2中的a、 b图分别为断开和导通两种状态。收縮外圆桶桶底与制冷机冷 指联接，当制冷机工作时，冷量通过外圆桶桶底传导给收缩内圆桶和收縮外圆 桶，由于其材料在低温下具有大线性膨胀系数，其长度缩短，使得收缩内圆桶 推动冷平台向上移动，收縮外圆桶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。反之断开。
权利要求
1. 一种用于空间制冷系统中的双向位移冷开关，其特征在于该冷开关包括: 导热环(1)、冷平台(2)、由内向外依次相套的支撑内圆桶(3)、收縮内圆桶(4)、支撑外圆桶(5)、收縮外圆桶(6)，各相套圆桶之间保持一轴向移动的 间隙-,冷平台(2)通过焊接固定在支撑内圆桶(3)上，导热环(1)通过焊接固 定在收縮外圆桶(6)上，冷平台与导热环之间有一实现冷开关导通、断开的间 隙；收缩内圆桶口有一反边(402)，反边外圆周与支撑外圆桶口通过焊接固定， 支撑内圆桶的桶底(301)和收縮内圆桶的桶底(401)通过焊接达到热联接， 支撑外圆桶的桶底(501)和收縮外圆桶的桶底(601)通过焊接达到热联接， 二二焊接的桶底之间由导热链(7)热联接。
全文摘要
本发明公开了一种用于空间制冷系统中的双向位移冷开关，该冷开关包括导热环、冷平台、由内向外依次相套的支撑内圆桶、收缩内圆桶、支撑外圆桶、收缩外圆桶。冷平台焊接在支撑内圆桶上，导热环焊接在收缩外圆桶上，冷平台与导热环之间有一实现冷开关导通、断开的间隙。支撑内圆桶的桶底和收缩内圆桶的桶底，支撑外圆桶的桶底和收缩外圆桶的桶底通过焊接实现热联接。二二焊接的桶底之间由导热链热联接。当制冷机工作时，冷量通过外圆桶桶底传导给收缩内、外圆桶，使得收缩内圆桶推动冷平台向上移动，收缩外圆桶带动导热环向下移动，实现开关的导通，反之断开。本发明的优点是冷开关设计成双向移位型，其长度比单向移位型减小约40％，可大大减小制冷系统的传热温度差，并可减小真空室的体积，从而减小系统的重量。
文档编号H01H37/46GK101145470SQ20071004762
公开日2008年3月19日 申请日期2007年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者何兴伟, 吴亦农, 纪国林, 郑亲波, 黄志光 申请人:中国科学院上海技术物理研究所