[其他]可控熱開關恒溫器

無效

• 申請號: 85100698
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100698B
• 公開（公告）日: 1987-12-16
• 發明（設計）人: 趙世富;錢生法;韓大星
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: B01L7/00
• 分類號: B01L7/00
• 代理公司: 中國科學院物理研究所專利辦公室
• 代理人: 高存秀

本發明涉及一種可控熱開關恒溫器。

目前用于科學研究中的低溫恒溫器，按工作范圍可分為兩大類，一類用于極低溫度實驗，有各種致冷機型以及液氮容器型，低溫限在35K、10K、4.2K或mK;另一類的使用范圍為77K-370K，即低溫限在液氮溫度。按冷卻方式，后一類恒溫器又分為三種。第一種是讓液氮在圍繞樣品的熱交換管內流過，使液氮與樣品交換熱量;第二種是將液氮加熱汽化，讓汽化后的冷氮氣流過樣品，與樣品直接交換熱量。第三種方式是將液氮儲存在液池中，用一根熱導適當的導熱桿將加熱器和樣品與液池連接起來，其中導熱桿是這類恒溫器中的關鍵部件。

反映該項技術的文件：

〔1〕G.H.Lesch，etal.IEEEJ.Q.E.

QE-12（1976）83

現有這類恒溫器中熱導桿一經制成，它的熱導就不能改變，故一根熱導桿不能同時滿足快速升溫和快速降溫的要求。如果采用熱導大的導熱桿，可使降溫速度快，但升溫時需要供給加熱器很大的電功率，同時耗費大量的液氮;如果采用熱導小的導熱桿，升溫容易，但降溫卻十分緩慢。例如：文獻〔1〕中所介紹的恒溫器，從室溫降至-180℃約需6小時。

本發明的任務是用可控熱開關代替導熱桿，使這類恒溫器升、降溫速度加快，控溫穩定和節省液氮。

本發明的任務是以如下方式完成的：用熱導很小的薄壁細金屬管，稱為輸液管，它與恒溫器中儲液池的（稱為大液池）底部連通，輸液管的下端與一個熱導好的金屬密封容器（稱為小液池）的下部連通，小液池的上部連著排氣管，在排氣管的出口處裝有控制閥。導熱良好的加熱器安裝在小液池上，樣品安裝在加熱器上。為了減少系統與外界的熱交換，在大、小液池、輸液管、排氣管、加熱器以及樣品的外壁與周圍環境間有一個隔熱區。

圖1是可控熱開關恒溫器的一種結構原理圖。

圖2是可控熱開關恒溫器的另一種結構原理圖。

圖3是可控熱開關恒溫器用于光學實驗的一個實例。

結合圖1來說明可控熱開關恒溫器的工作原理，圖中的〔1〕為大液池，內裝有致冷液（如液氮）。小液池〔2〕由導熱良好的金屬制成，排氣管〔3〕和輸液管〔4〕是薄壁細金屬管。當把控制閥〔6〕關斷時，小液池〔2〕、排氣管〔3〕、輸液管〔4〕中的氣體不能經控制閥〔6〕排出。盡管在細金屬管〔4〕內液體受到向下的重力大于向上的表面張力，但由于液池〔2〕、排氣管〔3〕、輸液管〔4〕中已充滿了氣體，大液池〔1〕的液體不能通過輸液管〔4〕進入小液池〔2〕中。這時樣品〔8〕只能靠熱導很小的細管〔3〕和〔4〕的傳導作用與外界交換熱量，因此，熱交換速率很低，給加熱器〔9〕加很小的電功率就能使樣品迅速升溫。

當控制閥〔6〕全開通時，在輸液管〔4〕內作用在液體上的向下的重力大于向上的表面張力，大液池〔1〕內的液體會經過輸液管〔4〕流入小液池〔2〕中，迫使原來占據小液池〔2〕、排氣管〔3〕輸液管〔4〕的氣體經控制閥〔6〕排出，并在小液池〔2〕、輸液管〔4〕中充滿液體。這時樣品〔8〕很容易與小液池〔2〕中的致冷液交換熱量，使小液池〔2〕中的致冷液汽化經排氣管〔3〕和控制閥〔6〕排出，樣品〔8〕迅速降溫。如果再將控制閥〔6〕關斷，在小液池〔2〕內汽化后的氣體會逐漸充滿排氣管〔3〕和小液池〔2〕，并將小液池〔2〕內尚未汽化的液體壓回〔1〕中，這時樣品〔8〕又重新處于與外界熱交換少的狀態。

如果使控制閥〔6〕處于局部啟開的狀態，大液池〔1〕中的液體會以相應的速率流入小液池〔2〕中，液體在小液池〔2〕中汽化時將部分熱量帶走，使樣品〔8〕緩慢降溫。

可見，控制閥〔6〕的狀態（關斷、全開通或不同程度的開通）能控制樣品與外界交換熱量的速率。

在圖2中，用熱交換管〔12〕（此管各部分的粗細和材料可以不同）代替圖1中的輸液管、小液池和排氣管。連接座〔13〕既為樣品與致冷液進行熱交換提供了良好的通路、又起著支撐加熱器和樣品的作用，其工作原理與圖1相同。

可控熱開關恒溫器完成從室溫到-185℃的變溫過程僅需40分鐘;從-185℃升到室溫約需30分鐘;并可在-185℃～100℃的溫度范圍內的任意溫度上恒溫;當隔熱真空區的真空度為10^-6Torr恒溫器工作于恒溫狀態時，液氮消耗率為0.3升/小時。