一种带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块

技术领域

本发明涉及极低温绝热去磁制冷领域，尤其涉及一种带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块。

背景技术

近年来，获取1K以下温度的极低温制冷技术，在凝聚态物理、空间探测、量子计算中起到至关重要的作用，其中绝热去磁制冷是获得极低温最主流的三大方式之一，是一种覆盖温区广、本征效率高、不依赖重力、工质易获得的制冷技术。其中磁热模块是磁制冷机最重要的部件，磁热材料又是磁热模块的核心。

在极低温下，磁热材料的导热率不佳，磁热材料内会有较大的温差，为了减小这种温差，一般采用热总线作为强化传热结构来增强磁热材料的导热性能，通常在相应的容器内设置几百根或者几千根金属丝形成的热总线，在具有金属丝的容器内直接生长晶体，且为了减小因外部磁场变化而使金属丝产生较大的涡流热，金属丝的直径通常设计得比较小，因此，成百上千根细金属丝在穿线过程中存在穿线复杂、不易操作、较难均匀地布置在磁热材料生长容器中的问题，且为了热量更好地转递，处于磁热材料外的热总线的两端通常会压焊成一股或一根铜棒，也极容易因为接触不良而产生很大的接触热阻。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本发明的目的在于，提供一种带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块。

本发明通过如下技术方案实现：

一种带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块，包括：

壳体，所述壳体内设有密封空腔；

导热组件，所述导热组件包括导热增强薄片和导热棒，所述导热增强薄片卷绕成螺旋状且轴向安装于所述密封空腔中，所述导热增强薄片与所述壳体连接，所述导热增强薄片的轴向的两端均设有所述导热棒，所述导热棒轴向安装于所述壳体的两端；

磁热材料，所述磁热材料设于所述导热增强薄片的空隙中；

其中，所述壳体上的侧壁上设有连通所述密封空腔的开口。

可选的，所述壳体包括外壳和端盖，所述外壳的侧壁上开设有所述开口，所述外壳的两端均设有所述端盖以在所述外壳内形成所述密封空腔，所述端盖的一端连接于所述导热增强薄片沿着所述密封空腔的轴向的两个端部，所述端盖的另一端穿设有所述导热棒。

可选的，所述端盖包括端盖主体、粘接于端盖主体上的薄金属片和粘接于薄金属片上的隔热绝缘层，所述端盖主体靠近所述密封空腔的一侧开设有卡槽，所述卡槽呈对应于所述导热增强薄片的螺旋状在所述端盖上延伸，所述卡槽的截面形状对应于所述导热增强薄片的端部截面形状，所述导热增强薄片的端部卡合于所述卡槽中，所述导热棒穿透所述隔热绝缘层后连接于所述薄金属片。

可选的，所述导热增强薄片的的端部为凹凸型结构，所述卡槽对应的为分段式螺旋线结构；或所述导热增强薄片的端部为平整结构，所述卡槽对应的为完整的螺旋形贯通槽。

可选的，所述薄金属片上设有若干沿着所述薄金属片的径向延伸的细长槽。

可选的，所述壳体包括外壳和非金属密封条，所述外壳内设有所述密封空腔，所述外壳的侧壁设有所述开口，所述外壳的两端和所述导热增强薄片的端部之间通过所述非金属密封条密封，所述导热棒连接于所述导热增强薄片的端部。

可选的，所述导热棒与所述导热增强薄片连接的一端均设有金属块，所述金属块远离所述导热棒的一侧面上开设有开槽，所述开槽的形状适配于所述所述导热增强薄片的端部形状，所述开槽与所述导热增强薄片的端部卡接。

可选的，所述导热增强薄片沿着螺旋方向的最外缘线不遮挡所述开口。

可选的，所述导热增强薄片上设有若干狭缝。

可选的，所导热增强薄片的材料和所述导热棒的材料为铜，所述壳体的材料为不锈钢或玻璃钎维G10。

本发明的有益效果是：本发明的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块，解决现有技术中热总线在穿线过程中穿线复杂、不易操作、布置难以均匀，两端压焊成一股或一根铜棒后因为接触不良而产生很大接触热阻等问题，实现有益效果：以螺旋线式导热增强薄片来替代由若干细金属丝形成的热总线，螺旋线式导热增强薄片的一体性使得布置热总线更加便利、装配简单、磁热材料内的传热更加均匀；螺旋线式导热增强薄片上设置若干狭缝，能够增加磁热材料填充率，并且便于生长晶体时溶液在腔体内流动；被导热增强薄片分割后的磁热材料也具有一体性，对于单晶的生长更有利；螺旋线两端不封闭，没有形成闭合回路，可直接避免涡流热沿着螺旋线产生；端部的分层接触设计在使得磁热模块的热阻更小的同时还保证了磁热模块外壳两端的密封性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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是根据本发明的实施例的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块的结构示意图；

图2是根据本发明的实施例的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块的连接有导热棒的端盖的剖面结构示意图；

图3是根据本发明的实施例的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块的导热增强薄片展开时的部分结构示意图；

图4是根据本发明的实施例的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块的分别带有完整螺旋线状卡槽(左)和不完整螺旋线状卡槽(右)的端盖俯视图；

图5是根据本发明的实施例的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块的薄金属片的俯视图；

图6是根据本发明的另一实施例的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块的端部的装配示意图；

图7是根据本发明的实施例的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块在制冷机中的示意图。

其中，001、磁体；002、磁屏蔽；1、壳体；2、导热组件；3、磁热材料；11、开口；12、外壳；13、端盖；14、非金属密封条；21、导热增强薄片；22、导热棒；131、端盖主体；132、薄金属片；133、隔热绝缘层；134、卡槽；135、细长槽；211、狭缝；221、金属块；222、开槽。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

以下，参照图1-6对本发明的实施例涉及的一种带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块进行具体的说明。

如图1所示，根据本发明实施例提供的一种带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块，包括壳体1、导热组件2和磁热材料3，所述壳体1内设有密封空腔；所述导热组件2包括导热增强薄片21和导热棒22，所述导热增强薄片21卷绕成螺旋状且轴向安装于所述密封空腔中，所述导热增强薄片21与所述壳体1连接，所述导热增强薄片21的轴向的两端均设有所述导热棒22，所述导热棒22轴向安装于所述壳体1的两端；所述磁热材料3设于所述导热增强薄片21的空隙中；其中，所述壳体1上的侧壁上设有连通所述密封空腔的开口11。

需要说明的是，所述壳体1可选用导热率低、涡流热小的材料，所述导热增强薄片21卷绕形成的螺旋线不限于阿基米德螺旋线、费马螺旋线、等角螺旋线、双曲螺旋线或者不规则螺旋线，所述导热棒22用于连接所述磁热材料3与磁热模块外部件，所述开口11是磁热材料3生长晶体过程中溶液流入和气体排出的通道，所述磁热材料3在所述导热增强薄片21的空隙中完成生长后，所述开口11处可使用导热率低的胶做密封处理。

由此，本发明的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块，解决现有技术中热总线在穿线过程中穿线复杂、不易操作、布置难以均匀，两端压焊成一股或一根铜棒后因为接触不良而产生很大接触热阻等问题，实现有益效果：以螺旋线式导热增强薄片21来替代由若干细金属丝形成的热总线，螺旋线式导热增强薄片21的一体性使得布置热总线更加便利、装配简单、磁热材料3内的传热更加均匀；螺旋线式导热增强薄片21上设置若干狭缝211，能够增加磁热材料3填充率，并且便于生长晶体时溶液在腔体内流动；被导热增强薄片21分割后的磁热材料3也具有一体性，对于单晶的生长更有利；螺旋线两端不封闭，没有形成闭合回路，可直接避免涡流热沿着螺旋线产生；端部的分层接触设计在使得磁热模块的热阻更小的同时还保证了磁热模块外壳12两端的密封性。

在一个实施例中，所述壳体1包括外壳12和端盖13，所述外壳12的侧壁上开设有所述开口11，所述外壳12的两端均设有所述端盖13以在所述外壳12内形成所述密封空腔，所述端盖13的一端连接于所述导热增强薄片21沿着所述密封空腔的轴向的两个端部，所述端盖13的另一端穿设有所述导热棒22。由此，可以起到轴向密封的作用，便于生长晶体时溶液在所述密封空腔内流动。

如图2所示，在一个实施例中，所述端盖13包括端盖主体131、粘接于端盖主体131上的薄金属片131和粘接于薄金属片131上的隔热绝缘层133，所述端盖主体131靠近所述密封空腔的一侧开设有卡槽134，所述卡槽134呈对应于所述导热增强薄片21的螺旋状在所述端盖13上延伸，所述卡槽134的截面形状对应于所述导热增强薄片21的端部截面形状，所述导热增强薄片21的端部卡合于所述卡槽134中，所述导热棒22穿透所述隔热绝缘层133后连接于所述薄金属片131。

由此，可以提高整体的密封性，防止溶液仍从所述卡槽134中泄露，搭建热量传递路径，加强磁热模块轴向导热。

如图3-4所示，在一个实施例中，所述导热增强薄片21的端部为凹凸型结构，所述卡槽134对应的为分段式螺旋线结构；或所述导热增强薄片21的端部为平整结构，所述卡槽134对应的为完整的螺旋形贯通槽。由此，可以固定所述导热增强薄片21的同时使得装配更加简单、便利。

如图5所示，在一个实施例中，所述薄金属片131上设有若干沿着所述薄金属片131的径向延伸的细长槽135。由此，可以降低所述薄金属片131上形成的涡流热，减少冷量损失。

如图6所示，在另一个实施例中，所述壳体1包括外壳12和非金属密封条14，所述外壳12内设有所述密封空腔，所述外壳12的侧壁设有所述开口11，所述外壳12的两端和所述导热增强薄片21的端部之间通过所述非金属密封条14密封，所述导热棒22连接于所述导热增强薄片21的端部。由此，可以使得装配更加简单。

在一个实施例中，所述导热棒22与所述导热增强薄片21连接的一端均设有金属块221，所述金属块221远离所述导热棒22的一侧面上开设有开槽222，所述开槽222的形状适配于所述所述导热增强薄片21的端部形状，所述开槽222与所述导热增强薄片21的端部卡接。由此，使得传热从线接触变成面接触，增强了与外部的热量传递，又不过分增加由磁场变化引起的涡流热。

如图1所示，在一个实施例中，所述导热增强薄片21沿着螺旋方向的最外缘线不遮挡所述开口11。由此，磁热材料3生长晶体过程中所需溶液能够顺利流入所述密封空腔的内部。

如图3所示，在一个实施例中，所述导热增强薄片21上设有若干狭缝211。

需要说明的是，而为了不破坏所述导热增强薄片21的一体性，对所述导热增强薄片21只进行不完全线切割，由此，一方面可以减小由于磁场变化产生的涡流热，另一方面可以使生长晶体的溶液能够在所述导热增强薄片21上自由流通，填满所述密封空腔的内部，还能够增加磁热材料3的填充率，使磁热模块制冷性能提高。

在一个实施例中，所导热增强薄片21的材料和所述导热棒22的材料为铜，所述壳体1的材料为不锈钢或玻璃钎维G10。由此，可以在制造绝热环境的同时保证磁热材料3内部能够快速进行热传递。

以图1-7为例，本发明中的带螺旋线式导热增强薄片的磁热模块的一种可选的工作过程如下：

磁热模块由外部件悬挂固定在磁体001和磁屏蔽002的轴心，所述磁热材料3在磁体001励磁时放热，在磁体001退磁时吸热，所述磁热材料3通过所述导热增强薄片21与所述导热棒22实现对外界的传热传递。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。

此外，术语“第一”、“另一”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。