CN114797772B - 吸附薄膜及其制备方法和用于低温系统的电加热吸附床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及吸附薄膜及其制备方法和用于低温系统的电加热吸附床，所述用于低温系统的电加热吸附床包括外壳、填充于外壳内的吸附薄膜、以及连接于吸附薄膜的引线，所述外壳内填充有氦气，所述吸附薄膜经由所述引线连接于两芯针组件并经由两芯针组件施加电信号实现电加热，所述用于低温系统的电加热吸附床采用石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜等具有强吸附性能又具有导电性的材料来替代传统的吸附剂，并采用直接电加热石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜的方式来替代传统的外壁贴加热片的加热方式，实现材料本身的快速加热脱附效果，具有结构简单、体积小、加热均匀、吸附能力强、解吸/吸附速率快、响应速度快的优势，能更好的满足吸附制冷机和热开关的使用需求。

Description

吸附薄膜及其制备方法和用于低温系统的电加热吸附床

技术领域

本发明涉及制冷与低温工程技术领域，特别是涉及一种吸附薄膜及其制备方法和用于低温系统的电加热吸附床。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断发展，低温技术在国防科技、航空航天、军事医疗、能源应用等各领域的需求日益增加。其中，获取1K以下温度的极低温技术，在空间科学任务、低温物理领域，更是发挥着不可替代的作用。极低温环境不仅能削弱电子系统中热噪声的影响，提高信噪比。还是某些高灵敏仪器的必要温度条件，这是由于物质在极低温下具有极小的比热，例如用于观测空间X射线的探测器，只有在1K以下才具有较高的灵敏度。除此之外，极低温提供的极端物理环境，还可以用来研究或利用物质在极低温下所具有的特性，如氦3的超流特性等。极低温吸附制冷技术是获取极低温的主流技术手段之一。它利用吸附床加热解析获得高压气体，冷却吸附进行低压抽气的方式代替机械压缩机。利用工质的饱和温度与饱和蒸气压的对应关系，不同温度下吸附剂对吸附质的吸附率不同，通过周期性加热冷却吸附剂来实现制冷。具有质量较轻、工作寿命长、无运动部件、无振动、可靠性较高、无电磁干扰等优点。

吸附床是吸附制冷机的关键部件，现有主流吸附床多填充颗粒状的活性炭/氦气作为吸附工质对。但颗粒状的活性炭由于粒径小、填充紧密、颗粒间隙小、吸附容量小，存在加热升温时间长、易受热不均、气体流路不顺畅、解吸/吸附时间过长等问题。以氦4级吸附制冷机为例，吸附床需要加热约15min，才能从7K升高到55K，加热解吸时间长。而且，吸附床内填充颗粒状活性炭存在一定的空容积，这导致氦气的充注量偏高，对于昂贵的氦3来说造成了一定的浪费，同时也会影响响应时长。

为解决这些问题，现有领域采用将颗粒状活性炭压制成片状，多个片状叠加使用，中间留出一定大小的孔隙作为气体流路的方案，或者采用导热率高的铜协助传热，在吸附床内使用多个铜棒纵向分布热量，使用多个铜盘(每隔2厘米)径向分布热量，同时用带孔不锈钢管增加气体流道的方案。通过前述方案，吸附床的性能得到了部分改善，但仍未从根本上解决问题：采用内部放置加热铜棒或外壁贴加热铜片等加热方式，结构复杂、操作复杂的同时，也易导致吸附剂受热不均，不同温度吸附剂解吸能力不同，大大影响解吸速率。

吸附床结构在低温系统的关键部件—热开关中也广泛应用。由于热开关高开关比、快速转换ON/OFF等要求，对其吸附床的解吸速度、吸附能力也提出了更高要求。现有热开关的吸附床多采用铜材制作，常采用外壁贴加热片形式加热吸附床，存在加热不均、脱附时间过长等问题，限制了热开关的响应速度，进而影响低温系统的工作能力。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种吸附薄膜及其制备方法和用于低温系统的电加热吸附床，所述用于低温系统的电加热吸附床采用具有强吸附性能又具有导电性的材料来替代传统的吸附剂，并采用电加热的方式实现快速加热脱附效果，解决了现有吸附床存在的结构复杂、加热不均匀、吸附能力差、脱附时间长的技术问题。

本发明在一方面提供了一种吸附薄膜，所述吸附薄膜为采用激光光刻或化学气相沉积法，将吸附材料以薄膜的形式固定在绝缘基板上形成的薄膜式柔性吸附薄片，所述吸附材料为石墨烯薄片、碳纳米管薄片中的任一种。

在本发明的一实施例中，所述绝缘基板为聚酰亚胺基板。

本发明在另一方面还提供了所述吸附薄膜的制备方法，包括步骤：

在绝缘基板上均匀布置多个凸起；和

采用激光光刻或化学气相沉积法，将吸附材料以薄膜的形式固定在所述绝缘基板上，形成薄膜式柔性吸附薄片，所述吸附材料为石墨烯薄片、碳纳米管薄片中的任一种。

本发明在另一方面还提供了一种用于低温系统的电加热吸附床，用于低温系统，包括外壳、填充于所述外壳内的所述吸附薄膜、以及连接于所述吸附薄膜的引线，所述用于低温系统的电加热吸附床内填充有氦气，所述吸附薄膜经由所述引线连接于两芯针组件，以经由所述两芯针组件施加电信号实现电加热。

在本发明的一实施例中，所述吸附薄膜以卷状或螺旋状填充于所述外壳内，所述用于低温系统的电加热吸附床还包括连接于所述外壳的两芯孔组件，所述吸附薄膜经由所述引线连接于所述两芯孔组件，所述两芯孔组件插入所述两芯针组件而形成所述吸附薄膜电连接于所述两芯针组件的状态。

在本发明的一实施例中，所述外壳与连接有所述两芯孔组件的一端相对的一端设置有连接管，所述用于低温系统的电加热吸附床通过所述连接管连接到热开关或吸附制冷机的本体部分。

在本发明的一实施例中，所述用于低温系统的电加热吸附床还包括连接于所述外壳的法兰，所述吸附薄膜呈规则排列的片状嵌入于所述法兰。

在本发明的一实施例中，所述法兰上设置有电连接于所述吸附薄膜的电极片，所述电极片上设置有接线端子，所述接线端子连接于所述引线，所述吸附薄膜经由所述电极片、所述接线端子以及所述引线的组合电连接于所述两芯针组件。

在本发明的一实施例中，所述外壳的一端设置有用于充注氦气的充气管，另一端设置有供氦气排出和吸入的泵管。

在本发明的一实施例中，所述法兰为不锈钢法兰，所述充气管为紫铜充气管。

在本发明的一实施例中，所述外壳为圆筒形不锈钢外壳、椭球形不锈钢外壳、球形不锈钢外壳、四方体形不锈钢外壳中的任一种。

本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床采用石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜等具有强吸附性能又具有导电性的材料来替代传统的吸附剂，并采用直接电加热石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜的方式来替代传统的外壁贴加热片的加热方式，实现材料本身的快速加热脱附效果。所述用于低温系统的电加热吸附床具有加热均匀、吸附能力强、解吸/吸附速率快、响应速度快的优势，能更好的满足吸附制冷机和热开关的使用需求。

本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床采用石墨烯、碳纳米管替代传统的活性炭、分子筛作为吸附剂，其大量微孔结构有效提升了其比表面积，优化了其对氦气优异的吸附性能。高温时可完全解吸氦气，低温时可大量吸附氦气，保证了吸附床吸附/解吸的要求。

本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床采用高吸附性能的吸附薄膜替代颗粒状活性炭，减小了吸附床所需的体积，减轻了吸附床重量，在吸附制冷机的空间应用方面提供了更大优势。

本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床提供了所述吸附薄膜的几种填充方式：卷状、螺旋状或片状，为所述用于低温系统的电加热吸附床在不同场合下应用时的结构变化提供了更多可能性。所述吸附薄膜采用的吸附材料填充产生的均匀间隙可用作氦气流路，使氦气进出更为流畅。

本发明的所述吸附薄膜采用激光光刻或化学气相沉积法(CVD)等方式将石墨烯、碳纳米管等材料以薄膜的形式固定在聚酰亚胺等绝缘材料的基板上，形成薄膜式柔性吸附材料。所述吸附薄膜具有可电加热、可拉伸、柔性、耐用性等优点。

本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床采用针孔组件这种方便插拔的结构，与之前外壁固定加热片的方式对比，操作更为简单，加热/冷却过程更方便。而且所述用于低温系统的电加热吸附床通过自身电加热来实现所述吸附薄膜的温度变化，利用所述吸附薄膜的高导热性能进行快速导热，实现了均匀温升，又减少加热片的使用，简化了所述用于低温系统的电加热吸附床结构。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的第一优选实施例的所述用于低温系统的电加热吸附床的立体结构图。

图2为本发明的上述优选实施例的所述用于低温系统的电加热吸附床的主视图。

图3为本发明的上述优选实施例的所述用于低温系统的电加热吸附床的两芯针组件的立体结构示意图。

图4为本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床的吸附薄膜的结构示意图。

图5为图4所示的所述吸附薄膜的绝缘基板的结构示意图。

图6为图4所示的所述吸附薄膜的制备流程示意框图。

图7为本发明的第二优选实施例的所述用于低温系统的电加热吸附床的结构示意图。

图8为本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床应用在主动式气隙热开关中的使用示意图。

图9为本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床应用在主动式对流热开关中的使用示意图。

图10为本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床应用在吸附制冷机中的使用示意图。

附图说明：用于低温系统的电加热吸附床30；外壳31；吸附薄膜32；绝缘基板321；凸起3211；吸附材料322；引线33；两芯针组件34；两芯孔组件35；连接管36；法兰37；辅助加固结构38；电极片39；接线端子40；充气管41；泵管42；第一铜柱10；第二铜柱11；低导热率不锈钢外壳12；气隙14；左侧不锈钢管15；右侧不锈钢管16；上腔体17；下腔体18；上端铜换热器19；下端铜换热器20；蒸发器23；热沉21；热开关24。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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。

吸附制冷机和主动式气隙热开关均含有吸附床结构，一般吸附床为圆筒结构，圆筒内部填充颗粒状活性炭、分子筛等传统吸附剂，同时充注氦气等吸附工质。由于颗粒的活性炭分子筛等传统吸附剂粒径小、填充紧密、颗粒间隙小，存在气体流路不顺畅现象，导致现有的吸附床存在解吸/吸附时间过长等问题。而且现有吸附床多在外壁贴加热片，通过对加热片加热实现内部吸附剂温度升高，这种加热方式存在结构复杂、操作复杂、容易导致吸附剂受热不均的问题。

针对前述技术问题，本发明提供了一种新型的吸附床结构：采用石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜等具有强吸附性能又具有导电性的材料来替代传统的吸附剂；采用直接电加热石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜的方式来替代传统的外壁贴加热片的加热方式，实现材料本身的快速加热脱附效果。所述吸附床具有结构简单、体积小、加热均匀、吸附能力强、解吸/吸附速率快、响应速度快的优势，能更好的满足吸附制冷机和热开关的使用需求。

以下将结合附图和具体的实施例对本发明的所述吸附薄膜和所述用于低温系统的电加热吸附床的结构进行具体说明。

实施例1

如图1至图6所示，根据本发明的第一优选实施例的所述用于低温系统的电加热吸附床30及其吸附薄膜32的结构被阐明。

如图1和图3所示，所述用于低温系统的电加热吸附床30包括外壳31、填充于所述外壳31内的所述吸附薄膜32、以及连接于所述吸附薄膜32的引线33，所述用于低温系统的电加热吸附床30内填充有氦气，所述吸附薄膜32经由所述引线33连接于两芯针组件34，以经由所述两芯针组件34施加电信号实现电加热。

特别地，在这一实施例中，所述吸附薄膜32以卷状或螺旋状填充于所述外壳31内，所述用于低温系统的电加热吸附床30还包括连接于所述外壳31的两芯孔组件35，所述吸附薄膜32经由所述引线33连接于所述两芯孔组件35，所述两芯孔组件35插入所述两芯针组件34而形成所述吸附薄膜32电连接于所述两芯针组件34的状态。

可以理解的是，与现有的用于低温系统的电加热吸附床30采用外壁固定加热片的方式相比，本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30采用所述两芯孔组件35与所述两芯针组件34相适配的这种方便插拔的结构，操作更为简单，加热/冷却过程更方便。而且所述用于低温系统的电加热吸附床30通过所述两芯针组件34自动对所述吸附薄膜32电加热的方式来实现所述吸附薄膜32的温度变化，利用所述吸附薄膜32的高导热性能进行快速导热，实现了均匀温升，又减少加热片的使用，简化了所述用于低温系统的电加热吸附床30的结构。

值得一提的是，所述外壳31和所述两芯孔组件35的连接处进行焊接或低温胶粘接的密封处理。

可选地，所述外壳31为圆筒形不锈钢外壳、椭球形不锈钢外壳、球形不锈钢外壳、四方体形不锈钢外壳中的任一种。优选地，在这一实施例中，所述采用圆筒形不锈钢外壳。

此外，还值得一提的是，所述吸附薄膜32的两端分别连接镀银引线，再钎焊至所述两芯孔组件35的接头上。也就是说，所述引线33为镀银引线。

进一步地，所述外壳31的与连接有所述两芯孔组件35的一端相对的一端设置有连接管36，所述用于低温系统的电加热吸附床30通过所述连接管36连接到热开关或吸附制冷机的本体部分。

特别地，如图4和图5所示，所述吸附薄膜32包括绝缘基板321和呈薄膜形式生长形成于所述绝缘基板321上的吸附材料322，所述吸附材料322为石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜。所述吸附薄膜32除了具有可电加热、可拉伸、柔性等优点外，还具有耐用性，即使部分有些划痕损坏也可继续使用。图4显示的柔性吸附薄片可任意弯曲成各种形状置于所述用于低温系统的电加热吸附床30内使用。

为了保证所述吸附薄膜32在卷曲后层与层之间有一定间隙，仍能保证气体流路的通畅。在薄膜生长前，事先将聚酰亚胺等绝缘材料的基板布置一些均匀大小的凸起3211，如图5所示。

也就是说，所述绝缘基板321上均匀设置有多个凸起3211，以供所述吸附薄膜32在卷曲之后层与层之间形成间隙用作供氦气流动的氦气流路，使氦气进出更为流畅。

换句话说，所述吸附薄膜32为采用激光光刻或化学气相沉积法，将吸附材料322以薄膜的形式固定在绝缘基板321上形成的薄膜式柔性吸附薄片，所述绝缘基板321为聚酰亚胺基板，所述吸附材料322为石墨烯薄片、碳纳米管薄片中的任一种。

值得一提的是，所述吸附薄膜32通过电极片39和接线端子40连接于所述引线33，所述电极片39为设置在所述吸附薄膜32两侧的铜箔。

还值得一提的是，在本发明的一些实施例中，所述绝缘基板321也可以采用其他绝缘材料的基板，本发明对此不作限制。

可以理解的是，所述用于低温系统的电加热吸附床30采用石墨烯、碳纳米管替代传统的活性炭、分子筛作为吸附剂，其大量微孔结构有效提升了其比表面积，优化了其对氦气优异的吸附性能。高温时可完全解吸氦气，低温时可大量吸附氦气，保证了用于低温系统的电加热吸附床30吸附/解吸的要求。

而且，所述用于低温系统的电加热吸附床30采用高吸附性能的吸附薄膜32替代颗粒状活性炭，减小了用于低温系统的电加热吸附床30所需的体积，减轻了用于低温系统的电加热吸附床30重量，对于吸附制冷机的空间应用提供了更大优势。

本发明在另一方面还提供了所述吸附薄膜32的制备方法，如图6所示，所述吸附薄膜32的制备方法包括步骤：

在绝缘基板321上均匀布置多个凸起3211；和

采用激光光刻或化学气相沉积法，将吸附材料322以薄膜的形式固定在所述绝缘基板321上，形成薄膜式柔性吸附薄片，所述吸附材料322为石墨烯薄片、碳纳米管薄片中的任一种。

可以理解的是，所述用于低温系统的电加热吸附床30的使用流程为：在实际使用过程中，所述用于低温系统的电加热吸附床30一端的所述连接管36连接到热开关或吸附制冷机的本体部分，另一端的所述两芯孔组件35配合插入有用于连接电信号的所述两芯针组件34，所述两芯针组件34的具体结构如图3所示，所述用于低温系统的电加热吸附床30内充有氦气。当所述用于低温系统的电加热吸附床30需要脱附时，即所述用于低温系统的电加热吸附床30切换至脱附状态时，通过施加一定大小的电压，所述吸附薄膜32经由所述两芯针组件34自动进行电加热而温度升高，并解吸出氦气，解吸出的氦气通过所述连接管36进入热开关或吸附制冷机的本体部分。当所述用于低温系统的电加热吸附床30需要吸附时，此时所述用于低温系统的电加热吸附床30切换至吸附状态，停止给所述两芯针组件34施加电信号后，所述两芯针组件34停止对所述吸附薄膜32的电加热，所述吸附薄膜32温度降低而将氦气吸回所述吸附薄膜32的微孔结构。

所述用于低温系统的电加热吸附床30内的所述吸附薄膜32可采用不同的排列方式，除了卷状/螺旋状之外，还可以采用片状方式填充，如图7所示，在本发明的第二优选实施例的所述用于低温系统的电加热吸附床30中，所述用于低温系统的电加热吸附床30的所述吸附薄膜32采用片状方式填充。

具体地，在本发明的第二优选实施例中，所述用于低温系统的电加热吸附床30包括外壳31、填充于所述外壳31内的吸附薄膜32、以及连接于所述吸附薄膜32的引线33，所述外壳31内填充有氦气，所述吸附薄膜32经由所述引线33连接于两芯针组件34，以经由所述两芯针组件34实现自动电加热。

更具体地，所述用于低温系统的电加热吸附床30还包括连接于所述外壳31的法兰37，所述吸附薄膜32呈规则排列的片状嵌入于所述法兰37。所述用于低温系统的电加热吸附床30还包括用于加固所述吸附薄膜32在所述法兰37内的辅助加固结构38。

值得一提的是，所述法兰37上设置有电连接于所述吸附薄膜32的电极片39，所述电极片39上设置有接线端子40，所述接线端子40连接于所述引线33，所述吸附薄膜32经由所述电极片39、所述接线端子40以及所述引线33的组合电连接于所述两芯针组件34。

此外，还值得一提的是，所述外壳31的一端设置有用于充注氦气的充气管41，另一端设置有供氦气排出和吸入的泵管42。所述充气管41连接于充注系统，充注完后，剪焊密封。所述泵管42与第一优选实施例的所述连接管36可以为相同的结构，均用于连接热开关或吸附制冷机的本体部分，本发明对此不作限制。

优选地，在这一实施例中，所述法兰37采用不锈钢法兰，所述充气管41采用紫铜充气管，所述外壳31为圆筒形不锈钢外壳、椭球形不锈钢外壳、球形不锈钢外壳、四方体形不锈钢外壳中的任一种。

可以理解的是，所述用于低温系统的电加热吸附床30的使用流程为：当所述用于低温系统的电加热吸附床30需要脱附时，所述吸附薄膜32通过所述电极片39、所述接线端子40以及所述引线33的组合连接到所述两芯针组件34进行电加热，所述吸附薄膜32快速升温，加热解吸出的氦气通过所述泵管42离开所述用于低温系统的电加热吸附床30；当所述用于低温系统的电加热吸附床30需要吸附时，停止电加热，所述吸附薄膜32降温，从而经由所述泵管42将氦气吸附回所述用于低温系统的电加热吸附床30内。

可以理解的是，本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30提供了所述吸附薄膜32的几种填充方式：卷状、螺旋状或片状，为所述用于低温系统的电加热吸附床30在不同场合下应用时的结构变化提供了更多可能性。所述吸附薄膜32采用的吸附材料322填充产生的均匀间隙可用作氦气流路，使氦气进出更为流畅。

特别地，本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30适用于低温系统，尤其适用于主动式气隙热开关、主动式对流热开关、极低温吸附制冷机，本发明对所述用于低温系统的电加热吸附床30的具体应用不作限制。

热开关是控制热量导通与断开的开关，在低温系统中具有参与控制系统热力学循环、加速系统降温等作用，热开关可大致分为机械式、超导式、磁阻式、气隙式、对流式等几种不同的形式。对于主动式气隙热开关而言，气隙通过连接管连接到吸附床，吸附床通过吸附剂的加热和冷却来解吸和吸附氦气，实现热开关内气体的有无，进而控制热开关的ON和OFF。主动式对流热开关也有类似的吸附床结构。热开关的吸附床尺寸远小于吸附制冷机的吸附床尺寸，但其吸附/解吸的基本原理相同。

图8至图10分别示意了本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30在主动式气隙热开关、主动式对流热开关以及吸附制冷机中的应用。

具体地，图8显示了本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30在主动式气隙热开关中的应用。如图8所示，所述主动式气隙热开关包括高热导率的第一铜柱10和第二铜柱11以及用于支撑所述第一铜柱10和所述第二铜柱11的低导热率不锈钢外壳12，所述第一铜柱10和所述第二铜柱11之间形成了宽度约为0.1mm的气隙14。本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30通过不锈钢材质的所述连接管36连接于所述气隙14，所述用于低温系统的电加热吸附床30通过所述吸附薄膜32的加热和冷却来解吸和吸附氦气，实现所述主动式气隙热开关内气体的有无，进而控制所述主动式气隙热开关的打开(ON)和关闭(OFF)。

具体地，图9显示了本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30在主动式对流热开关中的应用。所述用于低温系统的电加热吸附床30通过所述连接管36连接于所述主动式对流热开关。所述主动式对流热开关主要由氦气流路部分及外部支撑结构组成，氦气环形流路部分由左右两根不锈钢管及上下两部分腔体组成；两侧的铜换热器为氦气提供流路的同时，也与两端热沉21的连接。左右两根不锈钢管包括左侧不锈钢管15和右侧不锈钢管16，上下两部分腔体包括上腔体17和下腔体18，所述铜换热器包括上端铜换热器19和下端铜换热器20。当所述主动式对流热开关需要导通时，电加热所述用于低温系统的电加热吸附床30中的吸附薄膜32，氦气脱附经连接管36流进氦气流路，由于所述上端铜换热器19温度低于所述下端铜换热器20，氦气会在重力和温差作用下形成自然对流，实现热量导通，加速所述下端铜换热器20的降温。当热开关24需要完全断开时，停止对所述用于低温系统的电加热吸附床30的加热，氦气经所述连接管36吸附到用于低温系统的电加热吸附床30内，对流换热停止，所述主动式对流热开关断开。

具体地，图10显示了本发明的所述用于低温系统的电加热吸附床30在吸附制冷机中的应用。所述用于低温系统的电加热吸附床30通过所述连接管36连接于所述吸附制冷机的蒸发器23。所述吸附制冷机工作时依次执行两个过程：冷凝过程和制冷过程。冷凝过程中，所述用于低温系统的电加热吸附床30与热沉21之间的热开关24断开，所述用于低温系统的电加热吸附床30被电加热，氦气从吸附薄膜32表面解吸出来，经连接管36流经冷凝点冷凝后流向蒸发器23并最终在蒸发器23内以液体形式存储；制冷过程中，所述用于低温系统的电加热吸附床30与热沉21之间的热开关24导通，所述用于低温系统的电加热吸附床30被冷却，所述吸附薄膜32的吸附率增大，氦气被吸附，蒸发器23内压力降低、气体蒸发，制冷机产生制冷效应。当蒸发器23内的液体完全蒸发后可再生使用。

总的来讲，本发明提供了一种结构简单、体积小、加热均匀、吸附能力强、解吸/吸附速率快、响应速度快的用于低温系统的电加热吸附床，所述用于低温系统的电加热吸附床能更好的满足吸附制冷机和热开关的使用需求。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，包括外壳、填充于所述外壳内的吸附薄膜、以及连接于所述吸附薄膜的引线，所述用于低温系统的电加热吸附床内填充有氦气，所述吸附薄膜经由所述引线连接于两芯针组件，以经由所述两芯针组件施加电信号实现电加热，所述吸附薄膜由以下步骤制备得到：

在绝缘基板上均匀布置多个凸起；和

采用化学气相沉积法，将吸附材料以薄膜的形式固定在所述绝缘基板上，形成薄膜式柔性吸附薄片，所述吸附材料为石墨烯薄片、碳纳米管薄片中的任一种。

2.根据权利要求1所述的用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，所述绝缘基板为聚酰亚胺基板。

3.根据权利要求1所述的用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，所述吸附薄膜以卷状或螺旋状填充于所述外壳内，所述用于低温系统的电加热吸附床还包括连接于所述外壳的两芯孔组件，所述吸附薄膜经由所述引线连接于所述两芯孔组件，所述两芯孔组件插入所述两芯针组件而形成所述吸附薄膜电连接于所述两芯针组件的状态。

4.根据权利要求3所述的用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，所述外壳的与连接有所述两芯孔组件的一端相对的一端设置有连接管，所述用于低温系统的电加热吸附床通过所述连接管连接到热开关或吸附制冷机的本体部分。

5.根据权利要求1所述的用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，所述用于低温系统的电加热吸附床还包括连接于所述外壳的法兰，所述吸附薄膜呈规则排列的片状嵌入于所述法兰。

6.根据权利要求5所述的用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，所述法兰上设置有电连接于所述吸附薄膜的电极片，所述电极片上设置有接线端子，所述接线端子连接于所述引线，所述吸附薄膜经由所述电极片、所述接线端子以及所述引线的组合电连接于所述两芯针组件。

7.根据权利要求6所述的用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，所述外壳的一端设置有用于充注氦气的充气管，另一端设置有供氦气排出和吸入的泵管，所述法兰为不锈钢法兰，所述充气管为紫铜充气管。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于低温系统的电加热吸附床，其特征在于，所述外壳为圆筒形不锈钢外壳、椭球形不锈钢外壳、球形不锈钢外壳、四方体形不锈钢外壳中的任一种。

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