FI104283B - Laimennusjäähdytinlaitteisto - Google Patents
Laimennusjäähdytinlaitteisto Download PDFInfo
- Publication number
- FI104283B FI104283B FI970442A FI970442A FI104283B FI 104283 B FI104283 B FI 104283B FI 970442 A FI970442 A FI 970442A FI 970442 A FI970442 A FI 970442A FI 104283 B FI104283 B FI 104283B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- dilution
- condenser
- spacer
- suction pipe
- diameter
- Prior art date
Links
- 238000010790 dilution Methods 0.000 title claims description 31
- 239000012895 dilution Substances 0.000 title claims description 31
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 18
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 17
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 17
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/12—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using 3He-4He dilution
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Description
104283
lAIMENNUSJÄÄHDYTIMLAITTEISTO
Keksinnön kohteena on laimennusjäähdytinlaitteisto, joka on sovitettu asetettavaksi DEWAR-astiaan sen kapean kaulaosan 5 kautta ja johon kuuluu vakuumisäiliö liitäntöineen, sen sisälle , metallisen imuputken varaan asetettu oleellisesti täysmuovinen laimennusjäähdytin käsittäen yläpuolisen tislainosan ja alapuolisen sekoituskammion sekä näitä yhdistävän lämmönsiirtimen, ja jossa sanottu imuputki on yhdistetty laimennusjäähdyttimen 10 tislainosaan.
US-patenttijulkaisussa 5,189,880; Frossati on esitelty täysmuovinen laimennusjäähdytin. Aikaisemmista malleista poiketen tislainosa, lämmönsiirrin ja sekoituskammio ovat kaikki valmis-15 tetut muovista, esimerkissä pääasiassa Araldit-epoksista.
Artikkelissa Cryogenics 1994, Voi 34, n:o 10, ss. 843-845: Pekola ja Kauppinen "Insertable dilution refrigerator for characterization of mesoscopic samples" selostetaan melko tarkasti 20 johdannon mukaisen laimennusjäähdyttimen rakennetta ja toimintaa. Oleellisesti täysmuovinen laimennusjäähdytin antaa tiettyjä etuja. Erityisesti vältetään muuttuvan magneettikentän aiheuttama pyörrevirran (Eddy-current) lämmittävä vaikutus. Lämmön-siirtimessä hallitsevaksi tekijäksi alle 1 K lämpötiloissa tule ·. 25 terminen rajapintavastus eli ns. Kapitza-vastus, joka muoveilla on pienempi kuin metalleilla. Itse laimennusjäähdyttimen rakenne saadaan helposti tiiviiksi rakentamalla kaikki sen osan muovista, jolloin suhteellinen kutistuma on kaikkialla yhtä suurta.
30
Ongelma täysmuovisessa laimennusjäähdyttimessä kohdistuu imu-putken liitäntäkohtaan, koska imuputki on metallia, yleensä kuparia tai sen seosta ja sen lämpölaajenemiskerroin poikkeaa huomattavasti muovin vastaavasta. Niinpä tunnetut täysmuoviset 35 laimennusjäähdyttimet ovat olleet mekaanisesti varsin herkkiä ja ovat helposti rikkoutuneet tästä liitäntäkohdasta.
2 104283 Tämän keksinnön tarkoituksena on ratkaista edellä oleva ongelma. Tämä tarkoitus saavutetaan patenttivaatimuksesta 1 ilmenevillä tunnusmerkillisillä piirteillä. Keksinnön edullisten sovellusten tunnusmerkilliset piirteet on esitetty alivaatimuk-5 sissa.
Seuraavassa keksintöä kuvataan viittaamalla oheisiin kuviin, jotka esittävät erästä keksinnön mukaista laimennusjäähdytintä.
10 Kuva 1 esittää laimennusjäähdytinlaitteiston asennusta DEWAR-astiaan
Kuva 2 esittää laimennusjäähdytinlaitteistoa halkileikattuna Kuva 3 esittää varsinaisen laimennusjäähdyttimen yläosaa leikattuna 15
Laimennusjäähdytinlaitteisto 3 on suunniteltu asetettavaksi tavanomaiseen DEWAR-astiaan 1. Laitteisto muodostaa liitäntöi-neen kapean ja korkean rakenteen, joka voidaan laskea DEWAR-astian 1 kaulaosan 1.2 kautta säiliöön 1.1, jota ympäröi vakuu-20 mi, kuva 1. Laimennusjäähdyttimeltä tulevat heliumliitännät yhdistetään pumppuun heliumkaasun, pääasiassa He3-komponentin kierrättämiseksi.
* Laimennusjäähdytinlaitteisto 3 käsittää erilliseen vakuumisäi-25 liöön 6 pakatut esijäähdytinosan ja varsinaisen täysmuovisen laimennusjäähdyttimen 9, kuva 2. Esijäähdytinosassa pumpulta takaisinpalaavaa He3-kaasua jäähdytetään 4 K:n ja 1 K:n laipoissa 3.2 ja 7. Laimennusjäähdytin 9 näytteineen roikkuu me- • tallisen imuputken 4 varassa. Imuputki 4 on kupari-nikkeliseos-30 ta sen huonon lämmönjohtavuuden takia ja laimennusjäähdyttimen 9 muovimateriaali kaksikomponenttiliimasta muodostuvaa epoksi-muovia (Stycast 1266, valmistaja Grace,N.V. Westerlo, Belgia).
Laippa 3.2 muodostaa lieriömäisen vakuumisäiliön 3 kannen, • 35 jossa on läpiviennit heliumputkien lisäksi säiliön vakuumiput- kea sekä mittauselektroniikan vaatimia sähköjohtoja varten.
3 104283
Kaikkien läpivientien on oltava ehdottoman tiiviitä vakuumin ylläpitämiseksi. Varsinainen esijäähdytys tapahtuu 1K laipassa 7, jota ylläpitää 1 K:n kiehumissäiliö 5.
4 5 Laimennusjäähdyttimeen 9 kuuluu tislainosa 10, lämmönvaihdin 11 ja sekoituskammio 12. Näiden rakenne ja toiminta on selostettu varsin perusteellisesti edellä mainituissa julkaisuissa. Lämmönvaihdin 11 on rakenteeltaan lieriömäinen ja sen sisään on muodostettu tyhjötila 18, jota ylläpitää kanava 19. Lämmönsiir-io timen 11 ulkosivua kiertää spiraalimaisesti virtauskanava, jota kautta kapillaariputki 8 on myös vedetty. Teflon-muovinen ka-pillaariputki 8 johtaa palaavan He3-nesteen sekoituskammioon 12. Spiraalimaista virtauskanavaa pitkin imetään He3-kaasua sekoituskammiosta 12 tislaimeen 10, jolloin se jäähdyttää pa-15 laavaa He3-virtaa. Tunnetulla tavalla sekoituskammiossa 12 tapahtuu He4/He3-seoksen faasierottuminen kahdeksi komponentiksi ja He3-atomien pumppaaminen faasirajan yli sitoo lämpöä ja aikaansaa jäädytyksen.
20 Välikappaleen rakenteelliset osat työstetään kukin kovettuneesta epoksikappaleesta.
Koska muovien lämpölaajenemiskerroin poikkeaa paljon metallien * vastaavasta, laimennusjäähdyttimen 9 kannatuskohta imuputkesta 25 4 on varsin kriittinen piste. Jäähdytettäessä metalliputkea, tässä 06 mm, seinämävahvuudeltaan 0,1 mm kuparinikkeliputkea, hyvin matalaan, tässä alle 1 K:n lämpötilaan, se kutistuu 0,2-0,4 %. Samalla Stycast-epoksi kutistuu kuitenkin 1,2 %. Kuvassa • 3 nähdään yksityiskohtaisesti rakenne, jolla tämä ongelma rat-30 kaistaan. Laimennusjäähdyttimen 9 yläosan ja samalla tislaimen 10 kannen muodostaa kansi 15. Tämä on kiinnitetty imuputkeen 4 erityisen välikappaleen 16 avulla. Välikappaleessa 16 on tii-vistyspinnan lisäämiseksi laippa 16.1, joka myös muodostaa suurimman liitoshalkaisijän.
35 4 104283 Välikappale on valmistettu metallijauheesta ja valettavasta epoksi-muovista homogeenisena sekoituksena. Tässä esimerkissä välikappale 16 valmistettiin kuparijauheesta, osuus 70% (60- 90%) ja Stycast-epoksimuovista. Jauhe ja kaksi-komponenttiliima 5 sekoitettiin homogeeniseksi massaksi. Kovettumisen jälkeen välikappale voitiin työstää samalla tavoin kuin muutkin rakenneosat .
Hyvän lämpölaajenemismukautuvuuden aikaansaamiseksi käytetään 10 seuraavaa mitoitusta. Välikappaleen 16 ja tislainosan 10 suurin liitoshalkaisija 1,3-2 kertaa imuputken 4 halkaisija. Välikappaleen 16 yhteinen korkeus eli aksiaalinen mitta imuputken 4 kanssa on 1,5 - 2,5 kertaa imuputken 4 halkaisija. Välikappaleen 16 ja tislainosan 10 välisen liitoksen korkeus eli aksiaa-15 linen mitta on 0,25-0,5 kertaa imuputken 4 halkaisija. Välikappaleen 16 ja tislainosan 10 välinen liitos käsittää kaksi eri halkaisijaista, aksiaalisuunnassa peräkkäistä lieriöpintaa ja näitä yhdistävän rengaspinnan. 1 2 3 4 5 6
Laimennusjäähdyttimen 3 rakenteelliset osat kuten esimerkiksi 2 ulkolieriö 13, sisälieriö 12 sisältäen virtausspiraalin, tis 3 lainosan 10 kansi 15 ja pohja 14 sekä kriittinen välikappale 16 4 liimataan toisiinsa samalla epoksiliimalla kuin mistä ne on 5 valmistettu. Samalla liimalla tiivistetään myös kapillaariput- 6 ken ja sähköjohtojen läpiviennit.
Claims (7)
1. Laimennusjäähdytinlaitteisto (3), joka on sovitettu asetettavaksi DEWAR-astiaan (1) sen kapean kaulaosan (1.2) • 5 kautta, ja johon kuuluu vakuumisäiliö (3.1) liitäntöineen, sen sisälle metallisen imuputken (4) varaan asetettu oleellisesti täysmuovinen laimennusjäähdytin (9) käsittäen yläpuolisen tislainosan (10) ja alapuolisen sekoituskammion (12) sekä näitä yhdistävän lämmönsiirtimen (11), ja jossa sanottu imuputki (4) io on yhdistetty laimennusjäähdyttimen (9) tislainosaan (10), tunnettu siitä, että sanotun tislainosan (10) putkiliitäntään kuuluu metallista imuputkea (4) ja tislainosan (10) muovirakennetta erottava välikappale (16), joka on muodostettu muovin ja metallijauheen seoksesta liitoskomponenttien suuresti poik-15 keavien lämpölaajenemisten sovittamiseksi toisiinsa.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laimennusjäähdytinlaitteisto (3), tunnettu siitä, että välikappaleen (16) ja tislainosan (10) suurin liitoshalkaisija 1,3-2 kertaa imuput- 20 ken (4) halkaisija.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laimennusjäähdytinlaitteisto (3), tunnettu siitä, että välikappaleen (16) yhteinen korkeus eli aksiaalinen mitta imuputken (4) kanssa on 25 1,5 - 2,5 kertaa imuputken (4) halkaisija.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laimennusjäähdytinlaitteisto (3), tunnettu siitä, että välikappaleen (16) ja tislainosan (10) välisen liitoksen korkeus eli aksiaa- 30 linen mitta on 0,25-0,5 kertaa imuputken (4) halkaisija.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laimennusjäähdytinlaitteisto (3), tunnettu siitä, että välikappaleen (16) ja tislainosan (10) välinen liitos käsittää kaksi eri hai- 6 104283 kaisijaista, aksiaalisuunnassa peräkkäistä lieriöpintaa ja näitä yhdistävän rengaspinnan.
5 104283
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laimen-5 nusjäähdytinlaitteisto (3), tunnettu siitä, että välikappaleen (16) valmistuksessa käytetty metallijauhe on pääasiallisesti samaa metallia kuin imuputki (4).
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laimennusjäähdytin-10 laitteisto, tunnettu siitä, että imuputki (4) on kuparinikkeli- seosta, laimennusjäähdyttimen (9) muovimateriaali epoksia ja välikappale (16) 60 - 90 %:sesti kuparijauhetta ja loppu epok-simuovia. 15
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI970442A FI104283B (fi) | 1996-06-11 | 1997-02-03 | Laimennusjäähdytinlaitteisto |
| US08/871,181 US5816071A (en) | 1996-06-11 | 1997-06-09 | Dilution refrigerator equipment |
| DE69718973T DE69718973T2 (de) | 1996-06-11 | 1997-06-09 | Verdünnungskältemaschine-Ausstattung |
| EP97660061A EP0828119B1 (en) | 1996-06-11 | 1997-06-09 | Dilution refrigerator equipment |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI962421A FI962421A0 (fi) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | Spaedningsavkylare |
| FI962421 | 1996-06-11 | ||
| FI970442 | 1997-02-03 | ||
| FI970442A FI104283B (fi) | 1996-06-11 | 1997-02-03 | Laimennusjäähdytinlaitteisto |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI970442A0 FI970442A0 (fi) | 1997-02-03 |
| FI970442L FI970442L (fi) | 1997-12-12 |
| FI104283B1 FI104283B1 (fi) | 1999-12-15 |
| FI104283B true FI104283B (fi) | 1999-12-15 |
Family
ID=26160170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI970442A FI104283B (fi) | 1996-06-11 | 1997-02-03 | Laimennusjäähdytinlaitteisto |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5816071A (fi) |
| EP (1) | EP0828119B1 (fi) |
| DE (1) | DE69718973T2 (fi) |
| FI (1) | FI104283B (fi) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9814546D0 (en) * | 1998-07-03 | 1998-09-02 | Oxford Instr Uk Ltd | Dilution refrigerator |
| GB0105923D0 (en) * | 2001-03-09 | 2001-04-25 | Oxford Instr Superconductivity | Dilution refrigerator |
| JP6331032B2 (ja) * | 2015-03-30 | 2018-05-30 | 大陽日酸株式会社 | 希釈冷凍機 |
| JP6685990B2 (ja) * | 2017-11-30 | 2020-04-22 | 大陽日酸株式会社 | 希釈冷凍機 |
| DE102021003302A1 (de) | 2021-06-25 | 2022-12-29 | Messer France S.A.S. | Vorrichtung zum Steuern des Flusses eines kryogenen Mediums |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB945223A (en) * | 1961-09-22 | 1963-12-23 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to refrigerators |
| GB9017011D0 (en) * | 1990-08-02 | 1990-09-19 | Cryogenic Consult | Improvements in and relating to dilution refrigerators |
| FR2706196B1 (fr) * | 1993-06-08 | 1995-07-13 | Gec Alsthom Electromec | Dispositif de transfert d'hélium liquide entre deux appareils à des potentiels différents. |
| GB9406348D0 (en) * | 1994-03-30 | 1994-05-25 | Oxford Instr Uk Ltd | Sample holding device |
-
1997
- 1997-02-03 FI FI970442A patent/FI104283B/fi not_active IP Right Cessation
- 1997-06-09 DE DE69718973T patent/DE69718973T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-09 US US08/871,181 patent/US5816071A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-09 EP EP97660061A patent/EP0828119B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI970442A0 (fi) | 1997-02-03 |
| EP0828119A3 (en) | 1998-06-17 |
| EP0828119A2 (en) | 1998-03-11 |
| DE69718973D1 (de) | 2003-03-20 |
| FI104283B1 (fi) | 1999-12-15 |
| EP0828119B1 (en) | 2003-02-12 |
| FI970442L (fi) | 1997-12-12 |
| DE69718973T2 (de) | 2003-11-06 |
| US5816071A (en) | 1998-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2833982B1 (en) | Laboratory condensers with passive heat exchange | |
| FI104283B (fi) | Laimennusjäähdytinlaitteisto | |
| CN101853731A (zh) | 用于冷却超导磁体组装件的设备和方法 | |
| WO2000013296A9 (en) | Superconductor rotor cooling system | |
| EP0324030A1 (en) | Cryogenic fluid transfer means | |
| EP0717245A2 (en) | Concentric pulse tube expander | |
| JP7779926B2 (ja) | 極低温冷却装置のための熱交換器、極低温冷却装置、希釈冷凍機、及びそれらを形成する方法 | |
| EP1436555A2 (en) | A pulse tube refrigerator sleeve | |
| US4485266A (en) | Termination for a superconducting power transmission line including a horizontal cryogenic bushing | |
| CA1148191A (en) | Liquid coolant transfer device | |
| CN101111985B (zh) | 具有对其超导转子绕组的温差环流冷却的电机装置 | |
| GB2269225A (en) | Superconductive magnet | |
| JPH06159828A (ja) | 蓄冷型冷凍機 | |
| EP0470751B1 (en) | Improvements in and relating to dilution refrigerators | |
| Hakuraku et al. | Thermal design and tests of a subcooled superfluid helium refrigerator | |
| US20080271467A1 (en) | Refrigerator Interface for Cryostat | |
| CN1816270A (zh) | 提供与热连接件热接触但电绝缘的管状导电体的组件 | |
| GB2537888A (en) | Cooling arrangement for superconducting magnet coils | |
| Mark et al. | An evaporative-gravity technique for airborne equipment cooling | |
| WO2005116516A1 (en) | Refrigerator interface for cryostat | |
| CN113654382A (zh) | 一种无运动部件驱动的超导冷却循环系统 | |
| CN119915396B (zh) | 一种冷箱进出口液氮管路温度传感器布置结构和布置方法 | |
| CN115638581B (zh) | 一种用于脉冲强磁场环境下的无涡流液氦低温恒温器 | |
| CN112992465A (zh) | 超导磁体及磁共振成像系统 | |
| WO2021149741A1 (ja) | 回転装置及び真空ポンプ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MA | Patent expired |