CN117063026B - 用于低温冷却装置的热交换器 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于低温冷却装置的热交换器。热交换器具有第一导管、第二导管和腔，其中，腔布置成接收来自第一导管的流体，并且其中，第二导管与腔的外部热联接。腔具有第一区域和第二区域，该第一区域通过延伸穿过该腔的板与该第二区域分离，该板包括允许流体从该第一区域流至该第二区域的一个或多个孔。

Description

用于低温冷却装置的热交换器

技术领域

本发明涉及用于低温冷却装置的热交换器。在特别有利的实施方式中，热交换器形成稀释制冷机的一部分。

背景技术

存在需要冷却至毫开尔文温度的许多应用。可以通过操作稀释制冷机来获得这种温度。稀释单元将形成稀释制冷机的一部分，该稀释单元包括由热交换器组连接的蒸馏器和混合腔。在操作期间，由氦-3/氦-4混合物形成的操作流体绕稀释单元循环。利用将氦-3稀释至氦-4中时的混合焓在混合腔处获得冷却。由此，混合腔可以操作成获得稀释制冷机的任何部分的最低温度。氦-3在蒸馏器中沸腾，这移除了由于蒸发潜热而产生的能量。冷却板布置在蒸馏器和混合腔之间，并且在使用期间通常获得这两个部件之间的温度。

热交换器是稀释制冷机设计的重要方面，并且用于将离开混合腔的“冷”氦-3与返回混合腔的“热”氦-3联接。这种交换的质量决定了例如可达到的最低温度。目前(在所有稀释制冷机上)使用的热交换器基本为两种类型，即所谓的“连续”式交换器和“阶梯”式交换器。

图1示出了现有技术稀释单元的示例。操作流体通过热交换单元中的两个逆流路径在蒸馏器102和混合腔105之间流动。热交换单元包括布置在蒸馏器102和冷却板103之间的连续式热交换器101。连续式热交换器101包括布置成螺旋形的同轴单元，两个路径沿相反方向行进通过该同轴单元，并且具有被盘绕布置的外部路径包围的内部路径(未示出)。连续式热交换器通常可以用于获得低至约30毫开尔文的温度。由于在低温下液氦和金属之间的(卡皮查)Kapitza(热边界)热阻增加，因此仅具有连续式热交换器的稀释制冷机局限于在约30毫开尔文下操作。在较低温度下，连续式热交换器不能提供足够的表面面积来克服增加的热边界热阻。阶梯式热交换器可以通过使用大表面面积烧结体来克服卡皮查热阻，从而用于获得更低温度。两个阶梯式热交换器104堆叠布置在冷却板103和混合腔105之间。每个阶梯式热交换器形成基本盘状结构，该阶梯式热交换器中的两个路径由箔分开。可以根据适于应用的情况来选择所提供的阶梯式热交换器的数量。

在通常使用中，存在阶梯式热交换器的两种有效几何形状，即“逆流块”和“半连续”。对于逆流块，存在两个逆流的氦-3流，这两个逆流的氦-3流通过可以是薄膜的支撑介质由烧结体热联接。半连续热交换器通常具有的盘绕几何形状与连续式热交换器的盘绕几何形状相似。然而，内导管由离散烧结元件组构成，该离散烧结元件组连结在一起并且封闭在外管内。如果外管露出，则半连续热交换器可以提供连续式热交换器的外观。可替代地，外管可以容纳在焊接盒内，该焊接盒提供了阶梯式热交换器的外观。

稀释单元的组装(特别是上述阶梯式热交换器的组装)通常是复杂的劳动密集型过程，需要经过高度训练的技术人员花费数百小时才能完成。稀释制冷机的性能对组装处理中的微小差异很敏感，并且高度依赖手动组装技术意味着稀释制冷机的最终性能不能总是预先得到精确保证。期望减少根据特定处理制造的热交换器和稀释制冷机的性能之间的标准偏差。还希望提供一种更易于自动化构建这些设备的更简单方法。基于解决这些问题的背景下提出本发明。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于低温冷却装置的热交换器，该热交换器包括：第一导管、第二导管和腔，其中，该腔布置成接收来自第一导管的流体，并且其中，第二导管与腔的外部热联接，腔具有第一区域和第二区域，该第一区域通过延伸穿过腔的板与该第二区域分离，该板包括允许流体从第一区域流动至第二区域的一个或多个孔。

热交换器的构造使其本身能够进行可以是半自动或全自动的更简单的组装处理。因此，与一些现有技术的热交换器相比，提高了这种热交换器的性能的可重复性。板优选布置成阻挡流体流通过腔。因此，孔可以相对于第一导管布置，使得流体遵循非直线路径通过腔。第二导管与腔的外部热联接，因此非直线路径增加了来自腔中的第一导管的流体与第二导管中的流体之间的热联接。

腔可以沿第一导管布置。换言之，腔可以布置成直接从第一导管的第一部分接收流体，并且第一导管的第二部分可以布置成直接从腔接收流体。第一导管通常在第一区域内的第一位置和第二区域内的第二位置处与腔的内部流体联接，其中，一个或多个孔在沿板的方向上相对于第一位置和/或第二位置横向偏移。这改善了腔中的流体与第二导管中的任何流体之间的热联接。热交换器通常包括延伸通过腔的中心的中心轴线，其中，第一导管在沿中心轴线布置的两个位置处与腔联接。因此，一个或多个孔可以相对于中心轴线径向分散。使第一导管沿中心轴线延伸确保了热交换器被适当支撑并且有助于更简单组装。热交换器优选关于中心轴线旋转对称。这进一步简化了组装方法，因为例如如果需要使用焊接处理来制造任何连结部，则能够在这种焊接处理期间绕中心轴线旋转热交换器。

热交换器的目的是在使用中将第一导管中的流体与第二导管中的流体热联接。为了确保这两个导管有效热接合，第一导管优选布置在第二导管内部。类似地，腔优选布置在第二导管内部。然后，第二导管内部的流体将与第一导管和腔的外部直接接触。

腔优选包括第一端件和第二端件，该第一端件和第二端件分别形成腔的相对侧，该第一端件通过导流器与该第二端件联接，该导流器包括将第一端件与第二端件分离的套环(collar)，其中，板延伸跨过套环以形成导流器的一部分。如后所述，这些部件可以熔合在一起。通常，第一端件和第二端件中的一个或两个包括布置在腔内部的第一面、布置在腔外部的第二面和布置在第一面和第二面之间的箔构件，其中，第一面和第二面各自包括施加至箔构件的烧结材料。烧结材料可以是诸如银、铜或钛等金属粉末，并且通常是箔构件中使用的金属。烧结体为多孔的，并且增加了有效表面面积，以用于在腔中的流体与第二导管中的流体之间进行充分热交换。然而，烧结材料通常与诸如可能由焊接或熔合处理产生的高温不相容。因此，优选周向支撑构件围绕每个所述箔构件的周边布置，例如通过诸如激光或电子束焊接等局部加热处理将周向支撑构件熔合至套环。

第一面和/或第二面可以成型为使得箔构件上的烧结体厚度随着距中心轴线的径向间距增加而增加。特别有利的是，其中，热交换器包括延伸穿过腔中心的中心轴线，并且其中，第一导管在沿中心轴线布置的两个位置处与腔联接。通过这种方式来成型烧结体通常减少热交换器内的粘性发热。通常，第一端件和第二端件均以相似方式成型。可以加工为冲压工具的任何形状或轮廓可以应用于成型烧结体。例如，第一端件和第二端件上的烧结体可以成型为使得第一面和板之间的间距随着相对于中心轴线的径向偏移增加而通常以线性方式减小。相似地，第一端件和第二端件上的烧结体可以成型为使得第二面和第二导管之间的间距随着相对于中心轴线的径向偏移增加而通常以线性方式减小。在沿施加有烧结体的第一面和第二面的任何位置处，施加至箔构件的烧结体厚度将通常在0.1mm至3.0mm的范围内，优选在0.2mm至2.0mm的范围内。例如，烧结体厚度可以从箔构件中心附近的最小0.5mm变化至边缘附近的1mm。可以根据热交换器的操作温度来选择具体值。第一面上的烧结体与板之间的最大间距通常为0.1mm至5.0mm，优选为0.1mm至3.0mm，优选仍为0.2mm至1.50mm(沿腔的中心轴线测量)。这种最大间距与“腔的深度”或腔内部的“流道深度”相对应。

用于形成套环和一个或多个周向支撑构件的材料通常是相同材料。例如，套环和一个或多个周向支撑构件可以各自由不锈钢形成。烧结材料和箔构件优选由相同材料形成，例如银、铜或钛。箔构件和/或烧结材料的热导率优选基本高于周向支撑构件和/或套环的热导率。例如，当处于300K的温度时，箔构件和/或烧结材料的热导率可以为周向支撑构件和/或套环的热导率的至少二十倍。材料的热导率通常取决于其温度，然而在这种情况下，制造处理通常在理论“室温”下进行。在300K时，铜的热导率为约392W/m/K，而不锈钢的热导率为约15W/m/K。一个或多个周向支撑构件的较低热导率确保了将一个或多个端件熔合至套环的输入热量不会有效传导至烧结材料，从而不会导致烧结体的不希望液化。第一端件可以与第二端件构造相似，并且熔合至套环以形成腔，从而形成适于低温应用的简单并且有效的热交换器。

腔可以限定用于输送流体通过第一区域和第二区域的流道。例如，流体可以通过由端件的第一面与板之间的间距限定的内部容积从腔的入口流至腔的出口。可替代地，流道可以部分或完全形成在施加至第一端件和第二端件的烧结体内，并且特别形成在施加至端件的相应“第一面”(面向板)的烧结体内。流道可以包括穿过腔的一个或多个流动路径，该一个或多个流动路径由施加至第一端件和第二端件的烧结体成形。因此，流道可以压印至烧结材料上，以限定用于使流体流过第一区域和第二区域的一个或多个路径。由此，操作流体的流动方向得到控制，这能够通过腔来实现更好散热并且改善热交换器的热性能。一个或多个流道也可以压印至施加于形成第二导管的一部分的端件的“第二面”的烧结体上。这改善了穿过热交换器的热联接。一个或多个流道的深度可以随着相对于中心轴线的径向间距增加而减小，以便平衡粘性发热对氦-3需求的影响。

现在将描述本发明的其它方面，该其它方面具有与上述相似的优点。结合一个方面描述的任何特征也可以适用于剩余方面。

尽管第一方面的热交换器特别适于替代现有技术中使用液氦的阶梯式热交换器，但是该热交换器可以应用于各种不同的低温冷却系统。本发明的第二方面提供了一种低温冷却装置，包括：目标制冷机；以及根据第一方面的热交换器，其中，第一导管布置成将操作流体输送至目标制冷机，并且第二导管布置成从目标制冷机输送操作流体。沿第一导管输送的操作流体具有的状态通常与沿第二导管输送的操作流体具有的状态不同，并且还通常处于不同的温度。

本发明的第三方面提供一种稀释制冷机，包括：蒸馏器、混合腔和根据第一方面的热交换器，其中，第一导管布置成使操作流体从蒸馏器流至混合腔，并且第二导管布置成使操作流体从混合腔流至蒸馏器，热交换器构造成使第一导管中的操作流体与第二导管中的操作流体热联接。

混合腔通常包括烧结体块，并且第一导管包括端部部分，该端部部分敞开并且围绕烧结体块的一部分延伸，以便使烧结体块的所述一部分与操作流体接触，第二导管围绕端部部分和烧结体块延伸，以便在远离烧结体块的方向上输送操作流体。稀释制冷机优选构造成稀释制冷机的操作使在第一导管的端部部分内部的位置处的操作流体中出现相界(phase boundary)。这种相界是指通常在稀释制冷机的混合腔内出现的氦-3的浓相和稀相之间的边界。进入的浓相通常由第一导管从蒸馏器的位置输送至混合腔，使得在蒸馏器处并且沿第一导管的进入浓相与由第二导管输送的流出稀相热接触。应将理解的是，浓相和稀相通常在蒸馏器中不混合。

该热交换器的构造通常比现有技术的阶梯式热交换器构造更简单，因此非常适合低温应用。因此，当热交换器布置成在稀释制冷机的操作期间获得低于30mK的温度时，则可以实现特别益处。例如，稀释制冷机还可以包括布置在蒸馏器与混合腔之间的冷却板，冷却板布置成在稀释制冷机的操作期间获得介于蒸馏器的基础温度与混合腔的基础温度之间的基础温度，稀释制冷机还包括腔组件，该腔组件包括一个或多个所述腔，该一个或多个所述腔沿第一导管在冷却板与混合腔之间延伸的一部分布置，每个所述腔布置成从第一导管接收操作流体，并且其中，第二导管与每个所述腔的外部热联接。

在稳态操作中，通过所有腔的总流体流速将相等。在来自第一导管的流体前进通过腔组件进入较低温度区域中时，该流体的温度通常将降低。在许多情况下，流体的粘度可能随温度的降低而增加，并且粘性流体的流动可能导致不希望的发热，从而降低热交换器的效率。为了缓解这种情况，可以引入所谓“流道”以提供流体可以流过的低阻抗路径。这些流道的尺寸通常控制为提供所需的流体流速，同时减少腔中的流体总量(从而降低作为稀缺昂贵资源的氦-3的操作所需量)。许多现有的稀释制冷机依赖于定制、尺寸或形状独特的部件，然而批量制造和自动化有利于部件通用性。因此，优选地，每个所述腔包括一个或多个流道，以用于输送流体通过相应第一区域和相应第二区域，其中，每个所述流道形成在烧结体内，其中，腔组件在稀释制冷机的操作期间沿热梯度布置，使得第一所述腔布置成获得的基础温度高于第二所述腔获得的基础温度，并且其中，第一腔中的一个或多个流道的直径小于第二腔中的一个或多个流道的直径。因此，可以控制任何流道的直径以实现流速和总流体体积之间的期望平衡。这改善了热交换器的热性能。第二导管还可以包括形成在腔外部上的烧结体内的流道，以进一步改善热交换器的热性能。将流道压印至烧结体中还允许以有效和可重复的方式来大量生产流道。

腔组件可以形成阶梯式热交换器，其中每个热交换器与相应阶梯相对应并且构造成在稀释制冷机的操作期间获得相应温度。腔组件可以包括第一所述热交换器和第二所述热交换器，该第一所述热交换器布置在冷却板和第二热交换器腔之间，其中，用于第二所述热交换器的腔的深度和/或穿过第二所述热交换器的板的孔的数量/尺寸高于第一所述热交换器的腔的深度和/或穿过第一所述热交换器的板的孔的数量/尺寸。如前所述，这优化了流体通过腔组件的流动，以改善系统的性能。

为了进一步简化组装方法，腔组件和混合腔优选关于延伸穿过第一导管的轴线旋转对称。此外，第二导管优选形成热交换器的外部，并且包括熔合在一起的多个模块。相似地，第一导管优选由熔合在一起的多个模块形成。该熔合处理可以通过电子束焊接或激光束焊接形成，并且可以产生可靠连结部而不需要复杂并且耗时的手工处理。

本发明的第四方面是一种用于形成低温制冷机的热交换器的方法，该方法包括：设置第一导管、第二导管、第一端件、第二端件和导流器，该导流器包括套环和板，该板延伸跨过套环；其中，设置第一端件包括：围绕第一箔构件的周边熔合第一周向支撑构件，并且然后将烧结材料施加至第一箔构件的相对两面，当处于300K的温度时，第一箔构件的热导率是第一周向支撑构件的热导率的至少二十倍；将第一周向支撑构件熔合至套环，以便形成腔，该腔具有通过板分离的第一区域和第二区域，该板布置在第一端件和第二端件之间；其中，第一导管布置成将流体输送至第一区域中并且从第二区域输送出，并且其中，板包括允许流体从第一区域流动至第二区域的一个或多个孔；并且其中，第二导管与腔的外部热联接。

该方法实际上比组装现有技术的阶梯式热交换器通常所需的复杂连结处理更易于执行。该方法还更适于自动化。因此，热交换器花费较少的组装时间，并且根据相同技术生产的不同热交换器的性能标准偏差被减小。烧结材料(通常由诸如银或铜的金属粉末形成)施加至箔构件上，以用于增加在使用中腔中的流体和第二导管中的任何流体之间的热交换的表面面积。如果烧结材料在高温下露出，则该烧结材料容易熔化。因此，在施加烧结材料之前，将周向支撑构件熔合至箔构件上。此外，周向支撑构件选择为具有的热导率低于烧结材料的热导率，并且优选还低于箔构件的热导率。一旦施加烧结材料，则周向支撑构件熔合至套环以形成腔，而不存在熔化烧结材料的风险。

第一导管的第一部分优选熔合至第一箔构件，以便有助于流体流通过第一箔构件。这通常发生在施加烧结材料之前，并且可以在当第一周向支撑构件熔合至第一箔构件时同时发生。优选通过焊接或真空钎焊将第一导管的第一部分以及优选第一周向支撑构件熔合至第一箔构件。例如，可以将部件组装在一起，然后在真空腔中烘烤以熔合。然后，可以遵循相似处理来形成第二端件。例如，设置第二端件可以包括：围绕第二箔构件的周边熔合第二周向支撑构件，然后将烧结材料施加至第二箔构件的相对两面，当处于300K的温度时，第二箔构件的热导率为第二周向支撑构件的热导率的至少二十倍，其中，形成腔还包括将第二周向支撑构件熔合至套环。该方法还可以包括：将第一导管的第二部分熔合至第二箔构件，以便有助于流体流通过第二箔构件，其中，优选通过焊接或真空钎焊将第一导管的第二部分熔合至第二箔构件。通常，在烧结材料施加至第二箔构件之前，并且优选在第二周向支撑构件熔合至第二箔构件的同时，第一导管的第二部分熔合至第二箔构件。优选通过焊接或真空钎焊将第一导管的第二部分以及优选第二周向支撑构件熔合至第二箔构件。第二周向支撑构件优选与第一周向支撑构件同时熔合至套环。优选通过真空钎焊将每个所述周向支撑构件熔合至相应箔构件。相反，优选通过诸如激光或电子束焊接等局部热源将每个所述支撑构件熔合至套环。该局部加热处理为优选的，这是因为在局部加热处理阶段已经将烧结材料施加至箔构件，因此可期望的是，减少传导至烧结体的热量。

本发明的第五方面是一种形成稀释制冷机的方法，包括：设置蒸馏器和混合腔，以及形成根据前述方面中任一项所述的热交换器，其中，第一导管布置成使操作流体从蒸馏器流至混合腔，并且其中，第二导管布置成使操作流体从混合腔流至蒸馏器。

第一导管优选包括：端部部分，该端部部分布置成从腔接收操作流体；以及设置混合腔，包括：将端部部分布置在烧结体块的一部分周围，以便使烧结体块的所述一部分与操作流体接触；以及将第二导管布置在端部部分和烧结体块周围，以便在远离烧结体块的方向上输送操作流体。烧结体块可以由烧结材料或由若干较小的烧结体块形成，并且成形为由第一导管的端部部分接收。该方法然后可以进一步包括将第二导管密封至安装有烧结体块的支撑件。这将第二导管的远端封闭在支撑件上，该支撑件可以是稀释制冷机的最低温度热级。

当第一导管和第二导管由用于组装的多个模块形成时，可以实现特别优点，该方法还包括在腔和端部部分之间的位置处将第一导管的第一模块和第一导管的第二模块熔合在一起，和/或在腔和端部部分之间的位置处将第二导管的第一模块和第二导管的第二模块熔合在一起。由此产生的组件具有全焊接结构，这确保了根据快速和高度可重复处理来可靠形成连结部。

第一方面的热交换特别适用于低温中使用，该低温包括低于30毫开尔文的温度。稀释制冷机的冷却板通常具有的基础温度为40毫开尔文至150毫开尔文，更优选为40毫开尔文至60毫开尔文，而混合腔在使用中通常具有基础温度为小于25毫开尔文，并且优选为小于10毫开尔文。因此，该方法可以进一步包括：将冷却板布置在蒸馏器和混合腔之间，以便在稀释制冷机的操作期间获得介于蒸馏器的基础温度和混合腔的基础温度之间的基础温度；设置多个所述腔，该多个所述腔沿第一导管在冷却板和混合腔之间延伸的一部分布置，每个所述腔布置成接收来自第一导管的操作流体，并且其中，第二导管热联接至每个所述腔的外部。如前所述，第一导管和第二导管优选由用于组装的多个模块形成，该方法还包括在两个所述腔之间的位置处将第一导管的第一模块与第一导管的第二模块熔合在一起，和/或在两个所述腔之间的位置处将第二导管的第一模块与第二导管的第二模块熔合在一起。这些腔通常将相似形成并且包括结合第一方面所论述的特征。优选使用局部热源将模块熔合在一起，并且优选通过电子束焊接，这减少了输入至烧结体中的热量。此外，为了确保第一导管和第二导管中的操作流体之间的有效热传递，第一导管从冷却板延伸至混合腔的一部分优选布置在第二导管内部。腔还优选基本布置在第二导管内部。

本发明的第六方面是一种稀释制冷机，包括：蒸馏器和混合腔；第一导管，该第一导管布置成将操作流体从蒸馏器输送至混合腔；第二导管，该第二导管布置成将操作流体从混合腔输送至蒸馏器；热交换器，该热交换器布置成在蒸馏器和混合腔之间的位置处将第一导管中的操作流体与第二导管中的操作流体热联接；其特征在于，热交换器包括沿第一导管的一部分布置的一个或多个腔，每个所述腔具有第一区域和第二区域，第一区域通过延伸穿过腔的板与第二区域分离，该板包括允许操作流体从第一区域流至第二区域的一个或多个孔，并且其中，第二导管围绕每个所述腔的外部布置。

优选设置多个腔，第二导管由在每个所述腔之间焊接在一起的多个模块形成，并且第一导管优选由在每个所述腔之间焊接在一起的多个模块形成。每个所述腔优选包括第一端件和第二端件，该第一端件和第二端件分别形成腔的相对侧，第一端件通过导流器联接至第二端件，导流器包括将第一端件与第二端件分离的套环，其中，板延伸跨过套环，其中，第一端件和第二端件中的每一个具有布置在腔内部的第一面和布置在腔外部的第二面，该第一面和第二面由烧结材料形成，该烧结材料施加至布置在第一面和第二面之间的箔构件，其中，第一端件和第二端件中的每一个还包括围绕相应箔构件的周边延伸的相应外部支撑构件，该外部支撑构件熔合至套环。当处于300K的温度时，箔构件的热导率通常为外部支撑构件的热导率的至少二十倍。

附图说明

现在将参照附图来讨论本发明的实施例，其中：

图1是现有技术的稀释单元的视图；

图2是形成本发明第一实施例的一部分的箔构件的透视图；

图3是形成本发明第一实施例的一部分的第一导管的第一部分的透视图；

图4是形成本发明第一实施例的一部分的周向支撑构件的透视图；

图5是在施加烧结材料之前形成本发明第一实施例的一部分的第一端件的透视图；

图6是形成本发明第一实施例的一部分的导流器的透视图；

图7是形成本发明第一实施例的一部分的腔的第一截面图；

图8是形成本发明第一实施例的一部分的腔的第二截面图；

图9是形成本发明第一实施例的一部分的混合腔的第一截面图；

图10是形成本发明第一实施例的一部分的混合腔的第二截面图；

图11是根据第一实施例的稀释制冷机的示意图；

图12是示出了根据本发明的实施例的方法的流程图；

图13是形成本发明第二实施例的一部分的腔的截面图；

图14是形成第二实施例的一部分的箔构件的视图；

图15是形成本发明第三实施例的一部分的腔的截面图；并且

图16是形成本发明第四实施例的一部分的腔的截面图。

具体实施方式

现在将讨论根据本发明第一实施例的用于组装热交换器和稀释制冷机的方法。该方法开始于步骤201(图12)，在该步骤201处，生产第一端件和第二端件以用于形成热交换器的一部分。设置第一箔构件10(图2)，该第一箔构件10由诸如银或铜等高热导率材料形成，该高热导率材料通常在300K时具有大于300W/m/K的热导率。在这种情况下，第一箔构件10是基本平坦的银盘，该基本平坦的银盘具有中心孔，以用于接收形成第一导管(将要讨论的)的第一部分的入口管12，该第一导管在使用中输送操作流体。第一箔构件10的直径为约45mm，但一般根据应用的不同而更通常在20mm至100mm之间。设置第一周向支撑构件14(图4)，该第一周向支撑构件14由诸如不锈钢等相对较低热导率材料形成，该相对较低热导率材料通常在300K时具有低于15W/m/K的热导率。第一周向支撑构件14为环形的并且构造成支撑第一箔构件10。第一周向支撑构件14绕第一箔构件10的外部延伸，与第一箔构件10的周边以及第一箔构件10的相对两面中的一个的外部接触。如图5所示，组装第一箔构件10、入口管12和周向支撑构件，然后例如通过焊接或真空钎焊将该第一箔构件10、入口管12和周向支撑构件熔合在一起。

接下来，将待烧结材料作为粉末施加至第一箔构件10的主表面上。烧结材料是高热导率材料，并且通常与第一箔构件10所用的材料相同。施加压力以在第一箔构件10的两个相对面上形成烧结体15。在银粉的情况下，仅使用压力就足以进行这种操作，然而在这种操作期间通常还需要烘烤铜粉。利用适当的工具，可以在一次操作中将粉末压至第一箔构件10的两面上。烧结体15通常施加至第一箔构件10的两个主表面的整个表面，但不施加至周向支撑构件14。由此，生产用于热交换器的第一端件22。然后，利用第二箔构件11、第二周向支撑构件和出口管32来重复这种处理以形成第二端件24。

第一端件22和第二端件24构造成抵靠配合在图6所示的导流器16的相对端部上。导流器16包括套环17，该套环17是环形元件，该环形元件具有的周长与周向支撑构件的周长大致相同。板18在径向方向上延伸跨过导流器16。板18大致居中布置在套环17内，将导流器16细分为上部和下部，该上部和下部设置在套环17内部的板18的相对两侧。板18包括多个孔20以流体联接上部和下部。在图6中，这些孔以恒定半径绕板18分散，其中在每个相邻孔之间保持大致恒定间距。在本实施例中，导流器16形成为整体构件。特别地，导流器16是“机加工体”，并且可以通过诸如放电加工等加工来添加孔。可替代地，导流器16可以由箔元件形成，其中例如通过蚀刻来在箔元件中形成孔。然后，该箔元件将焊接在两个环形支撑件之间以形成导流器16。

该方法进行到步骤202，在该步骤202处形成热交换器腔30。如图7所示，第一端件22和第二端件24布置成抵靠导流器16的相对端部，其中烧结材料15施加至布置在套环17内部的每个端件的远端面，并且周向支撑构件与套环17的相对端部接触。然后，使用高度受控的局部加热处理，诸如电子束焊接、激光束焊接或钨极惰性气体(TIG)焊接，将周向支撑构件熔合至套环17的相应端部，从而形成腔30。用于将第一端件22和第二端件24熔合至套环17的局部加热处理与不锈钢周向支撑构件的相对较低热导率相结合，从而保护烧结体15免受焊接处理的热量的影响。本实施例的电子束焊接的位置如图7所示，然而，应当理解的是，焊接通常绕周向支撑部件的圆周进行。因此，有利的是，入口管12和出口管32沿导流器16和腔30的中心轴线延伸，这是因为组件在执行焊接过程时可以绕入口管12和出口管32旋转而不需要移动加热元件。这种处理易于自动化并且确保焊接出可靠连结部。

所形成的腔30具有通过板18分离的第一区域26和第二区域28，其中入口管12布置成使流体流入第一区域，并且出口管32布置成使流体流出第二区域。入口管12和出口管32分别形成第一导管46的第一部分和第二部分，第一导管46布置成使流体流过腔30。当在稀释制冷机内使用时，在从蒸馏器(包括从蒸馏器的外部)到稀释制冷机的混合腔45的稳态操作期间，第一导管46和腔30将容纳操作流体的富氦-3相的流。第一导管46通常还称为稀释制冷机中的“浓相流道”。图8包括的箭头(未按比例)指示了流体通过腔30内部的流动方向。如图所示，孔20的布置确保流体在腔30内部遵循非直线流动路径，其中该孔20相对于布置入口管12和出口管32所沿的中心轴线径向分散。这种布置与在第一端件22和第二端件24上使用烧结材料15相结合，确保了提供较大的有效表面面积以用于腔30内部的流体和与腔30外部接触的另一流体之间的热交换。现在将参照图12的步骤203和步骤204来讨论这种周围流体的来源和流动。

该方法进行到步骤203，在该步骤203处形成用于稀释制冷机的混合腔45。将烧结体块36直接形成在或安装至高热导率支撑件8上，该高热导率支撑件8形成稀释制冷机的最低温度级。形成烧结体块36的材料通常是与施加至第一箔构件10和第二箔构件11的材料相同的材料(例如银和/或铜)。设置第一导管46的端部部分40，该端部部分40具有第一区域42和第二区域44，该第二区域44的直径大于第一区域42的直径。端部部分40布置成使得第一区域42构造成接收来自出口管32的流体流，并且第二区域44布置成使得烧结体块的近端部分布置在第二区域44内部，并且烧结体块的远端部分在端部部分40外部。因此，端部部分40相对于烧结体块36布置成使得富氦-3相和贫氦-3相之间的操作流体的相界存在于端部部分40内部，并且优选存在于第二区域44内部，如图9中的虚线所示。图9中提供的箭头示出了流体从沿端部部分40的第一区域42并绕烧结体块36流至围绕混合腔45的区域中的方向。当然，只有当稀释制冷机完全组装和操作时，才能够实现这种流动方向。在使用中，浓缩蒸气通常容纳在端部部分40内部，因此端部部分40还可以称为“浓缩蒸气盖”。

图10示出了围绕第一导管46形成的第二导管48。第二导管48还称为“稀相流道”，该稀相流道布置成将流体从混合腔45返回至蒸馏器。第二导管48绕第一导管46的外部同轴布置。第一导管46和第二导管48各由一系列模块形成，该一系列模块在步骤204处焊接在一起以形成热交换器组件。在端部部分40布置在烧结体块36上方(如参照图9所述)的情况下，第二导管48的第一部分50布置在端部部分40上方并绕端部部分40布置，并且安装至支撑件8。通常，第二导管48的第一部分50通过铟密封件密封至支撑件8，可替代地，尽管可以使用ConFlat(CF)法兰来实现这种安装。由此，第二导管48的第一部分50布置成接收来自第一导管46端部的操作流体流。

然后，将出口管32的远端焊接至端部部分40的第一区域42的近端。这将入口管12与混合腔45和第二导管48流体联接。然后，将第二导管48的第二部分52的远端熔合至第二导管48的第一部分50的近端。这种连结部围绕组件的中心轴线并且定位在腔30和烧结体块36之间的位置处，通常沿第一导管46的端部部分40的第一区域42。图7至图10是未按比例绘制的示意图，然而，在第二导管48的内壁和第一导管46的外壁之间维持大致恒定间距。第二导管48与腔30的形状一致，以在阶梯式热交换器53中形成阶梯。在稀释制冷机的正常操作中，氦-3从蒸馏器蒸发并且通过泵送系统移除。这种操作驱动了氦-3原子流穿过混合腔45处的相界(从浓相到稀相)，以补充蒸馏器中的氦-3。将氦-3稀释成稀相导致在混合腔45处冷却。因此，沿第二导管48流动的稀相氦温度将低于沿第一导管46输送的进入浓相氦-3。腔30的相对较大表面面积形成有效的热交换器，使得第一导管34和腔30中的流体在到达混合腔45之前被进一步冷却。

热交换器组件可以包括多个阶梯式热交换器53或“阶梯”，每个阶梯由腔(如参照图7和图8所述)形成，该腔沿第一导管46布置并且由第二导管48的一部分围绕。图10示出了第二个这种腔130以及布置在入口管12的近端上方的第一导管46的相对应部分。如上所述，通过逐步的方式将第一导管和第二导管的相应部分绕中心轴线熔合在一起，以形成完整组件。

图11中的示意图示出了稀释制冷机内的热交换器组件的布置，现在将对该布置进行讨论。设置有低温恒温器1，该低温恒温器1包括通常由不锈钢或铝形成的大的中空柱体，该大的中空柱体包括外部真空容器5。在低温恒温器1内设置有多个空间分散级，该多个空间分散级包括第一级6、第二级7和第三级8。每级设置有由高热导率材料(例如铜)形成的平台，并且通过低热导率棒(未示出)与其余级间隔开。第二级7通常称为“冷却板”并且在第一级6和第三级8之间提供中间散热器。示出了样品支架55安装至第三级8，该第三级8在系统的稳态操作期间形成最低温度级。

本示例中的低温恒温器1基本没有冷冻剂(在本领域中还称为“干式”)，这是因为低温恒温器1不是主要通过与低温流体的贮存器接触而冷却的。替代地，通过使用机械致冷机来实现低温恒温器的冷却，该机械致冷机可以是斯特林(Stirling)致冷机、吉福德-麦克马洪(GM)致冷机或脉冲管致冷机(PTR)。然而，尽管基本没有致冷剂，但是当使用时，一些低温流体通常存在于低温恒温器内，以有助于稀释单元的正常操作。在本实施例中，由PTR 2来提供低温恒温器1的主冷却功率。PTR通过控制从外部压缩机以高压供应的操作流体的压缩和膨胀来产生冷却。与第二PTR级相比，第一PTR级通常具有相对较高的冷却功率。在该情况下，PTR 2将第一PTR级3冷却至约50开尔文至70开尔文，并且将第二PTR级4冷却至约3开尔文至5开尔文。因此，第二PTR级4形成PTR 2的最低温度级。

在外部真空容器5内部设置有各种热辐射屏蔽件，其中，每个屏蔽件封闭剩余较低基础温度部件中的每一个。第一PTR级3与第一辐射屏蔽件19热联接，并且第二PTR级4与第二辐射屏蔽件54热联接。第一辐射屏蔽件19围绕第二辐射屏蔽件54，并且第二辐射屏蔽件54围绕第一级6、第二级7和第三级8中的每一个。另外，第一级6和第二级7理论上可以与相应热辐射屏蔽件连接，以便减少各级之间的任何不希望的热连通。

稀释制冷机的蒸馏器9可操作为将第一级6冷却至0.5开尔文至2开尔文的基础温度。混合腔45安装至第三级8，并且可操作为将第三级8冷却至低于10毫开尔文的基础温度。在使用中，第二级7获得介于第一级6的基础温度和第三级8的基础温度之间的基础温度，通常为40毫开尔文至150毫开尔文。

蒸馏器9通过冷却回路37与存储容器50流体联接。存储容器50布置在低温恒温器1的外部，并且包含氦-3和氦-4同位素的混合物形式的操作流体。如实心箭头所示，各种泵17、39也沿冷却回路37的导管布置在低温恒温器1的外部，以用于控制绕回路的操作流体流。冷却回路37包括供应管线41，该供应管线41提供导管以有助于操作流体从存储容器50流至冷凝管线46'。然后，该流体可以沿冷凝管线46'输送至蒸馏器9，在该蒸馏器9中该流体与蒸馏器9内部的稀相氦热接触。然后，冷凝管线46'继续进入从蒸馏器9到混合腔45的浓相流道46。冷凝管线46'和浓相流道46还包括一个或多个阻抗件(未示出)，以用于降低操作流体在流向混合腔45时由于焦耳-汤姆孙效应(Joule-Thomson)效应而产生的温度。压缩机泵13沿冷凝管线46'布置，以用于提供压力为0.5巴至2巴的这种流。稀相流道48布置成将操作流体从混合腔45输送通过蒸馏器9，然后通过蒸馏器泵送管线48'将该流体输送至低温恒温器1外部的位置。然后，操作流体可以从该位置循环回到冷凝管线46'。涡轮分子泵39沿蒸馏器泵送管线48'布置，以用于在回路的低压侧上提供高真空(例如小于0.1毫巴)，并且因此使操作流体能够流出蒸馏器9。

如前所述，浓相流道46和稀相流道48分别形成热交换器的第一导管和第二导管。为了清楚起见，在图11的示意图中没有明确示出在第一级6和第三级8之间的这些导管。第一导管46和第二导管48布置成形成定位在第一级6和第二级或“冷却板”7之间的连续式热交换器26。在连续式热交换器26内，第一导管46布置为盘绕状，并且第二导管48环绕在第一导管46周围。这确保了沿第一导管46流动的氦-3浓相流体被沿第二导管48流动的氦-3稀相流体冷却。连续式热交换器通常仅在高于30毫开尔文的温度下有效。因此，包括多个阶梯式热交换器53、53'、53”(如前文参照图2至图10所述)的阶梯式热交换器组件布置在第二级7和第三级8之间的较低温度区域。第一导管46中的流体经由包括导流器的多个腔将从第二级7流至混合腔45。氦-3稀相流体从混合腔45沿封闭这些腔的第二导管流回。第二导管中的流出流体与第一导管的外壁和腔直接接触，以进一步冷却第一导管中的流入流体。

流体的粘度可能随着温度降低而增加，并且粘性流体流可能导致不希望的发热，从而降低热交换器的效率。为了缓解这种情况，对于布置在较低温度下的腔，可以增加腔的深度和/或腔内部的孔的数量或尺寸。例如，腔的深度(沿组件的中心轴线)对于最上阶梯式热交换器可以为最小的(以减小操作所需的氦-3的总体积)，并且对于最下阶梯式热交换器可以为最大的(以减小粘性发热)。已经发现的是，这通过优化粘性发热和总流体体积之间的平衡提高了系统的热性能。

为了便于说明，在图7和图8中将第一区域26和第二区域28的高度描绘为相对较大，但特别在稀释制冷机内使用的情况下，该高度优选为0.1mm至5.0mm，更优选为0.2mm至1.5mm。该高度可以根据热交换器的操作温度而变化，其中该操作温度由热交换器沿第一导管46的位置(如上所述)确定。通常，第一区域26和第二区域28的形状和尺寸选择为促进氦-3的循环、减少粘性发热、允许在蒸馏器9和混合腔45中形成渗透压、减少氦-3的使用量、以及减少流体动力学不稳定性和对流。相似的考虑应用于第一导管周围的第二导管48。

图13和图14示出了根据本发明的第二实施例的热交换器的部件。图13是与图7等效的截面图，在图13中，使用带撇号的附图标记来表示相同的特征。在本实施例中，用于导流器的板18'是焊接在两个环形支撑件之间的箔元件。腔30'在其它方面基本如参照图2至图8的第一实施例中所述形成，但在该情况下，专用流道21'形成在烧结体15'内，以用于将氦-3浓相流体从入口管12'输送通过孔并且将该氦-3浓相流体返回至出口管32'(其中，应当理解的是，相似特征同样可以应用于箔构件10'、11'的相对两侧的烧结体15'，以用于输送稀相流体)。烧结体15'施加至第一箔构件10'和第二箔构件11'的两个面上，然而第一箔构件10'和第二箔构件11'布置在腔30'内，使得施加至第一箔构件10'的第一面和第二箔构件11'的第一面的烧结体15'与导流器板18'的相对两面间隔有小间隙，该小间隙通常为0.1mm至1.0mm，优选为0.2mm至0.6mm(取决于构造)。可选地，导流器板18'的相对两侧可替代地抵接第一箔构件10'与第二箔构件11'的第一面上的烧结体15'，而不留下这种间隙。流道21'通常在步骤201期间压印至烧结体中，并且可以采用各种不同的图案以用于控制操作流体的流动方向。一个或多个通道可以设置在腔30'内，以用于将浓相流体通过第一区域输送至板18'的孔，然后通过腔30'的第二区域输送至出口管32'。还可以设置一个或多个通道，以用于将稀相流体输送通过腔30'外部上的第二导管。可以应用任何数量的不同图案，包括放射状图案或螺旋图案。图14是沿图13中的平面X-X'截取的烧结体15'的透视图。在图14中，流道21'分叉以使烧结体15'的更大部分与操作流体紧密接触，从而增强热交换器的性能。

流道21'的轮廓可能受到可以加工为冲压工具的材料的限制，但可以为半圆形、椭圆形、三角形、矩形等。流道21'的宽度通常在0.5mm至1.0mm的范围内。将根据流道21'的数量和宽度来确定流体流的速度(在给定的总流速下)。因此，流道的宽度可以根据阶梯式热交换器组件内的热交换器腔30'的相对位置而变化，其中宽度在较低温度下增加以优化组件内的粘性发热和流体体积之间的平衡。这进一步提高了系统的热性能。

在第一实施例和第二实施例中，腔内的第一区域和第二区域在横跨板的方向上通常具有恒定高度(通常在0.5mm至4mm之间)。因此，在流体在更宽的区域上方径向向外扩散时，流体流速通常减小。这可能意味着朝向中心轴线发生更高程度的粘性发热，这可能限制安装有热交换器的低温系统的性能。图15示出了根据本发明的第三实施例的热交换器的一部分。双撇号附图标记用于表示相同部件。该实施例与第一实施例和第二实施例相似，不同之处在于，腔30”内部上的烧结体15”成型为使得第一区域26”和第二区域28”的高度在距中心轴线的较大半径处连续减小。这种成型通过在步骤201(图12)中利用成形工具压制烧结体来实现。通过这种方式使烧结体成型，在较小半径处提供了“较深”流道，这弥补了上述影响并且减少了任何粘性发热。第一区域26”和第二区域28”的最大深度通常为约1.5mm，并且最小深度通常为约0.2mm。然而，具体参数可以根据热交换器的操作温度而变化，该操作温度例如由热交换器在这种热交换器堆叠中的位置确定。

在图15的示例中，施加至第一箔构件10”和第二箔构件11”的相对的第一主表面的烧结体15”成型为使得烧结体15”的厚度随半径线性增加。相反，施加至第一箔构件10”和第二箔构件11”的相对的第二主表面的烧结体15”的厚度保持大体恒定。然而，应当记住的是，在腔30”外部上的烧结体15”与沿围绕腔的第二导管输送的流体接触(如图10所示)。在稀释制冷机的情况下，这种流体通常是稀相氦-3。在第二导管内可能出现额外的不希望粘性发热，可以通过使施加至第一箔构件10”与第二箔构件11”的第二主表面的烧结体成型来减轻该额外的不希望粘性发热。通常再次执行该成型，使得施加至第一箔构件10”与第二箔构件11”的烧结体的厚度随半径线性增加。实际上，第一箔构件和第二箔构件的一个或两个主表面可以成型为控制热交换器内的任何粘性发热。图16示出了根据第四实施例的热交换器的一部分，在该热交换器的一部分中，第一箔和第二箔的两个表面均成型为减小任何粘性发热，从而提高了安装有热交换器的低温冷却系统的性能。图13至图16未按比例绘制，但示出了可以压入烧结体中以控制流体流通过热交换器的不同形状的示例。

由此，提供了一种有效热交换器，该热交换器可以在低温下操作并且确保低温冷却系统的可靠操作。热交换器的设计具有相对简单结构，这种结构使该热交换器本身很好适合于可以保证在热性能方面的高度可重复性的焊接和自动化制造处理。因此，可以在低温冷却系统(诸如结合有热交换器的稀释制冷机)中获得较低温度，其中最低可获得温度取决于热交换器的性能。这种处理还可以用于加快制造低温冷却系统的所需时间。

Claims (19)

1.一种用于低温冷却装置的热交换器，所述热交换器包括：

第一导管(46)、第二导管(48)和腔(30)，其中，所述腔布置成接收来自所述第一导管的流体，并且其中，所述第二导管与所述腔的外部热联接，所述腔具有第一区域(26)和第二区域(28)，所述第一区域通过延伸穿过所述腔的板(18)与所述第二区域分离，所述板包括允许所述流体从所述第一区域流动至所述第二区域的一个或多个孔(20)，

其特征在于，所述腔(30)包括分别形成所述腔的相对侧的第一端件(22)和第二端件(24)，所述第一端件通过导流器(16)联接到所述第二端件，所述导流器包括将所述第一端件与所述第二端件分隔开的套环(17)，其中，所述板延伸跨过所述套环以形成所述导流器的一部分。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一端件(22)和所述第二端件(24)中的一个或两个包括布置在所述腔内部的第一面、布置在所述腔外部的第二面、以及布置在所述第一面与所述第二面之间的箔构件(10、11)，其中，所述第一面和所述第二面各自包括施加至所述箔构件的烧结材料(15)。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，围绕每个所述箔构件(10、11)的周边布置有周向支撑构件(14)，所述周向支撑构件熔合至所述套环(17)。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其中，当处于300K的温度时，所述箔构件(10、11)和/或所述烧结材料(15)的热导率是所述周向支撑构件(14)和/或所述套环(17)的热导率的至少二十倍。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的热交换器，其中，所述热交换器包括延伸通过所述腔(30’)的中心的中心轴线，并且其中，所述第一导管在沿所述中心轴线布置的两个位置处与所述腔联接；

其中，所述第一面和/或所述第二面成型为使得所述箔构件(10”、11”)上的烧结体(15”)的厚度随着距所述中心轴线的径向距离增加而增加。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的热交换器，其中，所述腔(30)限定有用于输送所述流体通过所述第一区域和所述第二区域的流道(21’)，其中，所述流道形成在施加至所述第一端件(22)和所述第二端件(24)的烧结体(15’)内。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的热交换器，其中，所述热交换器包括延伸通过所述腔(30”)的中心的中心轴线，并且其中，所述第一导管在沿所述中心轴线布置的两个位置处与所述腔联接；

其中，所述腔(30”)限定有用于将所述流体输送通过所述第一区域(26”)和所述第二区域(28”)的流道，并且其中所述流道的深度随着距所述中心轴线的径向距离增加而减小。

8.一种低温冷却装置(1)，包括：

目标制冷机(45)；以及

根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(53)，其中，所述第一导管(46)布置成将操作流体输送至所述目标制冷机，并且所述第二导管(48)布置成从所述目标制冷机输送所述操作流体。

9.一种稀释制冷机，包括：

蒸馏器(9)、混合腔(45)和根据权利要求1至7中任一项所述的热交换器(53)，其中，所述第一导管(46)布置成使操作流体从所述蒸馏器流至所述混合腔，所述第二导管(48)布置成使所述操作流体从所述混合腔流至所述蒸馏器，所述热交换器构造成使所述第一导管中的所述操作流体与所述第二导管中的所述操作流体热联接。

10.根据权利要求9的稀释制冷机，其中，所述混合腔(45)包括烧结体块(36)，并且所述第一导管包括端部部分(40)，所述端部部分敞开并且围绕所述烧结体块的一部分延伸，以便使所述烧结体块的所述一部分与所述操作流体接触，所述第二导管围绕所述端部部分和所述烧结体块延伸，以便沿远离所述烧结体块的方向输送所述操作流体。

11.根据权利要求9或10所述的稀释制冷机，其中，还包括布置在所述蒸馏器(9)和所述混合腔(45)之间的冷却板(7)，所述冷却板布置成在所述稀释制冷机的操作期间获得所述蒸馏器的基础温度和所述混合腔的基础温度之间的基础温度，所述稀释制冷机还包括腔组件，所述腔组件包括一个或多个所述腔(30、130)，所述一个或多个所述腔沿所述第一导管(46)在所述冷却板和所述混合腔之间延伸的一部分布置，每个所述腔布置成接收来自所述第一导管的所述操作流体，并且其中，第二导管(48)与每个所述腔的所述外部热联接。

12.根据权利要求11所述的稀释制冷机，其中，所述腔组件包括第一所述腔(130)和第二所述腔(30)，所述第一所述腔布置在所述冷却板(7)和第二所述腔之间，其中，第二所述腔的深度和/或穿过第二所述腔的所述板的孔的数量或尺寸高于第一所述腔的深度和/或穿过第一所述腔的所述板的孔的数量或尺寸。

13.根据权利要求11所述的稀释制冷机，其中，每个所述腔(30’)包括用于输送所述流体通过相应第一区域和相应第二区域的一个或多个流道(21’)，其中，每个所述流道形成在烧结体内，其中，所述腔组件在所述稀释制冷机的操作期间沿热梯度布置，使得第一所述腔布置成获得的基础温度高于第二所述腔获得的基础温度，并且其中，所述第一腔中的所述一个或多个流道的直径小于所述第二腔中的所述一个或多个流道的直径。

14.一种形成低温致冷机的热交换器的方法，所述方法包括：

设置第一导管(46)、第二导管(48)、第一端件(22)、第二端件(24)和导流器(16)，所述导流器包括套环(17)和板(18)，所述板延伸跨过所述套环；

其中，设置所述第一端件(201)包括：

围绕第一箔构件(10)的周边熔合第一周向支撑构件(14)，然后将烧结材料(15)施加至所述第一箔构件的相对两面上，当处于300K的温度时，所述第一箔构件的热导率是所述第一周向支撑构件的热导率的至少二十倍；

将所述第一周向支撑构件(14)熔合至所述套环(17)，以便形成腔(30)，所述腔具有通过所述板(18)分离的第一区域(26)和第二区域(28)，所述板布置在所述第一端件和所述第二端件之间；

其中，所述第一导管(46)布置成将流体输送至所述第一区域(26)中并且从所述第二区域(28)输送出，并且其中，所述板(18)包括允许所述流体从所述第一区域流动至所述第二区域的一个或多个孔(20)；并且

其中，所述第二导管(48)与所述腔(30)的外部热联接。

15.一种形成稀释制冷机的方法，包括：

设置蒸馏器(9)和混合腔(45)，并且形成(202)根据权利要求1至7中任一项所述的热交换器，其中，所述第一导管(46)布置成使操作流体从所述蒸馏器流至所述混合腔，并且其中，所述第二导管(48)布置成使所述操作流体从所述混合腔流至所述蒸馏器。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一导管(46)包括端部部分(40)，所述端部部分布置成接收来自所述腔(30)的所述操作流体，并且其中，设置(203)所述混合腔(45)包括：

将所述端部部分(40)绕烧结体块(36)的一部分布置，以使所述烧结体块的所述一部分与所述操作流体接触；以及

将所述第二导管(48)绕所述端部部分(40)和所述烧结体块(36)布置，以便在远离所述烧结体块的方向上输送所述操作流体。

17.根据权利要求15或16所述的方法，还包括：在所述蒸馏器(9)与所述混合腔(45)之间布置冷却板(7)，以便在所述稀释制冷机的操作期间获得在所述蒸馏器的基础温度与所述混合腔的基础温度之间的基础温度；设置多个所述腔(30、130)，所述多个所述腔沿所述第一导管(46)在所述冷却板和所述混合腔之间延伸的一部分布置，每个所述腔布置成接收来自所述第一导管的所述操作流体，并且其中，第二导管与每个所述腔的外部热联接，其中，所述第一导管和所述第二导管由用于组装的多个模块形成，所述方法还包括在两个所述腔之间的位置处将所述第一导管的模块与所述第一导管的另一模块熔合在一起，和/或在两个所述腔之间的位置处将所述第二导管的模块与所述第二导管的另一模块熔合在一起。

18.根据权利要求17所述的方法，其中使用局部热源将所述模块熔合在一起。

19.根据权利要求18所述的方法，其中通过激光或电子束焊接将所述模块熔合在一起。