CN118176393A - 制冷系统和用于装载这种制冷系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种制冷系统(1)，包括：杆(10)和制冷单元(20)，该制冷单元包括至少部分地限定第一热腔室(31)的第一热屏蔽件(30)和位于第一腔室(31)内部的第二热屏蔽件(40)，该第二热屏蔽件设置有用于将接纳空间(11)热连接到第二热屏蔽件(40)的装置；其中，第一热屏蔽件(30)包括第一开口(35)，杆(10)穿过第一开口，并且制冷单元(20)包括第一热化构件(32)，该第一热化构件被布置成选择性地将杆(10)的第一部分(12)热连接到第一热屏蔽件(30)。本发明还涉及一种用于装载这种制冷系统(1)的方法。

Description

制冷系统和用于装载这种制冷系统的方法

发明目的

本发明涉及用于使样品达到接近或低于一开尔文的温度的低温制冷系统领域。

背景技术

已知一种制冷系统，该制冷系统包括制冷单元，该制冷单元包括达到第一温度并限定第一热腔室的第一热屏蔽件。第二热屏蔽件安置在第一腔室内部，并达到小于第一温度的第二温度。通过将样品放置在装载杆的专用空间中来冷却样品。然后，杆被引入到制冷单元中，以便热连接到第二屏蔽件。

这种制冷系统需要停止制冷单元并在第一腔室处于真空下时对第一腔室加压(该操作也称为“打破真空”)。然后，杆被引入到制冷单元中并热连接到第二屏蔽件，之后重新启动制冷系统。这种方法耗时长、成本高且能耗大。因此，这种方法不可能容易且快速地使待冷却的样品达到较低温度。

一种已知的解决方案包含将样品固持器杆引入到制冷单元中，在一个或多个热屏蔽件处实行选择性预冷却。在旋转杆以与屏蔽件进行接触或断开接触的同时实现预冷却(杆具有合适的几何形状)。当样品被置于其冷却位置时，样品与从单元移除的杆分离。这种配置需要设置布线和在制冷单元中保持就位的结构。

在EP 2313717 A1中描述了另一已知系统。根据此原理，装载杆承载可移动元件，这些可移动元件使得可以在引入到制冷单元中时允许或阻止热交换。杆在其用于测量的过程中在制冷单元中保持就位。然而，这种解决方案具有较大的占地面积，该较大的占地面积限制了用于样品的空间。

发明目的

本发明特别地旨在促进将样品冷却到低温温度。

发明内容

为此，根据本发明，提供了一种制冷系统，该制冷系统包括：

-装载杆，该装载杆设置有用于接纳待冷却的样品的固持器或空间；以及

-制冷单元，该制冷单元包括第一热屏蔽件和板，该第一热屏蔽件至少部分地限定第一热腔室，该板安置在第一腔室内部并设置有用于将接纳空间热连接到该板的构件。根据本发明，该第一热屏蔽件包括用于使该杆穿过该第一热屏蔽件的第一孔口(允许杆的引入或移除)，并且该制冷单元包括第一热化构件，该第一热化构件被布置成当杆被引入到热腔室中时选择性地将杆的第一部分热连接到第一热屏蔽件或从第一热屏蔽件热断开连接。

因此，可以在不必中断操作的情况下将样品装载到这种制冷系统中，减少了使热屏蔽件达到温度所需的时间，并且样品的装载更快且更容易。

有利地，热化构件包括至少一个回位元件，该至少一个回位元件被布置成使热化构件从第一状态切换到第二状态，在该第一状态中，该第一部分不热连接到该第一屏蔽件，在该第二状态中，该第一部分热连接到该第一屏蔽件。

当系统包括用于将热化构件从其第二状态切换到其第一状态的第一致动装置时，获得特别快速的操作。

当第一腔室被密封并处于真空下并且样品通过锁止腔室(lock chamber)装载时，改善了系统的热稳定性和能量消耗。

当制冷系统包括第一孔口的热连接到第一屏蔽件的闸板时，改善了制冷系统的能量消耗。优选地，该系统包括第二致动装置，该第二致动装置用于选择性地在该第一孔口的第一关闭配置与该第一孔口的第二疏通配置之间切换该闸板。

当第一致动装置和第二致动装置包括公共驱动单元时，并且当用于将驱动单元连接到第一致动装置和连接到第二致动装置的构件包括相对于第一屏蔽件可旋转地安装的第一轴时，获得了有成本效益的实施例。优选地，该第二致动装置于是包括该闸板与该第一轴之间的旋转连接件。

根据一个优选实施例，该第一热化构件包括可移动的第一钳夹和固定的第二钳夹，该第一致动装置包括连接杆/曲柄组件，在该连接杆/曲柄组件中，该连接杆包括刚性地连接到该轴以与其一起旋转的第一端和经由第一枢轴连接到该曲柄的第三端的第二端，该曲柄的第四端铰接在该可移动的钳夹上。

有利地，该第一枢轴包括用于接纳第二轴的狭槽，该狭槽被布置成使得该连接杆的旋转仅在该连接杆已经执行了第一非零幅值的第一旋转之后被传递到该第二轴，并且该第一幅值使得该第一旋转引起该闸板从其第一配置切换到其第二配置。

有利地，该杆包括连接到连接接口的第一光学和/或电气和/或流体连通网络，该连接接口刚性地连接到该杆。

当制冷单元被配置成使得第一热屏蔽件的第一温度小于或等于一开尔文，并且使得板的第二温度小于或等于三百毫开尔文时，制冷系统的应用是特别有益的。

当以下情况时，获得了有效的应用：该制冷单元还包括：第一附加热屏蔽件，该第一附加热屏蔽件限定围绕该第一热腔室延伸的第二热腔室，该第二热腔室包括用于使该杆穿过该第一附加热屏蔽件的第二孔口和被布置成选择性地热连接该第一部分和该第一附加热屏蔽件的第二热化构件；第二附加热屏蔽件，该第二附加热屏蔽件限定围绕该第二热腔室延伸的第三热腔室，该第三热腔室包括用于使该杆穿过该第二附加热屏蔽件的第三孔口和被布置成选择性地热连接该第一部分和该第二附加热屏蔽件的第三热化构件；以及第三附加热屏蔽件，该第三附加热屏蔽件限定围绕该第三热腔室延伸的第四热腔室，该第四热腔室包括用于使该杆穿过该第三附加热屏蔽件的第四孔口。

当系统包括抽空锁止腔室时，进一步提高了系统的能量性能。优选地，该锁止腔室包括可密封地连接到该第三附加热屏蔽件(连接到最后的外部热屏蔽件)的出口。

当第四腔室被密封并处于真空下，其它腔室具有相同的真空气氛时，进一步改善系统的热稳定性和能量消耗。

当杆包括能够与热化构件相互作用的第二部分时，进一步改善了制冷系统的能量消耗。

本发明还涉及一种用于将样品装载到如上限定的制冷系统中的方法，该方法在制冷系统处于操作中的情况下包括以下步骤：

-将该样品放置在接纳空间中；

-移动该杆穿过该第一孔口，以便使该杆的该第一部分与该第一热化构件相对，

-致动该第一热化构件以将该杆的第一部分热连接到该第一热屏蔽件，

-当该第一部分的温度基本上等于该第一屏蔽件的温度时，致动该第一热化构件以使该第一部分与该第一屏蔽件热断开连接，

-移动该杆以将该杆热连接到该第二屏蔽件。

当该制冷单元还包括以下时，该方法甚至更有效：

-第一附加热屏蔽件，该第一附加热屏蔽件限定围绕该第一热腔室延伸的第二热腔室，该第二热腔室包括用于使该杆穿过该第一附加热屏蔽件的第二孔口和被布置成选择性地热连接该第一部分和该第一附加热屏蔽件的第二热化构件；

-第二附加热屏蔽件，该第二附加热屏蔽件限定围绕该第二热腔室延伸的第三热腔室，该第三热腔室包括用于使该杆穿过该第二附加热屏蔽件的第三孔口和被布置成选择性地热连接该第一部分和该第二附加热屏蔽件的第三热化构件；

-第三附加热屏蔽件，该第三附加热屏蔽件限定围绕该第三热腔室延伸的第四热腔室，该第四热腔室包括用于使该杆穿过该第三附加热屏蔽件的第四孔口，该方法包括以下附加步骤：

-移动该杆穿过该第四孔口和该第三孔口，以便使该杆的第一部分与该第三热化构件相对，

-致动该第三热化构件以将该杆的第一部分热连接到该第二附加热屏蔽件，

-当该第一部分的温度基本上等于该第二附加热屏蔽件的温度时，致动该第三热化构件以使该第一部分与该第二附加热屏蔽件热断开连接，

-将该杆移动到该第二孔口中，以便使该杆的第一部分与该第二热化构件相对，

-致动该第二热化构件以将该杆的第一部分热连接到该第一附加热屏蔽件，

-当该第一部分的温度基本上等于该第一附加热屏蔽件的温度时，致动该第二热化构件以使该第一部分与该第一附加热屏蔽件热断开连接。

通过阅读本发明的非限制性具体实施例的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

将参考附图，在附图中：

[图1]是根据本发明的制冷系统的第一实施例的示意性平面视图，其中装载杆被引入到制冷单元中；

[图2]是图1中的制冷系统的热化夹具的示意性详细立体图；

[图3]是图2中的夹具、该夹具的致动的一部分和闸板的示意性详细立体图；

[图4]是图2中的夹具的致动的示意性详细平面视图；

[图5]是图3中的闸板的示意性详细立体图；

[图6]是图3中的闸板的第二配置和图2中的夹具的第一状态的示意性详细平面视图；

[图7]是图3中的闸板的第二配置和图2中的夹具的第二状态的示意性详细平面视图；

[图8]是根据本发明的第二实施例的制冷单元的示意性平面视图，其中杆在制冷单元外部；

[图9]是根据本发明的制冷系统的第二实施例的示意性详细平面视图，其中杆在制冷单元内部；

[图10]是根据本发明的第三实施例的制冷单元的局部示意性竖直截面视图，其中杆在制冷单元外部；

[图11]是根据本发明的第三实施例的制冷单元在将杆引入到制冷单元中的第一配置下的局部示意性竖直截面视图；

[图12]是根据本发明的第三实施例的制冷单元在将杆引入到制冷单元中的第二配置下的局部示意性竖直截面视图；

[图13]是根据本发明的第三实施例的制冷单元在将杆引入到制冷单元中的第三配置下的局部示意性竖直截面视图。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的并且总体上表示为1的制冷系统包括装载杆10，该装载杆包括限定了用于接纳待冷却的样品90的至少一个固持器或空间11的壁或一组壁。系统1还包括制冷单元20，该制冷单元包括第一热屏蔽件30，该第一热屏蔽件限定了第一热腔室31，在此是圆柱形腔室31。屏蔽件30连接到或包含单元20的一个或多个已知的低温制冷系统(未示出)，比如泵送氦浴，低温制冷系统被配置成将腔室31保持处于第一低温温度(例如，基本上等于一开尔文)。单元20还包括板40，该板安置在腔室31内部并连接到单元20的一个或多个其它已知的亚开尔文低温制冷系统(未示出)，比如稀释制冷器，亚开尔文低温制冷系统被配置成将板保持处于低于第一温度的第二温度(例如，小于或等于300毫开尔文，特别地在500毫开尔文与300毫开尔文之间)。如从图1中可以看出的那样，板40包括第一凹部41，例如凹形的，该第一凹部旨在接纳杆10的导热的第一部分或壁12(例如，圆柱形)并且(如果适用的话)与该第一部分或壁接触，该第一部分或壁通过传导例如经由第一实心盘12.1热连接到接纳固持器11。换句话说，例如，杆10在一端处固持限定空间或固持器11(开放或封闭)的结构，该空间或固持器用于支撑或接纳待冷却的至少一个样品90。杆10还可以在另一端处包括第二壁或部分13，该第二壁或部分与壁12相同并连接到杆10的不导热(或导热性较低)的本体10.1。壁12、13例如通过第二实心盘13.1连接到本体10.1(参见[图8])。

在此，实心盘是指如下的壁或一组壁：该壁或一组壁使得可以例如在它或它们的两个相对面上延伸的介质之间形成密封分离。

例如，杆10的本体(在纵向方向上)由多个堆叠部分构成：导热部分(部分或壁12、13)(例如，由铜(可选地镀金的铜)、黄铜或铝制成)，这些导热部分适合于被热化(即，如上文和下文所述被冷却)；以及在这些导热部分之间的一个或多个导热性较低的纵向部分10.1(例如，由例如玻璃纤维、碳、钛等制成的具有很少导热性或没有导热性的绝热部分)。

单元20包括安装在屏蔽件30上并热连接到屏蔽件30的第一热化夹具32。如图2中可以看见的那样，夹具32机械地刚性地连接到腔室31，并且包括可移动的第一钳夹33和优选地固定的第二钳夹34，该第一钳夹和该第二钳夹在屏蔽件30中限定第一孔口35。这两个钳夹形成可以被致动(打开/关闭)的夹具系统。如图3中可以看见的那样，钳夹33例如连接到第一轴50，该第一轴相对于屏蔽件30可旋转安装。轴50包括安置在腔室31外部并连接到电动齿轮传动马达52的端部51。

第一钳夹33通过致动机构连接到轴50，该致动机构被配置成允许其在至少两个位置或状态之间移动。致动机构包括例如连接杆和曲柄组件53。

在此示例中，连接杆54包括刚性地连接到轴50以便与其一起旋转的第一端54.1和通过第一枢轴55连接到曲柄56的第三端56.1的第二端54.2。曲柄56的第四端56.2铰接在钳夹33上。如[图4]中可以看见的那样，枢轴55包括用于接纳第二轴58的狭槽57，该第二轴用于将连接杆54连接到曲柄56。狭槽57被布置成使得由轴50的旋转引起的连接杆54的旋转仅在连接杆54已经执行了非零第一幅值A(在此基本上等于45度)的第一旋转R1之后被传递到轴58。夹具32还包括至少一个并且优选地两个压缩弹簧36和36，这些压缩弹簧施加倾向于使第一钳夹33带向第二钳夹34的力。一个或多个弹簧被布置成将一个或多个钳夹33、34横向推向贯通孔口，以与杆的部分12进行热接触。

因此，夹具32可以呈现[图1]中示出的第一打开状态(或分离状态)和第二闭合(或在一起)状态，在该第一打开状态(或分离状态)中，杆10不热连接到屏蔽件30(钳夹33和34不与壁12接触)，在该第二闭合(或在一起)状态中，当钳夹33抵靠钳夹34夹持壁13时杆10热连接到屏蔽件30([图2]和[图3])。

连接杆/曲柄组件53是用于致动夹具32的、在夹具被轴50致动时使得可以选择性地将夹具32从其闭合状态切换到其打开状态的第一致动装置的示例。当致动器不控制夹具32的分离(打开)时，弹簧36使得可以将夹具从其打开状态自动切换到其闭合状态。当然，可以设想的是，闭合(夹持)位置或状态也可以由致动器控制。

制冷系统因此包括受控(致动)夹持机构，该受控(致动)夹持机构使得可以通过杆12周围的接触(夹持)或不接触(释放)来进行热连接或断开热连接。一个或多个热化构件(钳夹或夹具或其它)可以优选地横向于杆移动，并且可以被控制以夹持杆。

如在图3和图5中可以看出的那样，单元20优选地还包括第一可移动闸板60，该第一可移动闸板被配置成根据其位置关闭或疏通孔口35。闸板也可以由致动构件移动。

例如，闸板60在其处于其用于关闭孔口35的第一配置时与第二钳夹34接触，并且然后热连接到屏蔽件30。闸板60可以通过第一臂61连接到第一衬套62，该第一衬套刚性地连接到轴50以便与其一起旋转。

因此，轴50的旋转使得可以将闸板60从其用于关闭孔口35的配置切换到用于疏通(或不阻塞)孔口35的第二配置，反之亦然。包括臂61和衬套62的组件形成用于致动闸板60的第二致动装置。

如在图6和图7中可以看出的那样，幅值A使得轴50的旋转R1引起闸板60从其用于关闭孔口35的配置(图5)切换到其用于疏通孔口35的配置(图6)，但是夹具32不从其闭合状态(图6)切换到其打开状态(图7)。

闸板60的移动可以与热化构件32的移动耦合，和/或反之亦然(从属或关联移动)。由于夹具32的所建议的配置，装载杆10更轻且更容易操作。可移动的热化构件32及其致动器安装在制冷单元中。

最后，杆10优选地包括或承载连接到连接接口71的光学和/或电气和/或流体连通网络70，该连接接口刚性地连接到杆10。

优选地，当系统处于操作中时，腔室31可以被密封并处于真空下。同样地，此第一腔室31可以容纳在处于真空下的外腔室中。系统1于是可以包括抽空锁止腔室100，该抽空锁止腔室的出口101包括可移动或可移除的门102。出口101可密封地连接到屏蔽件30并面向孔口35。锁止腔室100以已知的方式包括入口门103、抽空/加压端口104和将接口71连接到锁止腔室100的外部的端口105。

通过按照下面描述的步骤，可以使样品90达到板40的温度，而不必中断制冷系统1的操作。

根据第一步骤，样品90被放置在空间11(接纳固持器)中。如果第一腔室31处于真空下，则杆10被引入到锁止腔室100中，并且锁止腔室100被抽空(第二步骤)。根据第三步骤，控制齿轮传动马达52，使得轴50在第一方向S1上执行预定幅值(例如，大于45度(在此为90度的幅值))的旋转。轴50的这种旋转引起闸板60切换到其如下配置：在该配置中，孔口35疏通；并且引起夹具32切换到其打开状态。根据第四步骤，打开门102并且将杆10移动通过孔口35，直到其壁12与钳夹33和34相对。根据第五步骤，轴50的预定旋转(例如，基本上等于45度)被控制处于与第一方向S1相反的第二方向S2上，以便使得夹具32切换到其闭合状态，但闸板60不切换到其关闭配置。壁12于是热连接到屏蔽件30(与该屏蔽件接触)，并且保持此连接例如直到壁12的温度基本上等于屏蔽件30的温度，即一开尔文。根据第六步骤，轴50的预定旋转(例如，45度)被控制处于第一方向S1上，以便使得夹具32切换到其打开状态，同时将闸板60保持处于其疏通配置。这具有断开壁12与第一屏蔽件之间的热连接(接触)的效果。根据第七步骤，移动杆10，直到壁12被放置在凹部41中并且杆10因此被热连接到板40。板40还可以包括可移动的夹具系统320(热化构件)，以在板40与热连接到用于接纳待冷却的物体90的固持器11的部分12之间进行热接触或断开热接触。

有利地，轴50的预定旋转(例如，基本上等于45度)被控制处于第二方向S2上，以便使得夹具32切换到其闭合状态，而闸板60不切换到其关闭配置(第八步骤)。壁13于是热连接到屏蔽件30，这减缓了通过从板40经由杆10的传导而进行的冷能的损失。第二盘13.1于是用作孔口35用的关闭装置，并有助于腔室31的内部与腔室31的外部的绝热。

通过反向执行以上的步骤将样品90从单元20中移除。

在本发明第二实施例的以下描述中，与以上描述的元件相同或相似的元件具有相同的附图标记。

根据图8中示出的本发明的第二实施例，单元20包括通过脉管的第二级被热化到例如四开尔文的第一附加热屏蔽件110，该第一附加热屏蔽件限定了围绕腔室31延伸的第二热腔室111。单元20还包括：通过脉管的第一级被热化到例如50开尔文的第二附加热屏蔽件200，该第二附加热屏蔽件限定了围绕第二热腔室111延伸的第三热腔室201；以及处于环境温度(即，接近300开尔文)的第三附加热屏蔽件300，该第三附加热屏蔽件限定了围绕第三热腔室201延伸的第四热腔室301。

这些腔室因此如“俄罗斯套娃”一样一个套着一个。

最外面的腔室301优选地是密封的，并且在操作条件下处于压力小于或等于万分之一毫巴的真空下。

腔室111包括与夹具32相同的第二热化构件或夹具132，该第二热化构件或夹具热连接到屏蔽件110。夹具132限定第二孔口135，杆10穿过该第二孔口。

腔室201包括与夹具32相同的第三热化夹具232，该第三热化夹具热连接到屏蔽件200。夹具232限定第三孔口235，杆10穿过该第三孔口。

腔室301包括第四孔口335，杆10穿过该第四孔口。夹具132和232通过齿轮传动马达52经由轴50致动。

屏蔽件110和200连接到单元20的已知低温冷却器(未示出)，以便分别保持处于预定温度，例如基本上等于四开尔文的第三温度和基本上等于50开尔文的第四温度。屏蔽件300的温度是环境温度、在此基本上等于300开尔文。

单元20还包括用于关闭孔口135的第二闸板63、用于关闭孔口235的第三闸板64和用于关闭孔口335的第四闸板65。闸板63、64和65与闸板60相同，并且分别安装在屏蔽件110、200和300上并与其热连接。闸板63、64和65通过齿轮传动马达52经由轴50致动。

根据此第二实施例，锁止腔室100的出口101可密封地连接到屏蔽件300并面向孔口335。

如在图9中可以看见的那样，杆10包括分别通过部分或盘(例如，盘14.1、15.1和16.1)连接到杆10的第一壁12、第二壁13、第三壁14、第四壁15和第五壁16。

于是在上面参考本发明的第一实施例描述的步骤三到步骤八之前，通过实施以下附加步骤来使用系统1。

在抽空锁止腔室100的第二步骤之后，将杆10移动通过孔口335和235，以便使壁12与夹具232相对。齿轮传动马达52被控制来致动夹具232并将壁12热连接到屏蔽件200。这也使得壁13连接到屏蔽件300，并且盘13.1充当孔口335用的关闭装置。当壁12的温度基本上等于屏蔽件200的温度(在此为50开尔文)时，齿轮传动马达52被控制来致动夹具232并断开壁12与屏蔽件200之间的热连接。这也断开壁13与屏蔽件300之间的连接。然后将杆10移动到下一孔口135中，以便使壁12与夹具132相对。齿轮传动马达52被控制来致动夹具132将壁12热连接到屏蔽件110。这也使壁13连接到屏蔽件200，并且壁14连接到屏蔽件300。盘13.1于是用作孔口235用的关闭装置，并且盘14.1用作孔口335用的关闭装置。当壁12的温度基本上等于屏蔽件110的温度(在此为四开尔文)时，齿轮传动马达52被控制来致动夹具132并断开壁12与屏蔽件110之间的热连接。这也断开壁13与屏蔽件200之间的连接以及壁14与屏蔽件300之间的连接。

然后实行参考第一实施例描述的步骤三到步骤八。

图9示出了根据本发明的方法的第二实施例的最后步骤。在此步骤结束时，部分或壁12热连接到已经从外向内连续被冷却四次的屏蔽件40。杆10的盘13.1、14.1、15.1和16.1分别用作孔口35、135、235和335用的关闭装置，并改善腔室31、111、201和301的相对隔热。

换句话说，装置包括一组致动机构，该组致动机构顺序地(或同时地，如果适用的话)控制夹具32的打开或闭合以及通过闸板60、63、64、65对孔口的关闭或疏通，以保持孔口关闭并防止或限制在相对于一个或多个腔室引入/移除杆10的操作期间热量的进入。优选地，在每种配置中，一个或多个孔口由杆的壁(盘13.1、14.1、15.1和16.1)或由闸板60关闭。

这允许预冷却杆10的下壁12，该下壁热连接到用于接纳待冷却的样品的固持器11，以便在样品被收容在板40上之前冷却样品。

当杆10被完全引入到制冷单元中时，样品被收容在板40上并保持处于最冷温度。杆10可以在测量和操作期间在制冷单元中保持就位(固持器11保持刚性地连接到杆10)。沿着杆10向上安置得较高的其它壁13.1、13、14.1、14、15.1、15形成用于关闭屏蔽件的孔口的装置，这些屏蔽件限制经由夹持这些壁的热化构件32的热量进入。

[图10]、[图11]、[图12]和[图13]展示了另一变型实施例。与上述元件相同的元件以相同的附图标记表示。

如示意性示出的那样，制冷单元20包括刚性地连接到相应腔室31的一个或多个热屏蔽件30。腔室或该组腔室容纳板40，该板旨在收容设置有待冷却的一个或多个样品90的杆10的接纳固持器11。特别地，板40还可以设置有热化构件32，该热化构件可在板40上在第一状态与第二状态之间移动，在该第一状态中，该热化构件不与杆的部分12进行接触或热连接来冷却固持器11，在该第二状态中，该热化构件与杆10的部分12进行接触并热连接来冷却固持器11。

由杆10承载的固持器11可以由导热壁界定，该导热壁刚性地连接到杆10并热连接到相邻的导热部分或壁12。此固持器11可以包括或形成由杆10的端部承载的管或凹形接收器。

在[图10]中的配置下，杆10在制冷单元外部(在腔室外部)。在这此示例中，杆10包括沿着杆10间隔开的两个导热部分12，该两个导热部分中的一个热连接到固持器11。在这种配置下，热屏蔽件30的两个孔口35、135以及可选的板40的接纳区被相应的闸板60关闭。孔口35、135和板40的接纳区对齐。

组件可以放置在外壳中(可选地处于真空下)，该外壳设置有用于进入孔口35、135的入口。如示意性所示，入口可以由波纹管130界定(例如，这些波纹管可以形成锁止腔室的一部分)。

如[图11]所展示那样，在开始将杆10引入到制冷单元20中时，杆10的下端放置在波纹管130中，并且如果适用的话，杆的上端可以与波纹管130的上端密封接触。

将杆10朝向制冷单元20的内部移动(例如，通过外壳的门)，直到部分12到达第一热屏蔽件30(参见[图12])。

如上所述，移动闸板60(致动装置61)以打开孔口35。移动杆10以便使部分12与热化构件32相对。热化构件32(例如，夹具或夹钳)由致动装置53致动，以与杆10的部分12接触。

当固持器11到目标温度的热化完成时，杆10被进一步引入到制冷单元20内部。波纹管130被进一步压缩。杆10的端部部分12到达板40，在该板处该杆的端部部分以与前面相同的方式、优选在较低温度下热连接(闸板60和/或热化构件32的移动)(参见[图13])。

作为变型，杆10的端部部分12可以通过与刚性地连接到板40的元件接触而直接热连接。固持器11可以经由杆10的部分12进一步冷却到板40的较低温度。

同时，杆10的被向上安置得较高的另一部分12被先前的热屏蔽件30热化，并关闭对应孔口35。因此，杆10的结构使得可以关闭腔室的不同孔口35、135，以防止朝向板40的热量进入。

当然，本发明也不限于此示意性示例。因此，杆10的待热化的部分12的数量和热化热屏蔽件30的数量可以不同。如所展示那样，杆10的多个部分12可以利用相应热屏蔽件同时热化到不同的温度水平。

根据本发明，可移动的机械连接件(可移动的热化构件32)刚性地连接到屏蔽件和板40(如果适用的话)，而不是连接到杆10。这使得可以最大化装载杆10上可用的空间、其占地面积和其质量。无论制冷单元20中的温度和真空如何，杆10容易地移动(引入和移除)，并且不必停止杆。

本发明可以有利地应用于氦-3/氦-4稀释制冷器。在这种情况下，可以使用脉管、低温发生器(低温冷却器)或任何其它合适的冷源来热化腔室111和201，腔室31例如通过泵送氦浴(或任何其它冷源，例如低温冷却器)和收容稀释制冷器的混合腔室的板40来热化。于是通过本发明可以容易地装载待冷却到板40的温度的样品，而不停止系统1的操作。

当然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵括落入由权利要求所限定的本发明的范围内的任何变型。

特别地：

-虽然在此第一屏蔽件的温度基本上等于一开尔文，但是本发明也适用于第一温度的其它值，比如六开尔文与12开尔文之间的温度；

-虽然在此杆的壁是圆柱形的，但是本发明也适用于将杆热连接到热化构件的其它类型的部分(比如铜杆)，或者具有正方形或任何其它形状的壁，热化夹具的孔口相应地进行调整；

-虽然在此系统包括热化夹具，但是本发明也适用于其它热化装置，比如凸轮或导热刷或任何其它合适的装置；

-虽然在此第一轴连接到电动齿轮传动马达，但是本发明也适用于第一致动装置和第二致动装置公用的其它类型的驱动单元，比如气动致动器、液压致动器、线性致动器或其它致动器；

-尽管在此当闸板处于其关闭配置时，闸板热连接到第一屏蔽件，但是本发明也适用于闸板与屏蔽件之间的其它类型的热连接，比如使用铜编织物的永久连接；

-虽然在此杆包括光学、电气和流体连通网络，但是本发明也适用于包括这些连通网络中的仅一个或仅两个的杆；

-可以使用致动器将杆移入和移出制冷单元。此致动器于是将有利地链接到公共驱动单元的移动，以便获得将样品装载到本发明的制冷系统中/从本发明的制冷系统中卸载样品的操作的完全自动化；

-尽管在此使用第二致动装置将闸板从其打开配置切换到其关闭配置，但是本发明也适用于其它类型的第二致动装置，比如专用的线性致动器，或者在将被杆推动的可旋转安装的闸板的情况下甚至适用于没有第二致动装置；

-虽然在此夹具包括用于改变夹具的状态的弹簧，但是本发明也适用于其它类型的回位元件，比如磁体、利用重力的重量分布、弹簧垫圈或弹性体元件；

-本发明可以适用于任何其它亚开尔文制冷系统，比如焦耳-汤普森氦-3或氦-4制冷器、氦-3制冷器、或绝热去磁制冷器；

-在一个变型实施例中，特别是在将杆引入到腔室中时，杆的全部壁不一定被夹具热化；因此，壁中的仅一个或仅一部分可以通过夹具被热化，并且特别地仅端壁12可以被热化；

-在此提及了压力小于万分之一毫巴的真空，但是本发明也可以利用压力小于百分之一毫巴的真空来实施；

-一个或多个热化构件(夹具或其它)在杆的一部分与经冷却的热屏蔽件之间进行接触(热连接)或断开接触(不接触)的至少两个位置或状态之间可移动地安装在腔室上，

-热化构件相对于贯通孔口可移动地安装，例如可移动地安装在热屏蔽件上或可移动地安装在制冷单元的任何其它固定部分上；

-热化构件可移动地安装在制冷单元上，例如安装在与贯通孔口齐平的热屏蔽件上，以便当杆的一部分被安置成与贯通孔口齐平(例如，在贯通孔口中)时，选择性地将杆的该部分和热屏蔽件热连接或断开连接；

-热化构件的至少一部分被安装成使得当杆被引入到热腔室中、特别是引入到贯通孔口中时，热化构件可以横向于杆的纵向轴线移动；

-制冷单元包括控制热化构件的位置(第一和/或第二状态)的受控致动器(例如，第一致动装置)；

-移动热化构件的致动器独立于杆，并且特别地与杆分离；

-一个或多个钳夹采取环形部分的形式，例如围绕贯通孔口布置的半环；

-优选地，单个钳夹可以横向于孔口移动和致动，以便进行热连接或断开热连接，但是两个钳夹可以被安装成使得它们可以被移动和致动以夹持(热接触)或释放(无热接触)。

Claims (21)

1.一种制冷系统(1)，包括：

-装载杆(10)，该装载杆设置有用于接纳待冷却的样品(90)的固持器(11)；以及

-制冷单元(20)，该制冷单元包括至少部分地限定第一热腔室(31)的第一热屏蔽件(30)以及安置在该第一热腔室(31)内部的板(40)，该板(40)包括凹部，该凹部被配置成接纳该杆(10)的接纳固持器(11)并在该接纳固持器(11)与该板(40)之间进行热连接，该第一热屏蔽件(30)包括第一孔口(35)，该杆(10)穿过该第一孔口，该杆(10)能够经由该第一孔口(35)被引入到该第一热腔室(31)中或从该第一热腔室移除，并且该制冷单元(20)包括第一热化构件(32)，该第一热化构件被配置成当该杆(10)被引入到该第一热腔室(31)中时允许该杆(10)的第一部分(12)与该第一热屏蔽件(30)之间的热交换，其特征在于，该第一热化构件(32)的至少一部分是能够移动的，以便选择性地将该杆(10)的第一部分(12)和该第一热屏蔽件(30)热连接或断开连接。

2.如权利要求1所述的制冷系统(1)，其中，该第一热化构件(32)在第一状态与第二状态之间可移动地安装在该第一热腔室(31)上，在该第一状态中，该第一热化构件在该杆(10)的第一部分(12)与该第一热屏蔽件(30)之间不进行接触或热连接，在该第二状态中，该第一热化构件在该杆(10)的第一部分(12)与该第一热屏蔽件(30)之间进行接触和热连接。

3.如权利要求1和2中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该第一热化构件(32)包括可移动的第一钳夹(33)和固定的或可移动的第二钳夹(34)。

4.如权利要求1至3中任一项所述的制冷系统(1)，包括第一致动装置(53)，该第一致动装置被配置成将该第一热化构件(32)从其第二状态切换到其第一状态。

5.如权利要求1至4中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该第一热化构件(32)包括至少一个回位元件(36)，该至少一个回位元件被布置成使得该第一热化构件(32)从该第一部分(12)不热连接到该第一热屏蔽件(30)的该第一状态切换到该第一部分(12)热连接到该第一热屏蔽件(30)的该第二状态。

6.如前述权利要求中任一项所述的制冷系统(1)，包括闸板(60)，该闸板用于关闭该第一孔口(35)。

7.如权利要求6所述的制冷系统(1)，其中，该闸板(60)热连接到该第一热屏蔽件(30)。

8.如权利要求6或7所述的制冷系统(1)，包括第二致动装置(61)，该第二致动装置用于选择性地在该第一孔口(35)的第一关闭配置与该第一孔口(35)的第二疏通配置之间切换该闸板(60)。

9.如权利要求4和8所述的制冷系统(1)，其中，该第一致动装置(53)和该第二致动装置(61)包括公共驱动单元(52)。

10.如权利要求9所述的制冷系统(1)，其中，用于将该驱动单元(52)连接到该第一致动装置(53)和连接到该第二致动装置(61)的构件包括相对于该第一屏蔽件(30)可旋转地安装的第一轴(50)。

11.如权利要求10所述的制冷系统(1)，其中，该第二致动装置(61)包括该闸板(60)与该第一轴(50)之间的旋转连接件。

12.如权利要求4和9中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该第一致动装置(53)包括连接杆(54)和曲柄(56)组件。

13.如前述权利要求中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该杆(10)包括连接到连接接口(71)的光学和/或电气和/或流体连通网络(70)，该连接接口刚性地连接到该杆(10)。

14.如前述权利要求中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该制冷单元(20)被配置成使得在操作期间，该第一热屏蔽件(30)的第一温度小于或等于第一预定温度，例如一开尔文，并且使得该板(40)的第二预定温度小于该第一热屏蔽件(30)的第一温度并且例如等于300毫开尔文。

15.如前述权利要求中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该杆(10)沿其长度包括适合于与该第一热化构件(32)相互作用的多个分离部分(12，13)，并且特别地包括适合于与该第一热化构件(32)相互作用的第二部分(13)。

16.如前述权利要求中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该制冷单元(20)包括多个热屏蔽件，并且特别是除了该第一热屏蔽件(30)之外的至少一个附加热屏蔽件(110)，这些热屏蔽件限定了彼此围绕延伸的相应的热腔室，每个腔室包括该杆(10)穿其而过的孔口和热化构件，该热化构件被布置成使得能够选择性地热连接该杆(10)的一部分(12，13)和该热屏蔽件，这些贯通孔口对齐，并且该杆(10)能够经由对准的孔口(35)被引入到这些热腔室中或从这些热腔室移除。

17.如权利要求15和16所述的制冷系统(1)，其特征在于，在该制冷系统的操作配置中，该装载杆(10)收容在该制冷单元(20)中，该杆(10)的接纳固持器(11)热连接到该板(40)，这些热屏蔽件的贯通孔口中的至少一些被该杆(10)的与对应热化构件接触并热连接到对应热化构件的部分(12，13)关闭。

18.如前述权利要求中任一项所述的制冷系统(1)，其中，该制冷单元(20)包括：

-第一附加热屏蔽件(110)，该第一附加热屏蔽件限定围绕该第一热腔室(31)延伸的第二热腔室(111)，该第二热腔室(110)包括第二孔口(135)和第二热化构件(132)，该杆(10)穿过该第二孔口，该第二热化构件被布置成选择性地热连接该第一部分(12)和该第一附加热屏蔽件(110)；

-第二附加热屏蔽件(200)，该第二附加热屏蔽件限定围绕该第二热腔室(111)延伸的第三热腔室(201)，该第三热腔室(201)包括第三孔口(235)和第三热化构件(232)，该杆(10)穿过该第三孔口，该第三热化构件被布置成选择性地热连接该第一部分(10)和该第二附加热屏蔽件(200)；

-第三附加热屏蔽件(300)，该第三附加热屏蔽件限定围绕该第三热腔室(201)延伸的第四热腔室(301)，该第四热腔室(301)包括第四孔口(335)，该杆(10)穿过该第四孔口。

19.一种用于将样品装载到如前述权利要求中任一项所述的制冷系统(1)中的方法，该方法在该制冷系统(1)处于操作中的情况下包括以下步骤：

-将样品(90)放置在该杆(10)的接纳固持器(11)中；

-移动该杆(10)通过该第一孔口(35)，以便使该第一部分(12)与该第一热化构件(32)相对，

-致动该第一热化构件(32)以将该第一部分(12)热连接到该第一热屏蔽件(30)，

-当该第一部分(12)的温度基本上等于该第一屏蔽件(30)的温度时，致动该第一热化构件(32)以使该第一部分(12)与该第一屏蔽件(30)热断开连接，

-移动该杆(10)以将该杆(10)的第一部分热连接到下一热屏蔽件或该板(40)。

20.如权利要求19所述的方法，其中,该杆(10)沿其长度包括多个部分(12，13)，该多个部分被配置成被放置成与该制冷单元(20)的热屏蔽件接触并热连接到这些热屏蔽件或从这些热屏蔽件热断开连接，该方法包括多次移动该杆(10)穿过这些孔口，以便使这些部分(12，13)与这些热化构件(32)相对，以及多次致动这些热化构件(32)以便将这些部分(12，13)热连接到这些热屏蔽件。

21.如权利要求19或20所述的方法，其中，该制冷单元(20)还包括：-第一附加热屏蔽件(110)，该第一附加热屏蔽件限定围绕该第一热腔室(31)延伸的第二热腔室(111)，该第二热腔室(110)包括第二孔口(135)和第二热化构件(132)，该杆(10)穿过该第二孔口，该第二热化构件被布置成选择性地热连接该第一部分(12)和该第一附加热屏蔽件(110)；-第二附加热屏蔽件(200)，该第二附加热屏蔽件限定围绕该第二热腔室(111)延伸的第三热腔室(201)，该第三热腔室(201)包括第三孔口(235)和第三热化构件(232)，该杆(10)穿过该第三孔口，该第三热化构件被布置成选择性地热连接该第一部分(10)和该第二附加热屏蔽件(200)；-第三附加热屏蔽件(300)，该第三附加热屏蔽件限定围绕该第三热腔室(201)延伸的第四热腔室(301)，该第四热腔室(301)包括第四孔口(335)，该杆(10)穿过该第四孔口，

该方法包括以下附加步骤：

-移动该杆(10)通过该第四孔口(335)

以及该第三孔口(235)以便使该第一部分(12)与该第三热化构件(232)相对，

-致动该第三热化构件(232)以将该第一部分(12)热连接到该第二附加热屏蔽件(200)，

-当该第一部分(12)的温度基本上等于该第二附加热屏蔽件(200)的温度时，致动该第三热化构件(232)以使该第一部分(12)与该第二附加热屏蔽件(200)热断开连接，

-将该杆(10)移动到该第二孔口(135)中，以便使该第一部分(12)与该第二热化构件(132)相对，

-致动该第二热化构件(132)以将该第一部分(12)热连接到该第一附加热屏蔽件(110)，

-当该第一部分(12)的温度基本上等于该第一附加热屏蔽件(110)的温度时，致动该第二热化构件(132)以使该第一部分(12)与该第一附加热屏蔽件(110)热断开连接。