DE1918624A1 - Device for continuous deep freezing of objects - Google Patents

Device for continuous deep freezing of objects

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Description

69.01169,011

MAX-PIANGK-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER WISSENSCHAFTEN e.V. Vorrichtung zur kontinuierlichen Tiefkühlung von Objekten. MAX PIANGK GESELLSCHAFT FOR THE PROMOTION OF SCIENCE eV . Device for continuous freezing of objects .

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Tiefkühlung von Objekten, vorzugsweise auf Temperaturwerte unterhalb 2,17°K, unter Verwendung eines nachfüllbaren Heliumbades.The invention relates to a device for freezing objects, preferably to temperatures below 2.17 ° K, using a refillable helium bath.

Zur Einstellung von Temperaturwerten bis unterhalb 2,17°K (λ-Punkt) wird bisher ein Heliumflüssigkeitsbad verwendet, dessen Temperatur durch Druckerniedrigung auf den. jeweiligen Sollwert abgesenkt wird. Das zu kühlende Objekt wird dabei im allgemeinen in die Badflüssigkeit eingetaucht. Es ist auch eine Vorrichtung zur automatischen Nachfüllung eines unter vermindertem Druck stehenden Helium-II-Bades bekannt, bei der sich im Kryostaten zwei voneinander getrennte Heliumbäder befinden, von denen eines das Objekt kühlt (Arbeitsbad), während das andere zur Nachfüllung dient. (Lit: A.Eisner, G.HiIdebrandt, G.Klipping, Dechema-Monographie Bd.58 (1968) S.9-16). Eine solche Vorrichtung ermöglicht zwar die kontinuierliche Kühlung von Objekten auf Temperaturen im Bereich unterhalb 2,170K, ist jedoch technisch sehr aufwendig, da zwei Flüssigkeitsbäder im Kryostaten benötigt werden und zwei Pumpen sowie zwei Regelkreise erforderlich sind. Dementsprechend ist der Betrieb kompliziert und es bestehen zahlreiche Störungsmöglichkeiten.To set temperature values below 2.17 ° K (λ point), a helium liquid bath has been used so far, the temperature of which is reduced to the. respective setpoint is lowered. The object to be cooled is generally immersed in the bath liquid. A device is also known for automatically refilling a helium-II bath under reduced pressure, in which the cryostat contains two separate helium baths, one of which cools the object (working bath), while the other is used for refilling. (Lit: A.Eisner, G.HiIdebrandt, G.Klipping, Dechema-Monographie Vol. 58 (1968) pp. 9-16). Although such a device enables continuous cooling of objects at temperatures in the range below 2.17 0 K, however, is technically very complex, since two liquid baths are required in the cryostat and two pumps and two control circuits are required. Accordingly, the operation is complicated and there are numerous opportunities for trouble.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfachere Vorrichtung zur kontinuierlichen Kühlung von Objekten auf Temperaturen bis unterhalb 2,17°K unter Verwendung eines Heliumbades zu schaffen. Das Kennzeichen der Erfindung ist darin zu sehen, daß ein ausIt is the object of the invention to provide a simpler device for the continuous cooling of objects to temperatures of up to below 2.17 ° K using a helium bath. The characteristic of the invention can be seen in the fact that one off

-4-einem porösen Material mit einer Porenweite kleiner als 10 cm bestehendes Verdampferelement mit einer seiner Stirnflächen die Bodenfläche eines Aufnahmebehälters für das Heliumbad bildet, und daß die Länge des Verdampferelementes so bemessen ist, daß-4-a porous material with a pore size smaller than 10 cm existing evaporator element with one of its end faces the bottom surface of a receptacle for the helium bath, and that the length of the evaporator element is such that

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eine vollständige Verdampfung des durch das Verdampferelement zur äußeren Oberfläche hindurchtretenden flüssigen Heliums an dieser in einen umgebenden Vakuumraum hineinragenden Oberfläche des Verdampferelementes erfolgt. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, daß zur Erzeugung der gewünschten tiefsten Temperaturen nur ein Heliumbad im Kryostaten und auch nup eine Pumpe benötigt werden. Aufbau und Betrieb der Vorrichtung sind dementsprechend einfach. a complete evaporation of the through the evaporation element liquid helium passing through to the outer surface on this surface protruding into a surrounding vacuum space of the evaporator element takes place. Such a device has the advantage that to generate the desired lowest temperatures only a helium bath in the cryostat and also nup a pump are needed. The structure and operation of the device are accordingly simple.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Länge des Verdampferelementes größer sein als 3 cm. Damit wird eine vollständige Verdampfung des durch das Verdampferelement hindurchtretenden Heliums auch bei höheren Drücken oberhalb des Heliumbades erreicht.In an advantageous embodiment of the invention, the length of the evaporator element can be greater than 3 cm. So that will complete evaporation of the helium passing through the evaporator element even at higher pressures above the Helium bath reached.

Es kann ferner günstig sein, daß das Heliumbad mit dem aus dem Verdampferelement austretenden Kaltgas in Wärmeaustausch steht. , Damit, wird eine Abkühlung des Heliumbades unter Ausnutzung des Kälteinhalts des Kaltgases erreicht, was zu einem wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung beiträgt.It can also be favorable that the helium bath is in heat exchange with the cold gas emerging from the evaporator element. , In this way, the helium bath is cooled using the cold content of the cold gas, which makes it economical Operation of the device contributes.

Um eine gleichmäßige Kühlung des Objektes zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, eine Objekthalterung zur Aufnahme des Objekts innerhalb des Kältemittelkreislaufs in direktem wärmeleitendem Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Verdampferelementes anzuordnen. In order to achieve uniform cooling of the object, it can be useful to have an object holder for holding the object within the refrigerant circuit in direct heat-conducting To arrange contact with the outer surface of the evaporator element.

Für bestimmte Aufgabenstellungen kann es von Nutzen sein, wenn die Objekthalterung, die auch allgemein als Kühlfläche für sonstige Anwendungszwecke in der Kryotechnik verwendbar ist, als im Bereich der Wandfläche des umgebenden Vakuumbehälters eingesetzter bzw. aus dieser in den Gasraum des abgepumpten Kaltgases hinein- ■ ragender Tiefkühlteil vorzugsweise aus gut wärmeleitfähigem Werkstoff z. B. aus Kupfer gebildet ist. Die Objekthalterung ist dabei vom Verdampferelement getrennt. Das zu kühlende Objekt befindet sich dann zweckmäßig außerhalb des Kältemittelkreislaufs und ist ohne Öffnung des Ileliumteils im Kryostaten leicht zugänglich. Es erscheint ferner vorteilhaft, wenn der einen gut wärmeleitenden Tiefkühlteil aufnehmende Vakuumbe- . "For certain tasks, it can be useful if the object holder, which can also generally be used as a cooling surface for other applications in cryogenics, is used as a Area of the wall surface of the surrounding vacuum container inserted or from this into the gas space of the pumped cold gas into ■ protruding freezer part preferably made of a highly thermally conductive material z. B. is formed from copper. The object holder is separated from the evaporator element. The object to be cooled is then expediently outside the refrigerant circuit and is easily accessible in the cryostat without opening the ilelium part. It also appears to be advantageous if the vacuum chamber accommodating a highly thermally conductive deep-freeze part. "

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hälter aus einem schlecht wärmeleitenden Material, vorzugsweise Edelstahl, hesteht.container made of a poorly thermally conductive material, preferably Stainless steel.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber bekannten Vorrichtungen zur Abkühlung von Proben auf Temperaturwerte unterhalb 2,17°K ahlreiGhe Vorzüge auf. Sie zeichnet sich durch einen einfacheren Aufbau aus, da nur ein Heliumbad verwendet wird und eine Pumpe zur Einstellung der gewünschten Temperatur am Objekt ausreicht. Die Temperatur des Heliumbades (bzw. der Druck über dem Bad) braucht nicht konstant gehalten zu werden, sondern kann zwischen der normalen Siedetemperatur de·- Heliums (4-,20K) und tieferen Werten schwanken, ohne daß die Solltemperatur des "Objekts davon beeinflußt wird. Ebenso sind Niveauschwankungen des Heliumbades ohne Einfluß auf die Objekttemperatur. Die Druck- bzw. Temperaturregelung ist dementsprechend mit einfacheren Mitteln durchführbar als bei bekannten Vorrichtungen. Insgesamt wird ein einfacherer und sicherer Betrieb erreicht,als bei den bisher üblichen Vorrichtungen. Ferner ist die Vorrichtung infolge des weniger aufwendigen Aufbaus einfacher und billiger herzustellen.A device according to the invention has advantages over known devices for cooling samples to temperature values below 2.17 °. It is characterized by a simpler structure, since only one helium bath is used and one pump is sufficient to set the desired temperature on the object. The temperature of the helium bath (or the pressure above the bath) does not need to be kept constant, but can fluctuate between the normal boiling temperature of the helium (4-, 2 ° K) and lower values without affecting the target temperature of the "object Fluctuations in the level of the helium bath also have no effect on the object temperature. The pressure or temperature control can accordingly be carried out with simpler means than with known devices. Overall, a simpler and safer operation is achieved than with the devices customary up to now the device easier and cheaper to manufacture due to the less complex structure.

In den Figuren sind verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt; es zeigenVarious advantageous embodiments are shown in the figures the invention shown; show it

Figur 1 einen Schnitt durch die schematisch dargestellte Vorrichtung mit einer Objekthalterung im Heliumkreislauf an der äußeren Oberfläche des Verdampferelementes,Figure 1 shows a section through the device shown schematically with an object holder in the helium circuit on the outer surface of the evaporator element,

Figur 2 einen Schnitt durch ein Teilstück der Vorrichtung mit außerhalb des Heliumkreislaufs an einem Flächenelement des Vakuumbehälters angeordneter Objekthalterung, undFigure 2 is a section through a portion of the device with outside the helium circuit on a surface element of the vacuum container arranged object holder, and

Figur 3 einen Schnitt durch dasselbe Teilstück der Vorrichtung, bei der ein Flächenelement des Vakuumbehälters als Kaltfläche zur Kondensation von Gasen ausgebildet ist.Figure 3 is a section through the same portion of the device in which a surface element of the Vacuum container is designed as a cold surface for the condensation of gases.

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Wie Fig.1 zeigt, ist das feinporige Verdampferelement 1 so in einen Aufnahmebehälter 2 für das Heliumbad 3 eingesetzt, daß die obere Stirnfläche des Verdampferelementes 1 die Bodenfläche des Aufnahmebehälters 2 bildet. Der Aufnahmebehälter 2 ist in seinem an das Verdampferelement 1 angrenzenden Teil als Wärmetauscher 4 ausgebildet.As Figure 1 shows, the fine-pored evaporator element 1 is in a receptacle 2 for the helium bath 3 used that the upper end face of the evaporator element 1 forms the bottom surface of the receptacle 2. The receptacle 2 is in its part adjoining the evaporator element 1 as a heat exchanger 4 trained.

Der Wärmetauscher 4 hat hier die Form eines Rippenrohres, dessen Rippen 5 mit auf dem Umfang und horizontal gegeneinander versetzten Bohrungen versehen sind. Er kann Jedoch auch anders ausgebildet sein, bspw. als poröser Sintermetallkörper. In jedem Fall ist der Wärmetauscher 4 so angeordnet, daß er. von dem an • der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 anfallenden , Kaltgas durchströmt wird, so daß das Heliumbad 3 durch das Kaltgas abgekühlt wird.The heat exchanger 4 here has the shape of a finned tube, the Ribs 5 offset against one another on the circumference and horizontally Holes are provided. However, it can also be designed differently, for example as a porous sintered metal body. In each Case, the heat exchanger 4 is arranged so that he. of the accumulating on the outer surface 6 of the evaporator element 1 , Cold gas is flowed through, so that the helium bath 3 through the cold gas is cooled.

Der Aufnahmebehälter 2 mit dem Verdämpferelement 1 ist am Deckel 7 des Kryostaten aufgehängt und von einem Vakuumbehälter 8 umgeben, der ebenfalls vom Kryostatdecke1 7 getragen wird. Am Vakuumbehälter 8 ist ein Strahlungsschutzschild 9 angesetzt, welcher den überwiegenden Teil des Vakuumbehälters 8 umgibt und in üblicher Weise durch Wärmeaustausch mit dem den Vakuumbehälter 8 durchströmenden Kaltgas und Wärmeleitung auf eine Temperatur von etwa 1000K gekühlt wird. Gegebenenfalls können auch eine Mehrzahl analoger Strahlungsschutzschilde und andere herkömmliche WärmeIsolationen verwendet werden. Die Vorrichtung " ist von dem äußeren Kryostatgehäuse 10 umgeben, welches durch den Deckel 7 abgeschlossen wird und über ein Verschlußventil evakuierbar ist (Isoliervakuum).The receptacle 2 with the damper element 1 is suspended from the lid 7 of the cryostat and surrounded by a vacuum container 8, which is also supported by the cryostat cover 7. At the vacuum container 8, a radiation shield 9 is attached, which surrounds the major part of the vacuum container 8 and in the usual way with the vacuum container 8 is cooled by flowing cold gas and heat conduction to a temperature of about 100 0 K by heat exchange. If necessary, a plurality of analog radiation protection shields and other conventional thermal insulation can also be used. The device ″ is surrounded by the outer cryostat housing 10, which is closed by the cover 7 and can be evacuated via a closure valve (insulating vacuum).

In den Kryostatdeckel 7 ist eine in den vom Vakuumbehälter 8 umschlossenen Vakuumraum 12 mündende Abgasleitung 13 mit einem vorzugsweise einstell- und steuerbaren Druckregler 14· eingesetzt. An diese Abgasleitung ist eine nicht eingezeichnete Vakuumpumpe angeschlossen, mittels derer der Druck innerhalb des Vakuumräumes 12 auf einem der Solltemperatur des ObjektsIn the cryostat cover 7 is an exhaust pipe 13 which opens into the vacuum space 12 enclosed by the vacuum container 8 and has a preferably adjustable and controllable pressure regulator 14 · used. A vacuum pump, not shown, is connected to this exhaust line, by means of which the pressure within of the vacuum chamber 12 on one of the target temperature of the object

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entsprechenden niedrigen Wert gehalten wird. Die Konstanthaltung des Druckes erfolgt dabei unter Verwendung bekannter Kittel durch Steuerung des Druckreglers 14- (in der Fig.1 durch eine Steuerleitung 15 angedeutet) mit Hilfe eines Referenzdruckes/in Abhängigkeit von der Temperatur des Objekts, o.a. Es können unterschiedliche Druckregler mit ausreichend hoher Empfindlichkeit verwendet werden.correspondingly low value is kept. The pressure is kept constant using known gowns by controlling the pressure regulator 14- (indicated by a control line 15 in FIG. 1) with the aid of a reference pressure / depending on the temperature of the object, or the like be used.

In den Kryostatdeckel 7 ist ferner über eine der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnete Dichtungsverschraubung ein herausnehmbarer Vakuummantelheber 16· mit Entspannungsventil 17 eingesetzt. Der Vakuummantelheber 16 sollte in bekannter Weise mit einem abgasgekühlten Strahlungsschutz versehen sein, was in der Figur durch die den eintretenden Flüssigkeitsstrom und den austretenden Abgasstrom symbolisierenden Pfeile am oberen Ende des Hebers 16 angedeutet ist. Das aus dem Heliumbad 3 in den Vakuumraum 12 verdämpfende Gas wird über die Abgasleitung im Heber 16, die ebenfalls an die nicht gezeichnete Vakuumpumpe angeschlossen ist, abgepumpt. Mit Hilfe eines Niveaufühlers 18, der das Entspannungsventil 17 an dem mit einem nicht gezeichneten Vorratsbehälter für flüssiges Helium in Verbindung stehenden Heber 16 steuert, wird das Heliumbad 3 in bekannter Weise nachgefüllt. In the cryostat cover 7 is also a clarity for the sake of a sealing screw connection, not shown removable vacuum jacket lifter 16 with relief valve 17 used. The vacuum jacket lifter 16 should be provided in a known manner with an exhaust-gas-cooled radiation protection, which is shown in of the figure by the arrows symbolizing the entering liquid flow and the exiting exhaust gas flow at the upper end of the lifter 16 is indicated. That from the helium bath 3 in the Vacuum space 12 vaporizing gas is via the exhaust pipe in Lifter 16, which is also connected to the vacuum pump, not shown, is pumped out. With the help of a level sensor 18, the expansion valve 17 on the standing with a not shown storage container for liquid helium in connection Controls lifter 16, the helium bath 3 is refilled in a known manner.

Zur Aufnahme des zu kühlenden Objekts ist eine Objekthalterung. 19 vorgesehen, die an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 derart gehaltert ist, daß sich ein gut wärmeleitender Kontakt zwischen beiden Teilen ergibt. Je nach Art des Materials, aus dem das Verdampferelement 1 besteht, kann die Verbindung mit der Objekthalterung 19 als Klebung, Lötung o.ä, ausgebildet sein,'Das Objekt kann in die Objekthalterung zur Erzeugung einer gut wärmeleitenden Verbindung bspw. eingeschraubt, eingelotet oder eingeklebt werden.There is an object holder to hold the object to be cooled. 19 provided on the outer surface 6 of the evaporator element 1 is held in such a way that there is a good heat-conducting contact between the two parts. Depending on the type of the material from which the evaporator element 1 is made, can the connection with the object holder 19 can be designed as an adhesive, soldering or the like, 'The object can be placed in the object holder to create a good heat-conducting connection, e.g. screwed in, soldered or glued in.

Als Material für das feinporige Verdampferelement 1 sind verschiedene Stoffe geeignet, wenn sie eine Porengröße kleiner alsThe material for the fine-pored evaporator element 1 are different Substances suitable if they have a pore size smaller than

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10 cm haben, bspw. AluminiumsIlikat, Aluminiumoxid, Kohle, Glasfritten, Sinterkörper aus Metallen (z.B. Ni, Ag, Cu) o.a. Die Bemessung der Länge des Verdampferelementes 1 hängt.in erster Linie von dem im Aufnahmebehälter 2 maximal zu erwarten- ■ -' den Druckwert und den jeweils am Objekt einzustellenden Soll-'· temperaturen ab. Insbesondere bei Solltemperaturen'nahe 2,17 K kann bei Überschreitung bestimmter Druckwerte im Aufnahmebehälter 2 bei zu geringer Länge des Verdampferelementes 1 ein unerwünschter -Austritt von Flüssigkeit an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes erfolgen« Bei Längen des Verdampferelementes von mehr als 3 cm wird dies mit Sicherheit vermieden. 10 cm, e.g. aluminum silicate, aluminum oxide, carbon, Glass frits, sintered bodies made of metals (e.g. Ni, Ag, Cu) etc. The dimensioning of the length of the evaporator element 1 depends on first and foremost from the maximum to be expected in the receptacle 2- ■ - ' the pressure value and the target value to be set on the object temperatures. Especially at target temperatures close to 2.17 K. can occur if certain pressure values in the receptacle 2 are exceeded if the length of the evaporator element 1 is too short unwanted leakage of liquid on the outer surface 6 of the evaporator element take place «For lengths of the evaporator element of more than 3 cm this will be avoided with certainty.

Fig.2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig.l mit einer anderen Anordnung der Objekthalterung 19„ Die Objekthalterung 19 ist hier als Tiefkühlteil in die Bodenfläche des Vakuumbehälters 8 derart eingesetzt, daß er von dem an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampf erelementes 1 verdampfenden kalten Gas angeströmt und damit auf die Solltemperatur abgekühlt wird. Die Objekthalterung 19 ist dabei aus einem p;ut wärmeleitenden Materials bspw. Cu, aufgebaut, während der Vakuumbehälter 8 aus einem schlecht wärmeleitenden Material, bspw. Edelstahl, besteht.Fig. 2 shows a section from Fig.l with a different arrangement of the object holder 19 “The object holder 19 is here used as a freezer part in the bottom surface of the vacuum container 8 so that it is from the on the outer surface 6 of the evaporator erelementes 1 vaporizing cold gas flows against it and is thus cooled to the target temperature. The object holder 19 is made of a p; ut thermally conductive material, e.g. Cu, constructed, while the vacuum container 8 consists of a poorly thermally conductive material, for example stainless steel.

Bei dieser Ausführungsform wird der Strahlungsschutzschild 9 zweckmäßig vom Vakuumgehäuse 8 abnehmbar ausgebildet. Dann ist das in die Objekthalterung 19 einzusetzende Objekt in einfachster Weise durch Abnehmen des Kryostatgehäuses 10 und des Strahlungsschutzschildes 9 zugänglich. Die dem Heliumkreislauf zugehörenden Teile der Vorrichtung brauchen dabei nicht geöffnet zu werden.In this embodiment, the radiation protection shield 9 appropriately designed to be removable from the vacuum housing 8. Then the object to be inserted into the object holder 19 is very simple Way by removing the cryostat housing 10 and the radiation protection shield 9 accessible. The parts of the device belonging to the helium cycle do not need to be opened to become.

Fig.3 zeigt ebenfalls in Form eines Ausschnitts ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Der den Boden des Vakuumbehälters 8 bildende, vom Kaltgas aus dem Verdampferelement 1 angeströmte Halteteil 20 (Cu) ist hier als Kaltfläche 'zur Kondensation von Gasen, d. h. als Kryopumpe .FIG. 3 also shows another in the form of a section Embodiment of the device according to the invention, The Bottom of the vacuum container 8 forming the cold gas from the evaporator element 1 holding part 20 (Cu) against which a flow occurs is here as a cold surface 'for the condensation of gases, d. H. as a cryopump.

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ausgebildet. Dementsprechend ist der umgebende Strahlungsschutzschild 9 hier im Bereich seiner Bodenfläche in bekannter Weise als ebenfalls durch Wärmeleitung gekühltes Chevronsystem 21 ausgebildet und als äußeres Kryostatgehäuse 10 dient bspw. ein größerer Rezipient, der mit Hilfe der Kryopumpe evakuiert wird.educated. The surrounding radiation protection shield is accordingly 9 here in the area of its bottom surface in a known manner as a chevron system 21 likewise cooled by heat conduction designed and used as the outer cryostat housing 10, for example larger recipient that is evacuated with the aid of the cryopump.

Im Betrieb wird das Heliumbad 3 über den Heber 16 aus dem nicht gezeichneten Vorratsbehälter gefüllt bzw. aufgefüllt, wobei das Entspannungsventil 17 von Hand oder zweckmäßiger automatisch mit Hilfe des Niveaufühlers 18 betätigt wird. Im Vakuumbehälter wird mit Hilfe-der nicht eingezeichneten Vakuumpumpe und des Druckreglers 14'ein der Solltemperatur des Objekts entsprechender niedriger Druckwert (bspw. 8,6 mm Hg für T = 1,7°K) eingestellt und konstant gehalten. Das flüssige Helium aus dem Bad 3> über dem der Druck höher ist (gegebenenfalls Normaldruck) als der eingeregelte Druck im Vakuumraum 12, tritt nun durch das feinporige Verdampferelement hindurch und verdampft an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 vollständig. Infolge der Verdampfung tritt an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 eine Abkühlung ein,bis der dem eingestellten Druckwert im Vakuumbehälter 8 entsprechende Temperaturwert erreicht ist. Im Verdampferelement 1 bzw. dem in seinen Poren enthaltenen flüssigen Helium bildet sich also ein Temperaturgradient aus. Das an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 anfallende kalte Heliumgas durchströmt den Wärmetauscher 4· unter Kühlung des Heliumbades 3 und wird über die Abgasleitung 13 abgepumpt. Die eingestellte Solltemperatur kann beliebig lange konstant gehalten werden.During operation, the helium bath 3 is filled or topped up via the lifter 16 from the storage container (not shown) Relief valve 17 by hand or, more appropriately, automatically is actuated with the aid of the level sensor 18. In the vacuum container, the vacuum pump (not shown) and the Pressure regulator 14 'one corresponding to the target temperature of the object low pressure value (e.g. 8.6 mm Hg for T = 1.7 ° K) is set and kept constant. The liquid helium from bath 3> above which the pressure is higher (possibly normal pressure) than the regulated pressure in the vacuum chamber 12, now passes through the fine-pored evaporator element through and evaporates completely on the outer surface 6 of the evaporator element 1. As a result the evaporation occurs on the outer surface 6 of the evaporator element 1, a cooling until the set Pressure value in the vacuum container 8 corresponding temperature value is reached. In the evaporator element 1 or in his Liquid helium containing pores forms a temperature gradient the end. The cold helium gas occurring on the outer surface 6 of the evaporator element 1 flows through the Heat exchanger 4 with cooling of the helium bath 3 and is pumped out via the exhaust pipe 13. The set target temperature can be kept constant for any length of time.

Da das Heliumbad 3 sehr klein gehalten werden kann (bspw. 10 bis 50 cmr), ist die Vorrichtung kein üblicher Badkryostat, sondern hat die Vorzüge eines He-Verdampferkryostaten. Bei Beendigung oder Unterbrechung des Betriebs treten nur minimale Kältemittelverluste auf und eine-Betriebsunterbrechung ist ohne den bei Badkryostaten durch die Verdampfung des Kältemittelbades bedingten Zeitverlust möglich. Es ergeben sich minimale Abkühl-Since the helium bath 3 can be kept very small (e.g. 10 to 50 cmr), the device is not a conventional bath cryostat, but has the advantages of a He evaporator cryostat. Upon termination or interruption of operation, only minimal refrigerant losses occur and an interruption of operation is without the loss of time caused by the evaporation of the refrigerant bath in the case of bath cryostats. There are minimal cooling

-8-009844/092 8-8-009844 / 092 8

■- 8 -■ - 8 -

zeiten und ein minimaler Kältemittelverbrauch bei der Abkühlung, da keine Totvolumina abzukühlen sind. Der Kälf emitte!verbrauch, im stationären Betrieb ist dementsprechend ebenfalls minimal. Ein kontinuierlicher Betrieb von beliebig langer Dauer ist infolge der einfachen, sicheren Arbeitsweise der Vorrichtung möglich. ■ ■ .times and minimal refrigerant consumption during cooling, as there are no dead volumes to cool down. The Kälf emitte! Consumption, in stationary operation is accordingly also minimal. A continuous operation of any length of time is a consequence the simple, safe operation of the device possible. ■ ■.

. ■ -9-. ■ -9-

009844/0928009844/0928

Claims (5)

Patentansprüche ~ Claims ~ Ι» Vorrichtung, zur kontinuierlichen Tiefkühlung von Objekten, vorzugsweise auf Temperaturwerte unterhalb 2,17°K, unter Verwendung eines nachfüllbaren Heliumbades, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem porösenΙ »Device for the continuous freezing of objects, preferably to temperature values below 2.17 ° K, below Use of a refillable helium bath, thereby characterized in that one of a porous _h_H Material mit einer Porenweite kleiner als 10 cm bestehendes Verdampferelement (1) mit einer seiner Stirnflachen die Bodenfläche eines Aufnahmebehälters (2) für das Heliumbad (3) bildet, und daß die Länge des Verdampferelementes (1) so bemessen ist, daß eine vollständige Verdampfung des durch das Verdampferelement (1) zur äußeren Oberfläche (6) hindurchtretenden flüssigen Heliums an dieser in einen umgebenden Vakuumraum (12) hineinragenden Oberfläche (6) des Verdampferelementes (1) erfolgt οMaterial with a pore size smaller than 10 cm existing evaporator element (1) with one of its end faces Forms the bottom surface of a receptacle (2) for the helium bath (3), and that the length of the evaporator element (1) is dimensioned so that a complete evaporation of the passing through the evaporator element (1) to the outer surface (6) liquid helium on this surface (6) of the evaporator element protruding into a surrounding vacuum space (12) (1) takes place ο 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Verdampferelementes (1) größer ist als 3 cm.2. Device according to claim 1, characterized in that that the length of the evaporator element (1) is greater than 3 cm. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heliumbad (3) mit dem aus dem Verdampferelement (1) austretenden Kaltgas in Wärmeaustausch steht.3. Device according to claim 1, characterized in that that the helium bath (3) is in heat exchange with the cold gas emerging from the evaporator element (1) stands. 4. Vorrichtung nach Anspruch. 1,, dadurch gekennzeichnet, daß eine Objekthalterung (19) zur Aufnahme des Objekts innerhalb des Kältemittelkreislaufs in direktem wärmeleitendem Kontakt mit der äußeren Oberfläche (6) des Verdampferelementes (1) angeordnet ist.4. Apparatus according to claim. 1 ,, characterized in that an object holder (19) for receiving of the object within the refrigerant circuit in direct thermally conductive contact with the outer surface (6) of the Evaporator element (1) is arranged. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Objekthalterung '(19) als im Bereich der Wandflache im Vakuumbeihälter (8) angeordneter In der Kaltgasströmung liegender Tiefkühlteil ausgebildet Ist.5. Device according to one of the preceding claims, dad urchgeke η η ζ eich η et that the object holder '(19) is designed as in the region of the wall surface in the vacuum container (8) arranged in the cold gas flow lying freezer part. BAD ORIGINAL 009844/0928 BATH ORIGINAL 009844/0928 „ Vorrichtung nach Anspruch 5, da- durch gekennzeichnet, daß der in die Wandfläche des Vakuumbehälters (8)·eingesetzte Tiefkühlteil gegenüber dem Werkstoff der Wandteile des Vakuumbehälters (8) aus einem gut wärmeleitendem Material besteht. ■ ."Device according to claim 5, characterized in that that the into the wall surface of the vacuum container (8) · Frozen part used compared to the material of the wall parts of the vacuum container (8) from a highly thermally conductive Material. ■. 00934Λ/092800934Λ / 0928 L e e r s e i t eL e r s e i t e
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