FR2505036A1 - MICROMINIATURE REFRIGERATION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents

MICROMINIATURE REFRIGERATION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF Download PDF

Info

Publication number
FR2505036A1
FR2505036A1 FR8207576A FR8207576A FR2505036A1 FR 2505036 A1 FR2505036 A1 FR 2505036A1 FR 8207576 A FR8207576 A FR 8207576A FR 8207576 A FR8207576 A FR 8207576A FR 2505036 A1 FR2505036 A1 FR 2505036A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
refrigerator
chamber
heat exchange
plate
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8207576A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2505036B1 (en
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/259,688 external-priority patent/US4392362A/en
Priority claimed from US06/354,616 external-priority patent/US4386505A/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of FR2505036A1 publication Critical patent/FR2505036A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2505036B1 publication Critical patent/FR2505036B1/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/02Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/04Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal
    • B21D53/045Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal by inflating partially united plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/044Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • F02G1/0445Engine plants with combined cycles, e.g. Vuilleumier
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00Evaporators; Condensers
    • F25B39/02Evaporators
    • F25B39/022Evaporators with plate-like or laminated elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2250/00Special cycles or special engines
    • F02G2250/18Vuilleumier cycles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2258/00Materials used
    • F02G2258/10Materials used ceramic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/15Microelectro-mechanical devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2260/00Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
    • F28F2260/02Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

LE REFRIGERATEUR MINIATURE MULTICOUCHES POUR BASSES TEMPERATURES SELON LA PRESENTE INVENTION COMPREND UNE CHAMBRE DE REFROIDISSEMENT 24 POUR UN DISPOSITIF DEVANT ETRE REFROIDI CONTINUELLEMENT, CETTE CHAMBRE ETANT RACCORDEE A UNE ENTREE 20 ET UNE SORTIE 18 PAR DES RAINURES OU CANAUX DONT LES DIMENSIONS DE LA SECTION SONT DE L'ORDRE DU MICROMETRE ET QUI SONT FORMEES DANS LES INTERFACES D'UN STRATIFIE DE PLAQUES EN VERRE OU AUTRE MATIERE ANALOGUE, CES CANAUX FORMANT UNE SECTION 22 D'ECHANGE DE CHALEUR A CONTRECOURANT ET UNE SECTION CAPILLAIRE 26. APPLICATION : REFROIDISSEMENT DE CIRCUITS INTEGRES, D'INSTRUMENTS DE MESURE ULTRA-SENSIBLES TELS QUE DES MONOMETRES, DES PLATINES DE MICROSCOPES, DES AMPLIFICATEURS A FAIBLE BRUIT, ETC.THE MULTI-LAYER MINIATURE REFRIGERATOR FOR LOW TEMPERATURES ACCORDING TO THE PRESENT INVENTION INCLUDES A COOLING CHAMBER 24 FOR A DEVICE TO BE COOLED CONTINUOUSLY, THIS CHAMBER BEING CONNECTED TO AN INPUT 20 AND AN OUTPUT 18 THROUGH DIMENSIONS OR CHANNELS THE ORDER OF THE MICROMETER AND WHICH ARE FORMED IN THE INTERFACES OF A LAMINATE OF GLASS PLATES OR OTHER SIMILAR MATERIAL, THESE CHANNELS FORMING A COUNTERCURRENT HEAT EXCHANGE SECTION 22 AND A CAPILLARY SECTION 26. APPLICATION: COOLING OF INTEGRATED CIRCUITS , ULTRA-SENSITIVE MEASURING INSTRUMENTS SUCH AS MONOMETERS, MICROSCOPE BOARDS, LOW NOISE AMPLIFIERS, ETC.

Description

Dispositif de réfrigération microminiature et son procédé de fabricationMicrominiature refrigeration device and method of manufacture

La présente invention concerne, d'une façon générale, la réfrigération et elle a trait, plus particulièrement, à des  The present invention relates generally to refrigeration and relates more particularly to

réfrigérateurs microminiatures et à leur procédé de fabrication.  microminiature refrigerators and their manufacturing process.

Certaines matières, appelées supraconducteurs, ont le  Certain materials, called superconductors, have the

pouvoir de laisser passer le courant électrique sans résistance.  ability to pass the electric current without resistance.

Du fait que la supraconductivité n'est observée qu'è des tempé-  Because superconductivity is only observed at

ratures voisines du zéro absolu, un des principaux obstacles  eratures close to absolute zero, one of the main obstacles

à l'utilisation,grande échelle des dispositifs supraconduc-  the large scale use of superconducting devices

teurs est le besoin d'une réfrigération fiable et continue.  the need for reliable and continuous refrigeration.

Les dispositifs supraconducteurs, tels que lesmagnétomètr% les voltmètres, les ampèremètres, les dispositifs d'étalonnage de tension, les comparateurs de courant, etc, ultrasensibles  Superconducting devices, such as magnetometers, voltmeters, ammeters, voltage calibrators, current comparators, etc., are ultra-sensitive

exigent un environnement cryogénique pour fonctionnere On ob-  require a cryogenic environment to function

tient traditionnellement cet environnement par un bain d'hélium  traditionally holds this environment by a helium bath

liquide L'hélium est liquéfié en un autre endroit et trans-  Helium is liquefied elsewhere and trans-

porté jusqu'au vase Dewar et transféré dans ce vase Le tra-  carried to the Dewar vase and transferred to this vase.

vail et la complication d'une telle opération a limité sérieu-  and the complication of such an operation seriously limited

sement l'utilisation de ces dispositifs La plupart des dispo-  the use of these devices Most of the devices

sitifs supraconducteurs mentionnés ci-dessus ne dissipent que quelques microvatts pendant leur fonctionnement tandis que les  superconducting devices mentioned above only dissipate a few microvatts during their operation while the

systèmes cryogéniques disponibles ont une capacité de réfrigé-  cryogenic systems available have the capacity to refrigerate

ration de plusieurs watts, de sorte qu'il existe une mauvaise adaptation entre ces dispositifs et ces systèmes en ce qui  several watts, so that there is a mismatch between these devices and these systems with respect to

concerne la réfrigération.relates to refrigeration.

De plus, de nombreux dispositifs tels que les platines  In addition, many devices such as turntables

de microscopes optiques, les porte-échantillons pour diffrac-  optical microscopes, the sample holders for diffraction

tion aux rayons X, les dispositifs pour la cryochirurgie du  X-ray equipment, devices for cryosurgery

cerveau, pour des mesures ECG (électrocardiogramme), MCG (magné-  brain, for ECG measurements (electrocardiogram), MCG (magnetic

tocardiogramme) et EKG (électrocardiogramme), ainsi que les  tocardiogram) and EKG (electrocardiogram), as well as

amplificateurs à faible bruit exigent des températures de fonc-  low noise amplifiers require operating temperatures

tionnement inférieures à la température ambiante ou sont  below ambient temperature or are

avantagés par ces températures.benefited by these temperatures.

En outre, il existe de nombreux dispositifs à puissance et à vitesse élevées, tels que les transmetteurs et les puces VLSI (intégration à très grande échelle) dont les dimensions sont faibles, de l'ordre du centimètre carré, et qui dissipent de grandes quantités de chaleur, de l'ordre de 10 à 50 watts. Les dispositifs de refroidissement classiques, tels que les ventilateurs pour un refroidissement par convection, ne peuvent  In addition, there are many devices with high power and speed, such as transmitters and VLSI chips (integration on a very large scale) whose dimensions are small, of the order of one square centimeter, and which dissipate large quantities of heat, of the order of 10 to 50 watts. Conventional cooling devices, such as fans for convection cooling, can not

pas dissiper cette quantité de-chaleur sans augmenter considé-  not dissipate this amount of heat without increasing the

rablement la température au-dessus de la température ambiante.  the temperature above the ambient temperature.

On a mis au point des réfrigérateurs miniatures à cycle fermé, tels que ceux basés sur le cycle Gifford-McMahon, Vuilleumier, Stirling, etc Ces réfrigérateurs, dont les capacités sont de l'ordre de 0,5-10 watts, sont commodes et  Miniature closed-cycle refrigerators, such as those based on the Gifford-McMahon, Vuilleumier, Stirling cycle, etc. have been developed. These refrigerators, whose capacities are of the order of 0.5-10 watts, are convenient and

compacts mais, en raison de leurs parties mobiles, ils intro-  compact but, because of their moving parts, they introduce

duisent une grande quantité de vibrations et de bruit magnéti-  a large amount of vibration and magnetic noise.

que qui interfèrent avec le fonctionnement des dispositifs.  that interfere with the operation of the devices.

On a mis au point des systèmes de réfrigération miniatures Joule-Thomson qui ont une capacité de refroidissement comprise, de façon typique, entre 0,5 et 10 watts Les configurations de conception de ces systèmes compacts sont généralement des tubes qui comportent des ailettes hélicoldales et qui sont enroulés  Joule-Thomson miniature refrigeration systems have been developed which typically have a cooling capacity of between 0.5 and 10 watts. The design configurations of these compact systems are generally tubes with helicoidal fins and who are rolled up

autour d'un mandrin, le gaz haute pression s'écoulant à liin-  around a mandrel, the high pressure gas flowing to

térieur des tubes et le gaz basse pression s'écoulant k l'ex-  tubes and the low pressure gas flowing to the

térieur des tubes On fabrique de tels échangeurs de chaleur qui comportent une ailette hélicoïdale et qui sont enroulés autour d'un mandrin en ayant recours k un soudage ou brasage  These heat exchangers, which have a helical fin and are wound around a mandrel by means of welding or brazing, are manufactured.

laborieux des composants individuels En raison de leur carac-  laborious individual components Because of their

tère compliqué, on ne pouvait trouver jusqu'à maintenant dans  complicated, we could not find until now in

la pratique de réfrigérateurs microminiatures ayant des capa-  the practice of microminiature refrigerators with

cités de l'ordre du milliwatt, Ce qui est nécessaire pour de nombreux dispositifs est un réfrigérateur microminiature d'une taille d'environ 12, 7 mm à 101,6 mm avec une capacité de refroidissement de l'ordre du millivatt Ce dont on a également besoin, ce sont des procédés de fabrication de réfrigérateurs microminiatures qui évitent les techniques classiques laborieuses de soudage ou brasage et permettent la formation de conduits de gaz très petits pour faire fonctionner les échangeurs de chaleur en régime d'écoulement laminaire tout en présentant cependant un échange efficace de chaleur L'absence résultante de turbulence dans le courant de gaz élimine les vibrations et le bruit, deux points  In the order of milliwatt, what is needed for many devices is a micro-miniature refrigerator with a size of about 12.7 mm to 101.6 mm with millivolt cooling capacity. It also requires processes for manufacturing microminiature refrigerators that avoid conventional laborious welding or soldering techniques and allow the formation of very small gas ducts to operate the heat exchangers in a laminar flow regime while, however, an effective exchange of heat The resulting absence of turbulence in the gas stream eliminates vibrations and noise, two points

importants pour les applications des dispositifs supraconduc-  important for the applications of superconducting devices

teurs La très petite taille permet l'incorporation d'un ensemble complet"système cryogénique détecteur supraconducteur" en tant que composant hybride dans un circuit électronique La capacité de réfrigération de tels dispositifs microminiatures  Very small size allows the incorporation of a complete set of "cryogenic superconducting detector system" as a hybrid component in an electronic circuit The refrigeration capacity of such microminiature devices

permet l'adaptation du système de réfrigération à la charge.  allows the adaptation of the refrigeration system to the load.

On a également besoin de réfrigérateurs microminiatures de même dimensions générales que celles mentionnées ci-dessus et susceptibles de dissiper les grandes quantités de chaleur, de à 50 watts, engendréespar certains dispositifs de petites dimensions tout en maintenant des températures de fonctionnement ambiantes ou inférieures à la température ambiante Il faudrait que de tels réfrigérateurs puissent être fabriqués facilement et aient des configurations qui soient compatibles avec les  There is also a need for microminiature refrigerators of the same general dimensions as those mentioned above and capable of dissipating the large amounts of heat, at 50 watts, generated by certain small devices while maintaining ambient or below ambient operating temperatures. room temperature Such refrigerators should be easily manufactured and have configurations that are compatible with

emballages ou bottiers électroniques ordinaires.  ordinary packaging or electronic boxes.

Comme expliqué de façon plus détaillée ci-après, le réfrigérateur microminiature de la présente invention comprend, sous une forme et à une échelle uniques, une pluralité d'éléments en forme de plaques,accolés de façon étanche et formant entre eux une chambre de refroidissement, des passages capillaires d'échange de chaleur et des passages de fluide pour acheminer un gaz entrant sous pression élevée successivement à travers l'échangeur de chaleur, la section capillaire et jusque dans la chambre de refroidissement Des passages de retour ou de sortie acheminent le fluide de la chambre de refroidissement à travers l'échangeur de chaleur à contre-courant avec le gaz entrant  As explained in more detail below, the microminiature refrigerator of the present invention comprises, in a single form and scale, a plurality of plate-shaped members sealingly joined together and forming a cooling chamber therebetween. capillary heat exchange passages and fluid passages for conveying high pressure incoming gas successively through the heat exchanger, the capillary section and into the cooling chamber Return or exit passages convey the cooling chamber fluid through the countercurrent heat exchanger with the incoming gas

puis vers l'extérieur du dispositif.  then to the outside of the device.

Un tel réfrigérateur mierominiature demande de réduire  Such a refrigerator mierominiature asks to reduce

un réfrigérateur classique suivant un facteur d'environ mille.  a conventional refrigerator by a factor of about a thousand.

Les paramètres de conception pour un réfrigérateur microminia-  The design parameters for a micromine refrigerator

ture présentant le même rendement qu'un réfrigérateur classique utilisant un écoulement turbulent sont décrits dans l'article "Scaling of Miniature Cryocoolers to blicrominiature Size", de V A Little, paru dans la publication spéciale d'Avril 1978,  ture having the same performance as a conventional refrigerator using a turbulent flow are described in the article "Scaling of Miniature Cryocoolers to Size Blicrominiature Size", V A Little, published in the special issue of April 1978,

qui est cité ici à titre de référence.  which is cited here for reference.

En résumé, le diamètre d de la tubulure de l'échangeur de chaleur, la longueur 1 de cet échangeur et le temps de  In summary, the diameter d of the tube of the heat exchanger, the length 1 of this exchanger and the time of

refroidissement t dépendent de la capacité qui est proportion-  cooling t depend on the capacity that is proportion-

nelle à l'écoulement massique m de la façon suivante: 0,5 0,6 0,6 Un réfrigérateur microminiature à écoulement turbulent ayant une capacité de quelques millivatts devrait avoir un  to the mass flow m as follows: 0.5 0.6 0.6 A microminiature turbulent flow refrigerator with a capacity of a few millivatts should have a

diamètre d de 25 pm et une longueur 1 de quelques centimètres.  diameter d of 25 pm and a length 1 of a few centimeters.

Au fur et k mesure que le dispositif devient plus petit, l'écoulement massique devient finalement trop faible pour permettre un écoulement turbulent du fluide Un fonctionnement avec écoulement laminaire devient alors possible sans perte de  As the device becomes smaller, the mass flow ultimately becomes too small to allow turbulent fluid flow. Laminar flow operation then becomes possible without loss of fluid.

rendement de réfrigération et donne de meilleures performances.  refrigeration efficiency and gives better performance.

La base théorique sur laquelle repose la conception de réfrigérateur microminiature utilisant des échangeurs de chaleur a écoulement laminaire a été discuté dans l'exposé "Design Considerations for Microminiature Refrigerators Using Laminar Flou Heat Exchangers', par W A Little à la Conférence sur la réfrigération pour les détecteurs cryogéniques et les systèmes électroniques, Boulder, Colorado, E U Ao, les b et 7 octobre 1980,  The theoretical basis for the microminiature refrigerator design using laminar flow heat exchangers was discussed in the presentation "Design Considerations for Microminiature Refrigerators Using Laminar Blur Heat Exchangers", by WA Little at the Refrigeration Conference for Refrigerators. cryogenic detectors and electronic systems, Boulder, Colorado, EU Ao, b and 7 October 1980,

exposé qui est cité ici à titre de référence.  which is cited here for reference.

Pour des échangeurs de chaleur microminiatures fonc-  For microminiature heat exchangers

tionnant dans la région d'écoulement laminaire avec le même régime de pression et présentant le même rendement, la longueur  in the laminar flow region with the same pressure regime and the same yield, the length

de l'échangeur ( 1) doit être proportionnelle au carré du dia-  the exchanger (1) must be proportional to the square of the di-

mètre (d) de la tubulure de l'échangeur Par exemple, un échan-  meter (d) of the exchanger manifold. For example, a sample of

geur Joule-Thomson fonctionnant avec N 2 sous 120 bars, avec un passage capillaire formé par un canal ou rainure de 5 cm de longueur, 110 pu de largeur et 6 pm de profondeur doit assurer un refroidissement dtenviron 25 millivatts On peut obtenir des capacités de réfrigération différentes en modifiant la largeur du canal sans changer de rendement On peut donc obtenir un fonctionnement dans des conditions aérodynamiques exempts de vibrations et de bruit de turbulence,ce qui est un avantage, particulièrement pour les dispositifs supraconducteurs qui  Joule-Thomson generator operating with N 2 at 120 bar, with a capillary passage formed by a channel or groove 5 cm long, 110 pu wide and 6 pm deep must provide cooling of about 25 millivatts. different refrigeration by changing the width of the channel without changing the performance can therefore achieve operation under aerodynamic conditions free of vibration and turbulence noise, which is an advantage, particularly for superconducting devices that

exigent un environnement présentant un très faible bruit.  require an environment with very low noise.

Dans un réfrigérateur Joule-Thomson de ce type, il est normalement commode d'utiliser un canal ou rainure capillaire pour freiner le gaz comprimé; toutefois, on sait communément que l'on peut utiliser également avec autant de succès une structure poreuse telle qu'un métal poreux, une céramique  In a Joule-Thomson refrigerator of this type, it is normally convenient to use a channel or capillary groove to brake the compressed gas; however, it is commonly known that a porous structure such as a porous metal, a ceramic, can also be used with such success.

frittée, etc pour freiner le gaz.sintered, etc. to brake the gas.

Afin d'augmenter le rendement du réfrigérateur pour certaines applications, un mode do réalisation de l'invention comporte deux sections capillaires disposées en séries ou en parallèle et des passages pour acheminer une partie notable du gaz directement jusqu'au passage de sortie de l'échangeur de chaleur après son passage à travers une seule des sections capillaires.  In order to increase the efficiency of the refrigerator for certain applications, one embodiment of the invention comprises two capillary sections arranged in series or in parallel and passages for conveying a substantial portion of the gas directly to the outlet passage of the invention. heat exchanger after passing through only one of the capillary sections.

Dans le but de construire des réfrigérateurs micro-  In order to build micro-refrigerators

miniatures, de nouvelles techniques de fabrication sont néces-  miniatures, new manufacturing techniques are needed.

saires pour réaliser des échangeurs de chaleur et des buses de dilatation qui soient de 100 à 1000 fois plus petits que ceux des réfrigérateurs classiques Les techniques de fabrication classiques ne conviennent pas pour une microminiaturisation, car il faut former de façon précise des canaux ou rainures de l'ordre de 5 à 500 nm et il faut que le dispositif soit rendu étanche de manière k supporter des pressions élevées de l'ordre de 10,5 210 kg/cm 2 pour que l'on obtienne un bon rendement de réfrigération* C'est pourquoi, l'objet principal de la présente  The conventional manufacturing techniques are not suitable for microminiaturization, because it is necessary to precisely form channels or grooves of the same size as conventional refrigerators and expansion nozzles which are 100 to 1000 times smaller than those of conventional refrigerators. the order of 5 to 500 nm and it is necessary that the device is sealed to withstand high pressures of the order of 10.5 to 210 kg / cm 2 for a good cooling performance * C is why, the main purpose of this

invention est de réaliser un nouveau réfrigérateur micro-  invention is to realize a new micro-refrigerator

miniature, particulièrement pour un refroidissement cryo-  miniature, especially for cryogenic cooling

génique, et un nouveau mode d'assemblage.  gene, and a new mode of assembly.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser un nouveau réfrigérateur microminiature ayant une capacité de refroidissement de l'ordre de plusieurs millivatt%  Another object of the present invention is to provide a new microminiature refrigerator having a cooling capacity of the order of several millivatt%

jusqu'à 50 watts ou plus.up to 50 watts or more.

Un autre objet de la présente invention est un nouveau  Another object of the present invention is a new

réfrigérateur micreminiature multicouches.  multilayer micreminiature refrigerator.

Un autre objet de la présente invention est un  Another object of the present invention is a

réfrigérateur microminiature cryogénique à un seul étage.  single-stage cryogenic microminiature refrigerator.

Un autre objet de la présente invention est un nouveau  Another object of the present invention is a new

réfrigérateur microminiature cryogénique à étages multiples.  multi-stage cryogenic microminiature refrigerator.

Un autre objet de la présente invention est un nouveau  Another object of the present invention is a new

procédé de fabrication d'un réfrigérateur microminiature.  method of manufacturing a microminiature refrigerator.

Un autre objet encore de la présente-invention est un nouveau procédé de fabrication de réfrigérateurs microminiatures  Still another object of the present invention is a novel process for producing microminiature refrigerators

utilisant des techniques d'attaque chimique et de photo-  using etching and photo-etching techniques

lithographie. Un autre objet encore de la présente invention est un nouveau procédé de fabrication d'un réfrigérateur microminiature  lithography. Yet another object of the present invention is a novel method of manufacturing a microminiature refrigerator

utilisant une technique de sablage avec de fines particules.  using a sanding technique with fine particles.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser un nouveau réfrigérateur de petite taille comprenant deux ou plus de deux plaques en une matière à faible conductibilité thermique, telle que du verre collé de Laçon étanche à la presion et contenant au moins une ou plusieurs interfaces de plaques, une alimentation de gaz d'une dimension de l'ordre du micron et des passages de retour jusqu'à une chambre qui est adaptée pour refroidir de façon continue un supraconducteur ou un dispositif analogue Conformément à cet objet, les pressions d'entrée du gaz peuvent Otre de l'ordre de 10,5 210 kg/cm 2 et les passages peuvent avoir une largeur de l'ordre de 5-500 pm et  Another object of the present invention is to provide a novel small refrigerator comprising two or more plates made of a material of low thermal conductivity, such as presen sealed waterproof glass and containing at least one or more interfaces. of plates, a gas supply of micron size and return passages to a chamber which is adapted to continuously cool a superconductor or the like. In accordance with this object, the pressures of gas input can be of the order of 10.5 210 kg / cm 2 and the passages can have a width of the order of 5-500 pm and

une profondeur de 5-60,um.a depth of 5-60 μm.

Conformément à l'objet susvisé, on peut former les passages et la chambre de refroidissement en évidant des zones dans la surface de la plaque ou en formant des parois surélevées  According to the aforementioned object, the passages and the cooling chamber can be formed by recessing areas in the surface of the plate or by forming raised walls

de rainures ou canaux à l'endroit de l'interface ou des inter-  grooves or channels at the interface or inter-

faces des plaques.faces of the plates.

Un autre objet encore de la présente invention est un nouveau procédé de fabrication d'un réfrigérateur microminiature  Yet another object of the present invention is a novel method of manufacturing a microminiature refrigerator

par formation de parois surélevées de rainures ou canaux.  by forming raised walls of grooves or channels.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser un nouvel ensemble de réfrigération comportant deux ou plus de deux réfrigérateurs multicouches pour un refroidissement en  Another object of the present invention is to provide a new refrigeration unit comprising two or more multilayer refrigerators for cooling in

cascade de manière à atteindre des températures basses cryo-  cascade so as to reach low temperatures

géniques.gene.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser un nouveau réfrigérateur microminiature composé de trois ou plus de trois plaques similaires de verre ou de matière équivalente assemblées sous forme d'une pile et comportant des passages d'entrée haute pression et de sortie basse pression destinés  Another object of the present invention is to provide a new microminiature refrigerator composed of three or more similar glass or equivalent material plates assembled in the form of a battery and having high pressure inlet and low pressure outlet passages. for

à l'écoulement d'un fluide et d'une taille de l'ordre du micro-  flow of a fluid and a size of the order of the micro-

mètre, ces passages étant raccordés à une chambre de refroidis-  meter, these passages being connected to a cooling chamber

sement et étantdisposés par couches séparées aux interfaces  and placed in separate layers at the interfaces

entre les plaques adjacentes.between the adjacent plates.

En outre, en ce qui concerne cet objet, on envisage, dans un stratifié composé par trois plaques, de former en séries dans une surface de plaque collée à une plaque intermédiaire une entrée haute pression, une section d'échange de chaleur et une section de passage de dilatation capillaire, une surface de ladite plaque intermédiaire formant un des côtés des passages et un moyen de retour basse pression formé par un évidement étant constitué dans la surface de l'autre plaque qui est collée  Further, with respect to this object, it is contemplated in a laminate composed of three plates to form in series in a plate surface adhered to an intermediate plate a high pressure inlet, a heat exchange section and a section. capillary expansion passage, a surface of said intermediate plate forming one side of the passages and a low pressure return means formed by a recess being formed in the surface of the other plate which is glued

à ladite plaque intermédiaire.to said intermediate plate.

Un autre objet de la présente invention est de réaliser un nouvel ensemble de réfrigération comportant un montage spécial et un support définissant un passage pour le gaz à une de ses extrémités, par exemple pour monter le réfrigérateur de manière qu'il s'étende en porte-à-faux à l'intérieur d'une  Another object of the present invention is to provide a new refrigeration assembly comprising a special assembly and a support defining a passage for the gas at one of its ends, for example to mount the refrigerator so that it extends door on the inside of a

enceinte évacuée.pregnant evacuated.

La présente invention permet donc de réaliser un  The present invention therefore makes it possible to

réfrigérateur microminiature et un procédé pour le fabriquer.  microminiature refrigerator and a method for making it.

Il convient de remarquer que l'on peut augmenter l'échelle du  It should be noted that we can increase the scale of the

réfrigérateur microminiature,tant en ce qui concerne ses dimen-  microminiature refrigerator, both in terms of its size and

sions que sa capacité,pour certaines applications Le réfrigéra-  that its capacity for certain applications is refrigerated.

teur est nouveau, quelles que soient ses dimensions; toutefois, c'est la miniaturisation du réfrigérateur qui est difficile et c'est pourquoi celle-ci est décrite de façon détaillée dans le présent exposé Le réfrigérateur microminiature à écoulement turbulent ou laminaire comprend une ou plusieurs plaques sur certaines desquelles sont formés des canaux ou rainures destinés au gaz, d'une taille de l'ordre du micromètre et complétés par  is new, whatever its size; however, it is the miniaturization of the refrigerator that is difficult and that is why it is described in detail in this paper The microminiature refrigerator turbulent or laminar flow comprises one or more plates on which some are formed channels or grooves for gas, of a size of the order of a micrometer and completed by

une ou plusieurs plaques collées résistant aux pressions élevées.  one or more bonded plates resistant to high pressures.

Ce réfrigérateur microminiature peut être utilisé pour une réfrigération cryogénique, mais n'est pas limité k cette  This microminiature refrigerator can be used for cryogenic refrigeration, but is not limited to this

utilisation.use.

D'autres objets de la présente invention apparaîtront  Other objects of the present invention will appear

dans la description donnée ci-après en référence aux dessins  in the description given below with reference to the drawings

annexés, sur lesquels:annexed, in which:

la figure 1 est une vue éclatée montrant un réfrigé-  FIG. 1 is an exploded view showing refrigeration

rateur microminiature selon un des modes de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue d'ensemble en plan montrant une partie du réfrigérateur microminiature présentant une configuration de passages de fluide suivant un autre mode de réalisation; la figure 3 est une vue d'ensemble en perspective montrant une partie de réfrigérateur microminiature selon une autre variante; la figure 4 est une vue en plan montrant un mode de réalisation de module élémentaire multiple d'un réfrigérateur microminiature m la figure 5 est une vue en coupe montrant un autre mode de réalisation d'un réfrigérateur microminiature; la figure 6 est une vue en coupe montrant un autre mode de réalisation d'un réfrigérateur microminiature à module élémentaires multiples; les figures 7 A-7 E sont des vues en coupe montrant des  microminiature controller according to one of the embodiments of the invention; Fig. 2 is an overall plan view showing a portion of the microminiature refrigerator having a configuration of fluid passages according to another embodiment; Figure 3 is an overall perspective view showing a microminiature refrigerator part according to another variant; Fig. 4 is a plan view showing an embodiment of a multiple elementary module of a microminiature refrigerator; Fig. 5 is a sectional view showing another embodiment of a microminiature refrigerator; Figure 6 is a sectional view showing another embodiment of a microminiature refrigerator with multiple elementary modules; Figs. 7A-7E are sectional views showing

phases d'un procédé de fabrication d'un réfrigérateur micro-  phases of a process for manufacturing a micro-refrigerator

miniature; les figures 8 A-8 D sont des vues en coupe montrant des phases d'un autre procédé de fabrication d'un réfrigérateur microminiature; les figures 9 A-9 C sont des vues en coupe montrant des  miniature; Figures 8A-8D are sectional views showing phases of another method of manufacturing a microminiature refrigerator; Figs. 9A-9C are sectional views showing

phases d'un procédé de fabrication d'un réfrigérateur mioro-  phases of a process for the manufacture of a refrigerator

miniature comportant des parois surélevées de formation de rainures ou canaux; les figures 1 OA-1 OD sont des vues en coupe montrant des phases d'un autre procédé de fabrication d'un réfrigérateur mierominiature;  miniature having raised walls for forming grooves or channels; Figs. 1 OA-1 OD are sectional views showing phases of another method of manufacturing a miniaturized refrigerator;

la figure 11 est une vue en coupe montrant la fabri-  FIG. 11 is a sectional view showing the manufacture

cation d'un mode de réalisation k module élémentaire multiple g  cation of an embodiment k multiple elementary module

la figure 12 est une vue en plan montrant une utili-  Fig. 12 is a plan view showing a use of

sation et un environnement du réfrigérateur de l'invention; la figure 13 est une vue schématique montrant le circuit d'acheminement de fluide dans le réfrigérateur de l'invention; la figure 14 est une coupe illustrative montrant la nature stratifiée du réfrigérateur et les trajets d'écoulement de fluide multicouches dont des détails sont représentés dans les figures subséquentes;  and a refrigerator environment of the invention; Fig. 13 is a schematic view showing the fluid delivery circuit in the refrigerator of the invention; Fig. 14 is an illustrative section showing the stratified nature of the refrigerator and the multilayer fluid flow paths, details of which are shown in the subsequent figures;

la figure 15 est une vue en plan partiellement arra-  FIG. 15 is a partially broken plan view.

chée montrant un support de réfrigérateur; la figure 16 est une coupe suivant 16-16 de la figure ; les figures 17, 18 et 19 sont des vues en plan de dessus des trois éléments (supérieur, médian et inférieur) qui  showing a refrigerator support; Figure 16 is a section 16-16 of the figure; Figures 17, 18 and 19 are top plan views of the three elements (upper, middle and lower) which

constituent le stratifié ou structure en sandwich du réfrigé-  sandwich laminate or sandwich structure

rateur de l'invention selon un mode de réalisation préféré illustrant particulièrement les divers passages d'écoulement de fluide et les diverses chambres; les figures 20 et 21 sont des coupes suivant 20-20 et 21-21 de la figure 17; la figure 22 est une coupe suivant 22-22 de la figure 18; les figures 23 et 24 sont des coupes suivant 23-23 et 24-24 de la figure 19; la figure 25 est une vue éclatée montrant un mode de réalisation dans lequel les passages d'écoulement sont placés  the invention according to a preferred embodiment particularly illustrating the various fluid flow passages and the various chambers; Figures 20 and 21 are sections along 20-20 and 21-21 of Figure 17; Fig. 22 is a section along 22-22 of Fig. 18; Figures 23 and 24 are sections along 23-23 and 24-24 of Figure 19; Fig. 25 is an exploded view showing an embodiment in which the flow passages are placed

de façon différente -In a different way -

la figure 26 est une vue éclatée montrant un mode de réalisation dans lequel deux trajets d'écoulement basse pression sont formés j la figure 27 est une vue partielle montrant un bloc ou garniture de conductibilité thermique accrue sur l'extrémité froide du réfrigérateur j  Fig. 26 is an exploded view showing an embodiment in which two low pressure flow paths are formed; Fig. 27 is a partial view showing a block or pack of increased thermal conductivity on the cold end of the refrigerator;

la figure 28 est une vue éclatée montrant un réfrigé-  Fig. 28 is an exploded view showing refrigeration

rateur multicouches selon un autre mode de réalisation j la figure 29 est une vue en plan montrant la plaque de la figure 28 dans laquelle sont formés les moyens constituant les passages basse pression pour le gaz; la figure 30 est une Tue en plan de la plaque de la figure 28 dans laquelle ont été réalisés des moyens formant des passages haute pression j la figure 31 est une vue illustrative montrant la nature stratifie de deux réfrigérateurs multicouches combinés de manière à ne former qu'un seul dispositif ou unité pour assurer un refroidissement en cascade; la figure 32 est une coupe suivant 32-32 de la figure 31; la figure 33 est une vue éclatée d'un autre mode de il réalisation de l'invention; et la figure 34 est une vue en plan d'un autre mode de  In another embodiment, FIG. 29 is a plan view showing the plate of FIG. 28 in which the means constituting the low pressure passages for the gas are formed; FIG. 30 is a planar view of the plate of FIG. 28 in which means have been made forming high pressure passages; FIG. 31 is an illustrative view showing the laminate nature of two multilayer refrigerators combined to form only a single device or unit for cascading cooling; Figure 32 is a section 32-32 of Figure 31; Fig. 33 is an exploded view of another embodiment of the invention; and Fig. 34 is a plan view of another mode of

réalisation de l'invention.embodiment of the invention.

En se référant maintenant aux dessins, on voit que la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un des modes de réalisation d'un réfrigérateur microminiature réalisé selon la  Referring now to the drawings, it will be seen that FIG. 1 is an exploded perspective view of one embodiment of a microminiature refrigerator made in accordance with FIG.

présente invention et comprenant un corps 12 en contact de sur-  the present invention and comprising a body 12 in contact with

face étanche avec un substrat 10 Le corps 12 est en une matière cristalline (par exemple du silicium), une matière amorphe (par exemple du verre), ou une matière métallique (par exemple du cuivre ou de l'acier inoxydable); et le substrat 10 est en une matière telle que du "Pyrex", du verre sodique ou du"Kovar", ayant un coefficient de dilatation thermique qui est compatible avec le coefficient de dilatation thermique du corps 12 De  The body 12 is made of a crystalline material (for example silicon), an amorphous material (for example glass), or a metallic material (for example copper or stainless steel); and the substrate 10 is made of a material such as "Pyrex", sodium glass or "Kovar" having a coefficient of thermal expansion which is compatible with the thermal expansion coefficient of the body 12

préférence, le corps 12 et le substrat 10 sont de minces pl&-  preferably, the body 12 and the substrate 10 are thin pl

ques en verre de mime étendue.glass of mime extended.

Le corps 12 et le substrat 10 doivent être suffisamment épais et/ou résistants du point de vue mécanique pour supporter la pression du gaz entrant, pression qui, de façon typique, est de l'ordre de 10,5-210 kg/cm 2 Par exemple, un corps en silicium peut avoir une épaisseur d'environ 300 Fm, un corps en verre  The body 12 and the substrate 10 must be sufficiently thick and / or mechanically resistant to withstand the pressure of the incoming gas, which pressure is typically of the order of 10.5-210 kg / cm 2 For example, a silicon body may have a thickness of about 300 μm, a glass body

peut avoir une épaisseur d'environ 254,um à 508,um, et un sub-  may have a thickness of about 254 μm to 508 μm, and a

strat en verre a une épaisseur d'environ 254 pm à 508 jum Des  glass stratum has a thickness of about 254 μm to 508 μm.

rainures ou canaux parallèles 14 et 16 en forme d'ondesrectan-  grooves or parallel channels 14 and 16 in the form of waveforms

gulairel, ayant la largeur de 5-300 pm et séparés par des cloi-  gulairel, having the width of 5-300 pm and separated by

sons 15 de 150-500,m sont formés ou creusés par attaque corrosive dans la surface du corps 12 qui est monté sur le substrat Les rainures 14 et 16 relient mutuellement un orifice de sortie 18 (le retour basse pression) et un orifice d'entrée 20 (d'admission haute pression) respectivement à un réservoir ou chambre de refroidissement 24 Les dimensions du réservoir 24 sont déterminées par la capacité de réserve voulue nécessaire pour des demandes fluctuantes Les rainures et le réservoir précités sont formés dans la surface inférieure du corps 12 qui est collé directement sur la surface supérieure plate 17, laquelle les ferme L'interface constitué par les surfaces 13  Sounds 150-500, m are formed or etched by corrosive etching into the surface of the body 12 which is mounted on the substrate. The grooves 14 and 16 mutually connect an outlet port 18 (the low-pressure return) and an orifice. inlet 20 (high pressure inlet) respectively to a tank or cooling chamber 24 The dimensions of the tank 24 are determined by the desired reserve capacity required for fluctuating demands The aforementioned grooves and tank are formed in the lower surface of the body 12 which is stuck directly on the upper flat surface 17, which closes the interface formed by the surfaces 13

et 17 est un joint collé étanche à la pression.  and 17 is a pressure-tight seal.

Les rainures 14 et 16 forment des conduits de refroi-  The grooves 14 and 16 form cooling ducts

dissement basse pression et haute pression respectifs qui s'étendent de façon juxtaposée sur une longueur initiale et constituent ainsi une section d'échange de chaleur représentée d'une façon générale en 22 Une section de filtrage 21 formée  respective low pressure and high pressure drains which extend juxtaposed over an initial length and thus constitute a heat exchange section shown generally at 22 A formed filter section 21

par des rainures fines est prévue entre l'admission et la sec-  fine grooves are provided between the intake and the

tion d'échange de chaleur Au-delà de la section 22 d'échange de chaleur, la rainure d'entrée 16 prend, de façon indépendante, une forme sinueuse et plus étroite à l'endroit 26 du substrat ,ce qui permet au fluide de diminuer de pression et de subir alors une détente A titre d'exemple, la section de rainure 22 a une largeur d'environ 250 Em et une profondeur de 50 pm tandis que la rainure 26 a une largeur d'environ 125 pm et une profondeur de 10 p L'extrémité du conduit de détente 26 est raccordée directement au réservoir 24 et la rainure de sortie 14 s'étend du réservoir 24 vers l'arrière à travers l'échangeur de chaleur jusqu'à l'orifice de sortie 18 Le réservoir 24 a,  In addition to the heat exchange section 22, the inlet groove 16 independently takes a sinuous and narrower shape at the location 26 of the substrate, allowing the fluid By way of example, the groove section 22 has a width of about 250 μm and a depth of 50 μm while the groove 26 has a width of about 125 μm. 10 p depth The end of the expansion duct 26 is connected directly to the tank 24 and the outlet groove 14 extends from the tank 24 rearward through the heat exchanger to the outlet port 18 Tank 24 has,

de préférence, une profondeur d'environ 20-50 pm.  preferably, a depth of about 20-50 μm.

Sur l'autre surface ou surface inférieure du substrat  On the other surface or lower surface of the substrate

est monté un dispositif d'interface 30 en un alliage métal-  an interface device 30 made of a metal alloy is

lique approprié tel que du "'ovaru, lequel est un alliage de fer, de nickel et de cobalt ayant un coefficient de dilatation à peu près le même que celui de la matière du substrat 10, ce dispositif d'interface 30 comportant des trous 32 et 34 qui le  It is suitable for use as ovaru, which is an alloy of iron, nickel and cobalt having a coefficient of expansion approximately the same as that of the material of the substrate 10, this interface device 30 having holes 32. and 34 who

traversent et qui communiquent respectivement par l'intermé-  cross and communicate via the

diaire de perçages alignés pratiqués dans le substrat 10 avec les orifices 18 et 20 du corps 12 Au dispositif d'interface 30 sont collés deux tubes miniatures 36 et 38 par lesquels un fluide parvient au réfrigérateur et revient de ce dernier Les tubes 36 et 38 peuvent être constitués par de l'acier inoxydable tel que celui utilisé dans les aiguilles hypodermiques ou bien des tubulures en Téflon Le dispositif d'interface 30 est fixé de façon étanche à la pression au substrat 10 par un agent  In the interface device 30 are glued two miniature tubes 36 and 38 through which a fluid reaches the refrigerator and comes back from the latter. The tubes 36 and 38 can be aligned with the holes 10 and 20 of the body 12. be made of stainless steel such as that used in hypodermic needles or Teflon tubing The interface device 30 is pressure-tightly attached to the substrate 10 by an agent

étanche approprié tel que de l'époxy.  suitable waterproof such as epoxy.

Sur la surface supérieure du corps 12 en contact direct avec la paroi du réservoir 24 est monté de façon appropriée un dispositif 40 destiné à être refroidi* Le dispositif 40 peut être constitué par un nombre quelconque de dispositifs fonc-  On the upper surface of the body 12 in direct contact with the wall of the reservoir 24 is suitably mounted a device 40 to be cooled. The device 40 may be constituted by any number of operating devices.

tionnant à une température basse (par exemple des magnéto-  at a low temperature (for example, magneto-

mètres, des gradiomètres, des bolomètres et autres dispositifs analogues ultrasensibles qui sont basés sur l'effet Josephson ou encore d'autres dispositifs qui sont bien connus dans la technique) ou par des dispositifs destinés à fonctionner à des  meters, gradiometers, bolometers and other ultrasensitive analog devices which are based on the Josephson effect or other devices which are well known in the art) or by devices intended to operate on

températures plus élevées (par exemple des détecteurs d'infra-  higher temperatures (eg infrared detectors)

rouges, des lasers à semiconducteurs ou des échantillons dont les propriétés physiques doivent être déterminées) L'ensemble complet peut être placé dans un vase Dewar ou dans une cuve sous vide de manière à réduire le transfert de la chaleur vers  semiconductor lasers or samples whose physical properties need to be determined) The complete assembly can be placed in a Dewar vessel or in a vacuum vessel to reduce heat transfer to

les parties constitutives.the constituent parts.

Le réfrigérateur microminiature illustré est un système de réfrigération à cycle ouvert du type Joule-Thomson dans lequel un tube 38 est raccordé par l'intermédiaire d'une valve de commande 39 à un récipient 37 de gaz réfrigérant sous haute  The illustrated microminiature refrigerator is a Joule-Thomson type open-cycle refrigeration system in which a tube 38 is connected via a control valve 39 to a refrigerated gas container 37 under high pressure.

pression, tel que de l'azote, de l'hydrogène ou de l'hélium.  pressure, such as nitrogen, hydrogen or helium.

Le gaz sous haute pression entre sous une pression d'entrée d'environ 10 X 5-210 kg/cm 2 et a un débit d'environ -50 millilitres/seconde (STP) par l'orifice 20 et traverse l'échangeur de chaleur 22 o le gaz est refroidi par le gaz ultrafroid et sous pression plus faible sortant du dispositif par le canal 14 p l'orifice 18 et le tube 36 Le gaz sous haute pression sort de l'échangeur de chaleur 22 et traverse le dispositif capillaire 26 de dilatation ou détente o la chute de pression diminue la température du gaz qui entre dans le  The high pressure gas enters at an inlet pressure of about 10 X 5-210 kg / cm 2 and has a flow rate of about -50 milliliters / second (STP) through port 20 and passes through the heat exchanger. heat 22 o the gas is cooled by the ultrafroid gas and under lower pressure leaving the device through the channel 14 p the orifice 18 and the tube 36 The high pressure gas leaves the heat exchanger 22 and passes through the capillary device 26 expansion or expansion o the pressure drop decreases the temperature of the gas entering the

réservoir 24 sous la forme d'un fluide ultrafroid ou cryo-  tank 24 in the form of an ultrafroid or cryogenic fluid

génique Le réservoir basse température 24 refroidit lui-même le dispositif 40 monté sur le réservoir 24 et la chaleur absorbée provoque la vaporisation du fluide qui s'écoule à travers le canal 14 jusqu'à l'orifice de sortie 180 Un exemple de réfrigérateur microminiature dont le corps 12 en verre a une épaisseur de 0,5 mm, une largeur de 12,7 mm et une longueur de 76,2 mm présente une capacité de réfrigération de 100 millivatts à 122 O K;les dimensions des rainures ou canaux sont de l'ordre de 100 um et le débit  The low temperature reservoir 24 itself cools the device 40 mounted on the reservoir 24 and the heat absorbed causes the vaporization of the fluid flowing through the channel 14 to the outlet port 180. An example of a microminiature refrigerator whose glass body 12 has a thickness of 0.5 mm, a width of 12.7 mm and a length of 76.2 mm has a refrigeration capacity of 100 millivatts at 122 OK, the dimensions of the grooves or channels are the order of 100 um and the flow

d'azote d'environ 30 millilitres/seconde (STP) sous une pres-  about 30 milliliters / second of nitrogen (PBS) under a

sion d'entrée de 112 kg/cm 2 Le substrat 10 est une plaque de  inlet pressure of 112 kg / cm 2 The substrate 10 is a plate of

verre ayant les mêmes dimensions.glass having the same dimensions.

Un autre exemple de réfrigérateur microminiature dont le corps est en silicium mesure 75 x 12 x 2 millimètres, comporte une section d'échange de chaleur de 30 centimètres de longueur et fonctionne de la température ambiante jusqu'tà  Another example of microminiature refrigerator whose body is silicon measures 75 x 12 x 2 millimeters, has a heat exchange section of 30 centimeters in length and operates from room temperature up to

o K en utilisant C 02.o K using C 02.

Un réfrigérateur microminiature peut avoir une longueur d'environ 12,7 mm b 101,6 mm, une largeur de 12,7 mm, une épaisseur de 1,02/1,5 mm, avec des dimensions typiques de rainures ou canaux compris entre 5 et 500 pun et des cloisons  A microminiature refrigerator may have a length of about 12.7 mm b 101.6 mm, a width of 12.7 mm, a thickness of 1.02 / 1.5 mm, with typical dimensions of grooves or channels between 5 and 500 pun and bulkheads

de 150-500 pm de large, peut présenter une capacité de refroi-  150-500 pm wide, may have cooling capacity

dissement compris entre 1,0-50,000 milliwattas à des températures comprises entre 2 et 3000 K, et peut supporter des pressions d'entrée de 105-210 kg/cm 2 Toutefois, il convient de remarquer que le réfrigérateur microminiature tel que décrit pourrait avoir des dimensions supérieures ou inférieures tant en ce  between 1.0-50.000 milliwattas at temperatures between 2 and 3000 K, and can withstand inlet pressures of 105-210 kg / cm 2 However, it should be noted that the microminiature refrigerator as described could have higher or lower dimensions both in

qui concerne sa taille que sa capacité pour certaines appli-  as regards its size than its capacity for certain applications

cations.cations.

En plus du cycle ouvert décrit ci-dessus, on comprendra que le réfrigérateur pourrait être un système b cycle fermé utilisant uncompresseur pour recomprimer le gaz En outre, le procédé de fabrication décrit dans le présent exposé pourrait être utilisé pour construire des parties de réfrigérateur utilisant d'autres cycles comme par exemple le système Servel, le système Gifford-McMahon, le système à tube pulsé et le  In addition to the open cycle described above, it will be understood that the refrigerator could be a closed cycle system using a compressor to recompress the gas. In addition, the manufacturing method described herein could be used to construct refrigerator parts using other cycles such as the Servel system, the Gifford-McMahon system, the pulsed tube system and the

système Vuilleumier.Vuilleumier system.

Dans certains des dispositifs à écoulement laminaire, on peut modifier la conception des rainures ou canaux en leur donnant une forme rectiligne comme représenté sur la figure 2 et non pas une forme "sinueuse" La figure 2 montre la surface inférieure d'un tel corps Dans ce mode de réalisation, le gaz  In some of the laminar flow devices, the design of the grooves or channels can be changed to a rectilinear shape as shown in FIG. 2 and not a "sinuous" shape. FIG. 2 shows the bottom surface of such a body. this embodiment, the gas

sous haute pression pénètre par l'orifice 42, s'écoule à tra-  under high pressure enters through the orifice 42, flows through

vers les rainures ou canaux parallèles 43 d'échange de chaleur jusqu'à la section 44 de canaux capillaires sinueux et, de là, jusqu'au réservoir ou chambre de refroidissement 45, à travers le retour basse pression 46 jusqu'à l'orifice de sortie 47 Un avantage de cette conception est que le retour basse pression 46 tel que représenté entoure complètement les conduits haute pression de sorte que toute fuite mineure de gaz à partir du conduit haute pression se trouve captée par le retour basse pression et ne s'échappe pas dans le vide environnant qui  to the parallel channels or channels 43 for heat exchange to section 44 of sinuous capillary channels and thence to the reservoir or cooling chamber 45, through the low pressure return 46 to the orifice An advantage of this design is that the low pressure return 46 as shown completely surrounds the high pressure conduits so that any minor leakage of gas from the high pressure conduit is captured by the low pressure return and does not occur. not escape into the surrounding emptiness that

isole le réfrigérateur vis-à-vis de l'environnement Un incon-  isolates the refrigerator from the environment

vénient éventuel de cette conception est le long trajet que la chaleur doit parcourir à travers le verre à l'endroit de la section d'échange de chaleur entre les conduits entrants 43 et  Possible eventuality of this design is the long path that the heat must travel through the glass at the location of the heat exchange section between incoming conduits 43 and

le canal sortant 46 On peut éviter cette difficulté en combi-  the outgoing channel 46 This difficulty can be avoided by combining

nant le corps en verre avec un substrat 48 en verre représenté sur la figure 3, lequel comporte des bandes ou fils métalliques 49 imprimés ou collés Ces bandes ou fils métalliques peuvent  the glass body with a glass substrate 48 shown in FIG. 3, which comprises printed or glued metal strips or wires 49. These strips or wires may

être collés à la surface du substrat en verre qui forme l'in-  be glued to the surface of the glass substrate that forms the

terface avec le corps 41 Les pièces conductrices transversa-  terface with the body 41 The transverse conductive

les 49 constituent un trajet fortement conducteur de la chaleur latéralement en travers du réfrigérateur tout en maintenant la  the 49 constitute a highly conductive path of heat laterally across the refrigerator while maintaining the

conductibilité thermique dans le sens de la longueur du réfri-  thermal conductivity in the direction of the length of the

gérateur à une valeur basse déterminée par le verre.  operator at a low value determined by the glass.

Le dispositif cryogénique microminiature et le réfri-  The cryogenic microminiature device and the refrigeration

gérateur selon la présente invention se prêtent de même à de multiples configurations d'ensemble Par exemple, une pluralité de réfrigérateurs, utilisant chacun un réfrigérant différent, assurent un refroidissement en cascade d'un gaz par un autre  Also, a plurality of refrigerators, each using a different refrigerant, provides cascading cooling of one gas by another.

gaz et, de ce fait, assurent une réfrigération à des tempéra-  gas and, as a result, provide refrigeration at

tures extrêmement basses Des orifices supplémentaires peuvent être inclus au dispositif, des canaux reliant mutuellement ces  Extremely low ports Additional ports may be included in the device, with channels interconnecting these

orifices supplémentaires ainsi que des réservoirs supplémen-  additional ports and additional tanks

taires pour un refroidissement plus poussé d'un dispositif cryogénique La figure 4 montre en perspective un module 51 d'un corps de dispositif multiple en verre que comporte un réfrigérateur mierominiature selon ce mode de réalisation de  For further cooling of a cryogenic device, FIG. 4 shows in perspective a module 51 of a multi-device body made of glass which includes a mini-refrigerator according to this embodiment of the invention.

la présente invention.the present invention.

Deux réservoirs ou chambres de réfrigérant 52 et 53 sont prévus La chambre 52 comporte un conduit d'entrée 54 s'étendant depuis l'orifice d'entrée 55 à travers une section sinueuse 56 d'échange de chaleur et une fine section capillaire 57 jusqu'à la chambre, et un conduit de sortie 58 comportant une section sinueuse 59 d'échange de chaleur de m 4 me étendue que la section 56 aboutissant à l'orifice de sortie 60 La chambre 53 comporte un conduit d'entrée 61 s'étendant depuis un orifice d'entrée 62 à travers une section sinueuse 63 d'échange de chaleur et une section capillaire 64 jusqu'à la chambre, et un conduit de sortie 65 comportant une section sinueuse 66 d'échange de chaleur de même étendue que la section 63 aboutissant à l'orifice de sortie 67 Une source d'azote sous haute pression est raccordée à l'orifice 55, et une source  Two tanks or coolant chambers 52 and 53 are provided. The chamber 52 has an inlet duct 54 extending from the inlet port 55 through a sinuous heat exchange section 56 and a thin capillary section 57 to the bottom. 1 to the chamber, and an outlet duct 58 having a mux-extending sinuous section 59 of heat exchange that the section 56 terminating at the outlet port 60. The chamber 53 includes an inlet duct 61 which extending from an inlet 62 through a serpentine 63 heat exchange section and a capillary section 64 to the chamber, and an outlet conduit 65 having a serpentine heat exchange section 66 of the same extent as section 63 terminating at outlet port 67 A high pressure nitrogen source is connected to port 55, and a source

d'hydrogène sous haute pression est raccordée à l'orifice b 2.  of hydrogen under high pressure is connected to the orifice b 2.

Les deux circuits ont donc une interaction partielle grâce à laquelle le fluide arrivant dans la chambre 53 se trouve refroidi préalablement de façon plus poussée avant de subir une détente Un des circuits utilise la détente Joule-Thomson de l'azote pour refroidir l'hydrogène jusqu'à 770 K à l'endroit  The two circuits therefore have a partial interaction thanks to which the fluid arriving in the chamber 53 is pre-cooled further before being subjected to an expansion. One of the circuits uses the Joule-Thomson nitrogen expansion to cool the hydrogen up to 50.degree. 'to 770 K at the place

de la chambre 52 L'autre circuit utilise la détente Joule-  of the chamber 52 The other circuit uses the trigger Joule-

Thomson de l'hydrogène refroidi préalablement pour atteindre 210 K à l'endroit de la chambre 53 Le réfrigérateur complet tel que représenté comprend deux échangeurs de chaleur, deux sections de détente, deux réservoirs de liquide froid, et les orifices d'entrée et de sortie La taille du dispositif est d'environ 51 mm à 127 mm D'une façon similaire, un système à  Thomson of the previously cooled hydrogen to reach 210 K at the location of the chamber 53 The complete refrigerator as shown includes two heat exchangers, two expansion sections, two cold liquid tanks, and the inlet and outlet ports. output The size of the device is about 51 mm to 127 mm In a similar way, a system with

trois étages utilisant de l'azote, de l'hydrogène et de l'hé-  three stages using nitrogen, hydrogen and

lium fournirait un refroidissement se situant à 4,51 K, La figure 5 est une vue en coupe d'un autre mode de  lium would provide cooling at 4.51 K, Figure 5 is a sectional view of another mode of

réalisation montrant un réfrigérateur microminiature multi-  realization showing a multi-miniature microminiature refrigerator

couches dans lequel les agencement 73 et 74 de canaux ou rainures entrante et sortantssont formés sur l'un et/ou l'autre c 6 té d'un corps 75 en verre sur l'un et/ou l'autre c 8 té duquel sont collés deux substrats ou plaques de recouvrement 76 et 77 en verre Le fluide sous haute pression s'écoule le long des canaux 73 et revient par les canaux 74 Les canaux 73 et 74 peuvent être formés par attaque à l'acide ou réalisés de toute autre manière dans les surfaces du corps 75 comme représenté  wherein the arrangements 73 and 74 of incoming and outgoing channels or grooves are formed on one and / or the other side of a glass body 75 on one and / or the other side of which two substrates or glass cover plates 76 and 77 are glued together. The high-pressure fluid flows along the channels 73 and returns through the channels 74. The channels 73 and 74 may be formed by etching or made of any other way in the surfaces of the body 75 as shown

en traits pleins ou bien formés par attaque à l'acide ou réali-  in solid lines or well formed by acid etching or

sés de toute autre manière dans les surfaces de l'une et/ou  in any other way in the surfaces of one and / or

l'autre plaque de recouvrement 76 et 77 en verre qui sont col-  the other glass cover plates 76 and 77 which are

lées au corps comme représenté en 73 ' et 74 ' en traits inter-  to the body as shown in 73 'and 74' in phantom

rompus Les canaux 73 et 74 peuvent aussi être formés à l'aide de parois surélevées sur le corps 75 ou sur les substrats 76  The channels 73 and 74 can also be formed using raised walls on the body 75 or on the substrates 76

et 77 Les agencements 73 et 74 de canaux ou rainures consti-  and 77 Arrangements 73 and 74 of channels or grooves constitute

tuent, dans chaque cas, des sections d'entrée, des sections d'échange de chaleur, des sections capillaires et des chambres de refroidissement qui peuvent être disposées et associées comme sur les figures 1-4 La différence entre la figure 5 et la figure 1 réside dans le fait que, dans la figure 1, les canaux entrants et sortants peuvent être décrits comme étant formés dans une seule couche, c'est-à-dire qu'ils sont réalisés dans la mime surface ou surface plane contiguë, tandis que  in each case, kill inlet sections, heat exchange sections, capillary sections and cooling chambers which can be arranged and associated as in FIGS. 1-4. The difference between FIG. 5 and FIG. 1 is that in Fig. 1 the inbound and outbound channels may be described as being formed in a single layer, i.e., they are made in the same or adjacent planar surface, while than

dans la figure 5 ils sont formés dans une surface non-  in Figure 5 they are formed in a non-surface

c ontiguë Il est envisagé, dans la figure 1, que les canaux entrants et sortants puissent être formés dans les surfaces  It is envisaged, in Figure 1, that the incoming and outgoing channels can be formed in the surfaces

opposées 13 et 17.opposite 13 and 17.

La figure 6 est une vue en coupe montrant un autre mode de réalisation d'un réfrigérateur microminiature à module élémentaire multiple Les canaux ou rainures 80, 81, 82 et 83 sont formés dans des surfaces en regard de minces corps 84, 85, 86, 87 et 88 en verre par attaque à l'acide, par soufflage d'un jet de particules ou par formation de parois surélevées Par exemple, l'azote sous haute pression pénètre par le canal 80  FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment of a microminiature refrigerator with a multiple elementary module. The channels or grooves 80, 81, 82 and 83 are formed in surfaces facing thin bodies 84, 85, 86, 87 and 88 glass by etching, by blowing a jet of particles or by the formation of raised walls For example, the nitrogen under high pressure enters through the channel 80

et revient par le canal basse pression 81, tandis que l'hydre-  and returns through the low pressure channel 81, while the hydra-

gène sous haute pression pénètre par le canal 82 et est re-  gene under high pressure enters through channel 82 and is

froidi préalablement par l'azote se trouvant dans le canal 81.  previously cooled by nitrogen in channel 81.

L'hydrogène sous basse pression sort par le canal 83 Les entrées, les sections d'échange de chaleur, les conduits de  Hydrogen at low pressure exits through the channel 83 Inlets, heat exchange sections, air ducts

détente et les réservoirs sont inclus dans les canaux respec-  relaxation and the reservoirs are included in the channels

tifs comme dans les modes de réalisation antérieurs.  as in previous embodiments.

Les figures 7 A-7 E illustrent un des procédé de fabri-  FIGS. 7A-7E illustrate one of the manufacturing methods

cation du réfrigérateur dans lequel les canaux ou rainures  cation of the refrigerator in which the channels or grooves

sont formés dans des plaques en verre ou en silicium par atta-  are formed in glass or silicon

que à l'acide Les techniques que l'on va décrire sont, dans  than the acid The techniques that will be described are, in

une certaine mesure, bien connues dans la fabrication des dis-  to a certain extent, well known in the manufacture of

positifs à semiconducteurs, comme par exemple les circuits intégrés, et peuvent comprendre les techniques classiques de masquage par photorésist et de corrosion Dans un des cas, en utilisant une plaque de silicium présentant une orientation  semiconductor positives, such as integrated circuits, and may include conventional photoresist masking and corrosion techniques. In one case, using a silicon wafer having an orientation

critalline de surface sur le plan ( 1,0,0), on peut avoir re-  surface crystalline on the plane (1,0,0), we can have

cours k une corrosion anisotrope pour former des rainures à profil en Y dans la surface de la plaque de silicium Dans une variante, on peut obtenir des parois verticales en utilisant une plaque de silicium présentant une orientation de surface du plan ( 1,1,0) Sur la figure 7 , une partie d'une plaque 90 de silicium est représentée en coupe transversale et une couche  During the course of anisotropic corrosion to form Y-shaped grooves in the surface of the silicon wafer. Alternatively, vertical walls can be obtained by using a silicon wafer having a surface orientation of the plane (1,1,0 In Fig. 7, a portion of a silicon plate 90 is shown in cross-section and a diaper

91 d'oxyde de silicium est prévue sur une des surfaces princi-  91 of silicon oxide is provided on one of the main surfaces.

pales de cette plaque La plaque 90 a une épaisseur de l'ordre de 300 um et la couche d'oxyde 91 a une épaisseur d'environ 9000 A On peut former la couche d'oxyde en chauffant la plaque de silicium dans une atmosphère d'oxygène humide On applique le photorésist 92 à la surface de la couche 91 de silicium et on l'expose sous un photomasque présentant la configuration voulue de canaux ou rainures On enlève le photorésist et on  The plate 90 has a thickness of the order of 300 μm and the oxide layer 91 has a thickness of about 9000 A. The oxide layer can be formed by heating the silicon wafer in an atmosphere of Wet oxygen The photoresist 92 is applied to the surface of the silicon layer 91 and exposed under a photomask having the desired configuration of channels or grooves. The photoresist is removed and

attaque par corrosion l'oxyde exposé en y laissant la configu-  corrosion attack the exposed oxide leaving the configuration

ration 93 représentée sur la figure 7 B L'oxyde de silicium agit alors comme un masque et on attaque par corrosion le silicium exposé en utilisant un agent corrosif anisotrope, comme par exemple l'éthylène diamine, grâce à quoi on obtient les rainures 94 à profil en verre présentées sur la figure 7 C. Après la formation des rainures à profil en Y, on élimine la couche restante 93 dioxyde de la plaque de silicium et on nettoie la plaque On colle alors une plaque 95 plate du point de vue optique, en Pyrex ou en verre équivalent, à la surface attaquée de la plaque 90 de silicium, comme représenté sur la figure 7 D On obtient l'adhérence du verre à la surface de silicium à l'aide de techniques de collage anodiquoeou assistées par un champ Ensuite, comme représenté sur la figure 7 E, on attaque par corrosion ou on taille de toute autre manière le verso de la plaque 90 de silicium pour réduire l'épaisseur de l'ensemble et, par conséquent, la conductance thermique de la  The silicon oxide then acts as a mask and the exposed silicon is etched by the use of an anisotropic corrosive agent, such as ethylenediamine, by which the grooves 94 are obtained. Figure 7 C. After the formation of the Y-profile grooves, the remaining oxide layer 93 is removed from the silicon wafer and the plate is cleaned. An optically flat plate 95 is then glued. Pyrex or equivalent glass on the etched surface of the silicon wafer 90, as shown in FIG. 7 D The adhesion of the glass to the silicon surface is obtained by means of anodic or field-assisted bonding techniques. Then, as shown in FIG. 7 E, the back of the silicon plate 90 is etched or otherwise sized to reduce the thickness of the assembly and, therefore, the thermal conductance of the

* structure stratifiée de réfrigérateur.* laminated refrigerator structure.

On perce ensuite ou forme par attaque corrosive dans le verso du substrat 95 en verre des conduits d'entrée et de sortie, puis on colle les tubulures de gaz au verso de la plaque au moyen d'une résine époxy En ayant recours à une définition photolitfrgraphique et à une corrosion par attaque chimique, on  The inlet and outlet ducts are then drilled or corrosively etched in the back of the glass substrate 95, and the gas pipes are then glued to the back of the plate by means of an epoxy resin. photolithography and corrosion by etching, one

peut former en une seule phase le réfrigérateur complet compre-  can form in a single phase the complete refrigerator comprising

nant l'échangeur de chaleur, le conduit de détente et les agen-  the heat exchanger, the expansion duct and the

cements de rainures ou canaux formant réservoirs de liquide On peut avoir recours à une corrosion par attaque à l'aide d'un plasma, à une corrosion électrolytique utilisée en litographie, ou par faisceaux électroniques ou rayons X ainsi qu'une corrosion par attaque chimique On peut avoir recours au procédé précité faisant appel à une résine photorésist lorsque le corps et le substrat sont tous deux des plaques de verre, cela en utilisant  grooves or channels forming liquid tanks Plasma attack corrosion may be used, electrolytic corrosion may be used in lithography, or electron beams or X-rays, and etching corrosion may be used. The above method using a photoresist resin can be used when the body and the substrate are both glass plates, using

des matières et des techniques classiques.  classical materials and techniques.

Les figures 8 _ 8 D illustrent un autre procédé de forma-  Figures 8 - 8 D illustrate another method of forming

tion de rainures ou canaux évidés dans une matière dure, amorphe et isotrope telle que du verre ou une matière cristalline telle que le silicium Ce procédé permet un bon contrôle des dimensions, une meilleure résolution comparée à une corrosion par attaque chimique, évite les "affouillements" et permet la formation de parois verticales Ce procédé n'est pas limité à la fabrication du réfrigérateur microminiature Sur la figure 8 , une partie d'une plaque de verre 100 d'une épaisseur d'environ 508 pm est représentée en coupe transversale et une couche de "resist" 101 est déposée sur une des faces ou surface principale de cette plaque Le rôle de cette couche de résist" est de protéger la surface sous- jacente et de former un dessin pour le tracé des rainures* Ce "résist" peut être un "résist* photosensible ou non-photosensible mais doit être suffisamment élastique ou tenace pour pouvoir supporter un"sablage" de fines particules comme on va le décrire ci-après Le "résist N peut recouvrir la surface de la plaque complète 100 ou être imprimé à l'aide d'un écran sur la plaque 100 de manière à  grooves or channels hollowed out in a hard, amorphous and isotropic material such as glass or a crystalline material such as silicon This method allows a good dimensional control, a better resolution compared to corrosion by etching, avoids "scouring This method is not limited to the manufacture of the microminiature refrigerator. In FIG. 8, a portion of a glass plate 100 with a thickness of about 508 μm is shown in cross-section and a layer of "resist" 101 is deposited on one of the faces or main surface of this plate The role of this resist layer "is to protect the underlying surface and form a pattern for the tracing of the grooves * This" resist " may be a photosensitive or non-photosensitive resist but must be sufficiently elastic or tenacious to withstand "sanding" of fine particles as will be described hereinafter The resist N may cover the surface of the complete plate 100 or be printed with a screen on the plate 100 so as to

former-un dessin Si letlrésistw est un photorésist, on ltex-  form-a drawing If letlresistw is a photoresist, one ltex-

pose à travers un photomasque classique à une lumière ultra-  pose through a classic photomask to an ultra-light

violette afin de former un dessin Un nouveau photorésist qui répond aux exigences de pouvoir supporter un "sablage" de fines particules est constitué par: 7 grammes de gélatine (par exemple Knox) et 1 gramme de bichromate d'ammoniac dissous dans 50 cc d'eau chaude Le *résistu forme une couche épaisse spongieuse ayant une épaisseur égale à peu près à 2030 fois l'épaisseur des "résists" classiques Les parties non-exposées  violet to form a drawing A new photoresist that meets the requirements of being able to withstand a "sanding" of fine particles consists of: 7 grams of gelatin (eg Knox) and 1 gram of ammonia dichromate dissolved in 50 cc of hot water The resist forms a thick spongy layer having a thickness equal to about 2030 times the thickness of the conventional "resists". The unexposed parts

du "résist" peuvent Otre enlevées à l'eau chaude ou par utili-  "resist" can be removed with hot water or by using

sation de l'enzyme protéase, qui digère les parties non-  of the protease enzyme, which digests the non-

exposées et donne la structure présentée sur la figure 8 B Le "résist" 102 subsistant est tenace et résistant, capable de supporter l'action abrasive du "sablage" par fines particules  exposed and gives the structure shown in Figure 8 B The "resistance" 102 remaining is tenacious and resistant, capable of withstanding the abrasive action of "sanding" by fine particles

tout en permettant l'élimination par abrasion des zones expo-  while allowing the abrasion elimination of the expo-

sées de la surface de la plaque de verre Un dispositif d'abra-  from the surface of the glass plate A device for abra-

sion pneumatique miniature (par exemple le dispositif Àirbrasive  miniature pneumatic pressure (eg the device

Modèle K; S S White), qui entraîne un courant de fines parti-  Model K; S S White), which results in a stream of fine particles

cules d'alumine sous une pression de 5,600 kg/cm 2 agit comme un dispositif de "sablage" par fines particules Le dispositif de "sablage" balaie à une allure constante transversalement la surface de la plaque supportant le "résist", surface qui est représentée sur la figure 8 B, et un jet d'une poudre abrasive ayant des dimensions de particules de 17 >um peut être utilisé pour enlever à peu près 2;um de matière chaque passe Des particules de poudre plus grosses (par exemple de 27 et de 50 Sm) creusent plus rapidement mais peuvent donner une définition plus faible Elles peuvent être utilisées pour fabriquer des dispositifs de plus grandes dimensions avec une précision adéquate. Les rainures 103 formées à l'aide de ce procédé de projection de particules et représentées sur la figure 8 C ont une profondeur ( 2-300 pm) réglée avec précision, des parois  alumina at a pressure of 5,600 kg / cm 2 acts as a device for "sanding" by fine particles The device "sanding" sweeps at a constant rate transversely the surface of the plate supporting the "resistance" surface that is 8B, and a stream of an abrasive powder having particle sizes of 17 μm can be used to remove about 2 μm of material each passes larger particles of powder (e.g. and 50 Sm) dig faster but can give a lower definition They can be used to make larger devices with adequate accuracy. The grooves 103 formed by this particle projection method and shown in FIG. 8C have a precisely set depth (2-300 μm)

verticales et une définition de bords ayant une rugosité d'en-  vertical and a definition of edges having a roughness of

viron 5 An Après la formation des rainures creusées, on enlbve le photorésist restant et on nettoie la plaque 100 On peut donc formeren une seule phase le système complet de passageset de chambre de refroidissement du réfrigérateur Comme on peut le voir sur la figure 8 D, un substrat 104, tel qu'un couvercle  After the formation of the hollow grooves, the remaining photoresist is removed and the plate 100 is cleaned. The complete system of passages and cooling chamber of the refrigerator can thus be formed in a single phase. As can be seen in FIG. a substrate 104, such as a lid

en verre sodique, est collé sur la surface attaquée de la pla-  made of sodium glass, is stuck to the attacked surface of the

que de verre 100 'à l'aide d'un adhésif ayant une épaisseur inférieure à 10 jm mais capable de supporter une pression de -210 kg/om 2 Ceci est le mime mode d'adhérence utilisé dans tous les modes de réalisation pour fixer deux ou plus de deux  It is the same mode of adhesion used in all embodiments to fix two or more than two

plaques de verre l'une k l'autre de manière à former un ensem-  plates to each other so as to form a set of

ble permanent étanche à la pression Une telle adhérence peut être obtenue avec une colle époxy ou durcissable par rayons ultraviolets (par exemple l'adhésif optique: Norland's  permanent bleed tightness Such adhesion can be achieved with an epoxy glue or ultraviolet curable adhesive (eg optical adhesive: Norland's

Optical Adhesive) On peut réaliser un scellement d'une épais-  Optical Adhesive) It is possible to seal a thick

seur de l'ordre du micromètre paaspiration,à lraide d'une action capillaired'un adhésif dilué dans l'espace compris entre la plaque 100 et le substrat 104 Le réfrigérateur est  of the order of the micrometer suction, using a capillary action of an adhesive diluted in the space between the plate 100 and the substrate 104 The refrigerator is

ensuite soumis à un éclairement par des radiations ultra-  then subjected to illumination by ultraviolet radiations

violettes intenses jusqu'à ce que l'adhésif polymérise et  intense violets until the adhesive cures and

forme une liaison.forms a connection.

Dans une variante, on peut faire fusionner la plaque de recouvrement ou le substrat avec la plaque creusée du corps,  In a variant, the cover plate or the substrate may be fused with the hollowed plate of the body,

cela à l'aide d'une mince pellicule d'un verre de soudure im-  this with the help of a thin film of an impregnated welding glass

primé à l'écran sur une seule ou sur les deux plaques, cela en ayant recours à des procédés classiques pour la fabrication des dispositifs d'affichage à cristaux liquides On forme par per- çage ou par attaque corrosive les conduits d'entrée et de sortie dans le verso du substrat 104 en verre et on colle ensuite les canalisations d'acheminement de gaz formées par des tubes en Téflon ou des tubes hypodermiques en acier inoxydable au verso de la plaque 104 de verre au moyen d'une résine époxy Si on utilise la technique de sablage par fines particules, on peut utiliser une matière isotrope amorphe et dure telle que le  screened on one or both plates using conventional methods for the manufacture of liquid crystal display devices. The inlet and outlet ducts are formed by drilling or by etching. outlet in the back of the substrate 104 glass and then glue the gas delivery pipes formed by Teflon tubes or hypodermic stainless steel tubes on the back of the plate 104 of glass with an epoxy resin using the fine particle sanding technique, an amorphous and hard isotropic material such as

verre pour la plaque 100 formant le corps du réfrigérateur.  glass for the plate 100 forming the body of the refrigerator.

L'utilisation de telles matières évite les problèmes associés à la conductibilité thermique élevée du silicium et on peut par conséquent obtenir des températures plus basses k l'extrémité  The use of such materials avoids the problems associated with the high thermal conductivity of silicon and therefore lower temperatures can be obtained at the end.

de la chambre froide du réfrigérateur.  from the cold room of the refrigerator.

Les figures 9 A-9 C illustrent un procédé de fabricatioa  FIGS. 9A-9C illustrate a manufacturing process

d'un réfrigérateur microminiature par formation de parois sur-  of a microminiature refrigerator by formation of walls

élevées qui constituent des canaux ou rainures sur une surface contrairement à la formation par creusement des rainures ou canaux dans une surface, La plaque 110 peut être une matière cristalline, amorphe ou métallique, de préférence du verre,  high, which constitute channels or grooves on a surface contrary to the formation by grooving the channels or channels in a surface, the plate 110 may be a crystalline material, amorphous or metallic, preferably glass,

sur la surface plane 111 o doivent être formées les rainures.  on the flat surface 111 o must be formed the grooves.

La matière 112, comme par exemple une poudre de fritte de verre, une résine époxy, un verre de soudure, une colle durcissable sous l'action des rayons ultraviolets, etc est imprimée h l'aide d'un écran sous la forme d'un dessin sur la surface 111, comme représenté sur la figure 9 B Lors de la cuisson, la poudre de fritte de verre fond et forme les parois des rainures De même, quand on vulcanise la résine époxy, quand on fait durcir le verre de soudure ou quand on expose la colle durcissable à  The material 112, such as, for example, a glass frit powder, an epoxy resin, a welding glass, an ultraviolet curable glue, etc., is printed using a screen in the form of a drawing on the surface 111, as shown in FIG. 9 B When firing, the glass frit powder melts and forms the walls of the grooves Similarly, when the epoxy resin is vulcanized, when the welding glass is cured or when exposing the curable glue to

une radiation ultraviolette, on forme les parois des rainures.  ultraviolet radiation forms the walls of the grooves.

En utilisant cette technique, on obtient avec précision des espacements de 5-300 >m La figure 9 C montre une plaque 113 formant un substrat en verre dont on obtient l'adhérence à l'aide de l'un quelconque des procédés de fixation mentionnés précédemment pour rendre étanche les conduits d'échangeurs  Using this technique, spacings of 5-300 μm are accurately obtained. FIG. 9C shows a plate 113 forming a glass substrate whose adhesion is achieved by any of the attachment methods mentioned in FIG. previously to seal the exchanger ducts

de chaleur Comme précédemment, on perce ou forme par corro-  As before, one pierces or forms by corro-

sion les conduits d'entrée et de sortie dans le verso de la plaque 113, et on fixe ensuite les canalisations de gaz à ce  the inlet and outlet ducts in the back of the plate 113, and the gas lines are then

verso de la plaque 113.back of plate 113.

Les figures 10 -1 OD montrent un procédé pour la fabrication du réfrigérateur tel que celui de la figure 5 dans lequel les rainures sont formées par corrosion sur un seul ou sur les deux cités plats d'une plaque de verre 120 sur laquelle on doit faire adhérer les deux plaques de verre 121 et 122  FIGS. 10 -1 OD show a process for the manufacture of the refrigerator such as that of FIG. 5 in which the grooves are formed by corrosion on one or both flat cities of a glass plate 120 on which it is necessary to make adhere the two glass plates 121 and 122

(figure 10 D) Particulièrement pour la conception avec écoule-  (Figure 10 D) Especially for flow design

ment laminaire, ce procédé simplifie la conception des dispo-  laminar process, this process simplifies the design of

sitifs à étages multiples.multi-stage systems.

Pour fabriquer le dispositif, on imprime à l'écran sur la plaque 120 une mince couche continue d'une fritte de verre ou on revêt chaque côté de cette plaque avec un verre de soudure 123 (la même opération peut être faite sur un seul c 8 té), puis on fait fondre ces couches, comme dans la phase de procédé représentée sur la figure 10 Ensuite, ou bien on  In order to manufacture the device, a thin continuous layer of glass frit is printed on the plate 120 on the plate, or each side of this plate is coated with a weld glass 123 (the same operation can be done on a single surface). 8 té), then these layers are melted, as in the process phase shown in Figure 10 Then, or

imprime un "résistn 124 sur les surfaces supérieure et infé-  prints a "resistance 124 on the upper and lower surfaces

rieure ou bien on utilise un photorésist que l'on expose et que l'on soumet à un développement sur chaque c 8 té en 124 (figure l OB), de manière que chaque coté de la plaque 120 porte le dessin ou réseau voulu, cela grâce à l'utilisation d'un des procédés décrits ci-dessus La plaque 120 est alors soumise à une abrasion et le "résistn est enlevé, ce qui laisse la plaque 120 représentée sur la figure 1 OC On remarquera, à ce stade, que les réseaux 125 et 126 de rainures apparaissent respectivement dans des couches distinctes et que les surfaces de verre entre ces réseaux sont recouvertes par une fritte 123  or a photoresist is used which is exposed and developed on each side at 124 (FIG. 1 OB), so that each side of the plate 120 carries the desired pattern or grating, this is achieved by using one of the methods described above. The plate 120 is then abraded and the resist is removed leaving the plate 120 shown in FIG. 1 OC. that the networks 125 and 126 of grooves respectively appear in separate layers and that the glass surfaces between these networks are covered by a frit 123

ayant fondu sur ses surfaces.having melted on its surfaces.

On fait ensuite adhérer les plaques de recouvrement 121 et 122 en verre aux surfaces supérieure et inférieure en ayant recours à un programme qui peut comprendre un premier  The glass cover plates 121 and 122 are then adhered to the top and bottom surfaces using a program which may include a first

chauffage de l'ensemble complet à une température de ramollis-  heating the complete assembly to a softening temperature

sement du verre de soudure ou de la fritte de verre, ceci a également pour effet de rendre étanche l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie de manière à compléter le réfrigérateur (figure 1 OD) Des trous à travers la plaque à l'endroit de l'extrémité de la chambre froide ou de refroidissement raccordent le réservoir, lequel est raccordé par l'intermédiaire des passages capillaires ou canaux haute pression 125, aux canaux basse pression 126 Le gaz sous haute pression traverse les canaux 125 jusqu'à la chambre de refroidissement puis revient par les canaux 126 Les couches de canaux peuvent être formées dans l'une et/ou les deux plaques 121 et 122 au lieu d'être  This also seals the inlet and the outlet to seal the refrigerator (Figure 1 OD). the end of the cold room or cooling chamber connect the tank, which is connected via the capillary passages or high pressure channels 125, to the low pressure channels 126 The high pressure gas passes through the channels 125 to to the cooling chamber and then back through the channels 126 The channel layers can be formed in one and / or both plates 121 and 122 instead of being

formées entièrement dans la plaque 120 constituant le corps.  formed entirely in the plate 120 constituting the body.

La figure 11 illustre un procédé de fabrication d'un  Figure 11 illustrates a method of manufacturing a

réfrigérateur 130 à étages multiples empilés, tel que le réfri-  multi-stacked refrigerator 130, such as refrigerator

gérateur de la figure 6 A l'aide de ce procédé, on peut réali-  Figure 6 Using this method, it is possible to realize

ser de façon commode des dispositifs à étages multiples dans lesquels des gaz différents passent dans des couches espacées à travers des passages formés dans une pile collée de plaques  Conveniently use multi-stage devices in which different gases pass into spaced apart layers through passages formed in a glued stack of plates

comme illustré sur la figure 11.as shown in Figure 11.

Ce réfrigérateur comprend sous forme d'une pile cinq plaques de verre collées ayant, de préférence, les mimes  This refrigerator comprises in the form of a stack five glued glass plates having, preferably, the mimes

dimensions Dans le présent cas, on forme dans les trois pla-  In this case, the three

ques intermédiaires 131, 132 et 133 des évidements de surface en ayant recours à l'un des procédés précités Par exemple, on forme dans la surface des plaques 131 et 132 des rainures 134 et 135, respectivement, à l'aide des procédés des figures 7 A-7 E, des figures àA-8 D ou des figures 9 -9 C, et on forme à la surface de la plaque 133 des rainures 136 et 137, respectivement, par exemple à l'aide du procédé des figures 10-10 D Dans chaque cas, on préfère le mode avec soufflage de particules, les extrémités ouvertes de chaque rainure étant espacées par des  In the surface of plates 131 and 132, grooves 134 and 135, respectively, are formed by means of the methods of FIGS. 7A-7E, FIGS. 8A-8D or 9-9C, and forming on the surface of the plate 133 grooves 136 and 137, respectively, for example by the method of FIGS. In each case, the particle blowing mode is preferred, the open ends of each groove being spaced apart by

couches de fritte fondues sur la surface de verre.  layers of frit melted on the glass surface.

Dans le dispositif à deux étages illustré, l'azote sous haute pression peut entrer par le canal 134 et revenir  In the illustrated two-stage device, the high pressure nitrogen can enter through the channel 134 and return

par le canal basse pression 135, l'hydrogène sous haute pres-  by the low-pressure channel 135, hydrogen under high pressure

sion peut entrer par le canal 136 et est préchauffé par  can enter through channel 136 and is preheated by

échange de chaleur avec l'azote présent dans le canal 135.  heat exchange with the nitrogen present in the channel 135.

L'hydrogène sous basse pression revient à l'orifice de sortie par l'intermédiaire des canaux 137 L'ensemble complet est  Hydrogen at low pressure returns to the outlet through channels 137 The complete set is

assemblé à l'aide d'un verre de soudure comme décrit précé-  assembled using a welding glass as described above.

demment Dans cet ensemble de réfrigération à deux étages, on peut utiliser des variantes de plaques comportant des parois surélevées formant des rainures au lieu des rainures obtenues par creusement On forme de façon appropriée les orifices de communication entre les diverses couches*  In this two-stage refrigeration unit, it is possible to use plate variants having elevated walls forming grooves instead of grooves obtained by digging. The communication orifices between the various layers are suitably formed.

Bien que dans les modes de réalisation décrits ci-  Although in the embodiments described above

dessus, le réfrigérateur comporte un corps cristallin ou amorphe, dans certains cas, ce réfrigérateur peut être formé par attaque corrosive avec traitement photographique d'une pellicule de cuivre déposée sur la surface d'une plaquette de circuit ou d'une mince feuille d'acier inoxydable Bien que le réfrigérateur décrit soit du type à cycle ouvert, comme indiqué ci-dessus, on peut fabriquer des réfrigérateurs à cycle fermé en utilisant les techniques selon la présente invention On comprendra que les rainures ou canaux peuvent aussi être formés comme décrit ci-dessus sur une tubulure capillaire, le tube étant en contact avec la surface intérieure de confinement d'un  the refrigerator has a crystalline or amorphous body, in some cases this refrigerator may be formed by corrosive etching with photographic processing of a copper film deposited on the surface of a circuit board or a thin foil. Although the described refrigerator is of the open cycle type, as indicated above, closed cycle refrigerators can be manufactured using the techniques of the present invention. It will be appreciated that the grooves or channels may also be formed as described herein. above a capillary tube, the tube being in contact with the inner confinement surface of a

autre tube pour former un réfrigérateur cylindrique avec échan-  another tube to form a cylindrical refrigerator with

geur de chaleur On peut effectuer le scellement de ce tube sur  heat can be sealed on this tube

le tube intérieur en utilisant une matière de tubulure rétrac-  the inner tube using a retractable tubing material

table à chaud, comme par exemple l'alliaget I Betalloy*t(Raychem  hot table, such as the Alliaget I Betalloy * t (Raychem

Corp) pour le tube extérieur.Corp) for the outer tube.

Les dimensions des rainures, les techniques pour l'adhérence ou collage des surfaces, la formation des rainures et autres caractéristiques du réfrigérateur peuvent 4 tre celles décrites ci-après à propos des modes de réalisation des figures  The dimensions of the grooves, the techniques for the adherence or bonding of the surfaces, the formation of the grooves and other characteristics of the refrigerator can be those described below with regard to the embodiments of the figures.

12-32,12-32,

En se référant à la figure 12 qui illustre une installation type, on voit que le réfrigérateur 211 est monté à une des extrémités d'un support 212 à l'intérieur duquel il est fixé de manière telle que ce réfrigérateur et ce support  Referring to Figure 12 which illustrates a typical installation, we see that the refrigerator 211 is mounted at one end of a support 212 inside which it is fixed in such a way that the refrigerator and the support

constituent habituellement un ensemble monobloc référencé 213.  usually constitute a monobloc assembly referenced 213.

Dans l'ensemble illustré, le réfrigérateur contient  In the set shown, the refrigerator contains

des passages d'écoulement qui sont raccordés par l'intermé-  flow passages which are connected via the

diaire du support à des moyens d'entrée et de sortie de fluide.  diary of the support to fluid inlet and outlet means.

La figure 12 montre l'ensemble monté dans un logement 214 formé par l'intérieur d'une enceinte typique 215 en forme  FIG. 12 shows the assembly mounted in a housing 214 formed by the interior of a typical shaped enclosure 215.

de botte comportant un couvercle approprié 216 étanche à l'air.  boot with a suitable cover 216 airtight.

Dans l'enceinte, le support 212 est fixé de façon appropriée  In the enclosure, the support 212 is set appropriately

au fond du logement et le réfrigérateur s'étend en porte-k-  at the bottom of the housing and the refrigerator extends in k-holder

faux à travers ce logement De préférence, le logement est soumis à une pression inférieure à la pression atmosphérique  through this housing Preferably the housing is subjected to a pressure lower than the atmospheric pressure

grâce au conduit 217 aboutissant à une source de vide 218.  through conduit 217 leading to a vacuum source 218.

Le dispositif 219 devant Stre refroidi continuellement  The device 219 must be continuously cooled

et qui peut Sire une petite puce de semiconducteur ou un dis-  and who can Sire a small semiconductor chip or a dis-

positif analogue est monté de façon appropriée à l'intérieur du logement 214, de préférence en contact avec la région la  similar positive is suitably mounted within the housing 214, preferably in contact with the

plus froide du réfrigérateur, comme indiqué en traits inter-  colder of the refrigerator, as shown in

rompus sur les dessins et tout c Ablage (non représenté) s'éten-  broken on the drawings and any c Ablage (not shown) extends

dant à partir de cette puce ou de ce dispositif traverse des orifices étanches de l'enceinte Dans le mode de réalisation illustré, ce dispositif est de préférence monté en contact direct avec la surface en verre du réfrigérateur, laquelle sert de couvercle à la chambre 2249 En se référant à la figure 13, on voit que l'on y a représenté au moins schématiquement le trajet du fluide Le réfrigérateur 211 comporte un perçage 221 servant d'orifice d'entrée pour l'admission d'un gaz sous haute pression qui s'écoule à travers un passage comportant une section d'échange de chaleur référencée 222 et une section capillaire 223 d'un  From this chip or device passes through sealed openings in the enclosure. In the illustrated embodiment, this device is preferably mounted in direct contact with the glass surface of the refrigerator, which serves as a cover for the chamber 2249. Referring to FIG. 13, it can be seen that at least a schematic representation of the fluid path is shown. The refrigerator 211 has a bore 221 serving as an inlet for the admission of a gas under high pressure. flows through a passage having a heat exchange section referenced 222 and a capillary section 223 of a

diamètre plus petit pour atteindre une chambre de refroidisse-  smaller diameter to reach a cooling chamber

ment 224 Le dispositif 219 devant être refroidi est placé aussi près que possible de la chambre 224, qui est la partie la plus froide du réfrigérateur, comme cela apparaîtra, et le fluide quittant la chambre 224 revient le long d'un passage 225 s'étendant de façon contiguë à la section de passage d'entrée 222 dans une disposition mutuelle d'échange de chaleur et aboutissant à un orifice de sortie 226 Ces passages ont une section de l'ordre du micron pour des réfrigérations sous très basse température avec une capacité de réfrigération de l'ordre  The device 219 to be cooled is placed as close as possible to the chamber 224, which is the coldest part of the refrigerator, as will appear, and the fluid leaving the chamber 224 returns along a passage 225 which extending contiguously to the inlet passage section 222 in a mutual heat exchange arrangement and terminating at an outlet port 226 These passages have a micron section for very low temperature refrigeration capacity of the order

du millivatt, comme cela apparattra.  millivat, as will appear.

Dans l'invention, l'orifice d'entrée 221 et l'orifice  In the invention, the inlet port 221 and the orifice

de sortie 226 se raccordent à des perçages 227 et 228, respec-  226 are connected to bores 227 and 228, respectively

tivement, ménagés dans le support 212, et le support est monté de manière telle dans l'enceinte qu'il raccorde les perçages 227 et 228 au conduit 229 d'entrée de fluide et au conduit 231 de sortie de fluide qui font saillie de l'enceinte Lorsque le système est un réfrigérateur à cycle ouvert, le conduit 229 est raccordé à une source de gaz réfrigérant sous pression et le conduit 231 est raccordé à un échappement approprié Dans un système à cycle fermé, les conduits 229 et 231 sont raccordés par une boucle contenant un ensemble de pressurisation et de  Actually, the support is mounted so that in the chamber it connects the bores 227 and 228 to the fluid inlet conduit 229 and the fluid outlet conduit 231 which protrude from the fluid. When the system is an open cycle refrigerator, the conduit 229 is connected to a source of pressurized refrigerant gas and the conduit 231 is connected to a suitable exhaust In a closed cycle system, the conduits 229 and 231 are connected by a loop containing a set of pressurization and

condenseur.condenser.

Comme on peuit mieux le voir sur la figure 14, le réfrigérateur 211 comprend un sandwich à trois éléments cons-  As can best be seen in FIG. 14, the refrigerator 211 comprises a three-element sandwich.

titué essentiellement par trois plaques de verre plat ou autres plaquesde même conductibilité thermique faible, 232, 233 et 234 collées,exactement similaires, qui ont approximativement la même longueur et la même largeur et une épaisseur de préférence de l'ordre de 508 um La plaque médiane peut être plus mince que les autres plaques pour accroître l'échange de chaleur entre les canaux d'entrée et de sortie Le réfrigérateur 211  essentially divided by three flat glass plates or other plates of the same low thermal conductivity, 232, 233 and 234 glued, exactly similar, which have approximately the same length and the same width and a thickness preferably of the order of 508 μm. median may be thinner than other plates to increase heat exchange between inlet and outlet channels

peut avoir, hors tout, une largeur d'environ 12,7 mm, une lon-  may have, overall, a width of about 12.7 mm, a length

gueur de 57,2 mm et une épaisseur totale d'environ 1,5 mm.  57.2 mm and a total thickness of about 1.5 mm.

ceci représentant un mode de réalisation capable de fonctionner avec succès et dont les effets ont donné de bons résultats Un autre mode de réalisation capable de fonctionner avec succès a une largeur de 5,1 mm, une longueur de 25,4 mm et une épaisseur  this representing an embodiment capable of operating successfully and the effects of which have given good results Another embodiment capable of operating successfully has a width of 5.1 mm, a length of 25.4 mm and a thickness

de 1 5 mm.of 1 5 mm.

Le réfrigérateur a une structure à couches de gaz  The refrigerator has a layered gas structure

multiples En d'autres termes, les passages 222 et 223 d'ali-  In other words, passages 222 and 223 of food

mentation en fluide et la chambre 224 sont formées de manière à constituer une couche de passage d'écoulement de fluide à l'intérieur d'un sandwich sensiblement dans un plan tandis que le passage de retour est formé de manière à constituer une couche séparée de passage d'écoulement de fluide à l'intérieur  fluidization and the chamber 224 are formed to form a fluid flow passage layer within a sandwich substantially in a plane while the return passage is formed to form a separate layer of fluid flow passage inside

du sandwich sensiblement dans un plan espacé Comme il appa-  sandwich substantially in a spaced plane As it appears

raitra, ces couches sont en communication d'écoulement de  these layers are in flow communication from

fluide par une ouverture ménagée dans la paroi de la chambre.  fluid through an opening in the wall of the chamber.

Les figures 17-24 montrent un détail d'un autre mode de réalisation Les minces plaques plates 232, 233 et 234 en verre ont les mêmes dimensions La plaque intermédiaire 233 en verre est uniforme avec des surfaces lisses plates et opposées  FIGS. 17-24 show a detail of another embodiment The thin flat glass plates 232, 233 and 234 have the same dimensions The intermediate glass plate 233 is uniform with flat and opposite smooth surfaces

235 et 236 (figure 22) La plaque supérieure 232 telle qu'il-  235 and 236 (Figure 22) The top plate 232 as it-

lustrée est transparente Comme on peut le voir sur la figure 17, la plaque 232 comporte dans sa surface inférieure 237 des régions évidées, c'est-à-dire des wanures ou canaux, formant l'orifice d'entrée 221, la section 222 de passage d'échange de chaleur, la section 223 de passage capillaire et la chambre 224 raccordée en série et constituant un trajet d'écoulement continu pour le fluide depuis l'orifice d'entrée 221 jusqu'à la chambre 224 L'orifice 221 se présente sous la forme d'un puits  As shown in FIG. 17, the plate 232 has in its bottom surface 237 recessed regions, that is to say wanures or channels, forming the inlet orifice 221, the section 222. heat exchange passageway 223, the capillary passage section 223 and the series connected chamber 224 and constituting a continuous flow path for the fluid from the inlet port 221 to the chamber 224. is in the form of a well

à fond fermé.closed bottom.

La plaque intermédiaire 233 ferme un des c 8 tés des passages de la plaque 232 et comporte à une de ses extrémités un trou traversant 238 aligné avec l'orifice 221 de la plaque 232 de l'ensemble La plaque 233 comporte à son autre extrémité  The intermediate plate 233 closes one of the sides of the passages of the plate 232 and has at one of its ends a through hole 238 aligned with the orifice 221 of the plate 232 of the assembly. The plate 233 comprises at its other end

un trou traversant 239 aligné avec la chambre 224 de l'ensemble.  a through hole 239 aligned with the chamber 224 of the assembly.

La plaque inférieure 234 comporte sur sa surface supérieure 240 un trajet de retour de fluide sous basse pression qui comprend un évidement superficiel 241 rectangulaire dans son ensemble et de grande étendue Une série de nervures espacées 242 et plusieurs rangées de saillies 243 sont prévues sur le fond de l'évidement de manière à être en contact de support avec la surface inférieure 236 de la plaque intermédiaire de l'ensemble tout en ne gênant pas sensiblement l'écoulement du fluide La plaque 234 comporte un trou traversant 243 qui est aligné avec des trous ou perçages 238 et 241 de l'ensemble de la figure 160 Un second trou 244 ménagé dans la plaque 234 débouche dans l'évidement 241 Le fluide sortant de la chambre  The lower plate 234 has on its upper surface 240 a low-pressure fluid return path which includes a generally rectangular, wide-area rectangular recess 241. A series of spaced ribs 242 and several rows of projections 243 are provided on the bottom. of the recess so as to be in bearing contact with the lower surface 236 of the intermediate plate of the assembly while not substantially impeding the flow of the fluid The plate 234 has a through hole 243 which is aligned with holes or holes 238 and 241 of the assembly of FIG. 160 A second hole 244 formed in the plate 234 opens into the recess 241 The fluid leaving the chamber

224 de l'ensemble traverse l'orifice 239 et pénètre dans l'évi-  224 of the assembly passes through the orifice 239 and enters the

dement 241 puis sort par l'orifice 244.  241 and then out through the hole 244.

Lors de l'assemblage, on fait adhérer les plaques de verre 232, 233 et 234 sous forme d'une pile de façon étanche à la pression à leurs interfaces On place le stratifié dans le  During assembly, the glass plates 232, 233 and 234 are adhered in the form of a pressure-tight stack at their interfaces. The laminate is placed in the

support 212 o une des extrémités est collée au support métal-  support 212 o one of the ends is glued to the metal support-

lique à l'aide de couches adhésives 249 et 250, les trous 243  using adhesive layers 249 and 250, holes 243

et 244 étant alignés avec les trous 227 et 228, respectivement.  and 244 being aligned with the holes 227 and 228, respectively.

Ceci assure le support du réfrigérateur ainsi les raccordements d'entrée et de sortie étanches pour les passages d'écoulement  This ensures the support of the refrigerator so the watertight inlet and outlet connections for the flow passages

du réfrigérateur.refrigerator.

Les dimensions des passages sont choisies en vue des  The dimensions of the passages are chosen for

capacités de refroidissement.cooling capabilities.

Les passages 222, 223, 225 ont une taille de l'ordre du micromètre Les passages 222 et 223 particulièrement ont une taille de l'ordre du micromètre, leurs dimensions étant de l'ordre de 5-500 pm Dans un réfrigérateur type, ces passages peuvent avoir une profondeur aussi faible que 5-10 um et une largeur aussi faible que 150-200 um Dans le passage 222, le gaz passe sous forme d'un écoulement laminaire, ce qui a pour effet de réduire les vibrations, le bruit et d'éliminer tout autre problème résultant d'un écoulement turbulent L'évidement  The passages 222, 223, 225 have a size of the order of one micrometer The passages 222 and 223 particularly have a size of the order of a micrometer, their dimensions being of the order of 5-500 pm In a typical refrigerator, these The passages can have a depth as small as 5-10 μm and a width as small as 150-200 μm. In passage 222, the gas passes in the form of a laminar flow, which has the effect of reducing vibrations, noise and noise. and eliminate any other problem resulting from a turbulent flow The recess

241 a, de façon caractéristique, une profondeur d'environ 20-  241 has, typically, a depth of about 20-

240 pim.240 pim.

Dans une variante du mode de réalisation ci-dessus, les moyens formant les passages d'entrée et de sortie peuvent être creusés ou formés de toute autre manière dans les surfaces opposées de la plaque intermédiaire 233, ou bien un de ces moyens peut être formé dans la plaque 233 tandis que l'autre  In an alternative embodiment of the above embodiment, the means forming the inlet and outlet passages may be hollowed or otherwise formed in opposite surfaces of the intermediate plate 233, or one of these means may be formed in plate 233 while the other

est formé dans l'une des deux autres plaques.  is formed in one of the other two plates.

Pour faire fonctionner les modes de réalisation des figures 12-24, on introduit un gaz comprimé, comme par exemple de l'azote ou de l'ammoniac, à la température ambiante ( 15,60 C- 32,30 C) par le conduit 229 et l'orifice,221 Les pressions de  In order to operate the embodiments of FIGS. 12-24, a compressed gas, such as, for example, nitrogen or ammonia, is introduced at room temperature (15.60 ° C.-32.30 ° C.) through the duct. 229 and the orifice, 221 The pressures of

ces gaz sont, dans cette région, 10,5-210 kg/cm 2.  these gases are, in this region, 10.5-210 kg / cm 2.

Le gaz s'écoule à travers la section 222 d'échange de chaleur des passages dont la taille est de l'ordre du micron puis à travers la section capillaire 223 dont la section droite est plus faible et o le gaz se détend et diminue de température puis pénètre dans la chambre de refroidissement 224 Le fluide dans la chambre 224 peut être un gaz, un liquide ou un mélange à l'état surrefroidi et, de toute façon, il constitue la partie  The gas flows through the heat exchange section 222 of the passages whose size is of the order of one micron and then through the capillary section 223 whose cross section is smaller and where the gas relaxes and decreases. The fluid in the chamber 224 can be a gas, a liquid or a mixture in the supercooled state and, in any case, it constitutes the

la plus froide du réfrigérateur.the coldest of the refrigerator.

Le fluide quittant la chambre 224 par l'orifice 239 s'écoule s O Us une pression réduite à travers le passage de  The fluid leaving the chamber 224 through the orifice 239 flows at a reduced pressure across the passageway.

retour 225 en état d'échange de chaleur avec le passage d'en-  return 225 in a state of heat exchange with the passage of

trée 222 puis atteint l'orifice de sortie 226 et le conduit 231 On remarquera que cet échange de chaleur a lieu de  tream 222 and then reaches the outlet orifice 226 and the conduit 231. It will be noted that this heat exchange takes place from

façon sensiblement directe à travers la faible épaisseur uni-  substantially straightforward way through the thin uni-

forme de la plaque de verre intermédiaire 233 et qu'il s'effec-  shape of the intermediate glass plate 233 and that it is

tue de façon efficace et précise, le gaz froid de sortie sous basse pression refroidissant préalablement le gaz entrant sous  effectively and accurately kills the low-pressure cold exit gas previously cooling the incoming gas

forte pression.High pressure.

Dans la présente invention, l'échange de chaleur entre les sections d'échange de chaleur des passages de gaz sous haute pression et des passages de retour sous basse pression a lieu à travers des parois ayant la dimension de l'épaisseur des plaques respectives, grâce à quoi un emplacement relatif précis est possible, l'échange de chaleur étant réglé  In the present invention, the heat exchange between the heat exchange sections of the high pressure gas passages and the low pressure return passages takes place through walls having the thickness dimension of the respective plates, thanks to which a precise relative location is possible, the heat exchange being regulated

par l'épaisseur de la plaque.by the thickness of the plate.

Un des avantages principaux de l'obtention d'un retour basse pression avec écoulement laminaire dans une couche distincte est que le réfrigérateur peut fonctionner k une température plus faible que les réfrigérateurs conçus pour un écoulement turbulent dans le passage de retour Il en est ainsi  One of the main advantages of obtaining a low pressure backflow with laminar flow in a separate layer is that the refrigerator can operate at a lower temperature than the refrigerators designed for turbulent flow in the return passage.

en raison du fait que les canaux dans lesquels a lieu l'écoule-  because of the fact that the channels in which the

ment laminaire engendrent des contrepressions plus faibles et, par conséquent, des températures de fonctionnement inférieures. L'expérience a montré que l'on peut fabriquer les réfrigérateurs multicouches du type précité en utilisant un volume de matière plus faible dtun tiers que dans le cas d'un réfrigérateur à couche unique (une couche unique est le cas dans lequel les passages d'entrée et de retour sont formés dans une seule interface) ayant la même capacité de refroidissement  The laminar flow generates lower counterpressures and, consequently, lower operating temperatures. Experience has shown that multilayer refrigerators of the above-mentioned type can be manufactured using a smaller volume of material than one-third of a single-layer refrigerator (a single layer is the case in which 'input and return are formed in a single interface) having the same cooling capacity

et fonctionnant par conséquent de façon plus efficace.  and therefore operating more efficiently.

Les plaques 232, 233 et 234 sont de préférence en verre sodocalcique, en Pyrex ou en toute autre matière de même  The plates 232, 233 and 234 are preferably made of soda-lime glass, Pyrex or any other similar material.

conductibilité thermique faible Ces plaques doivent être pla-  low thermal conductivity These plates must be

tes, avoir une faible conductibilité thermique et être suscep-  have a low thermal conductivity and be susceptible to

tibles d'usinage pour la formation des passages et des chambres  machining tips for forming passages and chambers

creusées dans la surface comme décrit ci-dessus -Ceci est parti-  excavated in the surface as described above - this is

culièrement souhaitable quand un refroidissement jusqu'à  particularly desirable when cooling down

-500 C ou en dessous de cette température est nécessaire Toute-  -500 C or below this temperature is necessary Any-

fois, quand la température requise n'est pas aussi faible, il est préférable d'utiliser une plaque supérieure en une matière  time, when the required temperature is not so low, it is better to use a top plate made of

de bonne conductibilité mais ayant à peu près le même coeffi-  good conductivity but having about the same coeffi-

cient de dilatation thermique que l'oxyde de béryllium, le sili-  thermal expansion that beryllium oxide, silicon

cium ou un oxyde d'aluminium cristallin pour obtenir ainsi un  or a crystalline aluminum oxide to obtain a

échange de chaleur efficace.efficient heat exchange.

Dans certains modes de réalisation, le système de passagesd'entrée haute pression et le système de passagesbasse pression peuvent être formés par attaque corrosive ou creusés de toute autre manière dans les c 8 tés opposés de la plaque intermédiaire, tandis que les deux autres plaques de la pile sont surfacées de manière à être planes pour fermer les c 8 tés des évidements On envisage aussi dans le cadre de la présente  In some embodiments, the high-pressure inlet system and the pressure-transfer system may be formed by corrosive etching or otherwise excavated in the opposite sides of the intermediate plate, while the other two the pile are planed so as to be flat to close the sides of the recesses. It is also envisaged in the context of the present

invention de former une couche (passages haute et basse pres-  invention of forming a layer (high and low passages

sions) dans la plaque intermédiaire et l'autre couche dans  sions) in the intermediate plate and the other layer in

l'une des plaques supérieure ou inférieure.  one of the upper or lower plates.

La figure 25 décrit un mode de réalisation dans lequel trois plaques similaires 251, 252 et 253 d'une épaisseur d'environ 508 pm fournissent les passages d'une taille de l'ordre du micromètre Les plaques sont collées sous forme d'une pile dans la pratique, mais on les a représentées ici par une vue éclatée pour mieux montrer en détail les  Fig. 25 depicts an embodiment in which three similar plates 251, 252 and 253 of a thickness of about 508 μm provide the micrometer-sized passages. The plates are glued in the form of a stack. in practice, but they have been represented here by an exploded view to better show in detail the

éléments constitutifs du réfrigérateur.  components of the refrigerator.

Le gaz sous haute pression est introduit par l'orifice d'entrée 254 de la plaque 251 qui est une plaque plate en verre comportant des surfaces planes, et il continue b travers le trou 255 de la plaque 252 jusqu'à un alvéole ou puits 256 à fond fermé dans la surface supérieure de la plaque inférieure  The high pressure gas is introduced through the inlet 254 of the plate 251 which is a flat glass plate having flat surfaces, and it continues through the hole 255 of the plate 252 to a cell or well. 256 closed bottom in the upper surface of the bottom plate

253 qui peut être identique à la plaque 232 des figures 12-24.  253 which may be identical to the plate 232 of Figures 12-24.

Le circuit haute pression se prolonge dans la plaque 253 sous  The high pressure circuit is extended in plate 253 under

la forme d'une section 257 d'échange de chaleur et d'une sec-  the shape of a heat exchange section 257 and a

tion capillaire 258 de détente débouchant dans l'évidement 259  capillary expansion 258 relaxation opening in the recess 259

formant chambre de refroidissement.forming a cooling chamber.

La plaque intermédiaire 252, qui peut être identique à la plaque 234 des figures 12-24, est plate et plane sur sa surface inférieure de manière à compléter les passages de la plaque 253, et sa surface supérieure est évidée en 261 pour former le retour basse pression Un trou traversant 262 ménagé dans le fond de l'évidement 251 raccorde l'évidement basse  The intermediate plate 252, which may be identical to the plate 234 of FIGS. 12-24, is flat and flat on its lower surface so as to complete the passages of the plate 253, and its upper surface is hollowed out at 261 to form the return low pressure A through hole 262 formed in the bottom of the recess 251 connects the low recess

pression 261 à un circuit extérieur.  pressure 261 to an external circuit.

La figure 26 montre un mode de réalisation similaire  Figure 26 shows a similar embodiment

à la figure 25 mais comportant deux retours basse pression.  in Figure 25 but having two low pressure returns.

Quatre plaques de dimensions similaires sont collées ici sous forme d'une pile et sont représentées sous une forme éclatée sur la figure 26 pour des raisons de clarté Les plaques 251, 252 et 253 sont comme dans la figure 25, et une quatrième plaque 264 est ajoutée pour former un second retour basse pression La plaque 264 peut être une copie de la plaque 252  Four plates of similar size are glued here in the form of a stack and are shown in exploded form in FIG. 26 for reasons of clarity. The plates 251, 252 and 253 are as in FIG. 25, and a fourth plate 264 is added to form a second low-pressure return The plate 264 may be a copy of the plate 252

avec l'évidement de retour basse pression formée dans sa sur-  with the low-pressure return recess formed in its

face supérieure Toutefois, un trou traversant 265 dans la plaque 253 au fond de la chambre 259 raccorde la chambre aux évidements basse pression 266 formés dans la surface supérieure de la plaque 264 De plus, aucun trou correspondant au trou 262 n'est formé dans l'évidement 266, mais le gaz sous basse pression provenant de l'évidement 266 s'écoule à travers un trou traversant 267 formé dans la plaque 253 et à travers un trou traversant 268 formé dans la plaque 252 pour rejoindre le gaz s'échappant de l'évidement 261 en passant par l'orifice de  However, a through-hole 265 in the plate 253 at the bottom of the chamber 259 connects the chamber to the low-pressure recesses 266 formed in the upper surface of the plate 264. Further, no hole corresponding to the hole 262 is formed in the chamber. recess 266, but the low pressure gas from the recess 266 flows through a through hole 267 formed in the plate 253 and through a through hole 268 formed in the plate 252 to join the escaping gas. the recess 261 through the orifice of

sortie 263.Exit 263.

Dans ce mode de réalisation il existe donc deux tra-  In this embodiment there are therefore two

jets d'échange de chaleur assurant un refroidissement préalable  heat exchange jets providing pre-cooling

plus rapide et plus poussé du gaz entrant sous haute pression.  faster and more advanced gas entering under high pressure.

Dans le mode de réalisation de la figure 27, l'extré-  In the embodiment of FIG. 27, the

mité froide du réfrigérateur 211 est modifiéedans la mesure o la chambre de refroidissement, au lieu d'être un évidement comme en 224 sur la figure 14, est une ouverture traversante 270 ménagée dans la plaque- couvercle 251 en verre et, sur cette ouverture, est collé de façon étanche à la pression un mince bloc plat 271 en une matière qui présente une conductibfité thermique très élevée Le dispositif 219 qui doit être refroidi  The cold unit of the refrigerator 211 is modified inasmuch as the cooling chamber, instead of being a recess as in 224 in FIG. 14, is a through opening 270 formed in the glass cover plate 251 and, on this opening, a thin flat block 271 of a material having a very high thermal conductivity is bonded in a pressure-tight manner. The device 219 which has to be cooled

est monté directement sur le bloc 271 * Le fluide, à sa tempé-  is mounted directly on block 271 * The fluid, at its temperature

rature la plus basse, est donc en contact avec la surface de  lowest level, is therefore in contact with the surface of

dessous du bloc 217.below block 217.

Les matières préférées pour le bloc 271 sont le silicium, le béryllium et le saphir Toutes ces matières ont  The preferred materials for block 271 are silicon, beryllium and sapphire. All these materials have

des conductibilités thermiques élevées qui augmentent considé-  high thermal conductivities which increase considerably

rablement aux températures très basses et peuvent être associées à unematière enplaque appropriée présentant à peu près le même coefficient de dilatation thermique La matière préférée est l'oxyde de béryllium Cette matière combine une dureté élevée avec un coefficient de dilatation thermique proche de la matière  at a very low temperature and can be combined with a suitable plastic material with about the same coefficient of thermal expansion. The preferred material is beryllium oxide. This material combines high hardness with a coefficient of thermal expansion close to the material.

enplaque préférée, c'est-à-dire le verre.  preferred plate, that is to say glass.

Les figures 28-30 illustrent une autre forme de réalisation d'un réfrigérateur multicouches fonctionnant sur le  Figures 28-30 illustrate another embodiment of a multilayer refrigerator operating on the

même principe.same principle.

Comme on peut le voir sur la figure 28, le stratifié formant le réfrigérateur comprend trois minces plaques planes similaires 280, 281 et 282 en une matière qui peut être attaquée, c'est-à-dire creusée, par corrosions De préférence, les plaques 280 et 281 sont des plaques en verre et la plaque 282 peut être en verre pour de nombreuses applications mais pour des applications autres que celles-ci elle peut être en une matière vitreuse présentant une conductibilité thermique plus élevée, comme par exemple l'oxyde d'aluminium cristallin  As can be seen in FIG. 28, the laminate forming the refrigerator comprises three thin flat plates 280, 281 and 282 of a material which can be etched, i.e. hollowed out, by corrosions. 280 and 281 are glass plates and the plate 282 may be glass for many applications but for applications other than these it may be in a vitreous material having a higher thermal conductivity, such as for example crystalline aluminum

(saphir), le béryllium ou le silicium.  (sapphire), beryllium or silicon.

Sur la surface supérieure 283 de la plaque 280, on forme par corrosion ou de façon équivalente un passage d'entrée de gaz sous haute pression, consistant ici essentiellement en  On the upper surface 283 of the plate 280, a high pressure gas inlet passage is formed by corrosion or equivalent, essentially consisting essentially of

un évidement 284 de dimension capillaire de l'ordre du micro-  a recess 284 of capillary dimension of the order of the micro-

mètre qui s'étend à partir de l'orifice d'entrée 285 sous forme d'un labyrinthe jusqu'à une chambre de refroidissement  meter extending from inlet port 285 as a labyrinth to a cooling chamber

centrale 286 formée par un évidement.  central 286 formed by a recess.

La plaque 281 comporte une surface inférieure continue plane 287 collée de façon étanche vis-à-vis de la pression sur la plaque 280 pour compléter la chambre et le passage d'entrée et, dans la surface supérieure 288 de cette plaque, est formé un grand évidement 289 de retour de gaz sous basse pression, qui est raccordé à la chambre 286 par un orifice 290 Une série de nervures radiales surélevées 291 présentes dans l'évidement 289 portent,de façon à la supporter, contre la p Ilaque 280  The plate 281 has a planar continuous bottom surface 287 sealingly pressed against the pressure on the plate 280 to complete the chamber and the inlet passage and, in the upper surface 288 of this plate, is formed a large recess 289 of low-pressure gas return, which is connected to the chamber 286 through an orifice 290 A series of raised radial ribs 291 present in the recess 289 bear, so as to withstand it, against the chamber 288

pour augmenter la résistance mécanique de l'ensemble.  to increase the mechanical strength of the assembly.

Le gaz sortant à une pression réduite s'écoule dans  The gas leaving at a reduced pressure flows into

l'évidement 289 jusqu'à un orifice de sortie 292 qui se pro-  the recess 289 to an outlet port 292 which is

longe k travers une des plaques 280 ou 282 jusqu'à un dispo-  run through one of the plates 280 or 282 until a

sitif extérieur comme dans le mode de réalisation antérieur.  external system as in the previous embodiment.

Comme indiqué sur la figure 28, la plaque 282 est collée de façon étanche vis-à-vis de la pression sur la plaque 281 de manière à compléter le passage de retour 289 d'une  As shown in Fig. 28, the plate 282 is pressure-tightly adhered to the plate 281 so as to complete the return passage 289 of a

profondeur de l'ordre du micromètre.  depth of the order of a micrometer.

Sur la surface supérieure 293 de la plaque 282 est fixée directement la puce 294 de semiconducteur à refroidir, et un circuit imprimé ou un circuit analogue 295 associé à cette puce s'étend sur la plaque 282 jusqu'à des connexions électriques extérieures appropriées La puce se trouve donc exposée au fluide refroidi sensiblement à l'endroit de la région la plus froide du réfrigérateur Ce mode de fixation du dispositif à refroidir peut être utilisé dans tous les  On the upper surface 293 of the plate 282, the semiconductor chip 294 is directly attached to be cooled, and a printed circuit or the like circuit 295 associated with this chip extends on the plate 282 to appropriate external electrical connections. is thus exposed to the cooled fluid substantially at the location of the coldest region of the refrigerator This method of fixing the device to be cooled can be used in all

modes de réalisation décrits dans le présent exposé.  embodiments described in this disclosure.

Dans la description qui précède, le passage capil-  In the foregoing description, the capillary passage

laire est en relation d'échange de chaleur avec le fluide se trouvant dans l'évidement de sortie 289 Cet agencement peut être préférable pour une réfrigération de température plus  The arrangement is in heat exchange relation with the fluid in the outlet recess 289. This arrangement may be preferable for further temperature refrigeration.

élevée o un refroidissement jusqu'à des températures cryo-  o Cooling to cryogenic temperatures

géniques n'est pas nécessaire Par exemple, on peut utiliser de l'ammoniac comme réfrigérant pour obtenir des températures de 300 C et des capacités de réfrigération atteignant  For example, ammonia can be used as a refrigerant to achieve temperatures of 300 C and refrigeration capacities up to

vatts A mesure que les exigences se rapprochent d'un re-  vatts As the requirements come closer to a re-

froidissement cryogénique, on augmente la longueur de la  cryogenic cooling, the length of the

région d'échange de chaleur en vue d'un refroidissement préa-  heat exchange region with a view to pre-cooling the

lable avant la section capillaire Par exemple, le réfrigérant peut être du"Préon" introduit sous une pression élevée et qui est soumis à une chute de pression, se détend et se refroidit dans la section capillaire 284 tout en étant en relation  For example, the refrigerant can be "preon" introduced under high pressure and which is subjected to a pressure drop, relaxes and cools in the capillary section 284 while being in contact with it.

d'échange de chaleur avec le gaz de retour présent dans l'évi-  of heat exchange with the return gas present in the

dement 289, cela en vue d'un refroidissement plus poussé Lors-  289, for the purpose of further cooling

que le gaz est de l'azote destiné à un refroidissement cryo-  that the gas is nitrogen for cryogenic cooling

génique, comme dans le mode de réalisation des figures 12-24, on augmente la longueur de la région d'échange de chaleur  As in the embodiment of Figures 12-24, the length of the heat exchange region is increased.

destinée à un refroidissement préalable.  intended for pre-cooling.

Le réfrigérateur susvisé peut présenter un intérêt particulier dans le refroidissement de puces de calculateurs de plus grande dimensions telles que celles connues sous la désignation de puces VLSI (intégration à très grande échelle) qui sont conçues actuellement pour des densités de circuit plus élevées et pour une capacité de puissance accrue entraînant une dissipation de grandes quantités de chaleur, c'est-à-dire -50 watts La réfrigération permet à ces puces de fonctionner à des températures plus faibles, améliore leur rendement, leur  The above-mentioned refrigerator may be of particular interest in cooling larger computer chips such as those known as VLSI (Very Large Scale Integration) chips which are presently designed for higher circuit densities and for a larger scale. increased power capacity resulting in dissipation of large amounts of heat, ie -50 watts Refrigeration allows these chips to operate at lower temperatures, improves their efficiency, their

vitesse et leur fiabilité, et accroit leur durée de vie utile.  speed and reliability, and increases their useful life.

Les figures 31 et 32 illustrent un ensemble de réfri-  Figures 31 and 32 illustrate a set of refrigeration

gérateur constitué par deux réfrigérateurs multicouches réali-  two multilayer refrigerators

sés entre cinq plaques formant un stratifié Cette configuration pour iefroidissement en cascade permet le refroidissement préalable d'un  between five plates forming a laminate This configuration for cascade cooling allows the pre-cooling of a

fluide par un autre fluide pour l'obtention soit d'un refroi-  fluid by another fluid to obtain either a cooling

dissement plus rapide soit de températures plus basses Par exemple, on pourrait utiliser de l'ammoniac dans le premier étage des couches 294 en cascade pour refroidir préalablement de l'azote dans les couches 295 du second étage Ceci diminue le temps pour le refroidissement de l'azote d'un facteur de trois ou plus titre d'autre exemple, on pourrait utiliser  For example, ammonia could be used in the first stage of the cascade layers 294 to pre-cool nitrogen in the layers 295 of the second stage. This decreases the time for cooling the water. nitrogen by a factor of three or more as another example, one could use

de l'azote dans les couches 294 d'étage plus court pour re-  nitrogen in the layers 294 of shorter stage to re-

froidir préalablement de l'hydrogène qui est alors refroidi jusqu'à 200 K Les fluides à bas point d'ébullition tels que l'hydrogène et l'hélium ne se refroidissement pas dans le  Pre-cool the hydrogen, which is then cooled down to 200 K Low-boiling fluids such as hydrogen and helium do not cool in the

cycle Joule-Thomson à moins qu'ils soient refroidis pridable-  Joule-Thomson cycle unless they are cold

ment de cette manière jusqu'à la température appropriée On  in this way until the appropriate temperature

peut réaliser d'une manière similaire des réfrigérateurs com-  can achieve in a similar way refrigerators com-

* portant trois ou plus de trois étages.* carrying three or more floors.

Le réfrigérateur peut présenter d'autres caractéris-  The refrigerator may have other characteristics

tiques et dimensions de rainures ou canaux telles que celles  ticks and dimensions of grooves or channels such as those

décrites à propos des modes de réalisation des figures 1-11.  described in the embodiments of FIGS. 1-11.

La formation des rainures ou canaux et l'assemblage des plaques par adhérence sont effectués ici à l'aide des techniques de formation de rainures et de la matière de liaison ou d'adhérence  The formation of the grooves or channels and the adhesion of the plates are carried out here using groove forming techniques and bonding or bonding material

décrites à propos desdits modes de réalisation.  described with respect to said embodiments.

Selon un autre aspect de la présente invention, on a découvert qu'il existe une relation entre le rendement de l'échangeur de chaleur et la température minimale qui peut être  According to another aspect of the present invention, it has been discovered that there is a relationship between the efficiency of the heat exchanger and the minimum temperature which can be

atteinte dans la section de refroidissement du réfrigérateur.  reached in the cooling section of the refrigerator.

La température minimum est déterminée par la pression du gaz k  The minimum temperature is determined by the pressure of the gas k

l'endroit o le gaz sort de la chambre de refroidissement.  the place where the gas leaves the cooling chamber.

Plus la pression est basse à ce point, plus la température est basse Par contre, le rendement de l'échangeur de chaleur  The lower the pressure at this point, the lower the temperature. On the other hand, the efficiency of the heat exchanger

est fonction de la chute de pression le long du canal de sor-  is a function of the pressure drop along the discharge channel

tie, une augmentation de cette chute de pression entraînant un échange de chaleur plus efficace Pour obtenir un échange de chaleur efficace qui conduit à un temps de refroidissement plus court et/ou à des allures de consommation de gaz plus faibles, il faut donc que la pression du gaz, lorsqu'il quitte  This increases the pressure drop resulting in more efficient heat exchange. For efficient heat exchange that leads to a shorter cooling time and / or lower gas consumption rates, it is necessary that the gas pressure, when it leaves

la chambre de refroidissement, soit relativement élevée Inver-  the cooling chamber is relatively high Inver-

sement, pour obtenir une chute de température maximale dans la chambre de refroidissement, il faut que la pression du gaz  In order to obtain a maximum temperature drop in the cooling chamber, it is necessary that the pressure of the gas

au même point soit relativement faible.  at the same point is relatively weak.

Les modes de réalisation des figures 33 et 34 repré-  The embodiments of FIGS. 33 and 34 represent

sentent une solution efficace à ce problème Dans chacun de ces modes de réalisation, deux sections capillaires sont formées et une partie du gaz entrant est détournée directement vers le  In each of these embodiments, two capillary sections are formed and a portion of the incoming gas is diverted directly to the

passage de sortie de l'échangeur de chaleur après avoir tra-  outlet passage of the heat exchanger after working

versé une des sections capillaires en contournant ainsi la  poured one of the capillary sections thus bypassing the

chambre de refroidissement.cooling chamber.

Le mode de réalisation de la figure 33 comprend une pile de quatre plaques 300, 302, 304 et 306 qui peuvent être formées de la même matière et qui sont collées les unes aux autres de la même manière que dans les modes de réalisation  The embodiment of Fig. 33 comprises a stack of four plates 300, 302, 304 and 306 which may be formed of the same material and which are glued to each other in the same manner as in the embodiments.

décrits précédemment, Dans ce mode de réalisation, deux sec-  described in this embodiment, two sec-

tions capillaires 308 et 310 sont formées en séries l'une avec l'autre* Entre les deux sections capillaires on forme un petit orifice 312 menant jusqu'à l'extrémité d'amont de passage de sortie 314 que comporte l'échangeur de chaleur et qui est ménagé dans la plaque 300 L'extrémité d'aval de la seconde  The capillary portions 308 and 310 are formed in series with one another. Between the two capillary sections a small orifice 312 is formed leading to the upstream outlet end 314 of the heat exchanger. and which is formed in the plate 300 The downstream end of the second

section capillaire 310 est raccordée à la chambre de refroidis-  capillary section 310 is connected to the cooling chamber

sement 316 qui est elle-même raccordée par un orifice 318 à un second passage desortie 320 formé par la face évidée de la plaque 304 Des nervures 322 sont formées dans la plaque 304 pour communiquer de la rigidité à l'ensemble et pour assurer  316 which is itself connected by an orifice 318 to a second outlet passage 320 formed by the recessed face of the plate 304 ribs 322 are formed in the plate 304 to impart rigidity to the assembly and to ensure

un espacement uniforme entre les plaques 304 et 306.  uniform spacing between plates 304 and 306.

Pendant le fonctionnement, le gaz sous haute pression  During operation, the gas under high pressure

s'écoule à travers la section d'entrée de l'échangeur de cha-  flows through the inlet section of the heat exchanger

leur 324 puis se détend et diminue de pression au fur et à mesure qu'il s'écoule ensuite à travers la première section capillaire 308 jusqu'à l'orifice 312 A ce point, l'écoulement de gaz se divise de manière telle qu'une partie notable du gaz poursuit sa route à travers l'orifice 312 directement jusqu'au  324 then relaxes and decreases pressure as it then flows through the first capillary section 308 to the orifice 312 At this point, the flow of gas is divided so that a substantial portion of the gas continues its course through port 312 directly to

passage de sortie 314 de l'échangeur de chaleur.  outlet passage 314 of the heat exchanger.

L'orifice 312 et le passage de sortie 314 sont dimen-  Port 312 and outlet passage 314 are sized

sionnés de manière qu'une pression relativement élevée soit  in such a way that relatively high pressure is

maintenue à l'endroit de cet orifice 312, de façon caractéris-  maintained at the location of this port 312, typically

tique une pression de 10 à 30 bars Il se produit donc dans la section de sortie 314 de l'échangeur de chaleur une chute de pression importante qui assure une bonne efficacité de la  A pressure drop of 10 to 30 bars is therefore produced in the outlet section 314 of the heat exchanger.

fonction d'échange de chaleur.heat exchange function.

Le restant du gaz s'écoule à travers la seconde sec-  The remaining gas flows through the second

tion capillaire 310 jusqu'à la chambre de refroidissement 316.  capillary 310 to the cooling chamber 316.

Ici le gaz absorbe de la chaleur du dispositif qui est soumis h. un refroidissement puis s'écoule à travers l'orifice 318 jusqu'à l'extérieur du dispositif h travers le second passage de sortie 320 à une pression relativement faible, de façon caractéristique  Here the gas absorbs heat from the device that is subjected to h. cooling then flows through the orifice 318 to the outside of the device through the second outlet passage 320 at a relatively low pressure, typically

une pression de 2 à 3 bars Cette basse pression assure l'obten-  a pressure of 2 to 3 bars This low pressure ensures the

tion de la faible pression désirée dans la chambre de refroidis-  the desired low pressure in the cooling chamber.

sement.ment.

On a constaté que l'on peut obtenir à la fois une efficacité de l'échangeur de chaleur et le refroidissement  It has been found that both efficiency of the heat exchanger and cooling can be achieved.

voulu en permettant l'écoulement de 50 % h 95 % du gaz à tra-  by allowing the flow of 50% to 95% of the gas through

vers l'orifice 112 et à travers le passage de sortie 314 de  towards the orifice 112 and through the outlet passage 314 of

l'échangeur de chaleur.the heat exchanger.

La figure 34 montre une plaque 324 qui peut remplacer la plaque 302 du mode de réalisation de la figure 33 pour donner des résultats similaires Dans cette forme de réalisation de l'invention, les deux sections capillaires, indiquées en 326 et 328, sont disposées en parallèle et non pas en série comme dans le mode de réalisation de la figure 33 Le gaz entrant passe à travers la section d'entrée de l'échangeur de chaleur 324, à  Fig. 34 shows a plate 324 which can replace the plate 302 of the embodiment of Fig. 33 to give similar results. In this embodiment of the invention, the two capillary sections, indicated at 326 and 328, are arranged in parallel and not in series as in the embodiment of Figure 33 The incoming gas passes through the inlet section of the heat exchanger 324, to

travers la première section capillaire 326 et à travers l'ori-  through the first capillary section 326 and through the ori-

fice 312 pour parvenir au passage de sortie 314 de l'échangeur de chaleur Le restant du gaz passe à travers la seconde sec- tion capillaire 328, pénètre dans la section de refroidissement  fice 312 to reach the outlet passage 314 of the heat exchanger The remainder of the gas passes through the second capillary section 328, enters the cooling section

316 et, de là, dans le passage de sortie 320 de remplacement.  316 and thence into the replacement outlet passage 320.

Comme dans le mode de réalisation décrit antérieurement, on  As in the previously described embodiment,

peut obtenir de bons résultats en détournant à travers ltori-  can get good results by diverting through ltori-

fice 312 de 50 à 95 % du gaz entrant.  fice 312 from 50 to 95% of the incoming gas.

Le réfrigérateur peut présenter d'autres caractéris-  The refrigerator may have other characteristics

tiques et dimensions de rainures ou canaux telles que décrites précédemment La formation des rainures ou canaux et l'adhérence  ticks and dimensions of grooves or channels as previously described Formation of grooves or channels and adhesion

ou collage des plaques dans le présent mode de réalisation peu-  or bonding the plates in the present embodiment can

vent aussi être effectuées par les techniques de formation de rainures ou canaux et à l'aide des matières de collage ou  can also be performed by groove or channel formation techniques and by using bonding materials or

d'adhérence décrites précédemment.  adhesion previously described.

Les réfrigérateurs tels que décrits ci-dessus convien-  Refrigerators as described above are suitable

nent parfaitement bien pour un large éventail d'applications  are perfectly fine for a wide range of applications

de laboratoire et d'autres applications analogues Elles per-  laboratory and other similar applications.

mettent d'effectuer commodément une opération économique à  conveniently carry out an economic operation in

très basse température comme solution de rechange aux cryo-  very low temperature as an alternative to cryovials

gènes liquides volatils Ces réfrigérateurs ont de petites dimensions et un faible poids,ce qui permet de les utiliser  volatile liquid genes These refrigerators have small dimensions and low weight, which allows them to be used

directement sur des instruments tels que les platines de micros-  directly on instruments such as microphones

copes Ces petites dimensions donnent la possibilité de les  These small dimensions give the possibility of

utiliser pour refroidir de très petits dispositifs qui permet-  use to cool very small devices that allow

tent à des outils ou des instruments optiques d'effectuer directement une observation ou un travail sur le dispositif sans interférence La faible consommation de gaz permet des  Optical tools or instruments can directly observe or work on the device without interference Low gas consumption

journées d'utilisation continue à partir d'un cylindre ordi-  days of continuous use from an ordinary cylinder

naire de gaz comprimé Le réglage de la température est simple.  compressed gas The temperature setting is simple.

Les réfrigérateurs ont une structure simple et peuvent être  Refrigerators have a simple structure and can be

réalisés et commandés de façon relativement simple et sûre.  made and controlled in a relatively simple and safe way.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1 Réfrigérateur cryogénique microminiature pour  1 Microminiature Cryogenic Refrigerator for refroidir des dispositifs supraconducteurs et autres disposi-  to cool superconducting and other devices tifs analogues, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux éléments en verre ou autre matière analogue de faible conductibilité thermique ayant sensiblement le même  like elements, characterized in that it comprises at least two elements of glass or other similar material of low thermal conductivity having substantially the same coefficient de dilatation thermique, un moyen pour faire adhé-  coefficient of thermal expansion, a means of adhering rer l'un à l'autre lesdits éléments en contact étanche vis-à-  these elements in leaktight contact with each other vis de la pression sur une zone d'interface de manière à cons-  pressure on an interface area in such a way as to tituer un stratifié rigide et un moyen formant dans ledit stratifié une chambre sous basse température raccordée à un  storing a rigid laminate and means forming in said laminate a low temperature chamber connected to a orifice d'entrée de fluide par un passage de fluide d'alimen-  fluid inlet port through a feed fluid passage tation d'une taille de l'ordre du micron le long de ladite zone d'interface, ledit passage d'alimentation comprenant une  micron size along said interface zone, said feed passage comprising a première section pour acheminer un gaz entrant fortement com-  first section to deliver a highly primé et une seconde section capillaire de plus petit diamètre, raccordée en séries et débouchant dans ladite chambre, grâce à quoi le gaz sous haute pression peut se détendre et diminuer de  a second capillary section of smaller diameter, connected in series and opening into said chamber, whereby the gas under high pressure can relax and decrease température avant de pénétrer dans ladite chambre, et un pas-  temperature before entering the chamber, and a step sage de retour comportant une section s'étendant à travers le stratifié sensiblement sur la même étendue et en relation  return line having a section extending through the laminate substantially on the same extent and in relation d'échange de chaleur à contrecourant avec ladite première sec-  countercurrent heat exchange with said first tion dudit passage d'alimentation, et un moyen grâce auquel ladite chambre peut être en contact d'échange de chaleur avec  said feed passage, and means whereby said chamber can be in heat exchange contact with un dispositif devant Otre refroidi.a device to be cooled. 2 Réfrigérateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits passages sont des rainures ou canaux formés par évidement dans des surfaces d'un ou de  Refrigerator according to Claim 1, characterized in that the said passages are grooves or channels formed by recess in surfaces of one or plusieurs desdits éléments.several of said elements. 3 Réfrigérateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits passages sont des rainures ou canaux constitués par des parois surélevées formées sur les  Refrigerator according to Claim 1, characterized in that the said passages are grooves or channels consisting of raised walls formed on the surfaces d'un ou plusieurs desdits éléments.  surfaces of one or more of said elements. 4 Réfrigérateur à ensemble 3 de refroidissement multiples caractérisé par le fait qu'il comprend: a.) une pluralité d'éléments en contact de surface étanche; b> des moyens placés aux interfaces entre lesdits éléments pour former un nombre pair de t-rajets d'écoulement de fluide dont des parties sont disposées en vue d'un échange de chaleur; c) des moyens pour faire passer des réfrigérants  4 Refrigerator assembly 3 multiple cooling characterized in that it comprises: a.) A plurality of elements in sealing surface contact; means positioned at the interfaces between said elements for forming an even number of fluid flow t-fillers, portions of which are arranged for heat exchange; c) means for passing refrigerants différents à contrecourant depuis uz orifice d'entrée jusqu'h.  different to counterflow from uz inlet to h. un orifice de sortie dars 'ies iraje-ts 7 epectifs de manière h. assurez' un refroidi e eut cazerade* m 1 t, E as Réria g&t t r d U' zi uri c, nseba L t de ca r a iui< h r nes par le úa 5 't qlu'i 3 d:c5 'rteux passage's  an outlet orifice of the iraje-ts 7 epodes h. ensure a cooling and cazerade * m 1 t, E as reria g & t t r e d u c e, nseba l t t h e w ith th e 5 d'entrée d'fuiuhel et d-, 'L,rdre du imicro-  fuiuhel entrance and the mètre dcins un strrtt 5 f; att le di esdits passages s'é-terkdant depuis r _ ' 7 I Ientrç'c -travers une premièr E section ct LQ o i' N une;r:iêre section  meter decks a strrtt 5 f; At the end of this section, go to the first section and go to the end of the first section. caplliaa 2 C sri r hamr:refroidisse-  caplliaa 2 C sri r hamr: cool- nment eli 1 Iait-re d e un second rfc -1 tè t ïg de cbaleur avp'ee:- ec ladite p:remireîrsectiron 4-Ilc e"h ie travers une t-rc_ 'ac -tr kalcret seconde  The second time was a second time to meet the following requirements: - This was done by a 4-hour pass through a two-second second pass. secti, -c -irce refroidis-secti, -c -irce cool ni t el t 'î r* 'r eparèsneither of them dans -r so:s leasse pres-in -r so: s leasse pres- sion Ctcn d c i za d-us o Crifices de sortie 'teu-t Jan' depuis ladite premi hatbre o iet'e hlmravec lesdiles premi Lre et sco:7,rce d',cjnge de chaleur, et  C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C led it pasage d e r %u, ii -i 1 Wc C pici J l-ad i te S e Ond e c ham-  led it d e r% u, ii -i 1 Wc C pici J l-adi te S e Ond e c ham- bre étant en ra% 1 ci: de d:Jialcur z:ec lesdies troi-  being in fact: d: Jialcur z: ec lesdies three- sième et seconde sections dl _change dle chaleur.  second and second sections of heat exchange. 6 Procédé pour fabriquer wi réîfrigérateur dans lequel une mince plaque de verre adhère par sa surface et de façon étanche vis-à-vis de la pression à une autre plaque ayant à peu près le même coefficient de dilatation thermique, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend les phases consistant: a) à former sur ladite plaque de verre une couche d'une matière résistant à un sablage par de fines particules; b) à former un dessin de trajet d'écoulement dans ladite matière résistante par masquage lithographique et par corrosion sélective de manière à dénuder ainsi la surface sous-jacente de ladite plaque de verre dans ledit dessin c) à faire exécuter àh un dispositif abrasif pneumatique miniature un mouvement de balayage transversalement à ladite plaque de verre de manière à former jusqu'à la profondeur requise des rainures ou canaux évidés dans ladite surface par soufflage de fines particules; puis d) à faire adhérer ladite autre plaque sur la surface évidée de ladite plaque de verre* 7 Procédé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite matière résistant à un sablage de fines particules comprend: la gélatine, le bichromate d'ammoniac et de l'eau chaude en quantités à peu près proportionnelles h  A process for producing a refrigerator in which a thin glass plate adheres by its surface and in a pressure-tight manner to another plate having about the same coefficient of thermal expansion, this process being characterized by the it comprises the steps of: a) forming on said glass plate a layer of a material resisting sandblasting by fine particles; b) forming a flow path pattern in said resist material by lithographic masking and selective corrosion so as to thereby strip the underlying surface of said glass plate in said drawing; c) to be performed at a pneumatic abrasive device miniature scanning a movement transversely to said glass plate so as to form to the required depth grooves or channels recessed in said surface by blowing fine particles; then d) adhering said other plate to the recessed surface of said glass plate * 7 Process according to claim 6, characterized in that said sandblasting-resistant material of fine particles comprises: gelatin, ammonia dichromate and hot water in roughly proportional quantities h 7 grammes, 1 gramme et 50 ce respectivement.  7 grams, 1 gram and 50 cc respectively. 8 Réfrigérateur microminiature multicouches, caractérisé par le fait qu'il comprend un stratifié formé par au moins trois minces plaques surfacées pour être planes et  Microminiature multilayer refrigerator, characterized in that it comprises a laminate formed by at least three thin plates surfaced to be flat and assemblées par adhérence de façon étanche vis-à-vis de la pres-  adhesively sealed to the pressure sion aux interfaces entre les plaques adjacentes, un moyen formant dans une des interfaces entre deux plaques adjacentes un premier agencement de passage continu s'étendant depuis une entrée jusqu'à une chambre de refroidissement, un moyen pour raccorder ladite entrée à une source de gaz réfrigérant sous haute pression, un moyen formant dans une autre interface entre deux plaques adjacentes un autre agencement de passage continu aboutissant à une sortie, et un passage raccordant mutuellement ladite chambre et ledit autre agencement de passage grâce h quoi un fluide sous une pression réduite en provenance de ladite chambre de refroidissement peut passer à travers ledit autre agencement de passage jusqu'à ladite sortie en relation d'échange de chaleur et à contrecourant vis-à-vis du fluide se trouvant dans ledit premier agencement de passage en vue d'un  at the interfaces between the adjacent plates, means forming in one of the interfaces between two adjacent plates a first continuous flow arrangement extending from an inlet to a cooling chamber, means for connecting said inlet to a gas source. refrigerant under high pressure, means forming in another interface between two adjacent plates another continuous flow arrangement terminating at an outlet, and a passage mutually connecting said chamber and said other passage arrangement whereby a fluid under a reduced pressure in from said cooling chamber may pass through said further passage arrangement to said outlet in heat exchange and counterflow relation to the fluid in said first passage arrangement for a refroidissement préalable régénérateur, chacun desdits agence-  regenerative pre-cooling, each of those agencies ments de passages ayant une taille de l'ordre du micromètre de  passages having a size of the order of one micrometer manière qu'un écoulement laminaire y soit favorisé.  so that a laminar flow is favored. 9 Réfrigérateur suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdites plaques sont de minces plaques de verre d'une épaisseur uniforme* Réfrigérateur suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits agencements de passages  Refrigerator according to Claim 6, characterized in that the said plates are thin glass plates of uniform thickness. The refrigerator according to Claim 8, characterized in that the said arrangements of passages d'entrée ont chacun une largeur d'environ 250 un et une pro-  each have a width of about 250 fondeur d'environ 10 pm, ledit agencement de passage capil-  approximately 10 μm, said passage arrangement lairesa une largeur d'environ 200,um et une profondeur d'en-  a width of about 200 μm and a depth of viron 10 pu et ledit agencement de passagesde sortie à une  10 and the arrangement of output passages at a largeur d'environ 15 000 Sm et une profondeur d'environ 25 pm.  width about 15,000 Sm and a depth of about 25 pm. 11 Réfrigérateur suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdites plaques sont en verre et que ladite chambre est une ouverture traversante ménagée dans  Refrigerator according to Claim 8, characterized in that the said plates are made of glass and the said chamber is a through opening made in une desdites plaques et qu'un bloc est collé sur ladite ouver-  one of said plates and a block is glued to said opening ture de manière à assurer ainsi un contact avec un dispositif devant être refroidi, ledit bloc étant en une matière qui a une conductibilité thermique plus élevée que celle de la plaque  thereby ensuring contact with a device to be cooled, said block being of a material which has a higher thermal conductivity than that of the plate dans laquelle est formée ladite ouverture.  wherein said opening is formed. 12 Réfrigérateur multicouches suivant la revendication  12 multilayer refrigerator according to claim 8, caractérisé par le fait que ladite chambre de refroidisse-  8, characterized by the fact that said cooling chamber ment est située de façon sensiblement centrale dans ledit stra-  is located substantially centrally in the said stratum tifié et qu'un moyen est prévu grâce auquel un dispositif électrique devant être refroidi peut être fixé directement sur une plaque extérieure en alignement sensiblement direct avec ladite chambre de refroidissement, un agencement de circuit  and means provided by which an electrical device to be cooled can be attached directly to an outer plate in substantially direct alignment with said cooling chamber, a circuit arrangement électrique pour le dispositif précité étant formé sur la sur-  electrical device for the above-mentioned device being formed on the face adjacente de ladite plaque extérieure.  adjacent face of said outer plate. 13 Réfrigérateur cryogénique microminiature pour refroidir des supraconducteurs ou autres dispositifs analogues, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité d'éléments ayant sensiblement le même coefficient de dilatation thermique, un moyen faisant adhérer l'un à l'autre lesdits éléments sur  Microminiature cryogenic refrigerator for cooling superconductors or other similar devices, characterized in that it comprises a plurality of elements having substantially the same coefficient of thermal expansion, a means of adhering said elements to one another on des zones d'interfaces parallèles de manière à former un stra-  areas of parallel interfaces so as to form a strat- tifié, un moyen formant une chambre basse température dans ledit stratifié, un moyen formant un passage d'alimentation en fluide raccordant l'extérieur dudit réfrigérateur à ladite chambre, ledit passage comprenant en série une section d'échange de chaleur et une section capillaire, un agencement de passage de retour pour acheminer le fluide provenant de ladite chambre de refroidissement en relation d'échange de chaleur avec le fluide  a means forming a low temperature chamber in said laminate, means forming a fluid supply passage connecting the outside of said refrigerator to said chamber, said passage comprising in series a heat exchange section and a capillary section, a return passage arrangement for conveying fluid from said cooling chamber in heat exchange relation with the fluid entrant dans ladite section d'échange de chaleur et un agence-  entering into said heat exchange section and an agency ment de passage supplémentaire pour acheminer une partie dudit  additional passage to carry part of fluide entrant en le détournant de ladite chambre de refroidis-  fluid entering by diverting it from said cooling chamber sement et pour faire passer ladite partie de fluide à l'exté-  and to move said fluid part to the outside. rieur dudit réfrigérateur en relation d'échange de chaleur avec le fluide entrant présent dans ladite section d'échange de  said refrigerator in heat exchange relation with the incoming fluid present in said heat exchange section. chaleur.heat. 14 Réfrigérateur suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que ladite section capillaire comprend deux passages capillaires en série et que ledit agencement de passage supplémentaire est raccordé à ladite section capillaire  Refrigerator according to Claim 13, characterized in that the said capillary section comprises two capillary passages in series and the said additional passage arrangement is connected to the said capillary section. en un point compris entre lesdits passages capillaires.  at a point between said capillary passages. Réfrigérateur suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que ladite section capillaire comprend deux passages capillaires disposés en parallèle et que ledit agencement de passage supplémentaire est raccordé à l'extrémité d'aval d'un desdits passages capillaires  Refrigerator according to Claim 13, characterized in that the said capillary section comprises two capillary passages arranged in parallel and the said additional passage arrangement is connected to the downstream end of one of the said capillary passages.
FR8207576A 1981-05-01 1982-04-30 MICROMINIATURE REFRIGERATION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF Expired FR2505036B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US25968781A 1981-05-01 1981-05-01
US06/259,688 US4392362A (en) 1979-03-23 1981-05-01 Micro miniature refrigerators
US06/354,616 US4386505A (en) 1981-05-01 1982-03-04 Refrigerators

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2505036A1 true FR2505036A1 (en) 1982-11-05
FR2505036B1 FR2505036B1 (en) 1986-04-11

Family

ID=27401251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8207576A Expired FR2505036B1 (en) 1981-05-01 1982-04-30 MICROMINIATURE REFRIGERATION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

Country Status (7)

Country Link
CA (1) CA1170851A (en)
DE (1) DE3215396A1 (en)
FR (1) FR2505036B1 (en)
GB (1) GB2099565B (en)
IL (1) IL65635A (en)
NL (1) NL8201786A (en)
SE (1) SE446122B (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0128196A1 (en) * 1982-12-01 1984-12-19 LITTLE, William A. Fast cooldown miniature refrigerators
WO2010094662A3 (en) * 2009-02-17 2011-02-24 Stemke, Gudrun Evaporator and cooling device using such an evaporator
WO2012052278A1 (en) * 2010-10-18 2012-04-26 Kryoz Technologies B.V. Micro-cooling device

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3613596A1 (en) * 1986-04-22 1987-11-12 Christian Dipl Ing Schneider Heat exchanger and process for producing it
DE3613802A1 (en) * 1986-04-24 1987-10-29 Dornier System Gmbh INTEGRATED CAPILLARY EVAPORATOR AS A HEAT-RECOVERING ELEMENT OF A THERMAL CIRCUIT
DE3825907A1 (en) * 1988-07-29 1990-02-01 Messerschmitt Boelkow Blohm Micromechanically fabricated cooling device, especially plate coolers
DE10239048B4 (en) * 2001-08-30 2006-11-16 Siemens Ag Integrated circuit
US20120023969A1 (en) * 2010-07-28 2012-02-02 General Electric Company Cooling system of an electromagnet assembly
DE102010060346A1 (en) 2010-11-04 2012-05-10 Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH Refrigeration generating method for use in cooler, involves directing fluid through capillary structure, where fluid flow is accelerated
DE102013226813A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft cooler
CN106705701A (en) * 2015-08-18 2017-05-24 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 Heat dissipater and manufacturing method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2909908A (en) * 1956-11-06 1959-10-27 Little Inc A Miniature refrigeration device
FR2132666A1 (en) * 1971-04-08 1972-11-24 Leybold Heraeus Verwaltung
FR2175804A1 (en) * 1972-03-11 1973-10-26 Philips Nv
FR2184536A1 (en) * 1972-05-19 1973-12-28 Anvar Very low temperature heat exchangers - partic suitable for helium 3 and helium 4
DE2708270A1 (en) * 1977-02-25 1978-08-31 Siemens Ag Heat exchanger flat panel with channels - has middle panel separating expanded channels in enclosing sheet metal panels
GB2045910A (en) * 1979-03-23 1980-11-05 Univ Leland Stanford Junior Miniature cryogenic refrigerator and device and method of making same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3926763A (en) * 1972-11-30 1975-12-16 Ibm Method for fabricating a gas discharge panel structure

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2909908A (en) * 1956-11-06 1959-10-27 Little Inc A Miniature refrigeration device
FR2132666A1 (en) * 1971-04-08 1972-11-24 Leybold Heraeus Verwaltung
FR2175804A1 (en) * 1972-03-11 1973-10-26 Philips Nv
FR2184536A1 (en) * 1972-05-19 1973-12-28 Anvar Very low temperature heat exchangers - partic suitable for helium 3 and helium 4
DE2708270A1 (en) * 1977-02-25 1978-08-31 Siemens Ag Heat exchanger flat panel with channels - has middle panel separating expanded channels in enclosing sheet metal panels
GB2045910A (en) * 1979-03-23 1980-11-05 Univ Leland Stanford Junior Miniature cryogenic refrigerator and device and method of making same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0128196A1 (en) * 1982-12-01 1984-12-19 LITTLE, William A. Fast cooldown miniature refrigerators
EP0128196A4 (en) * 1982-12-01 1985-06-26 William A Little Fast cooldown miniature refrigerators.
WO2010094662A3 (en) * 2009-02-17 2011-02-24 Stemke, Gudrun Evaporator and cooling device using such an evaporator
WO2012052278A1 (en) * 2010-10-18 2012-04-26 Kryoz Technologies B.V. Micro-cooling device

Also Published As

Publication number Publication date
IL65635A0 (en) 1982-07-30
GB2099565A (en) 1982-12-08
IL65635A (en) 1985-07-31
SE8202630L (en) 1982-11-02
FR2505036B1 (en) 1986-04-11
SE446122B (en) 1986-08-11
CA1170851A (en) 1984-07-17
DE3215396A1 (en) 1983-01-27
NL8201786A (en) 1982-12-01
DE3215396C2 (en) 1988-08-25
GB2099565B (en) 1984-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4392362A (en) Micro miniature refrigerators
FR2505036A1 (en) MICROMINIATURE REFRIGERATION DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
US4386505A (en) Refrigerators
Little Microminiature refrigeration
FR2760593A1 (en) Electronic assembly with high heat dissipation
US20080256850A1 (en) Diamond structures as fuel capsules for nuclear fusion
EP1425798B1 (en) Microelectronic system with integral cyrocooler
US10438703B2 (en) Diamond structures as fuel capsules for nuclear fusion
WO2009045662A2 (en) Thermoelectric devices and applications for the same
Lindblad et al. A multi purpose source chamber at the PLEIADES beamline at SOLEIL for spectroscopic studies of isolated species: Cold molecules, clusters, and nanoparticles
Mallik et al. Fabrication of vapor-deposited micro heat pipe arrays as an integral part of semiconductor devices
de Aguiar Francisco et al. Microchannel cooling for the LHCb VELO Upgrade I
EP3671065A1 (en) Cooling device comprising a paramagnetic garnet ceramic
FR2802335A1 (en) MINI-ENVIRONMENT MONITORING SYSTEM AND METHOD
Renner et al. Portable chamber for the study of UHV prepared electrochemical interfaces by hard x-ray diffraction
WO1997029836A1 (en) Apparatus and method for producing polarised vapour-phase helium-3, particularly for nmr imaging
FR2990061A1 (en) ENERGY SOURCE AND METHOD FOR POWERING A AUTARTIC SYSTEM OF ELECTRIC CONSUMERS AND METHOD OF USING THE SAME
Macfarlane Raman light scattering from excitons and magnons in cobalt fluoride
FR2479345A1 (en) cryopump
Duncan et al. SCUBA-2: Developing the detectors
EP0493208B1 (en) Cold finger for semiconductor circuit and cryogenic device having such finger
Folman et al. Atom chip fabrication
US20200135608A1 (en) Conduction cooling for circuit boards
Brannon Laser Processing for Microengineering Applications J. Brannon,* J. Greer, and H. Helvajian
Allen et al. Far infrared through millimeter backshort-under-grid arrays

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse