FR3048770A1

FR3048770A1 - DEVICE FOR THERMALLY COOLING AN OBJECT FROM A COLD SOURCE SUCH AS A CRYOGENIC FLUID BATH

Info

Publication number: FR3048770A1
Application number: FR1651987A
Authority: FR
Inventors: Jerome Andre; Florian Bancel; Jean-Marc Poncet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-15
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: FR3048770B1; EP3217137A1

Abstract

Le dispositif de refroidissement comporte : • un premier élément (2) d'échange thermique avec la source froide (1) ; • un ensemble de premières ailettes d'échange thermique (3) reliées au premier élément d'échange thermique (2), à l'une de leurs extrémités ; • un deuxième élément (4) d'échange thermique avec l'objet à refroidir (200) ; • un ensemble de deuxièmes ailettes d'échange thermique (5) reliées au deuxième élément d'échange thermique (4), à l'une de leurs extrémités ; • une enceinte (6) contenant : - les premières ailettes (3) et les deuxièmes ailettes (5) intercalées et sans contact mécanique direct entre elles, chaque ailette étant insérée dans un espace interstitiel, - et un gaz d'échange thermique (7) à une pression interne souhaitée ; Selon l'invention, l'autre extrémité de chaque ailette (3, 5), opposée à l'extrémité reliée à l'élément d'échange thermique (2, 4), porte une cale de positionnement adaptée pour positionner, avantageusement centrer, ladite ailette dans l'espace interstitiel dans lequel elle est insérée.The cooling device comprises: a first heat exchange element (2) with the cold source (1); A set of first heat exchange fins (3) connected to the first heat exchange element (2) at one of their ends; A second element (4) for heat exchange with the object to be cooled (200); • a set of second heat exchange fins (5) connected to the second heat exchange element (4) at one of their ends; An enclosure (6) containing: the first fins (3) and the second fins (5) interposed and without any direct mechanical contact between them, each fin being inserted in an interstitial space, and a heat exchange gas (7). ) at a desired internal pressure; According to the invention, the other end of each fin (3, 5), opposite the end connected to the heat exchange element (2, 4), carries a positioning wedge adapted to position, advantageously center, said fin in the interstitial space in which it is inserted.

Description

Titre : Dispositif de refroidissement thermique d’un objet à partir d’une source froide teiie qu’un bain de fiuide cryogéniqueTitle: Device for the Thermal Cooling of an Object from a Cold Source such as a Cryogenic Fluid Bath

Domaine technique de i'invention L’invention concerne un dispositif de refroidissement thermique d’un objet constituant une source chaude, à partir d’une source froide telle qu’un bain de fluide cryogénique. État de la techniqueTechnical Field of the Invention The invention relates to a device for thermal cooling of an object constituting a hot source, from a cold source such as a bath of cryogenic fluid. State of the art

De nombreuses applications nécessitent une régulation en température, à des températures cryogéniques (c’est-à-dire inférieures à 120 K), d’un objet ou élément constituant une source chaude. On peut citer, à titre d’exemples illustratifs, les applications suivantes : - le refroidissement homogène d’une plaque supérieure d’une grande cellule cryogénique de Rayleigh-Bénard ; - des tests de propriétés réalisés sur des matériaux à froid ; - la recherche de températures critiques de matériaux supraconducteurs.Many applications require temperature control at cryogenic temperatures (i.e., less than 120 K) of an object or element constituting a hot source. As illustrative examples, the following applications may be mentioned: the homogeneous cooling of an upper plate of a large Rayleigh-Bénard cryogenic cell; - property tests carried out on cold materials; the search for critical temperatures of superconducting materials.

Pour obtenir une température cryogénique stable, une solution connue repose sur l’utilisation d’un bain à saturation contenant un fluide cryogénique à saturation (par exemple de l’hélium), sous forme liquide, jouant le rôle de source froide. La température du bain à saturation est fixée par la nature du fluide et par sa pression. Pour une pression donnée, la température du bain cryogénique est fixe. A partir de ce bain à saturation, on peut refroidir un objet à une température proche de celle du bain. Par exemple, on peut immerger l’objet dans le bain, entièrement ou partiellement. La chaleur reçue par l’objet est évacuée par évaporation du fluide du bain. Cette solution est toutefois peu flexible car limitée à un refroidissement à une température proche de celle du bain, laquelle est fixée par la nature du fluide et sa pression. Sur la figure 1, on a représenté révolution de la température de saturation (exprimée en Kelvin) de plusieurs fluides cryogéniques en fonction de la pression du fluide considéré. Pour obtenir une température de refroidissement souhaitée, on peut choisir le fluide cryogénique le mieux adapté, c’est-à-dire celui permettant d’accéder facilement à la température souhaitée, et mettre le fluide à la pression qui convient pour atteindre cette température souhaitée. Toutefois, comme cela ressort de la figure 1, il existe, entre les différents fluides cryogéniques, des écarts de températures tels que même en jouant sur le choix du fluide et sur la variation de pression, on ne peut pas atteindre certaines valeurs de température. Par exemple, il est particulièrement difficile de réguler la température d’un objet à une température stable dans la plage de températures comprise entre 5,2K et 15K avec un bain de fluide cryogénique à saturation.In order to obtain a stable cryogenic temperature, a known solution relies on the use of a saturation bath containing a saturated cryogenic fluid (for example helium), in liquid form, acting as a cold source. The temperature of the saturation bath is set by the nature of the fluid and its pressure. For a given pressure, the temperature of the cryogenic bath is fixed. From this saturation bath, an object can be cooled to a temperature close to that of the bath. For example, one can immerse the object in the bath, entirely or partially. The heat received by the object is evacuated by evaporation of the bath fluid. This solution is, however, not very flexible because it is limited to cooling at a temperature close to that of the bath, which is fixed by the nature of the fluid and its pressure. FIG. 1 shows a revolution of the saturation temperature (expressed in Kelvin) of several cryogenic fluids as a function of the pressure of the fluid under consideration. To obtain a desired cooling temperature, it is possible to choose the most suitable cryogenic fluid, that is to say that allowing easy access to the desired temperature, and to put the fluid at the pressure that is suitable for achieving this desired temperature. . However, as is apparent from Figure 1, there is, between the different cryogenic fluids, temperature differences such that even by adjusting the choice of fluid and the pressure variation, it is not possible to achieve certain temperature values. For example, it is particularly difficult to control the temperature of an object at a stable temperature in the temperature range between 5.2K and 15K with a saturated cryogenic fluid bath.

Différentes solutions existent pour obtenir une température souhaitée en dehors des températures facilement accessibles au moyen d’un bain de fluide cryogénique. Prenons l’exemple d’une expérience nécessitant de refroidir un objet à une température de 6 K à partir d’un bain d’hélium à saturation ayant une température fixe égale à 4,2 K.Different solutions exist to obtain a desired temperature outside the easily accessible temperatures by means of a cryogenic fluid bath. Take the example of an experiment requiring to cool an object at a temperature of 6 K from a saturation helium bath having a fixed temperature equal to 4.2 K.

Une première solution consiste à placer une résistance thermique entre le bain de fluide (source froide) et l’objet à refroidir (source chaude). La résistance thermique permet d’évacuer la chaleur de l’objet et d’obtenir une différence de température contrôlée entre le bain et l’objet à refroidir. Cette solution présente toutefois l’inconvénient d’augmenter de façon importante la consommation en fluide cryogénique lorsque l’on cherche à obtenir une température qui s’éloigne de celle du bain.A first solution consists in placing a thermal resistance between the fluid bath (cold source) and the object to be cooled (hot source). The thermal resistance makes it possible to evacuate the heat of the object and to obtain a controlled temperature difference between the bath and the object to be cooled. However, this solution has the disadvantage of significantly increasing the cryogenic fluid consumption when one seeks to obtain a temperature which is away from that of the bath.

Une deuxième solution repose sur l’utilisation d’une cellule de convection naturelle à l’intérieur de laquelle on fait varier la densité de gaz pour faire varier la conductance thermique. Cette solution n’est toutefois pas satisfaisante car la variation de densité de gaz est difficilement maîtrisable, notamment aux abords des conditions critiques et diphasiques du gaz d’échange, et le comportement du fluide est particulièrement instable en raison du phénomène de convection naturelle.A second solution is based on the use of a natural convection cell within which the gas density is varied to vary the thermal conductance. This solution is however not satisfactory because the variation in gas density is difficult to control, particularly in the vicinity of the critical and two-phase conditions of the exchange gas, and the behavior of the fluid is particularly unstable due to the phenomenon of natural convection.

Une troisième solution utilise des composants appelés « interrupteurs thermiques à gaz » permettant d’établir ou de supprimer (ou de quasiment supprimer), à volonté, une liaison thermique entre deux pièces. Le document W02007/147981 décrit un exemple d’interrupteur thermique à gaz. La performance d’un tel interrupteur thermique dépend notamment de son rapport de coupure. Ce paramètre correspond au rapport de la conductance thermique maximale de l’interrupteur (correspondant à la position ON ou « fermée » de l’interrupteur) sur la conductance thermique minimale de l’interrupteur (correspondant à la position OFF ou « ouverte » de l’interrupteur). Ce type d’interrupteur, comportant des pièces simples à usiner, est utilisé pour de petites puissances frigorifiques.A third solution uses components called "thermal gas switches" to establish or remove (or almost eliminate), at will, a thermal connection between two parts. The document WO2007 / 147981 describes an example of a gas thermal switch. The performance of such a thermal switch depends in particular on its cutoff ratio. This parameter corresponds to the ratio of the maximum thermal conductance of the switch (corresponding to the ON or "closed" position of the switch) on the minimum thermal conductance of the switch (corresponding to the OFF or "open" position of the switch. 'light switch). This type of switch, comprising simple workpieces, is used for small refrigerating powers.

La présente invention vient améliorer la situation.The present invention improves the situation.

Objet de l'invention A cet effet, l’invention concerne un dispositif de refroidissement thermique d’un objet, à partir d’une source froide, notamment un bain de fluide cryogénique, comportant : • un premier élément d’échange thermique avec la source froide ; • un ensemble de premières ailettes d’échange thermique reliées au premier élément d’échange thermique, à l’une de leurs extrémités ; • un deuxième élément d’échange thermique avec l’objet à refroidir ; • un ensemble de deuxièmes ailettes d’échange thermique reliées au deuxième élément d’échange thermique, à l’une de leurs extrémités ; • une enceinte contenant : - les premières ailettes et les deuxièmes ailettes intercalées et sans contact mécanique direct entre elles, chaque ailette étant insérée dans un espace interstitiel. - et un gaz d’échange thermique à une pression interne souhaitée ; caractérisé en ce que l’autre extrémité de chaque ailette, opposée à l’extrémité reliée à l’élément d’échange thermique, porte une cale de positionnement adaptée pour positionner, avantageusement centrer, ladite ailette dans l’espace interstitiel dans lequel elle est insérée. L’architecture du dispositif de refroidissement de l’invention est proche de celle d’un interrupteur thermique à gaz d’échange, tel que décrit dans le document US 2005/0230097, adapté pour des échanges thermiques de faible puissance typiquement comprise entre 0,01 W et 0,3 W. Elle en diffère notamment par le fait qu’elle comprend des cales de positionnement ou de centrage des ailettes. La présence de ces cales dégrade le rapport de coupure du dispositif. Leur utilisation n’est donc a priori pas souhaitable au sein d’un tel dispositif. Dans l’invention, la structure d’un interrupteur thermique standard est modifiée par ajout de cales de positionnement ou de centrage des ailettes, ce qui permet d’augmenter la taille du dispositif et d’en détourner l’utilisation afin d’assurer le refroidissement thermique d’un objet avec un niveau de puissance thermique échangée supérieur, pouvant aller jusqu’à plusieurs watts.Object of the invention For this purpose, the invention relates to a device for thermal cooling of an object, from a cold source, in particular a cryogenic fluid bath, comprising: a first heat exchange element with the cold source; A set of first heat exchange fins connected to the first heat exchange element, at one of their ends; A second heat exchange element with the object to be cooled; A set of second heat exchange fins connected to the second heat exchange element, at one of their ends; An enclosure containing: the first fins and the second fins interposed and without direct mechanical contact between them, each fin being inserted into an interstitial space. and a heat exchange gas at a desired internal pressure; characterized in that the other end of each fin, opposite the end connected to the heat exchange element, carries a positioning wedge adapted to position, advantageously center, said fin in the interstitial space in which it is inserted. The architecture of the cooling device of the invention is close to that of a thermal exchange gas switch, as described in the document US 2005/0230097, adapted for low power heat exchange typically between 0, 01 W and 0.3 W. It differs in particular in that it includes wedges positioning or centering fins. The presence of these wedges degrades the cutoff ratio of the device. Their use is therefore a priori not desirable within such a device. In the invention, the structure of a standard thermal switch is modified by adding wedges positioning or centering fins, which increases the size of the device and divert the use to ensure the thermal cooling of an object with a higher exchanged thermal power level, up to several watts.

Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de refroidissement comprend une pompe d’introduction et d’extraction de gaz d’échange thermique dans l’enceinte, destiné à faire varier la conductance thermique dudit dispositif de refroidissement, en faisant varier la pression interne du gaz dans l’enceinte.In a particular embodiment, the cooling device comprises a pump for introducing and extracting heat exchange gases into the chamber, intended to vary the thermal conductance of said cooling device, by varying the internal pressure. gas in the enclosure.

Grâce à cela, le dispositif de refroidissement de l’invention permet de réguler en température l’objet à refroidir (c’est-à-dire maintenir la température de cet objet égale ou sensiblement égale à une température de consigne souhaitée) à partir d’une source froide à température fixe.Thanks to this, the cooling device of the invention makes it possible to regulate in temperature the object to be cooled (that is to say to maintain the temperature of this object equal or substantially equal to a desired set temperature) from a cold source at a fixed temperature.

Avantageusement, les cales sont en un matériau plastique. Le matériau est avantageusement un isolant thermique. On limite ainsi l’effet de pont thermique entre ailettes voisines des cales.Advantageously, the wedges are made of a plastic material. The material is advantageously a thermal insulator. This limits the thermal bridge effect between fins adjacent wedges.

De préférence, les cales ont un coefficient de dilatation thermique linéaire supérieur à celui des ailettes les cales ont un coefficient de dilatation thermique linéaire supérieur à celui des ailettes. Grâce à cela, les cales se contractent davantage que les ailettes lors des refroidissements thermiques, ce qui évite une dégradation mécanique des cales sous l’action de compression des ailettes lors des variations de température.Preferably, the shims have a coefficient of linear thermal expansion greater than that of the fins shims have a linear coefficient of thermal expansion greater than that of the fins. Thanks to this, the wedges contract more than the fins during thermal cooling, which avoids a mechanical degradation of the wedges under the action of compression of the fins during temperature changes.

Dans une forme de réalisation particulière, chaque ailette comprend une extrémité libre de fixation d’épaisseur réduite destinée à être introduite dans une gorge de fixation ménagée dans la cale portée par ladite ailette. Grâce à cela, les cales peuvent être fixées aux ailettes par simple emboîtement ou coulissement.In a particular embodiment, each fin comprises a free fixing end of reduced thickness intended to be introduced into a fixing groove in the wedge carried by said fin. Thanks to this, the wedges can be fixed to the fins by simple interlocking or sliding.

Avantageusement, chaque cale comprend trois faces extérieures d’appui, dont deux faces latérales et une face de fond, en contact avec des parois délimitant l’espace interstitiel dans lequel ladite cale est insérée et en ce que chaque face latérale d’appui de la cale est reliée à la face de fond d’appui de la cale par une face oblique qui n’est pas en contact avec lesdites parois. Grâce à cela, on limite la surface d’échange thermique entre la cale portée par une ailette et la ou les ailettes voisines.Advantageously, each wedge comprises three external bearing faces, including two lateral faces and a bottom face, in contact with walls delimiting the interstitial space in which said wedge is inserted and in that each lateral face of support of the wedge is connected to the bearing bottom face of the wedge by an oblique face which is not in contact with said walls. Thanks to this, it limits the heat exchange surface between the wedge carried by a fin and the or neighboring fins.

Avantageusement encore, la distance entre deux ailettes voisines, respectivement reliées au premier élément d’échange thermique et au deuxième élément d’échange thermique, est inférieure ou égale à 0,5 mm, avantageusement inférieure ou égale à 0,3 mm, avantageusement encore égale à 0,1 mm. La distance réduite entre ailettes voisines permet de fortement limiter le phénomène de convection à l’intérieur de l’enceinte de sorte à ce que le gaz reste immobile ou quasi-immobile malgré l’écart de température entre le premier et le deuxième élément d’échange thermique. Du fait ce faible écart entre les ailettes voisines, il convient d’éviter toute déformation des ailettes. En effet, la déformation d’une ailette risquerait de provoquer un contact mécanique direct de celle-ci avec une ailette voisine, ce qui aurait pour effet de nuire considérablement au bon fonctionnement du dispositif de refroidissement. Les cales permettent d’éviter de telles déformations grâce à un maintien mécanique des ailettes en position.Advantageously, the distance between two adjacent fins, respectively connected to the first heat exchange element and the second heat exchange element, is less than or equal to 0.5 mm, advantageously less than or equal to 0.3 mm, advantageously still equal to 0.1 mm. The reduced distance between neighboring fins makes it possible to greatly limit the convection phenomenon inside the enclosure so that the gas remains stationary or almost immobile despite the temperature difference between the first and the second element of the enclosure. heat exchange. Due to this small gap between the neighboring fins, it is necessary to avoid any deformation of the fins. Indeed, the deformation of a fin could cause a direct mechanical contact thereof with a neighboring fin, which would have the effect of significantly impair the proper operation of the cooling device. The wedges make it possible to avoid such deformations by mechanically holding the fins in position.

Dans une forme de réalisation particulière, le premier élément d’échange thermique est relié thermiquement à des ailettes d’échange thermique destinées à être immergées dans la source froide. Grâce à ces ailettes, le transfert thermique entre la source froide et le premier élément d’échange thermique est amélioré.In a particular embodiment, the first heat exchange element is thermally connected to heat exchange fins intended to be immersed in the cold source. With these fins, the heat transfer between the cold source and the first heat exchange element is improved.

Dans une forme de réalisation particulière, la pompe est une pompe à adsorption contenant un adsorbant, un module de chauffage et un élément de liaison thermique à ladite source froide, destiné à évacuer de la chaleur. La source froide est ainsi également utilisée par la pompe pour régler sa température interne.In a particular embodiment, the pump is an adsorption pump containing an adsorbent, a heating module and a thermal connection element to said cold source, intended to evacuate heat. The cold source is also used by the pump to adjust its internal temperature.

Le dispositif de refroidissement peut comprendre un bain de fluide cryogénique à saturation, jouant le rôle de source froide, ledit fluide comprenant l’un des éléments du groupe comportant l’hélium, l’hydrogène, l’azote, l’oxygène et l’argon.The cooling device may comprise a saturation cryogenic fluid bath, acting as a cold source, said fluid comprising one of the elements of the group comprising helium, hydrogen, nitrogen, oxygen and argon.

Avantageusement, l’enceinte porte une lèvre de soudage à une bague à lèvre d’étanchéité. L’utilisation de lèvres de soudage permet de limiter la montée en température des cales lors de l’assemblage des différents éléments du dispositif de refroidissement.Advantageously, the enclosure carries a welding lip to a sealing lip ring. The use of welding lips makes it possible to limit the rise in temperature of the shims during the assembly of the various elements of the cooling device.

Avantageusement encore, la longueur de la cale portée par une ailette est inférieure à la largeur de ladite ailette.Advantageously, the length of the wedge carried by a fin is less than the width of said fin.

Avantageusement, chaque ailette porte au moins deux cales.Advantageously, each fin carries at least two shims.

Description sommaire des dessins L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description suivante d’une forme de réalisation particulière du dispositif de refroidissement de l’invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente l’évolution de la température de saturation de plusieurs fluides cryogéniques en fonction de la pression du fluide ; - La figure 2 représente de façon schématique le dispositif de refroidissement de l’invention, selon une première forme de réalisation particulière ; - La figure 3A représente une vue de côté du dispositif de refroidissement de l’invention, selon la première forme de réalisation ; - La figure 3B représente une vue en coupe selon AA du dispositif de refroidissement de la figure 3A ; - La figure 3C représente une vue de dessus du dispositif de refroidissement de la figure 3A ; - La figure 4A représente de façon schématique les flux de chaleur échangés entre les ailettes en « position ON >> de transfert thermique ; La figure 4B représente de façon schématique les flux de chaleur échangés entre les ailettes en « position OFF >> d’interruption thermique ; - La figure 5 représente un schéma d’une cale, en section transversale.Brief description of the drawings The invention will be better understood with the aid of the following description of a particular embodiment of the cooling device of the invention, with reference to the appended drawings, in which: FIG. the saturation temperature of several cryogenic fluids as a function of the fluid pressure; - Figure 2 schematically shows the cooling device of the invention, according to a first particular embodiment; - Figure 3A shows a side view of the cooling device of the invention, according to the first embodiment; - Figure 3B shows a sectional view along AA of the cooling device of Figure 3A; FIG. 3C represents a view from above of the cooling device of FIG. 3A; - Figure 4A schematically shows the heat flows exchanged between the fins in "ON" position of heat transfer; FIG. 4B schematically represents the heat flows exchanged between the fins in the "OFF" position of thermal interruption; - Figure 5 shows a diagram of a shim, in cross section.

Description détaiiiée de modes de réaiisation particuiiers de i'inventionDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR REALIZATION MODES OF THE INVENTION

Le dispositif de refroidissement thermique de l’invention a pour fonction de refroidir un objet, celui-ci constituant une source chaude, à partir d’une source froide, par exemple un bain de fluide cryogénique.The thermal cooling device of the invention has the function of cooling an object, the latter constituting a hot source, from a cold source, for example a bath of cryogenic fluid.

Un tel dispositif peut être utilisé dans de multiples applications, par exemple : - refroidir de façon homogène une plaque supérieure d’une cellule de Rayleigh-Bénard de grande dimension, notamment dans le cadre de l’étude de la convection naturelle turbulente ; - réaliser des tests d’étude de propriétés sur des matériaux froids à des températures cryogéniques ; - rechercher des températures critiques de matériaux supraconducteurs ; - réaliser des mesures de calorimétrie ; - réaliser une désaimantation adiabatique pour la grande réfrigération ; - réaliser un refroidissement homogène.Such a device can be used in multiple applications, for example: - homogeneously cool a top plate of a large Rayleigh-Bénard cell, particularly in the context of the study of turbulent natural convection; - Conduct tests of properties study on cold materials at cryogenic temperatures; - search for critical temperatures of superconducting materials; - carry out calorimetry measurements; - perform adiabatic demagnetization for large refrigeration; - achieve a homogeneous cooling.

Sur la figure 2, on a représenté de façon schématique un exemple de réalisation du dispositif de refroidissement 100 de l’invention. Il comprend • une source froide 1 ; • un premier élément 2 d’échange thermique avec la source froide 1 ; • un ensemble de premières ailettes d’échange thermique 3 reliées au premier élément d’échange thermique 1, à l’une de leurs extrémités ; • un deuxième élément 4 d’échange thermique avec l’objet à refroidir 200 ; • un ensemble de deuxièmes ailettes d’échange thermique 5 reliées au deuxième élément d’échange thermique 4, à l’une de leurs extrémités ; • une enceinte 6 contenant les deux ensembles 3, 5 de premières et deuxièmes ailettes et un gaz d’échange thermique 7 à une pression interne souhaitée.FIG. 2 diagrammatically shows an exemplary embodiment of the cooling device 100 of the invention. It includes • a cold source 1; A first heat exchange element 2 with the cold source 1; A set of first heat exchange fins 3 connected to the first heat exchange element 1, at one of their ends; A second heat exchange element 4 with the object to be cooled 200; A set of second heat exchange fins 5 connected to the second heat exchange element 4, at one of their ends; An enclosure 6 containing the two sets 3, 5 of first and second fins and a heat exchange gas 7 at a desired internal pressure.

La source froide 1 est ici un bain de fluide cryogénique. Elle a une température fixe. Dans l’exemple particulier de réalisation décrit ici, le bain contient de l’hélium liquide à saturation à une température égale ou proche de 4,5 K (soit - 269°G). Le fluide cryogénique pourrai en variante être de l’hydrogène, du néon, de l’azote, de l’oxygène, de l’argon ou autre. L’élément 2 d’échange thermique avec la source froide 1 et l’élément 4 d’échange thermique avec l’objet à refroidir 200 sont des éléments conducteurs thermiques. Ils sont réalisés en un matériau constituant un bon conducteur thermique, par exemple du cuivre, et ont ici une forme de disque. L’élément 2 d’échange thermique avec la source froide 1 est relié thermiquement à la source froide 1 constituée ici par le bain de fluide cryogénique 1. A cet effet, il est en contact direct avec le fluide cryogénique, ici par immersion de l’une des faces du disque conducteur thermique, dite « face immergée >> 20, dans le bain de fluide cryogénique 1. La face immergée 20 de l’élément conducteur 2 peut être prolongée longitudinalement par des troisièmes ailettes d’échange thermique 9 disposées à l’intérieur du bain 1, comme représenté sur la figure 2. Ces ailettes 9 d’échange thermique avec le bain 1 permettent d’améliorer le transfert de chaleur entre le bain 1 et l’élément d’échange thermique 2. L’autre face (ou côté) 21 de l’élément d’échange thermique 2, opposée à la face immergée 20, est prolongée longitudinalement par les premières ailettes d’échange thermique 3. Celles-ci sont confinées dans la chambre interne du tube échangeur 6. Par la suite, on appellera « ailettes froides >> les premières ailettes 3 du fait qu’elles sont reliées thermiquement à la source froide 1. L’ensemble comportant le premier élément d’échange thermique 2, les premières ailettes d’échange thermique 3 et les troisièmes ailettes d’échange thermique 9 forme ici une pièce monobloc. Elle est usinée à partir d’un cylindre plein en un matériau bon conducteur thermique, ici en cuivre. Pour obtenir les ailettes 3 et 9, des sillons sont usinés dans des plans parallèles entre eux et à l’axe longitudinal du cylindre. Chaque ailette 3 ou 9 s’étend ainsi dans un plan parallèle à l’axe longitudinal et a la forme d’une tranche longitudinale partielle de cylindre. Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure 3B, le disque conducteur 2 porte dix premières ailettes 3 et cinq troisièmes ailettes 9. Le disque conducteur 2 et l’enveloppe cylindrique des troisièmes ailettes 9 ont un diamètre qui est légèrement inférieur au diamètre interne du tube échangeur 6. Les premières ailettes 3 ont une enveloppe cylindrique de diamètre égal ou sensiblement égal à celui du diamètre interne du tube échangeur 6.The cold source 1 is here a bath of cryogenic fluid. It has a fixed temperature. In the particular embodiment described here, the bath contains saturation liquid helium at a temperature equal to or close to 4.5 K (ie - 269 ° G). The cryogenic fluid may alternatively be hydrogen, neon, nitrogen, oxygen, argon or the like. The heat exchange element 2 with the cold source 1 and the heat exchange element 4 with the object to be cooled 200 are thermal conducting elements. They are made of a material constituting a good thermal conductor, for example copper, and here have a disc shape. The element 2 of heat exchange with the cold source 1 is thermally connected to the cold source 1 here constituted by the cryogenic fluid bath 1. For this purpose, it is in direct contact with the cryogenic fluid, here by immersion of the one of the faces of the thermal conductive disk, called "submerged face" 20, in the cryogenic fluid bath 1. The submerged face 20 of the conductive element 2 may be extended longitudinally by third heat exchange fins 9 disposed at the inside of the bath 1, as shown in Figure 2. These fins 9 heat exchange with the bath 1 can improve the heat transfer between the bath 1 and the heat exchange element 2. The other face (or side) 21 of the heat exchange element 2, opposite to the immersed face 20, is extended longitudinally by the first heat exchange fins 3. These are confined in the internal chamber of the exchanger tube 6. Thereafter, the term "cold fins" will be called the first fins 3 because they are thermally connected to the cold source 1. The assembly comprising the first heat exchange element 2, the first fins of heat exchange 3 and the third heat exchange fins 9 form here a single piece. It is machined from a cylinder full of a good thermal conductor material, here copper. To obtain the fins 3 and 9, grooves are machined in planes parallel to each other and to the longitudinal axis of the cylinder. Each fin 3 or 9 thus extends in a plane parallel to the longitudinal axis and has the shape of a partial longitudinal portion of the cylinder. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3B, the conductive disc 2 carries ten first fins 3 and five third fins 9. The conductive disc 2 and the cylindrical envelope of the third fins 9 have a diameter which is slightly smaller than the internal diameter of the exchanger tube 6. The first fins 3 have a cylindrical envelope of diameter equal to or substantially equal to that of the internal diameter of the exchanger tube 6.

De façon analogue, l’élément d’échange thermique 4 est prolongé longitudinalement par les deuxièmes ailettes 5. Celles-ci sont également confinées dans la chambre interne du tube échangeur 6. Par la suite, on appellera « ailettes chaudes >> les deuxièmes ailettes 5 du fait qu’elles sont reliées thermiquement à l’objet à refroidir 200. L’élément d’échange thermique 4 et les ailettes chaudes 5 forment ici une pièce monobloc. Celle-ci est fabriquée à partir d’un cylindre plein en un matériau bon conducteur thermique, en l’espèce du cuivre. Les ailettes chaudes 5 peuvent être formées par usinage de sillons dans le cylindre de cuivre dans des plans parallèles entre eux et à l’axe longitudinal du cylindre. Chaque ailette 5 s’étend ainsi dans un plan parallèle à l’axe longitudinal et a la forme d’une tranche longitudinale partielle de cylindre. Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure 3B, le disque conducteur 4 porte onze deuxièmes ailettes 5. Le diamètre du disque conducteur 4 est supérieur au diamètre interne du tube échangeur 6. Les ailettes 5 ont une enveloppe en forme de cylindre de diamètre égal ou sensiblement égal à celui du diamètre interne du tube échangeur 6.In a similar way, the heat exchange element 4 is extended longitudinally by the second fins 5. These are also confined in the internal chamber of the exchanger tube 6. Thereafter, the "hot fins" will be called the second fins. 5 because they are thermally connected to the object to be cooled 200. The heat exchange element 4 and the hot fins 5 form here a single piece. This is made from a solid cylinder made of a good thermal conductor material, in this case copper. The hot fins 5 may be formed by machining grooves in the copper cylinder in planes parallel to each other and to the longitudinal axis of the cylinder. Each fin 5 thus extends in a plane parallel to the longitudinal axis and has the shape of a partial longitudinal portion of the cylinder. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3B, the conductive disc 4 carries eleven second fins 5. The diameter of the conductive disc 4 is greater than the internal diameter of the exchanger tube 6. The fins 5 have a casing in the form of a diameter cylinder. equal to or substantially equal to that of the internal diameter of the exchanger tube 6.

Dans l’exemple de réalisation particulier, non limitatif, décrit ici, les premières et deuxièmes ailettes 3 et 5 ont une hauteur (selon la direction longitudinale) d’environ 160 mm et une épaisseur (perpendiculairement au plan de l’ailette) de 2,5 mm. L’espace interstitiel, ou interstice, séparant deux ailettes voisines 3 (ou 5) solidaires d’un même élément d’échange thermique 2 (ou 4) est ici de 2,7 mm. La largeur d’une ailette (selon la direction perpendiculaire la direction longitudinale dans le plan de l’ailette) est inférieure ou égale au diamètre du disque 2 (ou au diamètre interne du tube échangeur 6), ici égal à 55,5 mm, et varie selon sa position : la ou les ailettes disposées à proximité ou sur l’axe longitudinal du cylindre sont plus larges que celles disposées en périphérie extérieure. Les ailettes 3 pourraient avoir d’autres dimensions, notamment une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm, une hauteur comprise entre 10 et 500 mm et une largeur maximale comprise entre 10 et 200 mm. L’usinage des ailettes 3, 5 et 9 peut être réalisé par électroérosion. L’enceinte 6 est fermée de façon étanche. Elle comprend une paroi ici cylindrique qui forme un tube d’axe longitudinal AX, renfermant une chambre de réception des premières ailettes « froides >> 3 et des deuxièmes ailettes « chaudes >> 5. Par la suite, on appellera ce tube « tube échangeur thermique >> ou « tube échangeur >> car sa chambre interne est le siège d’échanges thermiques entre les premières ailettes 3 « froides >> et les deuxièmes ailettes 5 « chaudes >>, intercalées entre elles, comme cela sera explicité par la suite. Ce tube échangeur 6 est par exemple en acier inoxydable. L’acier inoxydable présente différents avantages : il peut se braser facilement, notamment avec le cuivre, et a une faible conduction thermique, ce qui limite la conduction thermique en position OFF. Le tube échangeur 6 en acier inoxydable possède donc de façon avantageuse une faible conduction thermique. Le tube échangeur 6 a un diamètre inférieur ou égal à 70 mm, avantageusement inférieur ou égal à 65 mm, avantageusement encore égal à 60 mm et avantageusement encore supérieur ou égal à 20 mm. Le diamètre du tube dépend de la puissance à échanger.In the particular embodiment, not limiting, described here, the first and second fins 3 and 5 have a height (in the longitudinal direction) of about 160 mm and a thickness (perpendicular to the plane of the fin) of 2 , 5 mm. The interstitial space, or gap, separating two adjacent fins 3 (or 5) integral with the same heat exchange element 2 (or 4) is here 2.7 mm. The width of a fin (in the direction perpendicular to the longitudinal direction in the plane of the fin) is less than or equal to the diameter of the disc 2 (or the internal diameter of the exchanger tube 6), here equal to 55.5 mm, and varies according to its position: the fins or fins disposed near or on the longitudinal axis of the cylinder are wider than those disposed at the outer periphery. The fins 3 could have other dimensions, including a thickness of between 1 and 10 mm, a height of between 10 and 500 mm and a maximum width of between 10 and 200 mm. The machining of the fins 3, 5 and 9 can be performed by electroerosion. The enclosure 6 is sealed. It comprises a wall here cylindrical which forms a tube of longitudinal axis AX, containing a receiving chamber of the first "cold" fins 3 and second "hot" fins 5. Thereafter, this tube will be called "tube exchanger" thermal >> or "exchanger tube" because its internal chamber is the seat of heat exchange between the first fins 3 "cold" and the second fins 5 "hot", interposed between them, as will be explained later . This exchanger tube 6 is for example stainless steel. Stainless steel has several advantages: it can be soldered easily, especially with copper, and has a low thermal conduction, which limits the thermal conduction in the OFF position. The stainless steel heat exchanger tube 6 thus advantageously has a low thermal conductivity. The exchanger tube 6 has a diameter less than or equal to 70 mm, advantageously less than or equal to 65 mm, advantageously still equal to 60 mm and advantageously still greater than or equal to 20 mm. The diameter of the tube depends on the power to be exchanged.

Le premier élément d’échange thermique 2 est disposé à l’une des extrémités du tube 6. Il est ici inséré à l’intérieur du tube 6 et solidarisé à celui-ci par l’intermédiaire d’une bague d’étanchéité 13 à lèvre de soudage.The first heat exchange element 2 is disposed at one end of the tube 6. It is here inserted inside the tube 6 and secured thereto by means of a sealing ring 13. welding lip.

Le deuxième élément d’échange thermique 4 est disposé à l’autre extrémité du tube 6, opposée à celle recevant le premier élément d’échange thermique 2. Son diamètre est ici supérieur au diamètre externe du tube 6 et il est mis en butée contre cette autre extrémité du tube 6 par l’intermédiaire d’une autre bague d’étanchéité 16 à lèvre de soudage, comme cela sera explicité plus loin.The second heat exchange element 4 is disposed at the other end of the tube 6, opposite to that receiving the first heat exchange element 2. Its diameter is here greater than the external diameter of the tube 6 and is abutted against this other end of the tube 6 via another sealing ring 16 to welding lip, as will be explained later.

Les premières ailettes 3, reliées thermiquement au premier élément 2 d’échange thermique avec la source froide 1, et les deuxièmes ailettes 5, reliées thermiquement au deuxième élément 4 d’échange thermique avec l’objet à refroidir 200, sont disposées à l’intérieur du tube échangeur 6, ou de l’enceinte. Elles sont intercalées entre elles et sans contact mécanique direct entre elles. Chaque ailette froide 3 est insérée dans un espace interstitiel séparant deux ailettes chaudes 5 voisines ou bien une ailette chaude 5 et la face interne du tube échangeur 6. De façon analogue, chaque ailette chaude 5 est insérée dans un espace interstitiel séparant deux ailettes froides 3 voisines ou bien une ailette froide 3 et la face interne du tube échangeur 6. Dans l’exemple de réalisation décrit ici, une fois les premières ailettes 3 et les deuxièmes ailettes 5 introduites dans le tube échangeur 6 et emboîtées, intercalées les unes entre les autres, le jeu ou écart ménagé entre deux ailettes voisines, respectivement froide 3 et chaude 5, est de 0,1 mm. De façon analogue, l’écart entre chacune des deux ailettes périphériques (ici des ailettes chaudes 5), et la face interne du tube échangeur 6 est de l’ordre de 0,1 mm. L’extrémité libre de chaque ailette 3 (ou 5), opposée à celle solidaire de l’élément d’échange thermique associé 2 (ou 4), porte au moins une cale de positionnement 8 adaptée pour positionner, ici centrer, cette ailette 3 (ou 5) dans l’espace interstitiel dans lequel elle est insérée. La cale 8 portée par l’ailette 3 (ou 5) permet d’assurer le centrage de cette ailette dans l’espace interstitiel dans lequel elle est reçue et d’éviter toute déformation de l’ailette, grâce à un maintien forcé au centre de l’espace interstitiel.The first fins 3, thermally connected to the first element 2 of heat exchange with the cold source 1, and the second fins 5, thermally connected to the second element 4 of heat exchange with the object to be cooled 200, are arranged at the inside the exchanger tube 6, or the enclosure. They are interposed between them and without direct mechanical contact between them. Each cold fin 3 is inserted into an interstitial space separating two adjacent hot fins 5 or a hot fin 5 and the inner face of the exchanger tube 6. Similarly, each hot fin 5 is inserted into an interstitial space separating two cold fins 3 adjacent or a cold fin 3 and the inner face of the exchanger tube 6. In the embodiment described here, once the first fins 3 and the second fins 5 introduced into the exchanger tube 6 and nested, interposed between them other, the clearance or gap formed between two adjacent fins, respectively cold 3 and hot 5, is 0.1 mm. Similarly, the gap between each of the two peripheral fins (here hot fins 5), and the inner face of the exchanger tube 6 is of the order of 0.1 mm. The free end of each fin 3 (or 5), opposite to that integral with the associated heat exchange element 2 (or 4), carries at least one positioning wedge 8 adapted to position, here center, this fin 3 (or 5) in the interstitial space in which it is inserted. The wedge 8 carried by the fin 3 (or 5) makes it possible to ensure the centering of this fin in the interstitial space in which it is received and to avoid any deformation of the fin, thanks to a forced holding in the center interstitial space.

Les cales 8 sont en un autre matériau isolant thermiquement, ayant une faible conductivité thermique, avantageusement inférieure ou égale à 0,2 W.m' \k\ Elles sont par exemple en matière plastique à base de polyimide. Le matériau de constitution des cales 8 possède avantageusement un coefficient de dilatation thermique linéaire supérieur à celui du matériau de constitution des ailettes 3, 5, (en l’espèce du cuivre). Grâce à cela, la contraction thermique des cales 8 est supérieure à celle des ailettes 3, 5, ce qui permet d’éviter un endommagement des cales par les ailettes lorsque celles-ci se contractent sous l’effet du refroidissement.The shims 8 are made of another thermally insulating material, having a low thermal conductivity, advantageously less than or equal to 0.2 W.m \ k \ They are for example made of plastic material based on polyimide. The constituent material of the shims 8 advantageously has a coefficient of linear thermal expansion greater than that of the material constituting the fins 3, 5 (in this case copper). As a result, the thermal contraction of the wedges 8 is greater than that of the fins 3, 5, which makes it possible to prevent damage to the wedges by the fins when they contract under the effect of cooling.

Sur la figure 5, on a représenté de façon schématique une cale 8, selon une forme de réalisation particulière, en section transversale. La cale 8 destinée à être portée par une ailette 3 (ou 5) comprend trois faces extérieures d’appui 80-82 : deux faces latérales 80, 81 et une face de fond 82. Lorsque la cale 8 portée par une ailette 3 (ou 5) est insérée dans un espace interstitiel entre deux ailettes 3, 5 ou entre une ailette 5 et la paroi du tube échangeur 6, les deux faces latérales 80, 81 de la cale 8 sont en contact avec les parois latérales délimitant l’espace interstitiel et la surface de fond 82 est en contact avec l’élément d’échange thermique 4 (ou 2) formant le fond de l’espace interstitiel. Chaque face latérale d’appui 80, 81 de la cale 8 est reliée à la face de fond d’appui 82 par une face oblique 83, 84 qui n’est pas en contact avec les parois délimitant l’espace interstitiel. Grâce à cela, on réduit la surface d’échange thermique entre la cale 8 et les éléments voisins (ailette 3 ou 5, élément d’échange thermique 2 ou 4 ou tube échangeur 6), ce qui contribue à limiter l’effet de « pont thermique >> (c’est-à-dire de transfert thermique) des cales 8. L’épaisseur du fond de la cale est choisie de sorte à assurer un espacement souhaité des ailettes 3 (ou 5) par rapport à l’élément d’échange thermique 4 (ou 2) pour limiter les échanges thermiques entre ces ailettes 3 (ou 5) et l’élément d’échange thermique 4 (ou 2) et ainsi réduire encore l’effet de « pont thermique >> des cales 8. Cette épaisseur de fond est avantageusement comprise entre 1 et 10 mm.Figure 5 schematically shows a shim 8, according to a particular embodiment, in cross section. The shim 8 intended to be carried by a fin 3 (or 5) comprises three outer bearing faces 80-82: two lateral faces 80, 81 and a bottom face 82. When the shim 8 carried by a fin 3 (or 5) is inserted in an interstitial space between two fins 3, 5 or between a fin 5 and the wall of the exchanger tube 6, the two lateral faces 80, 81 of the shim 8 are in contact with the lateral walls delimiting the interstitial space and the bottom surface 82 is in contact with the heat exchange element 4 (or 2) forming the bottom of the interstitial space. Each lateral bearing face 80, 81 of the wedge 8 is connected to the bearing base face 82 by an oblique face 83, 84 which is not in contact with the walls delimiting the interstitial space. Thanks to this, the heat exchange surface is reduced between the shim 8 and the neighboring elements (fin 3 or 5, heat exchange element 2 or 4 or exchanger tube 6), which contributes to limiting the effect of " thermal bridge >> (that is to say thermal transfer) wedges 8. The thickness of the bottom of the hold is chosen so as to ensure a desired spacing of the fins 3 (or 5) relative to the element heat exchange 4 (or 2) to limit the heat exchange between these fins 3 (or 5) and the heat exchange element 4 (or 2) and thus further reduce the effect of "thermal bridge" wedges 8. This bottom thickness is advantageously between 1 and 10 mm.

Chaque ailette 3 (ou 5) peut porter à son extrémité libre, opposée à celle solidaire de l’élément d’échange thermique associé 2 (ou 4), une ou plusieurs cales de positionnement, ou de centrage, 8. Dans le cas où l’ailette 3 (ou 5) porte une seule cale 8, la longueur de la cale 8, c’est-à-dire sa dimension selon la direction perpendiculaire à l’axe AX dans le plan de l’ailette, est égale à la largeur de l’ailette ou inférieure à celle-ci. Dans le cas où l’ailette 3 (ou 5) porte plusieurs cales 8, les différentes cales portées par une ailette sont espacées l’une de l’autre et de préférence réparties de façon régulière le long de l’ailette de sorte à assurer un bon maintien mécanique de l’ailette. Par exemple, chaque ailette 3, 5 porte deux cales.Each fin 3 (or 5) may carry at its free end, opposite to that integral with the associated heat exchange element 2 (or 4), one or more positioning wedges, or centering, 8. In the case where the fin 3 (or 5) carries a single shim 8, the length of the shim 8, that is to say its dimension in the direction perpendicular to the axis AX in the plane of the fin, is equal to the width of the fin or less than this. In the case where the fin 3 (or 5) carries several shims 8, the different shims carried by a fin are spaced from each other and preferably distributed uniformly along the fin so as to ensure a good mechanical support of the fin. For example, each fin 3, 5 carries two shims.

La fixation des cales 8 aux ailettes 3 (ou 5) peut être réalisée par emboîtement d’une partie saillante de l’une des deux éléments (cale ou ailette) dans une partie en creux ménagée dans l’autre élément (ailette ou cale). Par exemple, chaque ailette 3 (ou 5) comprend une extrémité libre de fixation, d’épaisseur réduite, destinée à être introduite dans une gorge de fixation 85 ménagée dans la cale 8. La gorge 85 a une forme complémentaire à celle de l’extrémité de fixation de l’ailette et présente ici une forme de U en section transversale. La profondeur de la gorge 85 est avantageusement comprise entre 1 et 10 mm. La largeur de la gorge 85 est avantageusement comprise entre 1 et 10 mm.Fixing wedges 8 to the fins 3 (or 5) can be made by interlocking a projecting part of one of the two elements (wedge or fin) in a recessed portion formed in the other element (fin or wedge) . For example, each fin 3 (or 5) comprises a fixing free end, of reduced thickness, intended to be introduced into an attachment groove 85 formed in the shim 8. The groove 85 has a shape complementary to that of the fixing end of the fin and here has a U-shaped cross section. The depth of the groove 85 is advantageously between 1 and 10 mm. The width of the groove 85 is advantageously between 1 and 10 mm.

Les cales 8 présentent une symétrie par rapport à un plan médian qui s’étend ici au milieu de la gorge 85 perpendiculairement au plan de la figure 5. En outre, elles présentent une largeur, orthogonalement à ce plan de symétrie, qui est égale à la largeur de l’espace interstitiel entre deux ailettes 3 et 5 voisines (ici 2,7 mm). Cette symétrie permet d’assurer le centrage de l’ailette dans l’espace interstitiel dans lequel elle est insérée.The wedges 8 have a symmetry with respect to a median plane which extends here in the middle of the groove 85 perpendicular to the plane of FIG. 5. In addition, they have a width, orthogonal to this plane of symmetry, which is equal to the width of the interstitial space between two adjacent fins 3 and 5 (here 2.7 mm). This symmetry makes it possible to ensure the centering of the fin in the interstitial space in which it is inserted.

Soulignons que l’absence de contact mécanique direct entre les ailettes froides 3 et chaudes 5 intercalées entre elles, garantie grâce aux cales 8, est très importante pour assurer un bon fonctionnement du dispositif de refroidissement 100. En effet, la conductivité thermique du cuivre constituant les ailettes est bien plus élevée que celle du gaz d’échange thermique 7 séparant les ailettes 3 froides 3 et chaudes 5. Le moindre contact mécanique directe entre ces ailettes aurait pour effet de considérablement modifier les flux de chaleur entre les ailettes froides 3 et les ailettes chaudes 5 en position OFF.Note that the absence of direct mechanical contact between the cold fins 3 and hot 5 interposed between them, guaranteed by the wedges 8, is very important to ensure proper operation of the cooling device 100. Indeed, the thermal conductivity of the copper constituting the fins is much higher than that of the heat exchange gas 7 separating the fins 3 cold 3 and hot 5. The least direct mechanical contact between these fins would have the effect of considerably modify the heat flows between the cold fins 3 and the hot fins 5 in OFF position.

Le tube échangeur 6 est fermé par le premier élément d’échange thermique 2, à l’une de ses extrémités, et par le deuxième élément d’échange thermique 4, à son autre extrémité. Il renferme une chambre interne confinée d’échange thermique qui contient les premières ailettes 3 et les deuxièmes ailettes 5. Cette chambre d’échange thermique est fermée de façon étanche, comme cela sera explicité plus loin. Elle contient un gaz d’échange thermique 7 à une pression interne souhaitée. Ce gaz d’échange thermique est l’un de ceux précédemment cités pour le bain 1 de fluide cryogénique (hydrogène, néon, azote, oxygène, argon ou autre). Généralement, le gaz d’échange thermique utilisé est le même que celui du bain 1 constituant la source froide. L’ensemble comportant le tube (ou enceinte) 6, les éléments d’échange thermique 2 et 4, les premières et deuxièmes ailettes d’échange thermique 3, 5 et le gaz d’échange thermique 7 permet un transfert de chaleur entre la source froide 1 et l’objet à refroidir 200. Ce dispositif possède une certaine conductance thermique qui dépend notamment de la pression interne du gaz 7 dans l’enceinte 6. En faisant varier cette pression, on peut faire varier la conductance thermique du dispositif de l’invention.The exchanger tube 6 is closed by the first heat exchange element 2, at one of its ends, and by the second heat exchange element 4, at its other end. It contains a confined internal heat exchange chamber which contains the first fins 3 and the second fins 5. This heat exchange chamber is sealed, as will be explained later. It contains a heat exchange gas 7 at a desired internal pressure. This heat exchange gas is one of those previously mentioned for the bath 1 of cryogenic fluid (hydrogen, neon, nitrogen, oxygen, argon or other). Generally, the heat exchange gas used is the same as that of the bath 1 constituting the cold source. The assembly comprising the tube (or enclosure) 6, the heat exchange elements 2 and 4, the first and second heat exchange fins 3, 5 and the heat exchange gas 7 allows a transfer of heat between the source 1 and the object to be cooled 200. This device has a certain thermal conductance which depends in particular on the internal pressure of the gas 7 in the chamber 6. By varying this pressure, the thermal conductance of the device can be varied. 'invention.

Pour faire varier la conductance thermique, le dispositif de refroidissement 100 comprend ici une pompe 10 d’introduction et d’extraction de gaz d’échange thermique 7 dans la chambre interne de l’enceinte 6. La variation de la conductance thermique permet de réguler la température du deuxième élément d’échange thermique 4, c’est-à-dire de maintenir cette température égale ou sensiblement égale à une valeur souhaitée, quelles que soient les variations de température de l’objet à refroidir, à partir de la source froide (ici le bain 1) à température fixe.To vary the thermal conductance, the cooling device 100 here comprises a pump 10 for introducing and extracting heat exchange gas 7 into the internal chamber of the enclosure 6. The variation of the thermal conductance makes it possible to regulate the temperature of the second heat exchange element 4, that is to say to maintain this temperature equal to or substantially equal to a desired value, regardless of the temperature variations of the object to be cooled, from the source cold (here bath 1) at a fixed temperature.

Dans la forme de réalisation particulière décrite ici, la pompe 10 est une pompe à adsorption contenant les éléments suivants : - un adsorbant logé dans une chambre interne ; - un module de chauffage comportant par exemple une résistance électrique (reliée à une source d’alimentation électrique), - un élément de liaison thermique à une source froide destiné à évacuer de la chaleur, et - un module de pilotage.In the particular embodiment described herein, the pump 10 is an adsorption pump containing the following elements: an adsorbent housed in an internal chamber; a heating module comprising, for example, an electrical resistance (connected to a power supply), a thermal connection element to a cold source intended to evacuate heat, and a control module.

La pompe 10 utilise ici le bain de fluide cryogénique 1 comme source froide. Elle est reliée au bain 1 par une tresse calibrée jouant le rôle de résistance thermique. Le module de pilotage contrôle le fonctionnement de la résistance thermique afin de régler la température interne de la pompe 10 et par conséquent la température de l’adsorbant. L’adsorbant comprend ici des grains de charbon actif, par exemple de la noix de coco carbonisée, logés dans une chambre interne de la pompe 10. En fonctionnement, des atomes de gaz 7 se collent à la surface des grains de charbon en formant des couches. Le nombre de couches d’atomes de gaz d’échange collés sur les grains de charbon dépend de la température des grains, autrement dit de la température interne de la pompe 10. En faisant varier cette température interne à l’aide du module de chauffage, le module de pilotage peut moduler la quantité de gaz piégé par la pompe 10 et ainsi faire varier la pression interne du gaz 7 dans l’enceinte 6.The pump 10 here uses the cryogenic fluid bath 1 as a cold source. It is connected to the bath 1 by a calibrated braid acting as thermal resistance. The control module controls the operation of the thermal resistance to adjust the internal temperature of the pump 10 and therefore the temperature of the adsorbent. The adsorbent here comprises grains of activated carbon, for example carbonized coconut, housed in an internal chamber of the pump 10. In operation, gas atoms 7 stick to the surface of the carbon grains forming layers. The number of layers of exchange gas atoms bonded to the grains of coal depends on the temperature of the grains, in other words on the internal temperature of the pump 10. By varying this internal temperature by means of the heating module , the control module can modulate the amount of gas trapped by the pump 10 and thus vary the internal pressure of the gas 7 in the chamber 6.

La chambre interne du tube 6 est reliée à un tube ou capillaire de remplissage 12A, par l’intermédiaire d’un canon 12B. Initialement, du gaz d’échange thermique 7 est introduit dans la chambre depuis une réserve de gaz extérieure (non représentée) par le capillaire de remplissage. La chambre interne du tube 6 est également reliée à un capillaire ou tube 11 de connexion à la pompe 10. La pompe 10 est ainsi montée sur le tube échangeur 6, avantageusement à proximité de l’extrémité voisine du bain cryogénique 1. Deux ouvertures de réception du capillaire 11 et du canon 12B sont ménagées dans la paroi du tube 6.The inner chamber of the tube 6 is connected to a filling tube or capillary 12A, via a barrel 12B. Initially, heat exchange gas 7 is introduced into the chamber from an external gas supply (not shown) by the filling capillary. The internal chamber of the tube 6 is also connected to a capillary or tube 11 for connection to the pump 10. The pump 10 is thus mounted on the exchanger tube 6, advantageously close to the adjacent end of the cryogenic bath 1. Two openings of receiving the capillary 11 and the barrel 12B are formed in the wall of the tube 6.

Le premier élément d’échange thermique 2 est assemblé au tube échangeur 6 par l’intermédiaire de la bague 13. En l’espèce, il s’agit d’une bague à rabat ou lèvre. L’extrémité de la bague 13 portant le rabat (ou la lèvre) est introduite dans la portion d’extrémité du tube 6 et montée autour du disque d’échange thermique 2. La bague 13 est ici fixée à l’élément d’échange thermique 2 par brasure et au tube 6 par soudage TIG au niveau de la lèvre (ou rabat). La bague 13 fait saillie hors du tube 6. Elle est solidarisée, à son autre extrémité (opposée à celle portant le rabat ou la lèvre), à une autre bague 14 d’adaptation à un réservoir contenant le bain 1 de fluide cryogénique (non représenté sur les figures 3A et 3B), ici par soudage TIG. La bague d’adaptation 14 est solidarisée, ici par soudage TIG, à une bride 15 de raccordement au réservoir du bain 1. Cette bride de raccordement 15 est destinée à être fixée, par l’intermédiaire d’un joint d’étanchéité, au réservoir, au droit d’une ouverture adaptée ménagée dans celui-ci. La bague à lèvre 13, la bague d’adaptation 14 et la bride de raccordement 15 sont ici en acier inoxydable.The first heat exchange element 2 is assembled to the exchanger tube 6 via the ring 13. In this case, it is a flap or lip ring. The end of the ring 13 carrying the flap (or the lip) is introduced into the end portion of the tube 6 and mounted around the heat exchange disk 2. The ring 13 is here fixed to the exchange element 2 by soldering and the tube 6 by TIG welding at the lip (or flap). The ring 13 protrudes out of the tube 6. It is secured, at its other end (opposite to that carrying the flap or the lip), to another ring 14 for adaptation to a reservoir containing the bath 1 of cryogenic fluid (no shown in Figures 3A and 3B), here by TIG welding. The adapter ring 14 is secured, here by TIG welding, to a flange 15 for connection to the bath tank 1. This connection flange 15 is intended to be fixed, via a seal, to the tank, to the right of a suitable opening formed therein. The lip ring 13, the adapter ring 14 and the connecting flange 15 are here made of stainless steel.

Le tube 6 est relié au deuxième élément d’échange thermique 4 par l’intermédiaire de l’autre autre bague d’étanchéité à lèvre 16. La bague 16 est montée autour d’une portion de cylindre plein reliant les deuxièmes ailettes 5 et l’élément 4 d’échange thermique. Elle présente, à l’une de ses extrémités, une lèvre en forme de collerette qui est solidarisée à une autre lèvre en forme de collerette prévue à l’extrémité du tube échangeur 6, ici par soudage TIG. L’autre extrémité de la bague 16 est solidarisée par brasure à l’élément d’échange thermique 4. L’élément d’échange thermique 4 est ici solidarisé, par exemple par vissage, à l’objet à refroidir, comme représenté sur la figure 3B. L’assemblage peut également être réalisé par contact direct, par soudure ou encore, par souci de facilité de montage, à l’aide d’une pièce intermédiaire (par exemple en cuivre).The tube 6 is connected to the second heat exchange element 4 by means of the other other lip seal ring 16. The ring 16 is mounted around a solid cylinder portion connecting the second fins 5 and the element 4 of heat exchange. It has, at one of its ends, a lip in the form of a flange which is secured to another lip-shaped flange provided at the end of the exchanger tube 6, here by TIG welding. The other end of the ring 16 is secured by brazing to the heat exchange element 4. The heat exchange element 4 is here secured, for example by screwing, to the object to be cooled, as shown in FIG. Figure 3B. The assembly can also be made by direct contact, by welding or, for the sake of ease of assembly, with the aid of an intermediate piece (for example copper).

La fabrication du dispositif de refroidissement 100 comprend avantageusement les étapes suivantes : - fabrication d’une première pièce monobloc comportant les premières ailettes 3, les troisièmes ailettes 9 et l’élément d’échange thermique 2 à partir d’un premier cylindre en cuivre, ici par électroérosion ; - fabrication d’une deuxième pièce monobloc comportant les deuxièmes ailettes 5 et l’élément d’échange thermique 4 à partir d’un deuxième cylindre en cuivre, ici par électroérosion ; - brasure des bagues 13 et 16 respectivement aux éléments 2 et 4 d’échange thermique ; - mise en place d’une partie des cales 8, soit au fond des espaces interstitiels entre ailettes, soit directement sur les extrémités libres des ailettes ; - emboîtement des deux pièces précédemment fabriquées, avec intercalation des premières ailettes 3 et des deuxièmes ailettes 5 ; - mise en place des cales restantes 8 ; - assemblage du tube 6, du capillaire de connexion 6, de la pompe 10, du canon 12B et du capillaire remplissage 12A ; - mise en place du tube 6 autour des ailettes 3, 5, par le haut (c’est-à-dire par la partie comportant les ailettes 9 d’échange thermique avec le bain 1) ; - soudure TIG « au torchon mouillé >> (afin limiter la montée en température au voisinage des cales) de la lèvre de la bague 13 au tube 6 et de la lèvre de la bague 16 à la lèvre du tube 6 ; - soudure de la bague 14 d’adaptation au réservoir à la bague 13 et à la bride de raccordement 15 ; - raccordement de la bride 15 au réservoir de bain de fluide cryogénique ; - fixation de l’élément d’échange thermique 3 à la bride de raccordement 17 et raccordement de celle-ci à l’objet à refroidir ; - vidage du tube échangeur 6, remplissage de celui-ci avec du gaz d’échange thermique 7 par le capillaire 12A puis scellage du capillaire 12A ; - remplissage du réservoir en fluide cryogénique afin d’obtenir le bain 1 ; - mise en fonctionnement de la pompe 10 afin de régler la pression interne du gaz dans le tube 6. L’assemblage de la pompe 10, des éléments de remplissage 12A, 12B et du tube échangeur 6 comprend les sous-étapes suivantes : - soudage TIG du canon de connexion 12B au tube 6 ; - brasure à l’étain du capillaire de remplissage 12A au canon 12B ; - collage de grains de charbon (environ vingt grains ici) dans le fond d’une chambre interne de la pompe 10 ; - fixation d’un couvercle de fermeture de la chambre interne de la pompe 10 au capillaire de connexion 11 ici par soudage TIG au torchon mouillé ; - fermeture de la chambre interne de la pompe à l’aide du couvercle solidarisé au tube de connexion 11 ; - fixation de l’ensemble (capillaire de connexion 11 et pompe 10) au tube étanche 6 ici par soudage TIG. L’utilisation de lèvres de soudure permet de fortement limiter la montée en température du dispositif et ainsi de protéger les cales en plastique contre des dégradations dues à des températures élevées. Elles facilitent également le démontage ultérieur du dispositif de refroidissement, notamment pour effectuer un recentrage des ailettes en cas de problème.The manufacture of the cooling device 100 advantageously comprises the following steps: - manufacture of a first piece comprising the first fins 3, the third fins 9 and the heat exchange element 2 from a first copper cylinder, here by electroerosion; - Manufacture of a second one-piece part comprising the second fins 5 and the heat exchange element 4 from a second copper cylinder, here by electroerosion; soldering the rings 13 and 16 respectively to the elements 2 and 4 of heat exchange; - Implementation of a portion of the wedges 8, either at the bottom of the interstitial spaces between fins, or directly on the free ends of the fins; - Interlocking of the two previously manufactured parts, with intercalation of the first fins 3 and second fins 5; - placing the remaining shims 8; assembly of the tube 6, the connection capillary 6, the pump 10, the barrel 12B and the filling capillary 12A; - Placing the tube 6 around the fins 3, 5, from above (that is to say, by the part comprising the fins 9 of heat exchange with the bath 1); - Wet TIG "wet towel" (to limit the rise in temperature in the vicinity of shims) of the lip of the ring 13 to the tube 6 and the lip of the ring 16 to the lip of the tube 6; - Welding of the ring 14 for adaptation to the reservoir ring 13 and the connecting flange 15; - Connection of the flange 15 to the cryogenic fluid bath tank; fixing the heat exchange element 3 to the connection flange 17 and connecting it to the object to be cooled; emptying the exchanger tube 6, filling it with heat exchange gas 7 by the capillary 12A and then sealing the capillary 12A; filling the reservoir with cryogenic fluid in order to obtain the bath 1; - Operation of the pump 10 to adjust the internal pressure of the gas in the tube 6. The assembly of the pump 10, the filling elements 12A, 12B and the exchanger tube 6 comprises the following sub-steps: - welding TIG of the connection barrel 12B to the tube 6; solder to the tin of the filling capillary 12A at the barrel 12B; - bonding of coal grains (about twenty grains here) in the bottom of an inner chamber of the pump 10; - Attaching a closing cap of the inner chamber of the pump 10 to the connection capillary 11 here by Wet TIG welding wet; - Closing the inner chamber of the pump with the lid secured to the connecting tube 11; fixing the assembly (connection capillary 11 and pump 10) to the sealed tube 6 here by TIG welding. The use of welding lips makes it possible to greatly limit the rise in temperature of the device and thus to protect the plastic wedges against damage due to high temperatures. They also facilitate the subsequent disassembly of the cooling device, in particular to perform a re-centering of the fins in case of problems.

Le fonctionnement du dispositif de refroidissement 100 va maintenant être décrit, selon une mise en œuvre particulière.The operation of the cooling device 100 will now be described, according to a particular implementation.

On suppose qu’initialement les différents éléments du dispositif de refroidissement 100 sont assemblés comme indiqué dans le procédé de fabrication précédemment décrit. Le bain 1 contient par exemple de l’hélium liquide à saturation à une température fixe égale à environ 4,5 K. Les ailettes d’échange thermique 9 sont immergées dans le bain 1 et la face du disque d’échange thermique 2 portant ces ailettes 9 est en contact direct avec le fluide cryogénique. Par ailleurs, la chambre interne du tube échangeur 6 est remplie de gaz d’échange thermique 7 à une pression interne contrôlée par la pompe 10. A l’aide de la pompe 10, on règle la pression interne du gaz 7 à l’intérieur du tube 6 afin d’ajuster la conductance thermique du dispositif de refroidissement 100 aux besoins énergétiques pour refroidir l’objet 200 et le maintenir à une température de consigne souhaitée. Cette conductance thermique est variable : elle est fonction de la pression interne du gaz 7 dans le tube 6. Sur les figures 4A et 4B, à titre d’exemple illustratif, on a représenté schématiquement les flux de chaleur entre une ailette 3 portant une cale 8 et deux ailettes voisines 5 lorsque la pression interne du gaz d’échange 7 est maximale (figure 4A) et lorsque la pression interne du gaz d’échange 7 est nulle ou quasi-nulle (figure 4B). Dans le premier cas, le flux de chaleur passe de l’ailette 3 aux ailettes voisines 5 principalement par le biais du gaz d’échange 7. Dans le deuxième cas, un flux de chaleur résiduel passe de l’ailette aux ailettes voisines 8 par le biais de la cale 8.It is assumed that initially the various elements of the cooling device 100 are assembled as indicated in the previously described manufacturing method. The bath 1 contains, for example, saturation liquid helium at a fixed temperature equal to approximately 4.5 K. The heat exchange fins 9 are immersed in the bath 1 and the face of the heat exchange disk 2 carrying these fins 9 is in direct contact with the cryogenic fluid. Furthermore, the internal chamber of the exchanger tube 6 is filled with heat exchange gas 7 at an internal pressure controlled by the pump 10. With the aid of the pump 10, the internal pressure of the gas 7 is regulated inside. tube 6 to adjust the thermal conductance of the cooling device 100 to the energy requirements to cool the object 200 and maintain it at a desired set temperature. This thermal conductance is variable: it is a function of the internal pressure of the gas 7 in the tube 6. In FIGS. 4A and 4B, by way of illustrative example, there is shown schematically the heat fluxes between a fin 3 carrying a shim 8 and two neighboring fins 5 when the internal pressure of the exchange gas 7 is maximum (Figure 4A) and when the internal pressure of the exchange gas 7 is zero or almost zero (Figure 4B). In the first case, the heat flow passes from the fin 3 to the neighboring fins 5 mainly through the exchange gas 7. In the second case, a residual heat flow passes from the fin to the neighboring fins 8 through through the hold 8.

La conductance thermique du dispositif de refroidissement 100 peut être modulée dans le temps en fonction des besoins en transfert de chaleur entre le bain 1 et l’objet à refroidir 200. Une sonde de température mesure la température de l’objet à refroidir 200. Les valeurs mesurées de température de l’objet 200 sont transmises régulièrement au module de pilotage de la pompe 10, qui adapte en conséquence la pression interne du gaz 7 (en la faisant si besoin varier dans le temps) pour obtenir une température de consigne stable ou quasi-stable de l’objet à refroidir 200. Le dispositif de refroidissement 100 permet ainsi de refroidir l’objet 200 à une température de consigne souhaitée et à réguler cette température dans le temps, autrement à maintenir l’objet 200 à une température stable égale ou sensiblement égale à cette température de consigne, en faisant varier la pression interne du gaz d’échange 7.The thermal conductance of the cooling device 100 can be modulated in time as a function of the heat transfer requirements between the bath 1 and the object to be cooled 200. A temperature sensor measures the temperature of the object to be cooled 200. Measured temperature values of the object 200 are regularly transmitted to the control module of the pump 10, which consequently adjusts the internal pressure of the gas 7 (if necessary changing it over time) to obtain a stable target temperature or The cooling device 100 thus makes it possible to cool the object 200 to a desired setpoint temperature and to regulate this temperature over time, otherwise to keep the object 200 at a stable temperature. equal to or substantially equal to this set temperature, by varying the internal pressure of the exchange gas 7.

Le dispositif de refroidissement de l’invention permet de contrôler les transferts de chaleur à des températures cryogéniques entre une source froide (ici un bain de fluide cryogénique) et un objet à refroidir et de réguler en température cet objet, de façon aisée, flexible et économique. Il permet une régulation thermique sur une large gamme de températures, à partir d’une même source froide et au moyen de réglages de pression interne de gaz, simples à réaliser. Le dispositif de l’invention présente une structure proche de celle du dispositif décrit dans le document US 2005/0230097 mais est adapté pour permettre des transferts de chaleur à des niveaux de puissance bien supérieurs. Cette adaptation est rendue possible grâce à l’utilisation des cales 8 de positionnement, ou de centrage. Celles-ci permettent de construire un système d’échange thermique comportant des ailettes froides et des ailettes chaudes de grandes dimensions et de faibles épaisseurs, intercalées entre elles mais séparées l’une de l’autre par un faible écart (inférieure ou égale à 0,5 mm, avantageusement inférieure ou égale à 0,3 mm, avantageusement encore égale à 0,1 mm). Ce faible écart entre ailettes permet de limiter fortement le phénomène de convection à l’intérieur de l’enceinte 6, qui est nuisible au bon fonctionnement du dispositif de refroidissement. Les cales 8 permettent d’intercaler les ailettes froides 3 et chaudes 5 avec une distance réduite entre elles, sans risque de déformation des ailettes et de contact thermique direct entre elles.The cooling device of the invention makes it possible to control the heat transfer at cryogenic temperatures between a cold source (here a bath of cryogenic fluid) and an object to be cooled and to regulate in temperature this object, in an easy, flexible and economic. It allows a thermal regulation over a wide range of temperatures, from the same cold source and by means of internal gas pressure adjustments, simple to perform. The device of the invention has a structure similar to that of the device described in US 2005/0230097 but is adapted to allow heat transfer at much higher power levels. This adaptation is made possible through the use of shims 8 positioning, or centering. These make it possible to construct a heat exchange system comprising cold fins and hot fins of large dimensions and small thicknesses, interposed between them but separated from each other by a small difference (less than or equal to 0). , 5 mm, advantageously less than or equal to 0.3 mm, advantageously still equal to 0.1 mm). This small gap between fins can greatly limit the phenomenon of convection inside the enclosure 6, which is detrimental to the proper operation of the cooling device. The shims 8 allow to intercalate the cold fins 3 and 5 hot with a reduced distance between them, without risk of deformation of the fins and direct thermal contact between them.

Notons que ces cales dégradent le rapport de coupure du dispositif de refroidissement 100. L’utilisation d’un matériau adéquat pour la réalisation des cales permet néanmoins de maintenir un rapport de coupure suffisant pour l’utilisation recherchée de refroidissement et de régulation thermique. Le rapport de coupure du dispositif de refroidissement 100 est par exemple compris entre 40 et 100, alors qu’il est généralement supérieur à 1000 pour des interrupteurs thermiques classiques. A titre d’exemple illustratif, un dispositif de refroidissement selon l’invention ayant un rapport de coupure de 40 permettrait de réguler en température entre 5,4 K et 40 K une expérience consommant 2 W de puissance à partir d’un bain d’hélium à saturation ayant une température de 4,4 K, sans faire varier la consommation d’hélium qui serait sensiblement de 0,1 g/s. Afin d’obtenir une régulation thermique à 40 K à l’aide d’une résistance thermique fixe interposée entre le bain d’hélium à saturation et l’objet à réguler en température, il faudrait consommer une puissance d’environ 800W et consommer 4 g/s d’hélium. La détérioration du rapport de coupure induite par les cales de positionnement 8 des ailettes dans le dispositif de l’invention permet malgré tout, de façon surprenante, d’économiser une quantité importante de fluide cryogénique.Note that these wedges degrade the cutoff ratio of the cooling device 100. The use of a suitable material for the realization of wedges nevertheless allows to maintain a cutoff ratio sufficient for the desired use of cooling and thermal regulation. The cutoff ratio of the cooling device 100 is for example between 40 and 100, while it is generally greater than 1000 for conventional thermal switches. By way of illustrative example, a cooling device according to the invention having a cut-off ratio of 40 would make it possible to regulate in temperature between 5.4 K and 40 K an experiment consuming 2 W of power from a bath of saturation helium having a temperature of 4.4 K, without varying the helium consumption which would be substantially 0.1 g / s. In order to obtain thermal regulation at 40 K by means of a fixed thermal resistance interposed between the saturation helium bath and the object to be regulated in temperature, it would be necessary to consume a power of approximately 800W and to consume 4 g / s helium. The deterioration of the cut ratio induced by the positioning wedges 8 of the fins in the device of the invention still allows, surprisingly, to save a large amount of cryogenic fluid.

Claims

1. Device for thermal cooling of an object (200), from a cold source (1), in particular a cryogenic fluid bath, comprising: a first element (2) for heat exchange with the cold source ( 1); A set of first heat exchange fins (3) connected to the first heat exchange element (2) at one of their ends; A second element (4) for heat exchange with the object to be cooled (200); • a set of second heat exchange fins (5) connected to the second heat exchange element (4) at one of their ends; An enclosure (6) containing: the first fins (3) and the second fins (5) interposed and without direct mechanical contact between them, each fin being inserted in an interstitial space, and a heat exchange gas (7). ) at a desired internal pressure; characterized in that the other end of each fin (3, 5), opposite the end connected to the heat exchange element (2, 4), carries a positioning wedge adapted to position, advantageously center, said fin in the interstitial space in which it is inserted.

2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a pump (10) for introducing and extracting heat exchange gas (7) into the chamber (6), intended to vary the conductance thermal of said cooling device, by varying the internal pressure of the gas (7) in the chamber (6).

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wedges (8) are made of a plastic material.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the shims (8) have a linear coefficient of thermal expansion greater than that of the fins.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each fin (3, 5) comprises a free fixing end of reduced thickness to be introduced into a fixing groove in the wedge carried by said fin.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each shim (8) comprises three outer bearing faces, including two side faces (80, 81) and a bottom face (82), in contact with walls delimiting the interstitial space in which said wedge (8) is inserted and in that each lateral bearing face (80, 81) of the wedge (8) is connected to the bearing base face (82) of the wedge (8) by an oblique face which is not in contact with said walls.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between two adjacent fins (3, 5) respectively connected to the first heat exchange element (2) and the second heat exchange element (4). , is less than or equal to 0.5 mm, advantageously less than or equal to 0.3 mm, advantageously still equal to 0.1 mm.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat exchange element (2) is thermally connected to heat exchange fins (9) intended to be immersed in the cold source (1).

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the pump (10) is an adsorption pump containing an adsorbent, a heating module and a thermal connection element to said cold source (1) for to evacuate heat.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a saturation cryogenic fluid bath (1), acting as a cold source, said fluid comprising one of the elements of the group comprising helium. , hydrogen, nitrogen, oxygen and argon.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber carries a lip (60) of welding to a sealing lip ring (16).

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the shim carried by a fin is less than the width of said fin.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each fin carries at least two shims.