JPH11325629A - 極低温機用熱リンク装置 - Google Patents
極低温機用熱リンク装置Info
- Publication number
- JPH11325629A JPH11325629A JP11093804A JP9380499A JPH11325629A JP H11325629 A JPH11325629 A JP H11325629A JP 11093804 A JP11093804 A JP 11093804A JP 9380499 A JP9380499 A JP 9380499A JP H11325629 A JPH11325629 A JP H11325629A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- gap
- cooling rod
- gas
- cryogenic
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 29
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000005486 microgravity Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
- F28D15/043—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure forming loops, e.g. capillary pumped loops
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周知装置より良い実用的な要求満足するため
の、特に、冷却棒の終端部とロードとの間の温度勾配を
低減する極抵温装置用の熱リンク装置を提供することで
ある。 【解決手段】 極抵温機の冷却棒の終端面と、極低温で
使用するロードとの間に使用される熱リンク装置であ
り、この熱リンク装置は、終端面から機械的に分離さ
れ、終端面により凝縮及び蒸発ギャップ２２を形成する
ロードに接続するための、終端面に対面するプレート２
０と、ギャップ２０に備わる毛管ポンピング部材４０
と、ギャップ２０を収容する外囲部２４を形成し、か
つ、少なくとも前記終端面、および、該終端面に近接し
た冷却棒の一部の周囲に配置するフレキシブル壁２８
と、ロードの極低温温度に敏感に決められる凝縮温度を
有する少なくとも１種類の気体を含み、外囲部に備わる
ガス手段と、を備えていることを特徴とする。
の、特に、冷却棒の終端部とロードとの間の温度勾配を
低減する極抵温装置用の熱リンク装置を提供することで
ある。 【解決手段】 極抵温機の冷却棒の終端面と、極低温で
使用するロードとの間に使用される熱リンク装置であ
り、この熱リンク装置は、終端面から機械的に分離さ
れ、終端面により凝縮及び蒸発ギャップ２２を形成する
ロードに接続するための、終端面に対面するプレート２
０と、ギャップ２０に備わる毛管ポンピング部材４０
と、ギャップ２０を収容する外囲部２４を形成し、か
つ、少なくとも前記終端面、および、該終端面に近接し
た冷却棒の一部の周囲に配置するフレキシブル壁２８
と、ロードの極低温温度に敏感に決められる凝縮温度を
有する少なくとも１種類の気体を含み、外囲部に備わる
ガス手段と、を備えていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極低温冷凍機の冷
却棒の終端部と、極低温で使用するロード（load）との
間に備えられる熱リンク装置に関する。
却棒の終端部と、極低温で使用するロード（load）との
間に備えられる熱リンク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】本
発明は、限定的ではないが、冷凍機をスターリングサイ
クルを利用して運転するときに、特に重要な適用がなさ
れる。さらには、本発明は、 前記冷凍機を他の閉サイ
クルあるいは、ジュール‐トムソンサイクルのような開
サイクルを利用して使用するときにも適している。
発明は、限定的ではないが、冷凍機をスターリングサイ
クルを利用して運転するときに、特に重要な適用がなさ
れる。さらには、本発明は、 前記冷凍機を他の閉サイ
クルあるいは、ジュール‐トムソンサイクルのような開
サイクルを利用して使用するときにも適している。
【０００３】上記のような冷凍機では、より高い温度で
は周囲の環境と直接的あるいは間接的に接触しているベ
ースを有する冷却棒の、通常厚いカバーからなる終端部
を低温にする。熱伝導による損失を低減するために、ス
テンレス鋼あるいはチタンのような低い熱伝導率を有す
る材料からなる非常に薄い管壁を有するチューブが使わ
れる。このチューブは薄いので、同時に非常に機械的強
度が低く、かつ、非常に剛性が低い。前記終端部に作用
したいかなる力も冷却棒を変形させることになる。この
冷却棒が可動部材を備えるとき、例えば、スターリング
サイクル装置の場合には、特に深刻な結果を招く。
は周囲の環境と直接的あるいは間接的に接触しているベ
ースを有する冷却棒の、通常厚いカバーからなる終端部
を低温にする。熱伝導による損失を低減するために、ス
テンレス鋼あるいはチタンのような低い熱伝導率を有す
る材料からなる非常に薄い管壁を有するチューブが使わ
れる。このチューブは薄いので、同時に非常に機械的強
度が低く、かつ、非常に剛性が低い。前記終端部に作用
したいかなる力も冷却棒を変形させることになる。この
冷却棒が可動部材を備えるとき、例えば、スターリング
サイクル装置の場合には、特に深刻な結果を招く。
【０００４】そのため、低い熱抵抗を有し、冷却棒の終
端部に小さな力しか加わらない熱リンク装置を実現する
ための努力がなされてきた。特に、熱リンク装置は、質
量が可能な限り小さく、かつ、剛性が可能な限り低い銅
ワイヤーのひも（braid）からなる。しかしながら、こ
の解決策では十分ではない。小質量かつ低剛性のひもは
熱抵抗が高い。このひもを冷却棒に取り付けるために
は、冷却棒とロードとを直接接近させることが必要であ
り、高い断熱効率を得ることは困難である。冷却棒は脆
いため、取り付けは困難である。ひもが必要なフレキシ
ブルを有するためには、その長さと体積が大きくなけれ
ばならない。
端部に小さな力しか加わらない熱リンク装置を実現する
ための努力がなされてきた。特に、熱リンク装置は、質
量が可能な限り小さく、かつ、剛性が可能な限り低い銅
ワイヤーのひも（braid）からなる。しかしながら、こ
の解決策では十分ではない。小質量かつ低剛性のひもは
熱抵抗が高い。このひもを冷却棒に取り付けるために
は、冷却棒とロードとを直接接近させることが必要であ
り、高い断熱効率を得ることは困難である。冷却棒は脆
いため、取り付けは困難である。ひもが必要なフレキシ
ブルを有するためには、その長さと体積が大きくなけれ
ばならない。
【０００５】冗長性を持たせるために、単一のロードを
二つの機械で冷却する場合には、熱ひもを使用すると、
さらに欠点がある。その機械のうちの一方が、例えば故
障により停止した場合には、ロードに熱リンクされたま
まの機械の冷却棒を介しての寄生的な熱の損失が、その
ロードにより必要となるパワーに加えられることにな
る。
二つの機械で冷却する場合には、熱ひもを使用すると、
さらに欠点がある。その機械のうちの一方が、例えば故
障により停止した場合には、ロードに熱リンクされたま
まの機械の冷却棒を介しての寄生的な熱の損失が、その
ロードにより必要となるパワーに加えられることにな
る。
【０００６】また、米国特許出願第4802345号明細書
で、冷却棒とロードとの間の熱リンク装置が公知となっ
ている。この熱リンク装置は、気体を容する狭いギャッ
プからなり、前記冷却棒及び前記ロードの少なくとも一
方は運転温度では気体が凝縮できない。そのギャップは
狭いことが本質的であり、これを切り離すことは困難で
ある。
で、冷却棒とロードとの間の熱リンク装置が公知となっ
ている。この熱リンク装置は、気体を容する狭いギャッ
プからなり、前記冷却棒及び前記ロードの少なくとも一
方は運転温度では気体が凝縮できない。そのギャップは
狭いことが本質的であり、これを切り離すことは困難で
ある。
【０００７】米国特許出願第4178775号明細書では、開
サイクル冷凍機により冷却された赤外線検出器用の低温
槽を開示している。吸い取り紙が、その赤外線検出器の
近傍の液化ガスを捕捉する。その吸い取り紙は、ポンプ
として働くのではなく、蓄積器として働く。
サイクル冷凍機により冷却された赤外線検出器用の低温
槽を開示している。吸い取り紙が、その赤外線検出器の
近傍の液化ガスを捕捉する。その吸い取り紙は、ポンプ
として働くのではなく、蓄積器として働く。
【０００８】本発明は、周知装置より良い実用的な要求
満足するための、特に、冷却棒の終端部とロードとの間
の温度勾配を低減する極抵温装置用の熱リンク装置を提
供するものであり、その冷却棒とロードとの間のいかな
る機械的な干渉も避け、かつ、小さな質量および小さな
体積により、取り付けストレスを低減するものである。
満足するための、特に、冷却棒の終端部とロードとの間
の温度勾配を低減する極抵温装置用の熱リンク装置を提
供するものであり、その冷却棒とロードとの間のいかな
る機械的な干渉も避け、かつ、小さな質量および小さな
体積により、取り付けストレスを低減するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、特に、極抵温機の冷却棒の終端面と、極低温で使用
するロードとの間に使用される熱リンク装置を提供する
ものである。この熱リンク装置は、前記終端面から機械
的に分離され、前記終端面により凝縮及び蒸発ギャップ
を形成するロードに接続するための、前記終端面に対面
するプレートと、前記ギャップに備わる毛管ポンピング
部材と、前記ギャップを収容する外囲部を形成し、か
つ、少なくとも前記終端面、および、該終端面に近接し
た冷却棒の一部の周囲に配置するフレキシブル壁と、前
記ロードの極低温温度に敏感に決められる凝縮温度を有
する少なくとも１種類の気体を含み、前記外囲部に備わ
るガス手段と、を備えている。
は、特に、極抵温機の冷却棒の終端面と、極低温で使用
するロードとの間に使用される熱リンク装置を提供する
ものである。この熱リンク装置は、前記終端面から機械
的に分離され、前記終端面により凝縮及び蒸発ギャップ
を形成するロードに接続するための、前記終端面に対面
するプレートと、前記ギャップに備わる毛管ポンピング
部材と、前記ギャップを収容する外囲部を形成し、か
つ、少なくとも前記終端面、および、該終端面に近接し
た冷却棒の一部の周囲に配置するフレキシブル壁と、前
記ロードの極低温温度に敏感に決められる凝縮温度を有
する少なくとも１種類の気体を含み、前記外囲部に備わ
るガス手段と、を備えている。
【００１０】変形可能壁は、特に、回転対称性を有し、
前記冷却棒のベースを蒸発プレートに接続するための薄
い管壁を有する蛇腹で形成されている。冷却棒は非常に
薄く、通常ミリメーターの１０分の１程度の厚さなの
で、その冷却棒に直接蛇腹を固定することを避けること
が通常望ましい。
前記冷却棒のベースを蒸発プレートに接続するための薄
い管壁を有する蛇腹で形成されている。冷却棒は非常に
薄く、通常ミリメーターの１０分の１程度の厚さなの
で、その冷却棒に直接蛇腹を固定することを避けること
が通常望ましい。
【００１１】前記凝縮及び蒸発ギャップは、通常、おお
よそ１ミリメートルから１０ミリメートルである。冷却
棒の終端部とプレートとの間に挿入された毛管ポンピン
グ部材は、気体によって外部へ運ばれる液滴の量を低減
する。ポンピング部材は、いろいろ異なる構造を持ちう
る。ポンピング部材は、冷却棒の終端部とプレートとの
間に備わるギャップを占有する芯形成多孔材料のペレッ
トで形成されてもよい。特に、そのペレットは、シリカ
フェルト、グラスファイバー、あるいは、直径数１０ミ
クロンの孔を有する合成材料により構成することができ
る。周縁部からの液体の循環も、前記終端部にエッチン
グされた溝で行われる。
よそ１ミリメートルから１０ミリメートルである。冷却
棒の終端部とプレートとの間に挿入された毛管ポンピン
グ部材は、気体によって外部へ運ばれる液滴の量を低減
する。ポンピング部材は、いろいろ異なる構造を持ちう
る。ポンピング部材は、冷却棒の終端部とプレートとの
間に備わるギャップを占有する芯形成多孔材料のペレッ
トで形成されてもよい。特に、そのペレットは、シリカ
フェルト、グラスファイバー、あるいは、直径数１０ミ
クロンの孔を有する合成材料により構成することができ
る。周縁部からの液体の循環も、前記終端部にエッチン
グされた溝で行われる。
【００１２】前記プレートは、蒸発により発生した気体
によって、液滴がギャップから運び出されることを防ぐ
ため、冷却棒の終端部分を取り囲むジャケットによって
延長されうる。
によって、液滴がギャップから運び出されることを防ぐ
ため、冷却棒の終端部分を取り囲むジャケットによって
延長されうる。
【００１３】断熱手段は、通常、デュワーフラスコ（De
war flask）からなり、熱損失を低減するために、外囲
部及びロードの周囲に備えられている。しかしながら、
装置が高真空の空間で使用されるように設計されている
ときは、このような断熱は必要ではない。
war flask）からなり、熱損失を低減するために、外囲
部及びロードの周囲に備えられている。しかしながら、
装置が高真空の空間で使用されるように設計されている
ときは、このような断熱は必要ではない。
【００１４】上記の特徴は、特定の実施形態についての
以下の図面を参照した記述によってさらに明らかにな
る。ただし、これらの例は限定的なものではない。
以下の図面を参照した記述によってさらに明らかにな
る。ただし、これらの例は限定的なものではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、装置の断面図である。図
２は、変形した実施形態である。
２は、変形した実施形態である。
【００１６】図１に概略を示された装置は、細管１０を
備え、その細管は、極低温機のベース１２にその一端が
固定され、他端は、通常、その細管の円筒形状壁より厚
いカバー１４によって閉塞されている。このカバーは、
通常、取り付ける部材であるが、細管の一部と一体にさ
れてもよい。通常、細管の側壁は、熱透過係数が低い材
料、例えば、ステンレス鋼、チタン、あるいは、チタン
を主に含む合金でできている。最高温度３００Ｋの周囲
条件において、９０Ｋで１Ｗの冷却パワーが供給される
機械では、冷却棒は、直径１２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、
長さ略６０ｍｍを有するものであればよい。
備え、その細管は、極低温機のベース１２にその一端が
固定され、他端は、通常、その細管の円筒形状壁より厚
いカバー１４によって閉塞されている。このカバーは、
通常、取り付ける部材であるが、細管の一部と一体にさ
れてもよい。通常、細管の側壁は、熱透過係数が低い材
料、例えば、ステンレス鋼、チタン、あるいは、チタン
を主に含む合金でできている。最高温度３００Ｋの周囲
条件において、９０Ｋで１Ｗの冷却パワーが供給される
機械では、冷却棒は、直径１２ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、
長さ略６０ｍｍを有するものであればよい。
【００１７】図１に示された装置は、真空低温槽に入っ
ているロードを冷却するためのものである。この低温槽
は、例えば、光が反射するように内側面が銀板であるガ
ラスでできた外側ケーシング１６を備えている。外側ケ
ーシング１６は、ベース１２に図示しない手段により固
定され、かつ、周囲環境と後で定義されるボリューム３
０との間のシールは、Ｏリングによりなされている。気
密性高く結合するために備えられた前記外側ケーシング
の環状ゾーン１９は、剛性を高めるために厚さを厚くし
てもよい。
ているロードを冷却するためのものである。この低温槽
は、例えば、光が反射するように内側面が銀板であるガ
ラスでできた外側ケーシング１６を備えている。外側ケ
ーシング１６は、ベース１２に図示しない手段により固
定され、かつ、周囲環境と後で定義されるボリューム３
０との間のシールは、Ｏリングによりなされている。気
密性高く結合するために備えられた前記外側ケーシング
の環状ゾーン１９は、剛性を高めるために厚さを厚くし
てもよい。
【００１８】該熱リンク装置は、カバー１４の直径より
わずかに大きな直径を有し、該カバーに対面する面を有
するプレート２０を備えている。このプレートは、熱伝
導率が高い材料でできていればよい。また、このプレー
トは、冷却されるロード（load：図示せず）に固定され
る設計になっている。さらに、このプレートは、低温槽
の内部外囲部としてとらえられるできる仕切り２４に固
定することができる。この外囲部は、外側ケーシング１
６の図示されていない位置に機械的に固定されている。
フレキシブル蛇腹２６として示されているフレキシブル
壁により、プレート２０に支持された外囲部２４の終端
壁は、外側ケーシング１６の補強用環状ゾーン１９に接
続される。
わずかに大きな直径を有し、該カバーに対面する面を有
するプレート２０を備えている。このプレートは、熱伝
導率が高い材料でできていればよい。また、このプレー
トは、冷却されるロード（load：図示せず）に固定され
る設計になっている。さらに、このプレートは、低温槽
の内部外囲部としてとらえられるできる仕切り２４に固
定することができる。この外囲部は、外側ケーシング１
６の図示されていない位置に機械的に固定されている。
フレキシブル蛇腹２６として示されているフレキシブル
壁により、プレート２０に支持された外囲部２４の終端
壁は、外側ケーシング１６の補強用環状ゾーン１９に接
続される。
【００１９】こうして、フレキシブル壁は、冷却棒１０
を取り巻く内部ボリューム３０から、真空空間２８を分
離する。蛇腹のフレキシブルのため、ロードに機械的に
結合された部材２０及び２４は、それらの部材と、部材
１８及び１６との間、さらには、冷却棒１４の終端との
間において生じる相対的な移動に対してフリーのままで
ある。
を取り巻く内部ボリューム３０から、真空空間２８を分
離する。蛇腹のフレキシブルのため、ロードに機械的に
結合された部材２０及び２４は、それらの部材と、部材
１８及び１６との間、さらには、冷却棒１４の終端との
間において生じる相対的な移動に対してフリーのままで
ある。
【００２０】内部ボリューム３０は、プレート２０の温
度に対して敏感に選択される気体により占有される。特
に、窒素、酸素、あるいは、アルゴンを使用することが
可能である。アルゴンは不活性ガスであるという利点が
ある。また、窒素よりわずかに高い飽和曲線を有するの
で、外囲部３０に存在する９０Ｋの所定量の液体に対し
て、外囲部３０の温度が地球環境の温度であるときに
は、より低い圧力となるという利点がある。ボリューム
３０の温度が環境の温度と同じときに、その中に含まれ
る気体の圧力を制限するために、バラストタンク３２が
しばしばボリューム３０に接続して備えられる。
度に対して敏感に選択される気体により占有される。特
に、窒素、酸素、あるいは、アルゴンを使用することが
可能である。アルゴンは不活性ガスであるという利点が
ある。また、窒素よりわずかに高い飽和曲線を有するの
で、外囲部３０に存在する９０Ｋの所定量の液体に対し
て、外囲部３０の温度が地球環境の温度であるときに
は、より低い圧力となるという利点がある。ボリューム
３０の温度が環境の温度と同じときに、その中に含まれ
る気体の圧力を制限するために、バラストタンク３２が
しばしばボリューム３０に接続して備えられる。
【００２１】ギャップ２２の公称厚さは、典型的には、
１ｍｍから１０ｍｍの範囲である。このギャップは、液
体を毛管現象により流動させるために設けられた芯形成
孔部材により占有されている。ギャップの厚さは、さら
に、組立中の位置合わせの際に期待されうる精度に応じ
て、および、使用中における例えば加速あるいは振動に
起因した変位の危険度に応じて決められる。
１ｍｍから１０ｍｍの範囲である。このギャップは、液
体を毛管現象により流動させるために設けられた芯形成
孔部材により占有されている。ギャップの厚さは、さら
に、組立中の位置合わせの際に期待されうる精度に応じ
て、および、使用中における例えば加速あるいは振動に
起因した変位の危険度に応じて決められる。
【００２２】カバー１４上に形成された液滴が、冷却棒
のより暖かい部分へ引き寄せられることを防止するため
に、プレート２０は、冷却棒の終端部を取り囲むジャケ
ット３４によって都合よく延長されている。カバー１４
上の、プレート２０に面する位置においてだけ、気体が
液化するようにするために、略１ｃｍにわたって断熱部
材であるスリーブ３６により、冷却棒の側壁の端部が断
熱されていてもよい。このスリーブは、典型的には、閉
孔を有する延長部材でもよい。
のより暖かい部分へ引き寄せられることを防止するため
に、プレート２０は、冷却棒の終端部を取り囲むジャケ
ット３４によって都合よく延長されている。カバー１４
上の、プレート２０に面する位置においてだけ、気体が
液化するようにするために、略１ｃｍにわたって断熱部
材であるスリーブ３６により、冷却棒の側壁の端部が断
熱されていてもよい。このスリーブは、典型的には、閉
孔を有する延長部材でもよい。
【００２３】この装置は、図１に示されたアッセンブリ
が最初に常温にあるとき、以下のように作動する。ボリ
ューム３０が気体で満たされる。冷却機が作動すると、
その気体の温度が漸次低下する。最後に、冷却棒の終端
部では、温度は液化温度に達する。液化ガスの液滴が形
成し、その液滴は、成長するカバー１４の反対側に蓄積
し、漸進的に前記孔部材に進入していく。そして、プレ
ート２０がボリューム３０内の圧力での液体の沸点より
高い温度であるときには、液体は、プレートと接触して
蒸発して、熱を吸収する。プレート２０の温度が冷却棒
の終端部の温度に達するまで、蒸気がカバー１４上で凝
縮し、このサイクルが続く。液体伝導による伝熱が、プ
レート２０を沸点以下の温度に維持しておくには十分で
ないならば、ギャップ２０は、再蒸発する液体を収容し
ておくことができる。ギャップ２０は、ボリューム３０
に存在する気体と同じ気体を使用し、かつ、プレート２
０、および、必要なら壁２４を冷却する熱パイプの凝縮
器として作用する。
が最初に常温にあるとき、以下のように作動する。ボリ
ューム３０が気体で満たされる。冷却機が作動すると、
その気体の温度が漸次低下する。最後に、冷却棒の終端
部では、温度は液化温度に達する。液化ガスの液滴が形
成し、その液滴は、成長するカバー１４の反対側に蓄積
し、漸進的に前記孔部材に進入していく。そして、プレ
ート２０がボリューム３０内の圧力での液体の沸点より
高い温度であるときには、液体は、プレートと接触して
蒸発して、熱を吸収する。プレート２０の温度が冷却棒
の終端部の温度に達するまで、蒸気がカバー１４上で凝
縮し、このサイクルが続く。液体伝導による伝熱が、プ
レート２０を沸点以下の温度に維持しておくには十分で
ないならば、ギャップ２０は、再蒸発する液体を収容し
ておくことができる。ギャップ２０は、ボリューム３０
に存在する気体と同じ気体を使用し、かつ、プレート２
０、および、必要なら壁２４を冷却する熱パイプの凝縮
器として作用する。
【００２４】ある条件において、熱リンクがより広い温
度範囲にわたって作用するように、ボリューム３０に存
在する混合気体を使用することは有利である：例えば、
アルゴン、メタン、二酸化炭素、および、アンモニアの
混合気体を使用することによって、常温から−１８０℃
までの拡張された範囲をカバーすることが可能である。
こうして、有用なロードの温度は低温であるにも関わら
ず、少なくとも１種の気体は沸騰する範囲内にある。一
方、他の気体は、気体状、液体状、あるいは、固体状で
あるので、伝導だけが温度の伝達に効果がある。このオ
プションは、いろいろな温度で作動する際、あるいは、
システムの冷却トランジェント（transient）を容易に
する際には有利であり、作動温度より高い温度で熱リン
クを初期化することが可能である。
度範囲にわたって作用するように、ボリューム３０に存
在する混合気体を使用することは有利である：例えば、
アルゴン、メタン、二酸化炭素、および、アンモニアの
混合気体を使用することによって、常温から−１８０℃
までの拡張された範囲をカバーすることが可能である。
こうして、有用なロードの温度は低温であるにも関わら
ず、少なくとも１種の気体は沸騰する範囲内にある。一
方、他の気体は、気体状、液体状、あるいは、固体状で
あるので、伝導だけが温度の伝達に効果がある。このオ
プションは、いろいろな温度で作動する際、あるいは、
システムの冷却トランジェント（transient）を容易に
する際には有利であり、作動温度より高い温度で熱リン
クを初期化することが可能である。
【００２５】沸騰フラックスは、通常、マイクログラビ
ティにおいてさえ１W/cm2から１０W/cm2なので、カバー
とプレートとの間の熱勾配は非常に小さい。多孔材料は
あまり剛性がなく、プレートと冷却棒との間の機械的な
リンクがないので、冷却棒の終端部上のロードによる力
は働かない。カバーとプレートとの間の公称ギャップ
は、いかなる製造許容差および相対的変位を補償するた
めに十分な値を有するものを選択する。これらの許容差
は大きいので、冷却棒は容易にシステムに組み込むこと
ができる。プレート２０は、少しだけ規格より長く、一
般的には１０ｍｍ以下でできている。
ティにおいてさえ１W/cm2から１０W/cm2なので、カバー
とプレートとの間の熱勾配は非常に小さい。多孔材料は
あまり剛性がなく、プレートと冷却棒との間の機械的な
リンクがないので、冷却棒の終端部上のロードによる力
は働かない。カバーとプレートとの間の公称ギャップ
は、いかなる製造許容差および相対的変位を補償するた
めに十分な値を有するものを選択する。これらの許容差
は大きいので、冷却棒は容易にシステムに組み込むこと
ができる。プレート２０は、少しだけ規格より長く、一
般的には１０ｍｍ以下でできている。
【００２６】冗長性を得るための２個の装置を備えたロ
ードを具備するシステムにおいては、欠陥装置による熱
の漏洩は非常に小さくなりうる。何故なら、欠陥装置の
ストッピングは、冷却棒がヒートアップすることや、液
体が蒸発することや、蒸気を介しての伝導によってのみ
生じるカバーとプレートとの間で伝達とともに熱伝達が
低下されることの原因となるからである。
ードを具備するシステムにおいては、欠陥装置による熱
の漏洩は非常に小さくなりうる。何故なら、欠陥装置の
ストッピングは、冷却棒がヒートアップすることや、液
体が蒸発することや、蒸気を介しての伝導によってのみ
生じるカバーとプレートとの間で伝達とともに熱伝達が
低下されることの原因となるからである。
【００２７】上述したように、カバーの中央へと液体を
くみ出す手段を備えることができる。特に、毛管力を利
用する手段、例えば、カバーの外縁部から中心部へ液化
ガスを運ぶ半径方向溝を備えることができる。装置が外
側空間、すなわち、真空においてのみ使用されるとき
は、低温槽は省くことができ、また、このような状況の
下では、蛇腹２６は、単に、ベース１２（あるいはベー
ス自身）をプレート２０を延長する終端壁に密閉して接
続する環状リングと接続するだけである。
くみ出す手段を備えることができる。特に、毛管力を利
用する手段、例えば、カバーの外縁部から中心部へ液化
ガスを運ぶ半径方向溝を備えることができる。装置が外
側空間、すなわち、真空においてのみ使用されるとき
は、低温槽は省くことができ、また、このような状況の
下では、蛇腹２６は、単に、ベース１２（あるいはベー
ス自身）をプレート２０を延長する終端壁に密閉して接
続する環状リングと接続するだけである。
【００２８】図２において、図１に示された部材と等価
な部材には同じ番号が与えられているが、ポンピング部
材４０は、遠隔ロードを冷却するための熱パイプ４２の
凝縮器を構成する。この目的のため、多孔材料４０は、
冷却棒１４に面するゾーンだけを占有するのではない。
それはダクト４２で突出している。多孔材料は、その構
造に起因した機械的な結合は生じない。液体／気体の界
面４４は、ロードによって運ばれる熱パワーに敏感な多
孔材料内で動くことができる。凝縮器を形成する部位へ
気体を送り返すための内部溝が、ダクト４２内に備える
ことができる。
な部材には同じ番号が与えられているが、ポンピング部
材４０は、遠隔ロードを冷却するための熱パイプ４２の
凝縮器を構成する。この目的のため、多孔材料４０は、
冷却棒１４に面するゾーンだけを占有するのではない。
それはダクト４２で突出している。多孔材料は、その構
造に起因した機械的な結合は生じない。液体／気体の界
面４４は、ロードによって運ばれる熱パワーに敏感な多
孔材料内で動くことができる。凝縮器を形成する部位へ
気体を送り返すための内部溝が、ダクト４２内に備える
ことができる。
【図１】 装置の断面図である。
【図２】 変形した実施形態である。
１０ 細管 １２ ベース １４ カバー １６ 外側ケーシング １９ 環状ゾーン ２０ プレート ２２ ギャップ ２４ 外囲部 ２６ フレキシブル蛇腹 ３０ 内部ボリューム ３６ スリーブ ４０ ポンピング部材 ４２ 熱パイプ
Claims (9)
- 【請求項１】 極低温で使用する冷却機の冷却棒の終端
面とロードとの間で使用される熱リンク装置において、 前記終端面から機械的に分離されかつ前記終端面により
凝縮及び蒸発ギャップを形成するロードに接続するため
の、前記終端面に対面するプレートと、 前記ギャップに備わる毛管ポンピング部材と、 前記ギャップを収容する外囲部を構成し、かつ、少なく
とも前記終端面と該終端面に近接した冷却棒の一部とを
囲繞するフレキシブル壁と、 前記ロードの極低温温度に応じて選択される凝縮温度を
有する少なくとも１種類の気体を含み、前記外囲部に備
わるガス手段と、を備えて成る装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記ポ
ンピング部材がギャップ全域を占有する芯形成多孔材料
のペレットである装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の装置に
おいて、さらに、蒸発により前記気体の発生に起因して
前記ギャップから液滴が移動することを妨ぐための前記
冷却棒の終端部を取り囲む前記プレートの管状延長部を
備えている装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載の装置において、さら
に、前記冷却棒の終端部を取り囲む断熱部材からなるス
リーブを備えている装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載の装置において、前記変
形可能壁が、特に、回転対称性を有し、前記冷却棒のベ
ースと前記プレートとを接続するフレキシブル蛇腹であ
る装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載の装置において、さら
に、前記外囲部と前記ロードの周囲に設けられた断熱手
段を備えている装置。 - 【請求項７】 請求項１に記載の装置において、前記気
体手段が、異なる蒸発温度を有する複数の気体からなる
混合気体を含んでいる装置。 - 【請求項８】 請求項１に記載の装置において、前記ギ
ャップが、熱パイプの凝縮器を形成するような寸法にな
っている装置。 - 【請求項９】 一つのロードと二つの極低温機を備え、
前記極低温機の各々が、請求項１から９のいずれかに記
載の装置によって、前記ロードに接続されて成るシステ
ム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9803971 | 1998-03-31 | ||
| FR9803971A FR2776762B1 (fr) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | Dispositif de liaison thermique pour machine cryogenique |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11325629A true JPH11325629A (ja) | 1999-11-26 |
Family
ID=9524690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11093804A Withdrawn JPH11325629A (ja) | 1998-03-31 | 1999-03-31 | 極低温機用熱リンク装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6164077A (ja) |
| EP (1) | EP0947787B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11325629A (ja) |
| DE (1) | DE69910877T2 (ja) |
| FR (1) | FR2776762B1 (ja) |
| IL (1) | IL129271A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005233461A (ja) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Scinics:Kk | 冷却装置 |
| US11287171B1 (en) | 2017-07-05 | 2022-03-29 | Rigetti & Co, Llc | Heat switches for controlling a flow of heat between thermal stages of a cryostat |
| KR102631379B1 (ko) * | 2022-12-09 | 2024-02-01 | 크라이오에이치앤아이(주) | 초저온 냉각 장치 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0125188D0 (en) * | 2001-10-19 | 2001-12-12 | Oxford Magnet Tech | A pulse tube refrigerator sleeve |
| US6915642B2 (en) * | 2002-01-22 | 2005-07-12 | L'Air Liquide-Societe Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procedes Georges Claude | Apparatus and method for extracting cooling power from helium in a cooling system regenerator |
| US7270302B1 (en) * | 2003-04-22 | 2007-09-18 | Lockheed Martin Corporation | Scalable thermal control system for spacecraft mounted instrumentation |
| JP4494027B2 (ja) * | 2004-01-26 | 2010-06-30 | 株式会社神戸製鋼所 | 極低温装置 |
| GB0408425D0 (en) * | 2004-04-15 | 2004-05-19 | Oxford Instr Superconductivity | Cooling apparatus |
| US7415830B2 (en) | 2005-08-31 | 2008-08-26 | Raytheon Company | Method and system for cryogenic cooling |
| US8069675B2 (en) * | 2006-10-10 | 2011-12-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Cryogenic vacuum break thermal coupler |
| US7967256B2 (en) * | 2007-05-08 | 2011-06-28 | Lockheed Martin Corporation | Spacecraft battery thermal management system |
| US20140202172A1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-07-24 | Sunpower, Inc. | Cold Finger For Cryocoolers |
| US10181372B2 (en) * | 2013-04-24 | 2019-01-15 | Siemens Healthcare Limited | Assembly comprising a two-stage cryogenic refrigerator and associated mounting arrangement |
| CN105333674B (zh) * | 2014-08-08 | 2019-03-05 | 青岛海尔特种电冰柜有限公司 | 一种可适应于多种放置角度的制冷装置 |
| DE102014218773B4 (de) * | 2014-09-18 | 2020-11-26 | Bruker Biospin Gmbh | Automatische thermische Entkopplung eines Kühlkopfs |
| US11035807B2 (en) * | 2018-03-07 | 2021-06-15 | General Electric Company | Thermal interposer for a cryogenic cooling system |
| CN109945542A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-28 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种抗应力直线型脉管制冷机与杜瓦耦合结构 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1585049A (ja) * | 1968-06-12 | 1970-01-09 | ||
| US3561525A (en) * | 1969-07-02 | 1971-02-09 | Energy Conversion Systemes Inc | Heat pipe condensate return |
| US3894403A (en) * | 1973-06-08 | 1975-07-15 | Air Prod & Chem | Vibration-free refrigeration transfer |
| US4178775A (en) * | 1978-09-18 | 1979-12-18 | Ford Aerospace And Communications Corporation | Cryostat assembly |
| FR2619439B1 (fr) * | 1987-08-10 | 1990-01-12 | Air Liquide | Procede et dispositif de refroidissement cryogenique d'un objet |
| US4771823A (en) * | 1987-08-20 | 1988-09-20 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Self-actuating heat switches for redundant refrigeration systems |
| US4802345A (en) * | 1987-12-03 | 1989-02-07 | Hughes Aircraft Company | Non-temperature cycling cryogenic cooler |
| EP0366818A1 (de) * | 1988-11-02 | 1990-05-09 | Leybold Aktiengesellschaft | Kryostat mit einem Flüssig-Stickstoff (LN2)-Bad |
| US5228703A (en) * | 1992-02-18 | 1993-07-20 | Ronald White | Sealing member |
| US5542254A (en) * | 1993-04-15 | 1996-08-06 | Hughes Aircraft Company | Cryogenic cooler |
| FR2752287B1 (fr) * | 1996-08-07 | 1998-10-09 | Sagem | Dispositif de liaison a temperature cryogenique |
-
1998
- 1998-03-31 FR FR9803971A patent/FR2776762B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-03-29 US US09/277,945 patent/US6164077A/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-30 DE DE69910877T patent/DE69910877T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-30 IL IL12927199A patent/IL129271A/en not_active IP Right Cessation
- 1999-03-30 EP EP99400772A patent/EP0947787B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-31 JP JP11093804A patent/JPH11325629A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005233461A (ja) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Scinics:Kk | 冷却装置 |
| US11287171B1 (en) | 2017-07-05 | 2022-03-29 | Rigetti & Co, Llc | Heat switches for controlling a flow of heat between thermal stages of a cryostat |
| KR102631379B1 (ko) * | 2022-12-09 | 2024-02-01 | 크라이오에이치앤아이(주) | 초저온 냉각 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL129271A0 (en) | 2000-02-17 |
| IL129271A (en) | 2001-11-25 |
| DE69910877T2 (de) | 2004-09-09 |
| DE69910877D1 (de) | 2003-10-09 |
| FR2776762B1 (fr) | 2000-06-16 |
| EP0947787A1 (fr) | 1999-10-06 |
| FR2776762A1 (fr) | 1999-10-01 |
| EP0947787B1 (fr) | 2003-09-03 |
| US6164077A (en) | 2000-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH11325629A (ja) | 極低温機用熱リンク装置 | |
| US4277949A (en) | Cryostat with serviceable refrigerator | |
| US8756941B2 (en) | Apparatus and methods for improving vibration isolation, thermal dampening, and optical access in cryogenic refrigerators | |
| US6812601B2 (en) | Superconductor rotor cooling system | |
| US3430455A (en) | Thermal switch for cryogenic apparatus | |
| US20070051116A1 (en) | Device for loss-free cryogen cooling of a cryostat configuration | |
| JP2004537026A (ja) | クライオジェネレータを用いて液化ガス−容器から蒸発するガスの低沸点ガスを再凝縮するための装置 | |
| JP2007194258A (ja) | 超伝導磁石装置 | |
| JP2006046897A (ja) | クライオスタット構造 | |
| JP2007024490A (ja) | 低温冷凍機を備えたクライオスタット構造 | |
| JPH11159899A (ja) | クライオスタット装置 | |
| US20120167598A1 (en) | Vacuum isolated multi-well zero loss helium dewar | |
| US20180283769A1 (en) | Cryostat arrangement comprising a neck tube having a supporting structure and an outer tube surrounding the supporting structure to reduce the cryogen consumption | |
| Pereira et al. | Cryogenic loop heat pipes for the cooling of small particle detectors at CERN | |
| JP5770303B2 (ja) | 冷却装置及び方法 | |
| JP3901217B2 (ja) | 振動隔離低温装置 | |
| JP2008538856A (ja) | クライオスタットアセンブリ | |
| JP2006319319A (ja) | 熱的に補償されたセンタリング機構を有するクライオスタット構造 | |
| US6380544B1 (en) | Germanium gamma-ray detector | |
| KR102050867B1 (ko) | 외측 샘플 장착을 위한 1k 서브 쿨러용 크라이오스탯 | |
| JP2007078310A (ja) | 極低温冷却装置 | |
| Freund et al. | Design and flight performance of a space borne 3He refrigerator for the infrared telescope in space | |
| JPH05297092A (ja) | 超伝導装置 | |
| KR20190121669A (ko) | 샘플 홀더의 진동 저감을 위해 벨로우즈를 이용한 크라이오스탯 | |
| KR102050868B1 (ko) | 세르루리에 트러스 구조를 이용한 외측 샘플 장착을 위한 1k 서브 쿨러용 크라이오스탯 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060606 |