FI129268B - Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi - Google Patents
Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI129268B FI129268B FI20205481A FI20205481A FI129268B FI 129268 B FI129268 B FI 129268B FI 20205481 A FI20205481 A FI 20205481A FI 20205481 A FI20205481 A FI 20205481A FI 129268 B FI129268 B FI 129268B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- heat transfer
- spring
- cryostat
- strips
- cooling structure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 152
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 69
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N beryllium copper Chemical compound [Be].[Cu] DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 70
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 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
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C3/00—Vessels not under pressure
- F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
- F17C3/08—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
- F17C3/085—Cryostats
-
- 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
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/12—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using 3He-4He dilution
-
- 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
- F25D19/003—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors with respect to movable containers
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)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Kryostaatin sisällä liikutettavan kappaleen (601) jäähdytykseen tarkoitetussa laitteessa on lämmönsiirtoosuus (602), joka muodostaa kosketuspinnan mainittua kappaletta (601) varten, ja välineet lämmönsiirto-osuuden (602) kiinnittämiseksi jäähdyttävään rakenteeseen (105, 107, 111, 604) niin, että mainittu kosketuspinta jää vapaaksi. Laitteessa on jousiosuus (605), joka on mainitusta lämmönsiirto-osuudesta (602) erillinen ja joka on järjestetty kohdistamaan lämmönsiirto-osuuteen (602) jousivoima (606), joka painaa mainittua kosketuspintaa siihen suuntaan, jossa se on tarkoitettu koskettamaan mainittua kappaletta (601).
Description
MISEKSI — KEKSINNÖN ALA Keksintö koskee yleisesti kryostaatteja, joissa jäähdytettävä kappale voidaan tuoda kryostaatin sisään niin, että siitä on johdettava lämpöä pois kryostaatin rakenteisiin. Erityisesti keksintö koskee sitä, miten lämpöä johtava kytkentä voidaan tehdä te- hokkaaksi.
KEKSINNÖN TAUSTA Kryostaatteja käytetään kappaleiden jäähdyt- tämiseksi erittäin mataliin lämpötiloihin. Jäähdytet- tävää kappaletta on tavattu kutsua yleisesti näytteek- si (engl. sample) ja paikkaa, jossa se jäähtyy alim- piin lämpötiloihinsa, kohdealueeksi (target region). Näytteen saamiseksi kohdealueelle on kaksi toisistaan poikkeavaa vaihtoehtoa. Perinteisimmässä menetelmässä koko kryostaatti lämmitetään ja avataan, näyte kiinni- tetään kohdealueelle käsin ja krvyostaatti suljetaan, minkä jälkeen koko kryostaatti näytteineen on jäähdy- tettävä uudelleen. Nopeampia näytteen vaihtoja varten kryostaatti on mahdollista varustaa näytteen vaihti- mella (sample changer). N Kuva 1 on yksinkertaistettu esitys näytteen N vaihtimella varustetusta kryostaatista. Tässä on ky- S seessä kaksivaiheista mekaanista esijäähdytystä käyt- 2 30 tävä kryostaatti, jonka sisimmässä osassa on laimen- Ek nusjäähdytin (engl. dilution refrigerator). Kryostaa- * tin uloimpana osana toimiva tyhjiökammio 101 on esi- % tetty katkoviivoin. Sen kantena toimii huoneenlämpö- S laippa 102, johon mekaanisen esijäähdyttimen ylin osa S 35 103 on kiinnitetty. Mekaanisen esijäähdyttimen ensim- mäinen aste 104 on kiinni ensimmäisessä kylmälaipassa
105 ja toinen aste 106 toisessa kylmälaipassa 107. Kolmannella kylmälaipalla 108 sijaitsee laimennusjääh- dyttimen haihdutusastia (still) 109. Laimennusjäähdyt- timen sekoituskammio (mixing chamber) 110 on kiinni neljännessä kylmälaipassa 111. Laippojen välillä voi olla lämmönjohtavuudeltaan säädettäviä kytkentöjä, joita ei selkeyden vuoksi ole esitetty tässä. Kohde- alue 112, johon näyte kiinnitetään, on eräs neljännen kylmälaipan 111 osa tai muuten niin hyvässä lämpöä johtavassa yhteydessä sekoituskammioon 110 kuin mah- dollista. Käytön aikana ensimmäisen kylmälaipan 105 lämpötila voi olla useita kymmeniä kelvinasteita, toi- sen kylmälaipan 107 lämpötila noin 4 K, kolmannen kyl- mälaipan 108 noin 1 K ja neljännen kylmälaipan 111 lämpötila vain joitakin millikelvinejä.
Kuvan 1 kryostaatissa on vyläpuolityyppinen näytteen vaihdin (engl. top loader); tekniikan tasosta tunnetaan myös alapuolityyppisiä (bottom loader) tai tyhjiökammion kylkeen kiinnittyviä ratkaisuja. Näyt- teen vaihtimeen kuuluu tyhjiöputki 113, joka kiinnite- tään ilmatiiviisti tyhjiökammion porttiventtiiliin
114. Näyte, jota ei ole erikseen esitetty kuvassa 1, on kiinni näytteen pitimessä 115, joka on aluksi ve- dettynä tyhjiöputken 113 sisään. Kun tyhjiöputki 113 on kiinnitetty porttiventtiiliin 114 ja pumpattu tyh- jäksi ilmasta, näytteen pidin 115 voidaan työntää pai- kalleen kohdealueelle 112 siirtovartta (probe) 116 tai N -varsia käyttäen. Tätä varten kaikissa sen reitillä N olevissa laipoissa ja muissa rakenteissa on oltava S 30 kohdakkain osuvat reiät, jotka muodostavat ns. siirto- 2 väylän (clearshot).
Ek Jos näyte ja näytteen pidin 115 ovat huoneen- * lämpöisiä saapuessaan kohdealueelle 112, niiden sisäl- % tämä lämpö on siirrettävä pois läpi koko kryostaatin S 35 sen sisimmästä osasta ulos saakka. Tämä on mahdollista S mutta hidasta, koska ymmärrettävistä syistä kaikenlai- nen lämmön siirtyminen ulkoilman ja kryostaatin sisim-
män osan välillä pyritään käytön aikana minimoimaan. Lisäksi kryostaatin sisimmät jäähdyttävät laitteet ovat jäähdytysteholtaan heikoimpia, vaikka pystyvätkin saavuttamaan alimpia lämpötiloja. Usein on edullisem- paa pyrkiä esijäähdyttämään näytettä ja näytteen pi- dintä matkalla kohti kohdealuetta. Lämpöä johtavan kytkennän muodostamiseksi näytteen pitimen ja sopivan jäähdyttävän osan välille voidaan käyttää mekaanista kontaktia tai lämpöä johtavaa kaasua.
Kuvat 2 ja 3 esittävät esijäähdytysperiaatet- ta, joka tunnetaan patenttijulkaisusta EP 2409096 BI. Siinä laipoissa olevat reiät 201 ja näytteen pidin 115 eivät ole pyöreitä vaan ne on muotoiltu niin, että eräässä kiertoasennossa näytteen pitimen 115 uloimmat kohdat osuvat laippaan reiän 201 vieressä. Näissä koh- dissa on ruuvinreiät 301. Keskitetyn siirtovarren 116 lisäksi tai asemesta näytteen vaihtimessa on ruuvaus- varret 202, joiden uloimmassa päässä olevien kiertei- den (tai joiden välityksellä kierrettävien erillisten pulttien) avulla näytteen pidin 115 voidaan väliaikai- sesti kiinnittää laippaan kuten kuvassa 2. Kun riittä- vä esijäähdytys on saatu aikaan, kierteet tai pultit kierretään auki ja näytteen vaihdin kierretään sopi- vaan asentoon, jossa se mahtuu kulkemaan laipassa ole- van reiän 201 läpi kuten kuvassa 3. Samoja kierteitä tai pultteja voidaan käyttää myös näytteen pitimen 115 kiinnittämiseksi paikalleen kohdealueella. N Kuvien 2 ja 3 mukaisessa ratkaisussa on usei- N ta haittapuolia. Ensinnäkin se rajoittaa näytteen pi- S 30 timen muotoilua ja tekee laipoissa olevien reikien 2 työstämisestä monimutkaisempaa. Toiseksi on huomioita- z va kitka, joka aiheutuu kierteiden tai pulttien kiris- * tämisestä. Koska metallien ja muiden kiinteiden ainei- % den ominaislämpökapasiteetti kylmänä on hyvin pieni, S 35 pienikin määrä kitkan tuottamaa lämpöä voi riittää S lämmittämään sen kanssa tekemisissä olevia kappaleita useiden asteiden verran. Rakenne on myös hyvin riippu-
vainen mekaanisten kappaleiden fyysisistä ulottuvuuk- sista, jotka pienenevät lämpötilan laskiessa. Mekaani- sen yhteensopivuuden vaatimus voi aiheuttaa ongelmia mekanismin toimivuudelle, kun kylmeneminen muuttaa kappaleiden ulottuvuuksia.
Tekniikan tasosta tunnetaan myös lämpöä joh- tavien jousien käyttö, jota havainnollistavat kuvat 4 ja 5. Näyte 401 on kiinnitetty näytteen pitimeen 115, joka on tässä tapauksessa oleellisesti kiekkomainen ja valmistettu lämpöä hyvin johtavasta materiaalista. Laipassa 105 olevan reiän ympärille on kiinnitetty joukko jousia 402, joiden materiaali on sekä joustavaa että lämpöä johtavaa. Kun näytteen pidin 115 työntyy jousien väliin kuvan 5 mukaisesti, ne joustavat ulos- päin ja painautuvat jousivoimallaan näytteen pitimen 115 reunoja vasten.
Kuvien 4 ja 5 mukaisen ratkaisun haittapuolet liittyvät siihen, että ainakaan toistaiseksi ei tunne- ta materiaalia, joka olisi riittävän joustavaa ja jon- ka lämmönjohtokyky olisi samaan aikaan riittävän suu- ri. Hyvää joustavuutta tarvitaan, koska kahden kiinte- än kappaleen koskettaessa toisiaan lämmönjohtavuus riippuu merkittävästi niitä toisiinsa painavan voiman suuruudesta. Kupari on hyvä esimerkki materiaalista, joka johtaa hyvin lämpöä mutta joka ei juuri jousta: jos ”jousina” käytettäisiin kuparikielekkeitä, ne tai- puisivat ulompaan asentoonsa ensimmäisellä käyttöker- N ralla ja jäisivät palautumatta, jolloin kaikki myöhem- N mät esijäähdytysyritykset kariutuisivat liian heikkoon S 30 kontaktiin. Beryllium-kupariseoksesta taas saa ominai- 2 suutensa hyvin säilyttäviä jousia, mutta sen lämmön- z johtavuus on niin huono, että jouset on pinnoitettava * esimerkiksi kullalla tai hopealla. Pinnoite jää kui- % tenkin vääjäämättä niin ohueksi, että yhteenlaskettu S 35 hyvin lämpöä johtava poikkipinta näytteen pitimen 115 S ja laipan 105 välillä on verrattain pieni.
Tekniikan tasosta tunnetaan julkaisu JP H09287837 A, jossa keskeinen ajatus on kryostaattia jäähdyttävän jäähdytinlaitteen tekeminen liikkuvaksi niin, että se saadaan tarpeen tullen koskettamaan 5 jäähdytettävää pintaa kryostaatin sisällä. Tekniikan tasosta tunnetaan myös julkaisu GB 2538084 A. Siinä esitetään eräs mekanismi, jolla on mahdollista kohdistaa mekaaninen voima kryostaatin si- sällä olevaan jäähdytettyyn Kappaleeseen käyttämällä liikkuvia osia, jotka osin ulottuvat kryostaatin sei- nämien läpi.
KEKSINNÖN YHTEENVETO Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esit- tää laite ja menetelmä, joilla kryostaattiin sisään vietävän esineen jäähdyttäminen on tehokasta. Keksin- nön tavoitteena on myös, että sen mukaiset laite ja menetelmä kestävät hyvin käyttöä menettämättä tehoaan useidenkaan käyttökertojen jälkeen. Keksinnön tavoit- teena on lisäksi, että ne ovat sovellettavissa monille eri kokoisille ja muotoisille jäähdytettäville esi- neille. Keksinnön tavoitteena on edelleen, että sen edellyttämät laiteosat on mahdollista tehdä yleisesti saatavilla olevista materiaaleista ja tavanomaisia työstömenetelmiä käyttäen. - Keksinnön tavoitteet saavutetaan käyttämällä N rakenteessa lämmönsiirto-osaa ja erillistä jousiosaa, 5 jonka joustavuus pakottaa lämmönsiirto-osan hyvään = 30 kontaktiin jäähdytettävän esineen kanssa. O Keksinnön mukaisessa laitteessa lämpöä johta- E van kytkennän tekemiseksi kryostaatin sisällä liiku- — tettavan kappaleen jäähdytystä varten on: s - lämmönsiirto-osuus, joka muodostaa koske- N 35 tuspinnan mainittua kappaletta varten,
- välineet lämmönsiirto-osuuden kiinnittä- miseksi jäähdyttävään rakenteeseen niin, että mainittu kosketuspinta jää vapaaksi ja - jousiosuus, joka on mainitusta lämmönsiir- to-osuudesta erillinen ja joka on järjestetty kohdis- tamaan lämmönsiirto-osuuteen jousivoima, joka painaa mainittua kosketuspintaa siihen suuntaan, jossa se on tarkoitettu koskettamaan mainittua kappaletta. Frään suoritusmuodon mukaan lämmönsiirto- osuudessa on useita kehän muotoon asetettuja lämmön- siirto-osia, jolloin mainittu kosketuspinta muodostuu lämmönsiirto-osien niistä pinnoista, jotka ovat kehän sisään päin. Tällä saavutetaan se etu, että suuri osa kryostaatin sisällä liikutettavan kappaleen ulkopin- nasta voidaan valjastaa lämmönsiirron tarpeisiin.
Erään suoritusmuodon mukaan mainitussa jou- siosuudessa on yksi tai useampia jousiosia, joka on tai jotka ovat mainittujen kehän muotoon asetettujen lämmönsiirto-osien ulkopuolella ja joka painaa tai jotka painavat lämmönsiirto-osia kohti kehän keskipis- tettä. Tällä saavutetaan se etu, että tehokkaaseen lämmönsiirtoon tarvittava puristava voima voidaan koh- distaa symmetrisesti kryostaatin sisällä liikutetta- vaan kappaleeseen.
Frään suoritusmuodon mukaan laitteessa on vä- lineet mainitun jousiosuuden tukemiseksi mainittuun jäähdyttävään rakenteeseen. Tällä saavutetaan se etu, N että aikaansaatavan jousivoiman määrän ja suunnan hal- N litseminen on yksinkertaista.
S 30 Frään suoritusmuodon mukaan mainitussa läm- 2 mönsiirto-osuudessa on kiinnitysrengas, jolla on si- z sempi reuna, ja joukko lämmönsiirtoliuskoja, jotka * kiinnittyvät yhdestä päästään kiinnitysrenkaan sisem- % pään reunaan ja joiden toinen, vapaa pää suuntautuu S 35 suuntaan, joka on oleellisesti kiinnitysrenkaan mää- S räämää tasoa vastaan kohtisuorassa. Tällä saavutetaan se etu, että lämmönsiirto-osuuden valmistaminen juuri halutun kokoiseksi ja muotoiseksi on helppoa.
Erään suoritusmuodon mukaan mainitussa jou- siosuudessa on tukirengas, joka on kiinnitetty maini- tun kiinnitysrenkaan päälle ja jolla on sisempi pinta, ja joukko jousiliuskoja, jotka tukeutuvat mainitun tu- kirenkaan sisempään pintaan ja jotka on järjestetty kohdistamaan mainittuihin lämmönsiirtoliuskoihin mai- nittu jousivoima. Tällä saavutetaan se etu, että jou- sivoima saadaan kohdistumaan lämmönsiirto-osuuteen ha- lutulla tavalla.
Erään suoritusmuodon mukaan mainitut jousi- liuskat muodostavat yhtenäisen, ympäri mainitun tuki- renkaan sisempää pintaa jatkuvan jousiliuskanauhan, joka tukeutuu yhteen tai useampaan uraan mainitun tu- kirenkaan sisemmässä pinnassa. Tällä saavutetaan val- mistusteknistä etua jousiosuuden valmistamisessa.
Frään suoritusmuodon mukaan laitteessa on li- säksi ylempi kiinnitysrengas, joka on kiinnitetty mai- nitun tukirenkaan päälle ja joka on järjestetty tuke- maan kunkin mainituista lämmönsiirtoliuskoista vapaa pää asentoon, joka on Kauempana lämmönsiirtoliuskojen muodostaman kehän keskilinjasta kuin lämmönsiirtolius- kojen keskikohta. Tällä saavutetaan se etu, että läm- mönsiirtoliuskojen asento on erityisen hyvä kryostaa- tin sisällä liikutettavan kappaleen liikuttamista aja- tellen.
N Erään suoritusmuodon mukaan mainittu lämmön- N siirto-osuus on valmistettu kuparista tai hopeasta. S 30 Tällä saavutetaan se etu, että lämmönsiirto-osuuden 2 lämmönjohtavuus on suuri.
z Erään suoritusmuodon mukaan kuparista tai ho- * peasta valmistettu lämmönsiirto-osuus on pinnoitettu % kullalla. Tällä saavutetaan se etu, että lämmönsiirto- S 35 osuuden tärkeät pinnat eivät hapetu ja että niiden S lämmönjohtokyky säilyy hyvänä pitkään.
Erään suoritusmuodon mukaan mainittu jou- siosuus on valmistettu beryllium-kupariseoksesta. Täl- lä saavutetaan se etu, että jousiosuuden jousto- ominaisuudet sopivat hyvin käytettäväksi kryostaatin kaltaisessa, hyvin alhaisia lämpötiloja sisältävässä ympäristössä.
Keksinnön mukaisessa järjestelyssä kryostaa- tin sisällä liikutettavan kappaleen jäähdyttämiseksi, on jäähdyttävä rakenne ja siihen kiinnitettynä laite, joka on jonkin edellä annetun kuvauksen mukainen.
Erään suoritusmuodon mukaan järjestelyssä on ensimmäinen jäähdyttävä rakenne ja siihen kiinnitetty- nä ensimmäinen laite, joka on edellä annetun kuvauksen mukainen. Järjestelyssä voi tällöin olla toinen jääh- dyttävä rakenne ja siihen kiinnitettynä toinen laite, joka sekin on jonkin edellä annetun kuvauksen mukai- nen. Ensimmäisessä jäähdyttävässä rakenteessa voi olla aukko, joka on samankeskinen mainittujen ensimmäisen ja toisen laitteen kanssa. Mainitussa ensimmäisessä laitteessa laitteen kosketuspinta voi muodostaa kehän, jolla on ensimmäinen halkaisija. Mainitussa toisessa laitteessa laitteen kosketuspinta voi muodostaa kehän, jolla on toinen halkaisija, joka on pienempi kuin en- simmäinen halkaisija. Mainitun aukon halkaisija voi olla suurempi kuin mainitut ensimmäinen ja toinen hal- kaisija. Tällä saavutetaan se etu, että kryostaatin sisällä liikutettavassa kappaleessa voi olla kaksi N halkaisijaltaan erilaista osaa, joista kumpikin on so- N vitettu vastaamaan lämmönsiirtoa aivan tietyn laitteen S 30 kautta.
2 Erään suoritusmuodon mukaan mainittu toinen Ek jäähdyttävä rakenne muodostaa kohdealueen kryostaatis- * sa jäähdytettävän kappaleen kiinnittämistä varten. % Tällä saavutetaan se etu, että tässä sijainnissa läm- S 35 ménsiirto palvelee kappaleen saamista mahdollisimman S kylmäksi.
Erään suoritusmuodon mukaan järjestelyssä on näytteen pidin, joka muodostaa ainakin osan mainitusta kryostaatin sisällä liikutettavasta kappaleesta. Näyt- teen pitimessä voi tällöin olla ensimmäinen osuus, jo- ka on halkaisijaltaan yhteensopiva mainitun ensimmäi- sen halkaisijan kanssa, ja toinen osuus, joka on hal- kaisijaltaan yhteensopiva mainitun toisen halkaisijan kanssa. Mainittu toinen osuus voi olla näytteen piti- men siinä osassa, joka on ensimmäiseen osuuteen nähden samassa suunnassa kuin mitä mainittu toinen jäähdyttä- vä rakenne on mainittuun ensimmäiseen jäähdyttävään rakenteeseen nähden. Tällä saavutetaan se etu, että toinen osuus säästyy naarmuilta aiemmissa jäähdytys- vaiheissa ja on mahdollisimman naarmuttomana käytettä- vissä sille tarkoitetussa jäähdytysvaiheessa.
KUVALUETTELO Kuva 1 esittää kryostaattia, kuva 2 esittää erästä tunnettua esijäähdytys- ratkaisua, kuva 3 esittää myöhempää vaihetta kuvan 2 mu- kaisen ratkaisun käytössä, kuva 4 esittää erästä tunnettua esijäähdytys- ratkaisua, kuva 5 esittää myöhempää vaihetta kuvan 4 mu- - kaisen ratkaisun käytössä, N kuva 6 esittää tehokkaan esijäähdyttämisen 5 periaatetta, = 30 kuva 7 esittää erästä suoritusmuotoa esijääh- © dytyksen toteuttamiseksi, E kuva 8 esittää erästä kuvan 7 ratkaisun osaa, — kuva 9 esittää erästä suoritusmuotoa esijääh- s dytyksen toteuttamiseksi, N 35 kuva 10 esittää erästä suoritusmuotoa N esijäähdytyksen toteuttamiseksi,
kuva 11 esittää erästä suoritusmuotoa esijäähdytyksen toteuttamiseksi ja kuva 12 esittää erästä kuvan 11 suoritusmuo- don jatkokehitelmää.
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS Kuva 6 on periaatekuva laitteesta lämpöä joh- tavan kytkennän tekemiseksi, kun tarkoituksena on jäähdyttää kryostaatin sisällä liikutettavaa kappalet- ta 601. Liikutettava kappale 601 on kuvassa 6 nimetty näytteen pitimeksi, mutta kyseessä voi olla myös jokin toinen liikutettava kappale. Varsinaisena tarkoitukse- na voi olla liikuttaa ja jäähdyttää jotakin muuta koh- detta, esimerkiksi näytteen pitimeen kiinnitettyä näy- tettä. Käytännössä voidaan kuitenkin yleensä ajatella tällaista epäsuorasti liikutettavaa kohdetta (kuten näyte) ja sen liikuttamiseen käytettävää kohdetta (ku- ten näytteen pidin) yhtenä kryostaatin sisällä liiku- tettavana kappaleena 601.
Kuvan 6 esittämän periaatteen mukaisesti laitteessa on lämmönsiirto-osuus 602, joka muodostaa kosketuspinnan kappaletta 601 varten. Tarkoituksena on siis, että liikutettava kappale 601 ja lämmönsiirto- osuus 602 saatetaan fyysiseen kosketukseen keskenään, jolloin lämpö voi siirtyä niiden välillä johtumalla - kiinteästä kappaleesta toiseen. Lämpöä johtava, kappa- O leiden väliseen fyysiseen kosketukseen perustuva kyt- <+ kentä on esitetty ristiviivoituksella kuvassa 6. Läm- = 30 mönsiirto-osuus 602 voi koostua yhdestä tai useammasta © kappaleesta. E Kuvan 6 esittämän periaatteen mukaisesti — laitteessa on välineet 603 lämmönsiirto-osuuden 602 s kiinnittämiseksi jäähdyttävään rakenteeseen 604. Tämä N 35 kiinnitys on erityisesti tehty niin, että se lämmön- N siirto-osuuden 602 kosketuspinta, jonka on tarkoitus muodostaa kosketus liikutettavaan kappaleeseen 601,
jää vapaaksi. Viimeksi mainittu edellytys on sikäli luonnollinen, että jos kosketuspinta ei olisi vapaana, liikutettavan kappaleen 601 saaminen lämpöä johtavaan kosketukseen lämmönsiirto-osuuden 602 kanssa voisi ol- la vaikeaa tai mahdotonta. Lämmönsiirto-osuuden 602 ja jäähdyttävän rakenteen 604 välillä on lämpöä johtava kytkentä, jota kuvassa 6 havainnollistaa ristiviivoi- tus.
Kuvan 6 esittämän periaatteen mukaisesti laitteessa on jousiosuus 605, joka on lämmönsiirto- osuudesta 602 erillinen ja joka on järjestetty kohdis- tamaan lämmönsiirto-osuuteen 602 jousivoima 606. Jou- sivoima 606 painaa lämmönsiirto-osuuden 602 kosketus- pintaa siihen suuntaan, jossa se on tarkoitettu kos- kettamaan liikutettavaa kappaletta 601.
Jousiosuuden 605 ja lämmönsiirto-osuuden 602 erillisyys tarkoittaa, että - tekniikan tasosta poike- ten —- lämmön johtumista kappaleen 601 ja jäähdyttävän rakenteen 604 välillä ja lämpöä johtavaa kosketusta ylläpitävää voimaa ei yritetä saada aikaan samalla ra- kenteellisella osalla. Erillisyys ei tarkoita, että jousiosuuden 605 ja lämmönsiirto-osuuden 602 olisi si- jaittava kokonaan erillään toisistaan, rakenteen eri osissa. Se tarkoittaa, että jousiosuus 605 voi olla eräs kappale (tai joukko eräitä kappaleita) ja lämmön- siirto-osuus 602 voi olla eräs toinen kappale (tai joukko eräitä toisia kappaleita). Kappale tai kappa- N leet, jotka muodostavat jousiosuuden 605, voi olla N valmistettu eri materiaalista kuin se toinen kappale S 30 tai ne toiset kappaleet, jotka muodostavat lämmönsiir- 2 to-osuuden. Tämä on jopa suositeltavaa, koska näiltä z osuuksilta edellytetään kovin erilaisia ominaisuuksia: * lämmönsiirto-osuuden 602 tärkein ominaisuus on lämmön % mahdollisimman tehokas johtaminen liikutettavan kappa- S 35 leen 601 ja jäähdyttävän rakenteen 604 välillä, kun S taas jousiosuuden 605 tärkein ominaisuus on hyvän jou- sivoiman 606 aikaansaaminen.
Jousiosuus 605 voi olla tuettu jäähdyttävään rakenteeseen 604, kuten kuvassa 6 on esitetty viitenu- merolla 607. Tämä ei kuitenkaan ole välttämätöntä. Esimerkkejä sekä tuetuista että tukemattomista suori- tusmuodoista esitellään tarkemmin jäljempänä.
Kuvassa 7 esitetään erään suoritusmuodon mu- kainen laite lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi kryostaatin sisällä liikutettavan kappaleen jäähdytys- tä varten. Liikutettavaa laitetta ei ole esitetty ku- vassa 7, mutta sen voidaan olettaa olevan esimerkiksi saman tyyppinen pyöreä kiekko kuin edellä tekniikan tason selostuksessa ja kuvissa 4 ja 5. Jäähdyttävä ra- kenne on eräs kryostaatin laippa 105. Tässä siis ole- tetaan, että laippaan 105 on (kuvassa 7 esitetyn alu- een ulkopuolella) kytketty lämpöä johtavalla tavalla jokin jäähdyttävä laite, kuten esimerkiksi kryostaatin mekaanisen esijäähdyttimen joku aste tai laimennus- jäähdyttimen haihdutusastia. Laipassa 105 on pyöreä aukko, jonka läpi liikutettava kappale on tarkoitus kuljettaa. Jos liikutettava laite on näytteen pidin, joka on tarkoitus kuljettaa kohdealueelle, laipassa 105 oleva aukko on osa tähän tarkoitukseen käytettävää siirtoväylää.
Kuvan 7 esittämän laitteen lämmönsiirto- osassa on useita kehän muotoon asetettuja lämmönsiir- to-osia 701. Muodoltaan lämmönsiirto-osat 701 muistut- tavat tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa käytet- N tyjä, lämpöä johtavia jousia. Erona on kuitenkin se, N että kuvan 7 esittämässä suoritusmuodossa niiltä ei S 30 edellytetä minkäänlaista kimmoisuutta. ZLämmönsiirto- 2 osat 701 voidaan valmistaa esimerkiksi kuparista, jol- Ek loin niiden taivuttaminen on suhteellisen helppoa mut- * ta niillä on luontainen taipumus jäädä siihen asen- % toon, johon ne on taivutettu. S 35 Kuvan 7 mukaisessa suoritusmuodossa on myös S välineet lämmönsiirto-osuuden kiinnittämiseksi Jjääh- dyttävään rakenteeseen. Näihin välineisiin kuuluu kiinnitysrengas 702 ja ruuvit 703, jotka kiinnittävät kiinnitysrenkaan 70? laippaan 105. Kunkin lämmönsiir- to-osan 701 uloin pää puristuu tiukasti kiinnitysren- kaan 702 ja laipan 105 väliin. Tämä varmistaa, että lämpöä johtava kytkentä lämmönsiirto-osien 701 ja jäähdyttävänä rakenteena toimivan laipan 105 välillä pysyy hyvänä. Lämmönsiirto-osuuden kosketuspinta, joka on tarkoitettu kryostaatin sisällä liikutettavaa kappa- letta varten, muodostuu lämmönsiirto-osien 701 niistä pinnoista, jotka ovat niiden muodostaman kehän sisään päin. Vertaamalla kuvaa 7 kuviin 4 ja 5 on helppo ym- märtää, miten esimerkiksi kiekkomainen näytteen pidin työnnettäisiin lämmönsiirto-osien 701 muodostaman ke- hän keskelle niin, että sen sylinterimäinen ulkopinta koskettaisi samanaikaisesti jokaiseen lämmönsiirto- osaan 701.
Kuvan 7 esittämässä suoritusmuodossa laitteen jousiosuuteen kuuluu jousiosa 704, joka on kehän muo- toon asetettujen lämmönsiirto-osien 701 ulkopuolella ja joka painaa lämmönsiirto-osia 701 kohti kehän kes- kipistettä. Jousiosa 704 on esitetty irrallaan kuvassa
8. Se on rengasmainen ja valmistettu jousiteräksestä, beryllium-kupariseoksesta tai muusta vastaavasta ai- neesta, joka säilyttää kimmoisuutensa myös kryostaatin kylmyydessä. Jousiosa 704 on mitoitettu niin, että lepoti- N lassa (kun liikutettava kappale ei ole kosketuksissa N lämmönsiirto-osiin 701) se puristaa lämmönsiirto-osien S 30 701 yhdessä muodostaman kehämäisen kosketuspinnan hal- 2 kaisijaltaan pienemmäksi kuin laipassa 105 oleva aukko z (ja siis myös pienemmäksi kuin sen liikutettavan kap- * paleen halkaisija, jota on tarkoitus jäähdyttää). Kun % liikutettava kappale sitten painetaan kehän keskelle, S 35 se vääntää lämmönsiirto-osien 701 vapaita päitä ulos- S päin taivuttaen kutakin lämmönsiirto-osaa 701 sen mut- kan kohdalta, jossa lämmönsiirto-osan pystysuora osuus vaihtuu vaakasuoraksi osuudeksi. Suuntiin viittaavilla termeillä kuten pystysuora ja vaakasuora viitataan ko- ko tässä tekstissä vain kuvissa käytettyyn esitysta- paan eikä niillä ole mitään rajoittavaa vaikutusta sen suhteen, miten vastaavat osat suuntautuvat oikeassa laitteessa.
Jousiosan 704 tuottama jousivoima vastustaa edellä kuvattua lämmönsiirto-osien 701 taipumista. Tästä syntyy voima, joka painaa lämmönsiirto-osat 701 voimakkaasti kryostaatin sisällä liikutettavan kappa- leen pintaa vasten, jolloin lämmön johtuminen näiden osien välillä on tehokasta. Kun sitten liikutettava kappale siirretään pois lämmönsiirto-osien 701 muodos- taman kehän keskeltä, jousiosa 704 puristaa lämmön- siirto-osat 701 takaisin siihen asentoon, jossa ne olivat ennen liikutettavan kappaleen tuloa. Näin kuvan 7 esittämä laite lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi on valmis seuraavaan kertaan, kun kryostaatin sisällä liikutettavaa kappaletta on jäähdytettävä sen kohdal- la.
Kuva 9 esittää erään toisen suoritusmuodon mukaista laitetta lämpöä johtavan kytkennän tekemisek- si kryostaatin sisällä liikutettavan kappaleen jäähdy- tystä varten. Kuvan 9 laitteessa lämmönsiirto-osuus, joka muodostaa kosketuspinnan mainittua kappaletta varten, koostuu useista, kehän muotoon asetetuista lämmönsiirto-osista 901. Kosketuspinta muodostuu täs- N säkin lämmönsiirto-osien 901 niistä pinnoista, jotka N ovat kehän sisään päin. Lämmönsiirto-osat 901 on val- S 30 mistettu materiaalista, joka johtaa hyvin lämpöä 2 kryostaatin toimintalämpötiloissa, kuten kuparista tai z hopeasta. Ne voidaan lisäksi päällystää lämmönsiirto- * ominaisuuksia parantavalla pinnoitteella kuten kulta- % kerroksella. S 35 Jäähdyttävänä rakenteena on tässäkin esitetty S eräs kryostaatin laippa 105. Kuvan 9 suoritusmuodossa välineet lämmönsiirto-osuuden kiinnittämiseksi Jjääh-
dyttävään rakenteeseen koostuvat liukukiskoista 902, joita on yksi kutakin lämmönsiirto-osaa 901 varten. Kukin lämmönsiirto-osa 901 on asennettu sitä vastaa- vaan liukukiskoon niin, että se pääsee helposti liik- kumaan lämmönsiirto-osien 901 muodostaman kehän säteen suunnassa. Liukukiskossa 902 sisällä oleva osuus läm- mönsiirto-osasta 901 ja/tai itse liukukisko voidaan tarvittaessa päällystää pinnoitteella, jolla on sekä hyvät lämmönjohto-ominaisuudet että pieni kitka kryos- taatin toimintaa vastaavissa lämpötiloissa.
Kuvan 9 suoritusmuodossa on edellä esitetyn periaatteen mukaisesti jousiosuus, joka on lämmönsiir- to-osuudesta erillinen. Jousiosuus on järjestetty koh- distamaan lämmönsiirto-osuuteen jousivoima, joka pai- naa lämmönsiirto-osuuden kosketuspintaa siihen suun- taan, jossa se on tarkoitettu koskettamaan kryostaatin sisällä liikutettavaa kappaletta. Kuvan 9 suoritusmuo- dossa jousiosuudessa on useita jousiosia 903, jotka ovat kehän muotoon asetettujen lämmönsiirto-osien 901 ulkopuolella. Tarkalleen ottaen tässä suoritusmuodossa on yhtä monta jousiosaa 903 kuin lämmönsiirto-osaakin. Kutakin lämmönsiirto-osaa 901 vastaava jousiosa painaa sitä kohti kehän keskipistettä. Jousiosat 903 ovat pu- ristusjousia, jotka on valmistettu jousiteräksestä, beryllium-kupariseoksesta tai muusta vastaavasta ai- neesta, joka säilyttää kimmoisuutensa myös kryostaatin kylmyydessä.
N Kuvan 7 suoritusmuodosta poiketen kuvan 9 N suoritusmuodossa on välineet jousiosuuden tukemiseksi S 30 jäähdyttävään rakenteeseen. Näihin välineisiin kuuluu 2 kiinnitysrengas 904 ja pultit 905, jotka kiinnittävät z kiinnitysrenkaan 904 laippaan 105. Kiinnitysrenkaan * 904 sisäpinnassa on edullisimmin syvennys jokaisen % jousiosan 903 päätä varten, jotta jousiosat 903 pysy- S 35 vät paikallaan ja oikeassa suunnassa. S Kuvan 9 suoritusmuodossa on kuvaan 7 verrat- tuna se etu, että lämmönsiirto-osiin 901 ei kohdistu jatkuvaa edestakaista taivuttelua, jolloin niissä ei ilmene metallin väsymistä ja siitä mahdollisesti ai- heutuvia murtumia. Toisaalta kuvan 9 suoritusmuodon haittapuolena on kitka, jota väistämättä esiintyy liu- kukiskoissa 902 ja joka voi tuottaa haitallisia määriä lämpöä, sekä liukukiskomekanismin lämmönjohtavuus, jo- ka voi olla pienempi kuin kuvan 7 puristusliitoksissa. Mikäli metallin väsyminen ei ole merkittävä ongelma, kuvien 7 ja 9 esittämiä periaatteita on mahdollista yhdistellä esimerkiksi kuvan 10 esittämällä tavalla. Kuvan 10 esittämässä suoritusmuodossa on samanlaiset lämmönsiirto-osat 701 kuin kuvassa 7, mutta jousiosuus koostuu samanlaisista jousiosista 903 kuin kuvassa 9. Kiinnitysvälineisiin kuuluu kiinnitysrenkaan 904 ja pulttien 905 lisäksi korokerengas 1001, joka on eri- tyisesti muotoiltu puristamaan lämmönsiirto-osien 701 vaakasuorat päät laippaa 105 vasten. Luonnollisesti voidaan käyttää myös yhtä yhteistä rengasta, joka yh- distää kuvassa 10 esitettyjen renkaiden 904 ja 1001 ominaisuudet. Vielä eräs mahdollinen muunnelma kuvan 9 suo- ritusmuodosta on sellainen, jossa liukukiskojen 902 asemesta käytetään saranoita. Jokaisen lämmönsiirto- osan 901 pystysuoran osuuden tyvessä olisi siis kier- toakseliltaan vaakasuora, kehän tangentin suuntainen sarana, jonka varassa pystysuora osuus voisi kiertyä kohti kehän keskipistettä ja poispäin siitä. Saranat N ovat rakenteena monimutkaisempia kuin liukukiskot ja N vaativat kokoonpanovaiheessa enemmän erillisiä osia ja S 30 työtä, mutta niillä on mahdollista päästä pienempään 2 kitkaan ja sitä kautta varmempaan toimintaan ja vähäi- z sempään ylimääräiseen lämmöntuottoon kuin liukukis- * koilla.
% Kuva 11 esittää erään suoritusmuodon mukaista S 35 laitetta lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi kryos- S taatin sisällä liikutettavan laitteen jäähdytystä var- ten. Kuvan 11 suoritusmuoto on yhdenmukainen edellä esitetyn kanssa siinä, että laitteessa on lämmönsiir- to-osuus, välineet sen kiinnittämiseksi jäähdyttävään rakenteeseen (esimerkkinä laippa 105 kuvassa 11) ja jousiosuus, joka on lämmönsiirto-osuudesta erillinen. Lämmönsiirto-osuus muodostaa kosketuspinnan sitä kryostaatin sisällä liikutettavaa kappaletta varten, jota on tarkoitus jäähdyttää. Kiinnitys jäähdyttävään rakenteeseen on sellainen, että tämä kosketuspinta jää vapaaksi. Jousiosuus on järjestetty kohdistamaan läm- mönsiirto-osuuteen jousivoima, joka painaa kosketus- pintaa siihen suuntaan, jossa se on tarkoitettu kos- kettamaan mainittua kappaletta. Samaan tapaan kuin edellä esitetyissä muissa suoritusmuodoissa, kuvassa 11 oletetaan, että jäähdy- tettävä kappale on ainakin eräältä osaltaan sylinteri- mäinen ja tarkoitettu liikutettavaksi ylös-alas- suunnassa laipassa 105 olevan aukon läpi. Lämmönsiir- to-osuudessa on useita kehän muotoon asetettuja läm- mönsiirto-osia 1101, joita tässä suoritusmuodossa voi- daan nimittää myös lämmönsiirtoliuskoiksi. Kosketus- pinta muodostuu lämmönsiirtoliuskojen 1101 niistä pin- noista, jotka ovat kehän sisään päin. Jousiosuudessa on useita jousiosia 1102, jotka ovat kehän muotoon asetettujen lämmönsiirtoliuskojen 1101 ulkopuolella ja jotka painavat lämmönsiirtoliuskoja 1101 kohti kehän keskipistettä. laitteessa on myös välineet jousiosuu- den tukemiseksi jäähdyttävään rakenteeseen. Näihin vä- N lineisiin kuuluvat renkaat 1103, 1104 ja 1105 sekä N pultit 1106, joiden rakennetta ja toimintaa seloste- S 30 taan tarkemmin jäljempänä.
2 Kuvan 11 suoritusmuodon mukaisen laitteen z lämmönsiirto-osuudessa on kiinnitysrengas 1104. Sen * sisempi reuna voi olla mitoiltaan suunnilleen samaa % luokkaa kuin laipassa 105 oleva aukko, mutta se voi S 35 olla myös suurempi tai pienempi. Lämmönsiirtoliuskat S 1101 kiinnittyvät yhdestä päästään kiinnitysrenkaan 1104 sisempään reunaan. Lammonsiirtoliuskojen 1101 toinen, vapaa pää suuntautuu suuntaan, joka on oleel- lisesti kiinnitysrenkaan 1104 määräämää tasoa vastaan kohtisuorassa. Kuvan 11 esittämässä asennossa lämmön- siirtoliuskojen 1101 vapaa pää suuntautuu siis ylös- päin.
Lämmönsiirtoliuskoista 1101 ja kiinnitysren- kaasta 1104 muodostuva kokonaisuus on edullista val- mistaa materiaalista, joka johtaa mahdollisimman hyvin lämpöä niissä verrattain matalissa lämpötiloissa, jot- ka liittyvät kryostaatin normaaliin toimintaan. Täl- laisia materiaaleja ovat esimerkiksi kupari ja hopea. Lisäksi lämmönsiirtoliuskat 1101 ja kiinnitysrengas 1104 voidaan pinnoittaa kullalla ja/tai varustaa muul- la sellaisella pinnoitteella tai pintakäsittelyllä, joka parantaa niiden kykyä muodostaa lämpöä johtava kytkentä niiden osien kanssa, joihin ne ovat kosketuk- sissa. Erityisesti kosketuspinta, joka muodostuu läm- mönsiirtoliuskojen 1101 niistä pinnoista, jotka ovat kehän sisään päin, on edullista tehdä melko kovaksi, jotta se ei naarmuuntuisi toistuvista liukuvista kos- ketuksista jäähdytettävän kappaleen kanssa.
Lämmönsiirtoliuskat 1101 voidaan valmistaa leikkaamalla sopivan paksuisesta materiaalilevystä kampamainen osa, jonka pituus vastaa kiinnitysrenkaan 1104 sisemmän reunan ympärysmittaa. Kampamaisen osan yhtenäinen reuna voidaan kiinnittää kiertämään kiinni- tysrenkaan 1104 sisempää reunaa käyttämällä sopivaa N metallien kiinnitysmenetelmää kuten hitsausta tail N juotosta.
S 30 Kuvan 11 suoritusmuodon mukaisen laitteen 2 jousiosuudessa on tukirengas 1103, joka on kiinnitetty = kiinnitysrenkaan 1104 päälle. Jousiosuuden jousiosat * ovat joukko jousiliuskoja 1102, jotka tukeutuvat tuki- % renkaan 1103 sisempään pintaan ja jotka on järjestetty S 35 kohdistamaan lämmönsiirtoliuskoihin 1101 se jousivoi- S ma, joka painaa niitä kohti lämmönsiirtoliuskoista 1101 muodostuvan kehän keskipistettä.
Jousiliuskat 1102 voivat olla irrallisia tai ne voivat muodostaa yhtenäisen, ympäri tukirenkaan 1103 sisempää pintaa jatkuvan jousiliuskanauhan, joka tukeutuu yhteen tai useampaan uraan tukirenkaan 1103 sisemmässä pinnassa.
Jousiliuskojen 1102 asemesta voi- daan käyttää kierrejousia kuten kuvien 9 ja 10 suori- tusmuodoissa tai jousirengasta kuten kuvan 7 suoritus- muodossa.
Jousiliuskat 1102 tai niiden tilalla käytet- tävät muut jousiosat on edullista valmistaa materiaa- lista, joka säilyttää kimmoisuutensa niissä matalissa lämpötiloissa, jotka ovat tavallisia kryostaatin käy- tössä.
Esimerkkejä tällaisista materiaaleista ovat mo- net jousiteräkset ja beryllium-kupariseokset.
Lämmönsiirtoliuskoja 1101 ja jousiliuskoja 1102 voi olla eri määrä.
Tällaisella ratkaisulla saa- vutetaan useita etuja.
Ensinnäkin sekä lämmönsiirto- liuskojen 1101 että jousiliuskojen 1102 mittasuhteet voidaan tällöin optimoida niiden erilaisen tehtävän (lämmön siirto / jousivoiman tuottaminen) mukaan: esi- merkkinä lämmönsiirtoliuskoja 1101 ei kannata tehdä kovin kapeiksi niiden pituuteen nähden, koska kapeassa liuskassa lämpöä siirtävää poikkipinta-alaa olisi vä- hemmän.
Toiseksi kun lämmönsiirtoliuskoja 1101 ja jou- siliuskoja on eri määrä, niiden pystysuuntaiset reunat eivät satu kohdakkain ainakaan kovin monessa kohdassa.
Tämä voi auttaa saamaan jokaisessa kohdassa vierekkäi- N set lämmönsiirtoliuskat 1101 painumaan mahdollisimman N tasaisella voimalla sitä kappaletta vasten, jota on S 30 tarkoitus jäähdyttää.
Kolmantena etuna voidaan mainita 2 se, että kun lukumäärä ei ole niin tärkeä, että osat z täytyisi valmistaa alusta alkaen erityisesti tätä var- > ten, voidaan edullisimmassa tapauksessa käyttää osia, % joiden saatavuutta helpottaa niiden käyttö muissakin S 35 yhteyksissä.
S Edellä selostettujen osien lisäksi kuvan 11 suoritusmuodon mukaisessa laitteessa on ylempi kiinni-
tysrengas 1105, joka on kiinnitetty tukirenkaan 1103 päälle ja joka on järjestetty tukemaan kunkin maini- tuista lämmönsiirtoliuskoista 1101 vapaa pää asentoon, joka on kauempana lämmönsiirtoliuskojen 1101 muodosta- man kehän keskilinjasta kuin lämmönsiirtoliuskojen keskikohta (R2 > RI kuvassa 11). Yhdessä jousiliusko- jen 1102 kanssa ylempi kiinnitysrengas 1105 siis var- mistaa, että kukin lämmönsiirtoliuska 1101 on taivu- tettuna kaarelle niin, että kryostaatin sisällä liiku- tettava kappale on helppo liikuttaa lämmönsiirtolius- kojen 1101 muodostaman kehän keskelle kummasta suun- nasta tahansa. Ylempää kiinnitysrengasta 1105 ei tar- vita, jos liikutettavassa Kappaleessa on riittävän kartiomaiset muodot lämmönsiirtoliuskoista 1101 muo- dostuvan kehän avaamiseksi ja/tai kunkin lämmönsiirto- liuskan 1101 vapaa pää saadaan mulla tavoin pidettynä taivutettuna riittävän paljon poispäin kehän keskilin- jasta.
Kiinnityspultit 1106 kulkevat kuvan 11 esit- tämässä suoritusmuodossa kiinnitysrenkaan 1104, tuki- renkaan 1103 ja ylemmän kiinnitysrenkaan 1106 läpi. Tämä ei sinänsä ole välttämätöntä, vaan kukin rengas voidaan kiinnittää sen alla olevaan rakenteeseen omil- la, renkaiden 1104 and 1103 tapauksessa uppokantaisil- la pulteillaan tai muulla sopivalla tavalla. Yleisesti ottaen voidaan todeta, että aina kun kryostaatin sisällä liikutettava kappale liukuu N kosketuksissa jonkin toisen osan (kuten sen jäähdyttä- N miseen käytettävän laitteen kosketuspinnan) kanssa, S 30 toisiaan koskettavat pinnat voivat naarmuuntua ja ku- 2 lua. Tämä ilmiö toistuu oleellisesti saman tyyppisenä z riippumatta siitä, mikä on jäähdyttämiseen käytettävän > laitteen tekninen toteutus, joskin eri toteutuksissa % naarmuuntumisen ja kulumisen määrä voi toki vaihdella. S 35 Kaikki naarmuuntuminen ja kuluminen on ei-toivottua, S koska se voi heikentää lämmön johtumista jäähdytettä-
vän kappaleen ja sen jäähdyttämiseen käytettävän lait- teen kosketuspinnan välillä.
Erityisen suotavaa olisi, että se lämpöä joh- tava kytkentä, jonka välityksellä näytettä jäähdyte- tään kaikkein matalimpiin lämpötiloihin kohdealueella, olisi mahdollisimman hyvä.
Jos kuitenkin sama lämpöä johtavan kytkemisen tapa on käytössä myös niissä koh- dissa, joissa näytettä (tai yleensä: näytteen pidintä) esijäähdytetään ennen sen saapumista kohdealueelle, niissä voi aiheutua juuri sitä naarmuuntumista ja ku- lumista, jota haluttaisiin välttää.
Eräänä tavoitteena on siis esittää järjeste- ly, jolla voitaisiin varmistaa mahdollisimman hyvä lämpöä johtava kytkentä kryostaatin sisällä liikutet- tavan kappaleen jäähdyttämiseksi kohdealueella siitä huolimatta, että sitä voidaan myös esijäähdyttää kryostaatin muissa osissa ennen sen saapumista kohde- alueelle.
Tämä tavoite saavutetaan siten, että kun kryostaatin sisällä liikutettava kappale on saapunut kohdealueelle, sen ja jäähdyttävän rakenteen välille muodostetaan erilainen lämpöä johtava kytkentä kuin se, jota käytettiin liikutettavan kappaleen esijääh- dyttämiseen.
Kuva 12 esittää esimerkkiä järjestelystä kryostaatin sisällä liikutettavan kappaleen jäähdyttä- miseksi.
Järjestelyssä on ensimmäinen jäähdyttävä ra- N kenne (tässä: laippa 108) ja siihen kiinnitettynä en- N simmäinen laite 1201, joka on tässä esitetty oleelli- S 30 sesti samanlaisena kuin kuvassa 11 mutta joka voi olla 2 minkä tahansa edellä kuvatun suoritusmuodon mukainen z laite.
Järjestelyssä on toinen jäähdyttävä rakenne * (tässä: laippa 111) ja siihen kiinnitettynä toinen % laite 1202. Sekin on tässä esitetty oleellisesti sa- S 35 manlaisena kuin kuvassa 11, mutta myös toinen laite S 1202 voi olla minkä tahansa edellä esitetyn suoritus-
muodon mukainen.
Ensimmäisessä jäähdyttävässä raken-
teessa eli laipassa 108 on aukko 1203, joka on saman- keskinen ensimmäisen laitteen 1201 ja toisen laitteen 1202 kanssa.
Erityistä kuvan 12 mukaisessa järjestelyssä on se, että ensimmäinen laite 1201 ja toinen laite 1202 eivät ole aivan saman kokoisia. Ensimmäisessä laitteessa 1201 laitteen kosketuspinta muodostaa ke- hän, jolla on ensimmäinen halkaisija. Toisessa lait- teessa 1202 laitteen kosketuspinta muodostaa kehän, jolla on toinen halkaisija. Tämä toinen halkaisija on pienempi kuin ensimmäinen halkaisija. Erään suoritus- muodon mukaan toinen jäähdyttävä rakenne 111 muodostaa kohdealueen, johon kryostaatissa jäähdytettävä kappale on tarkoitus kiinnittää. Tällöin siis kehän muotoinen kosketuspinta siinä laitteessa, joka on kohdealueella, on halkaisijaltaan pienempi kuin siinä tai niissä laitteissa, jota tai joita käytetään kappaleen esijäähdyttämiseen ennen sen saapumista kohdealueelle. Kuvassa 12 on esitetty kryostaatin sisällä liikutettava kappale, joka tässä tapauksessa on näyt- teen pidin 1204. Tarkalleen ottaen näytteen pidin 1204 muodostaa vain osan kryostaatin sisällä liikutettavas- ta kappaleesta, koska sen mukana liikkuvat tässä esi- merkissä näytteen pitimeen 1204 kiinnitetty näyte 1205 sekä siirtovarsi 1206. Näytteen pitimessä 1204 on en- simmäinen osuus 1207, joka on halkaisijaltaan yhteen- sopiva mainitun ensimmäisen halkaisijan eli ensimmäi- N sen laitteen 1201 kosketuspinnan halkaisijan kanssa. N Lisäksi näytteen pitimessä 1204 on toinen osuus 1208, S 30 joka on halkaisijaltaan yhteensopiva mainitun toisen 2 halkaisijan eli toisen laitteen 1202 kosketuspinnan z halkaisijan kanssa. * Näytteen pitimessä 1204 olevan osuuden hal- % kaisijan ja sitä vastaavan, jäähdyttämiseen käytettä- S 35 vän laitteen kosketuspinnan halkaisijan yhteensopi- S vuutta havainnollistaa vertailu, jossa verrataan en- simmäistä laitetta 1201 toiseen laitteeseen 1202 kuvan
12 esittämässä tilanteessa. Näytteen pidin 1204 on siinä kohdassa, jossa sen jäähdyttämiseen käytetään ensimmäistä laitetta 1201. Näytteen pitimen 1204 suu- rempihalkaisijainen osuus 1207 on painuneena ensimmäi- sen laitteen 1201 kosketuspintaa vasten. Aiemmin se- lostetun periaatteen mukaisesti tämä tarkoittaa, että ensimmäisessä laitteessa 1201 olevat lämmönsiirtolius- kat ovat painuneet ulospäin siitä ns. lepoasennosta, jossa ne olisivat, jos näytteen pidin 1204 ei olisi niiden kohdalla. Näytteen pitimen 1201 ensimmäisen osuuden 1207 halkaisija ei siis ole yhtä suuri kuin ensimmäisen laitteen 1201 kosketuspinnan pienin hal- kaisija lepoasennossa vaan hiukan suurempi —- kuitenkin vain sen verran suurempi, että näytteen pidin 1201 mahtuu kulkemaan ensimmäisen laitteen läpi, kun se painaa lämmönsiirtokielekkeitä ulospäin kuvassa 12 esitetyllä tavalla.
Lämmön siirtymisen kannalta tärkeitä suureita ovat voima, jolla lämpöä johtavat pinnat painuvat toi- siinsa, mutta myös se pinta-ala, jonka välityksellä ne koskevat toisiinsa. Kuva 12 esittää, miten ensimmäisen laitteen 1201 lämmönsiirtoliuskat ovat painuneet asen- toon, jossa suuri osa kunkin lämmönsiirtoliuskan pi- tuudesta on kosketuksissa näytteen pitimen suurempi- halkaisijaisen osuuden 1207 kanssa. Tällainen toiminta voidaan saavuttaa mitoittamalla rakenteet huolellises- ti. Apuna voidaan käyttää mekaanista simulaatiota, jo- N ka simuloi lämmönsiirtoliuskojen ja niitä painavien N jousiliuskojen muodonmuutoksia sellaisen voiman vaiku- S 30 tuksesta, joka painaa niitä ulospäin. 2 Vastaavalla tavalla näytteen pitimen 1201 z toisen osuuden 1208 halkaisija ei ole yhtä suuri kuin * toisen laitteen 1202 kosketuspinnan pienin halkaisija % lepoasennossa vaan hiukan suurempi. Tätä havainnollis- S 35 tavat kuvassa 12 pystysuorat katkoviivat 1209 ja 1210, S jotka on piirretty toisen osuuden 1208 alareunasta kohti toisen laitteen 1202 lämmönsiirtoliuskoja. Jos näytteen pidin liikutettaisiin kuvassa 12 esitetystä asennosta niin paljon alaspäin, että toinen osuus 1208 asettuisi toisen laitteen 1202 kohdalle, toisen lait- teen 1202 lämmönsiirtoliuskat asettuisivat samanlai- seen asentoon Kuin jossa ensimmäisen laitteen 1201 lämmönsiirtoliuskat ovat kuvassa 12. Ensimmäisen lait- teen 1201 lämmönsiirtoliuskat luonnollisesti palautui- sivat lepoasentoonsa ensimmäiseen osaan 1201 kuuluvien jousiliuskojen painamina heti, kun näytteen pitimen 1204 ensimmäinen osuus 1207 olisi poistunut niiden kohdalta.
Jäähdyttävässä rakenteessa 108 oleva aukko 1203 on halkaisijaltaan suurempi kuin näytteen pitimen 1204 kummankaan osuuden 1207 tai 1208 halkaisija. Tämä edellytys tulee siitä, että näytteen pitimen 1204 ei ole tarkoitus osua aukon 1203 reunoihin missään vai- heessa vaan ainoastaan kulkea sujuvasti sen läpi. Näytteen pidin 1204 etenee kohdealueelle toi- nen osuus 1208 edellä. Jotta edellä selostettu toimin- ta olisi mahdollista, toisen osuuden 1208 on siis ol- tava näytteen pitimen 1204 siinä osassa, joka on en- simmäiseen osuuteen 1207 nähden samassa suunnassa kuin mitä kohdealue (tai yleisesti ottaen: toinen jäähdyt- tävä rakenne 111) on ensimmäiseen jäähdyttävään raken- teeseen 108 nähden. Kohdealueelle saavuttaessa toinen osuus 1208 ei ole koskettanut vielä mihinkään aiempaan osaan eikä varsinkaan liukunut mitään aiempaa koske- N tuspintaa pitkin, joten se on täysin naarmuton ja ku- N lumaton. Vaikka jokainen näytteen vaihto luonnollises- S 30 ti aiheuttaa kaksi liukuvaa liikettä toisen osuuden 2 1208 ja toisen laitteen 1202 kosketuspinnan välillä z (yhden kohdealueelle tuotaessa, toisen sieltä irrotet- * taessa), näitä liukuvia liikkeitä kertyy kuitenkin yh- % teensä oleellisesti vähemmän kuin jos näytteen pitimen S 35 sama osuus liukuisi myös kaikkia esijäähdyttäviä kos- S ketuspintoja vasten sekä mennessä että tullessa.
Kun verrataan tässä esitettyjen suoritusmuo- tojen mukaista laitetta esimerkiksi tekniikan tason mukaiseen järjestelyyn, joka on esitetty kuvissa 4 ja 5, eräs merkittävä tekijä on lämpöä johtava poikkipin- ta-ala.
Tekniikan tason mukaisessa järjestelyssä jou- set 402 olivat tyypillisesti beryllium-kupariseosta, joka oli pinnoitettu kullalla.
Beryllium-kupariseoksen lämmönjohtokyky kryogeenisissa lämpötiloissa on niin huono, että lämpöä näytteen pitimestä 115 laippaan 105 johti lähes pelkästään jousien kultapinnoite.
Sen pak- suus oli tyypillisesti vain joitain mikrometrejä, kun kuvien 7 ja 9-12 kuvien mukaisissa laitteissa lämmön- siirto-osat voivat olla umpinaista, hyvin lämpöä joh- tavaa kuparia ja liuskamaisissakin suoritusmuodoissa paksuudeltaan esimerkiksi puolesta yhteen millimet- riin.
On selvää, että lämpöä johtava poikkipinta-ala muodostuu tällöin jopa satoja kertoja suuremmaksi kuin tekniikan tason mukaisessa ratkaisussa.
Tässä esitetyissä suoritusmuodoissa on useita sellaisia edullisia piirteitä, jotka liittyvät lämpöä johtavan kytkennän tekemiseen näytteen pitimen tai muun kryostaatin sisällä liikutettavan kappaleen si- vuilta.
Yksi niistä on tunteettomuus niille ulottu- vuuksien muutoksille, jotka aiheutuvat lämpötilan vaihtelusta.
Kun esimerkiksi siirtovarsi kylmetessään lyhenee, se liikuttaa näytteen pidintä samassa suun- nassa, jossa näytteen pidin muutenkin liikkuisi.
Tämä N ei merkittävästi muuta lämpöä johtavan kytkennän luon- N netta eikä osien välistä mekaanista yhteensopivuutta S 30 edellä esitetyissä suoritusmuodoissa.
Toinen etu on 2 se, että näytteen pitimeen voidaan järjestää melko z laaja, oleellisesti tasainen pinta (alapinta kuvassa * 12), joka on kokonaan käytettävissä muuhun tarkoituk- % seen kuin lämpöä johtavien kytkentöjen tekemiseen.
Ky- S 35 seiseen pintaan voidaan sijoittaa esimerkiksi elektro- S nisten signaalien siirtämiseen tarkoitettuja liitti-
miä, jotka painuvat kohdealueella oleviin vastakappa- leisiin, kun näytteen pidin saapuu kohdealueelle. Edellä esitettyjä esimerkinomaisia suoritus- muotoja ei ole tarkoitettu rajoittaviksi, vaan lait- teen ja järjestelyn monet piirteet on mahdollista to- teuttaa myös muilla tavoin. Esimerkiksi mikään ei edellytä, että sen enempää laite kuin näytteen pidin- kään olisivat pyörähdyssymmetrisiä. Samaa, edellä se- lostettua periaatetta voidaan hyvin käyttää esimerkik- si sellaisessa järjestelyssä, jossa näytteen pidin ja siirtoväylän aukot ovat soikeita, nelikulmaisia tai jonkin muun monikulmion muotoisia. Sellaisessa järjes- telyssä laite lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi ei siis muodostaisi pyörähdyssymmetristä kosketuspintaa, vaan kosketuspinta voisi muodostua esimerkiksi neli- kulmaisen aukon kullakin neljällä sivulla suorassa ri- vissä olevien Jlämmönsiirto-osien niistä pinnoista, jotka ovat aukon puolella. Toinen esimerkki laajentu- misesta muuhunkin kuin vain edellä esiteltyihin suori- tusmuotoihin on se, ettei kryostaatin sisällä liiku- tettavan kappaleen ole aina oltava näytteen pidin. Sa- maa periaatetta käyttäen voidaan rakentaa esimerkiksi lämpökytkin eli ohjattava väline lämmön johtumisen säätelemiseksi kryostaatin kahden osan välillä. Liiku- tettava kappale voi olla lämpöä johtavassa yhteydessä ensimmäiseen osaan ja jonkin edellä käsitellyn suori- tusmuodon mukainen laite voi olla kiinni toisessa N osassa. Jotakin kryostaatin ulkopuolelta ohjattavaa N mekanismia käyttäen voidaan liikuttaa liikutettava S 30 kappale valinnan mukaan joko kosketuksiin laitteen 2 kosketuspinnan kanssa tai irti siitä. Tällöin siis va- z litaan, ovatko kyseiset kryostaatin kaksi osaa lämpöä * johtavassa yhteydessä keskenään vai eivät. s S 35
Claims (15)
1. Laite lämpöä johtavan kytkennän tekemisek- si kryostaatin sisällä liikutettavan kappaleen (601) jäähdytystä varten, jossa laitteessa on: - lämmönsiirto-osuus (602), joka muodostaa kosketus- pinnan mainittua kappaletta (601) varten ja - välineet lämmönsiirto-osuuden (602) kiinnittämiseksi jäähdyttävään rakenteeseen (105, 107, 111, 604) niin, että mainittu kosketuspinta jää vapaaksi, tunnettu siitä, että laitteessa on: - jousiosuus (605), joka on mainitusta lämmönsiirto- osuudesta (602) erillinen ja joka on järjestetty koh- distamaan lämmönsiirto-osuuteen (602) jousivoima (606), joka painaa mainittua kosketuspintaa siihen suuntaan, jossa se on tarkoitettu koskettamaan mainit- tua kappaletta (601).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun- nettu siitä, että lämmönsiirto-osuudessa (602) on useita kehän muotoon asetettuja lämmönsiirto-osia (701, 901, 1101), jolloin mainittu kosketuspinta muo- dostuu lämmönsiirto-osien (701, 901, 1101) niistä pin- noista, jotka ovat kehän sisään päin.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tun- nettu siitä, että mainitussa jousiosuudessa (605) on yksi tai useampia jousiosia (704, 903, 1102), joka on N tai jotka ovat mainittujen kehän muotoon asetettujen N lämmönsiirto-osien (701, 901, 1101) ulkopuolella ja S joka painaa tai jotka painavat lämmönsiirto-osia (701, 2 901, 1101) kohti kehän keskipistettä.
I E 30 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mu- © kainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet D (607, 904, 905, 1001, 1103, 1106) mainitun jousiosuu- O den (605) tukemiseksi mainittuun jäähdyttävään raken- teeseen (105, 107, 111, 604).
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mu- kainen laite, tunnettu siitä, että mainitussa lämmön- siirto-osuudessa (602) on: — kiinnitysrengas (1104), jolla on sisempi reuna, ja - joukko lämmönsiirtoliuskoja (1101), jotka kiinnitty- vät yhdestä päästään kiinnitysrenkaan (1104) sisempään reunaan ja joiden toinen, vapaa pää suuntautuu suun- taan, joka on oleellisesti kiinnitysrenkaan (1104) määräämää tasoa vastaan kohtisuorassa.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tun- nettu siitä, että mainitussa jousiosuudessa (605) on: - tukirengas (1103), joka on kiinnitetty mainitun kiinnitysrenkaan (1104) päälle ja jolla on sisempi pinta ja - joukko jousiliuskoja (1102), jotka tukeutuvat maini- tun tukirenkaan (1103) sisempään pintaan ja jotka on järjestetty kohdistamaan mainittuihin lämmönsiirto- liuskoihin (1101) mainittu jousivoima (606).
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tun- nettu siitä, että mainitut jousiliuskat (1102) muodos- tavat yhtenäisen, ympäri mainitun tukirenkaan (1103) sisempää pintaa jatkuvan jousiliuskanauhan, joka tu- keutuu yhteen tai useampaan uraan mainitun tukirenkaan (1103) sisemmässä pinnassa.
8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen lai- N te, tunnettu siitä, että siinä on lisäksi ylempi kiin- N nitysrengas (1105), joka on kiinnitetty mainitun tuki- S renkaan (1103) päälle ja joka on järjestetty tukemaan 2 kunkin mainituista lämmönsiirtoliuskoista (1101) vapaa z 30 pää asentoon, joka on kauempana lämmönsiirtoliuskojen * (1101) muodostaman kehän keskilinjasta kuin lämmön- > siirtoliuskojen (1101) keskikohta.
LO
N o
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mu- kainen laite, tunnettu siitä, että mainittu lämmön-
siirto-osuus (602) on valmistettu kuparista tai hope- asta.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuparista tai hopeasta valmistet- tu lämmönsiirto-osuus (602) on pinnoitettu kullalla.
11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mu- kainen laite, tunnettu siitä, että mainittu jousiosuus (605) on valmistettu beryllium-kupariseoksesta.
12. Järjestely kryostaatin sisällä liikutet- tavan kappaleen jäähdyttämiseksi, tunnettu siitä, että siinä on jäähdyttävä rakenne (105, 107, 108, 111) ja siihen kiinnitettynä laite (1201, 1202), joka on jon- kin edellisen patenttivaatimuksen mukainen.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen järjeste- ly, tunnettu siitä, että: - järjestelyssä on ensimmäinen jäähdyttävä rakenne (108) ja siihen kiinnitettynä ensimmäinen laite (1201), joka on jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukai- nen, - järjestelyssä on toinen jäähdyttävä rakenne (111) ja siihen kiinnitettynä toinen laite (1202), joka on jon- kin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen, - ensimmäisessä jäähdyttävässä rakenteessa (108) on aukko (1203), joka on samankeskinen mainittujen ensim- = 25 mäisen ja toisen laitteen (1201, 1202) kanssa, a - mainitussa ensimmäisessä laitteessa (1201) laitteen x kosketuspinta muodostaa kehän, jolla on ensimmäinen 2 halkaisija, r - mainitussa toisessa laitteessa (1202) laitteen kos- E 30 ketuspinta muodostaa kehän, jolla on toinen halkaisi- © ja, joka on pienempi kuin ensimmäinen halkaisija ja D - mainitun aukon (1203) halkaisija on suurempi kuin O mainitut ensimmäinen ja toinen halkaisija.
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjeste- ly, tunnettu siitä, että mainittu toinen jäähdyttävä rakenne (111) muodostaa kohdealueen kryostaatissa jäähdytettävän kappaleen kiinnittämistä varten.
15. Jonkin patenttivaatimuksen 13-14 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että: - järjestelyssä on näytteen pidin (1204), joka muodos- taa ainakin osan mainitusta kryostaatin sisällä liiku- tettavasta kappaleesta, - näytteen pitimessä on ensimmäinen osuus (1207), joka on halkaisijaltaan yhteensopiva mainitun ensimmäisen halkaisijan kanssa, - näytteen pitimessä on toinen osuus (1208), joka on halkaisijaltaan yhteensopiva mainitun toisen halkaisi- jan kanssa ja - mainittu toinen osuus (1208) on näytteen pitimen (1204) siinä osassa, joka on ensimmäiseen osuuteen (1207) nähden samassa suunnassa kuin mitä mainittu toinen jäähdyttävä rakenne (111) on mainittuun ensim- mäiseen jäähdyttävään rakenteeseen (108) nähden.
N
O
N < ? o
O
I jami a © +
LO
O
N
O
N
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20205481A FI129268B (fi) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi |
| CA3183158A CA3183158A1 (en) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | Device and method for providing a thermally conductive coupling |
| CN202180061300.9A CN116134263A (zh) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | 用于提供导热耦合的设备和方法 |
| US17/998,627 US12013170B2 (en) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | Device and method for providing a thermally conductive coupling |
| KR1020227043514A KR20230034212A (ko) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | 열 전도성 결합을 제공하기 위한 장치 및 방법 |
| PCT/FI2021/050347 WO2021229149A1 (en) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | Device and method for providing a thermally conductive coupling |
| JP2022569271A JP2023525169A (ja) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | 熱伝導性結合を提供する装置及び方法 |
| EP24179848.7A EP4403849A3 (en) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | Cryostat |
| EP21726952.1A EP4150272B1 (en) | 2020-05-13 | 2021-05-11 | Cryostat |
| US18/658,619 US20240288214A1 (en) | 2020-05-13 | 2024-05-08 | Device and method for providing a thermally conductive coupling |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20205481A FI129268B (fi) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20205481A1 FI20205481A1 (fi) | 2021-10-29 |
| FI129268B true FI129268B (fi) | 2021-10-29 |
Family
ID=76034645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20205481A FI129268B (fi) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US12013170B2 (fi) |
| EP (2) | EP4403849A3 (fi) |
| JP (1) | JP2023525169A (fi) |
| KR (1) | KR20230034212A (fi) |
| CN (1) | CN116134263A (fi) |
| CA (1) | CA3183158A1 (fi) |
| FI (1) | FI129268B (fi) |
| WO (1) | WO2021229149A1 (fi) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI129268B (fi) | 2020-05-13 | 2021-10-29 | Bluefors Oy | Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3306075A (en) | 1965-10-04 | 1967-02-28 | Hughes Aircraft Co | Thermal coupling structure for cryogenic refrigeration |
| US4344302A (en) | 1981-06-08 | 1982-08-17 | Hughes Aircraft Company | Thermal coupling structure for cryogenic refrigeration |
| US4707726A (en) * | 1985-04-29 | 1987-11-17 | United Technologies Automotive, Inc. | Heat sink mounting arrangement for a semiconductor |
| DE9014091U1 (de) | 1990-10-10 | 1992-02-13 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Federelement für eine Baugruppe eines elektronischen Steuergerätes |
| JPH09287837A (ja) | 1996-04-19 | 1997-11-04 | Kobe Steel Ltd | 極低温冷却装置 |
| US5730210A (en) * | 1997-02-24 | 1998-03-24 | Silicon Integrated Systems Corporation | Heat sink having an assembling device |
| JP3497440B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2004-02-16 | 大陽東洋酸素株式会社 | 低温機械的熱スイッチ |
| JP3580531B2 (ja) | 2000-04-20 | 2004-10-27 | 大陽東洋酸素株式会社 | 希釈冷凍機 |
| US6400565B1 (en) | 2000-04-21 | 2002-06-04 | Dell Products L.P. | Thermally conductive interface member |
| TWM317606U (en) * | 2007-01-31 | 2007-08-21 | Cooler Master Co Ltd | Easy-to-assemble-and-dismantle heat dissipation device |
| NL2001755C2 (nl) | 2008-07-03 | 2010-01-05 | Giorgio Frossati | Houder voor een tot een lage temperatuur in een vacuümruimte af te koelen preparaat en 3he-4he mengkoelmachine ingericht voor het opnemen van een dergelijke houder. |
| GB0904500D0 (en) | 2009-03-16 | 2009-04-29 | Oxford Instr Superconductivity | Cryofree cooling apparatus and method |
| GB2513151B (en) * | 2013-04-17 | 2015-05-20 | Siemens Plc | Improved thermal contact between cryogenic refrigerators and cooled components |
| GB2538084B (en) | 2015-05-06 | 2017-07-19 | Siemens Healthcare Ltd | Actuation arrangement |
| CN210074730U (zh) | 2019-08-28 | 2020-02-14 | 遂宁市运长机械设备制造有限公司 | 用于海底石油管道的电缆的夹持装置 |
| FI129268B (fi) | 2020-05-13 | 2021-10-29 | Bluefors Oy | Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi |
-
2020
- 2020-05-13 FI FI20205481A patent/FI129268B/fi active IP Right Review Request
-
2021
- 2021-05-11 KR KR1020227043514A patent/KR20230034212A/ko active Search and Examination
- 2021-05-11 EP EP24179848.7A patent/EP4403849A3/en active Pending
- 2021-05-11 JP JP2022569271A patent/JP2023525169A/ja active Pending
- 2021-05-11 EP EP21726952.1A patent/EP4150272B1/en active Active
- 2021-05-11 CN CN202180061300.9A patent/CN116134263A/zh active Pending
- 2021-05-11 WO PCT/FI2021/050347 patent/WO2021229149A1/en unknown
- 2021-05-11 CA CA3183158A patent/CA3183158A1/en active Pending
- 2021-05-11 US US17/998,627 patent/US12013170B2/en active Active
-
2024
- 2024-05-08 US US18/658,619 patent/US20240288214A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230175756A1 (en) | 2023-06-08 |
| US20240288214A1 (en) | 2024-08-29 |
| EP4150272A1 (en) | 2023-03-22 |
| KR20230034212A (ko) | 2023-03-09 |
| EP4150272B1 (en) | 2024-07-10 |
| CA3183158A1 (en) | 2021-11-18 |
| CN116134263A (zh) | 2023-05-16 |
| EP4403849A2 (en) | 2024-07-24 |
| JP2023525169A (ja) | 2023-06-14 |
| WO2021229149A1 (en) | 2021-11-18 |
| EP4403849A3 (en) | 2024-10-30 |
| EP4150272C0 (en) | 2024-07-10 |
| FI20205481A1 (fi) | 2021-10-29 |
| US12013170B2 (en) | 2024-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI129268B (fi) | Laite ja menetelmä lämpöä johtavan kytkennän tekemiseksi | |
| US10408384B2 (en) | Thermal contact between cryogenic refrigerators and cooled components | |
| JP4613025B2 (ja) | 磁気共鳴超伝導マグネット向けのパルス管クライオクーラ・システム | |
| US5355683A (en) | Cryogenic temperature control and tension/compression attachment stage for an electron microscope | |
| DE69120651T2 (de) | Drehanoden-Röntgenröhre | |
| KR970002680B1 (ko) | 회전양극형 x선관 | |
| DE3337195A1 (de) | Anordnung fuer ein bei niederen temperaturen betriebsfaehiges elektronisches bauelement | |
| US20180364279A1 (en) | Low profile edge clamp socket | |
| US20090193818A1 (en) | Apparatus for Improved Precooling of a Thermal Radiation Shield in a Cryostat | |
| JP2021516441A (ja) | 回動可能なステージ | |
| US3199934A (en) | Self lubricating composition | |
| CN215699391U (zh) | 一种用于变径弯管类零件焊接的装置 | |
| JP2015182717A (ja) | 宇宙環境試験装置 | |
| US4419867A (en) | Device for regulating a Joule-Thomson effect refrigerator | |
| US10340585B2 (en) | Low profile WiFi antenna with a toroidal pattern | |
| Marland et al. | Development and testing of advanced cryogenic thermal switch concepts | |
| CN101482220A (zh) | 适用两种制冷方式的星地兼容杜瓦 | |
| EP3734303B1 (en) | Cryogenic probe station with loading assembly | |
| CN113560807A (zh) | 一种用于变径弯管类零件焊接的装置及其使用方法 | |
| CN109259912B (zh) | 支架压握设备及支架压握装载方法 | |
| US20090019863A1 (en) | Suspension Assembly for Mechanically Retaining a First Article by Bracing it Against a Second Article | |
| JP3248759U (ja) | 冷却システム及び超伝導型磁気共鳴イメージング装置 | |
| JP7450406B2 (ja) | 極低温装置および熱スイッチ | |
| EP4243059A1 (en) | Arrangement for rotatable positioning of a substrate | |
| JPS6289305A (ja) | 超電導マグネツト |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 129268 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |
|
| MD | Opposition filed |
Opponent name: OXFORD INSTRUMENTS NANOTECHNOLOGY TOOLS LIMITED |