利用液氦操作的低温恒温器及其操作方法技术

本发明专利技术涉及一种利用液氦操作的低温恒温器，包括：主区域(4)和容纳液态氦‑4的浴(8)的罐区域(6)的主室(2)，用于通入液态氦‑4的主入口装置(12)和用于释放气态氦‑4的主出口装置(14)，主入口装置包括延伸到主区域中的输送管线(16)。该低温恒温器被配置为在连续供应液态氦‑4和降低的氦‑4压力下操作，由此气态氦‑4通过出口装置被泵出。所述主室包括布置在所述罐区域和所述主区域之间的挡板结构(18)，所述挡板结构限定了至少一个用于气态氦‑4的流动路径(20a、20b)，每个流动路径在所述罐区域和所述主区域之间形成迂回连接。该低温恒温器的操作方法包括冷却阶段，随后是稳定阶段。在冷却阶段，液体氦‑4从外部贮存器通过主入口装置供应到罐区域中，通过蒸发冷却罐区域，直到液体氦‑4的浴开始积聚在罐区域的底表面上。在稳定阶段，通过调节液态氦‑4的入口流量和/或调节通过主出口装置泵送气态氦‑4的速率，以及通过可选地受控加热，来维持液态氦‑4的浴温。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用液氦操作的低温恒温器及其操作方法
本专利技术主要涉及一种利用液氦操作的低温恒温器系统。
技术介绍
低温恒温器是指能够实现恒定低温环境的冷却装置。常见的低温恒温器包括干式和湿式低温恒温器。干式低温恒温器系统通过封闭气体压缩或利用珀耳帖原理(Peltierelement)实现。相比之下，湿式低温恒温器使用液体致冷剂实现，特别是氦气作为冷却介质。浴式和流动低温恒温器构成了湿低温的两种不同方式。流动低温恒温器通过使液体氦流过指形冷冻器来起作用。通过这种方式，低温恒温器可以维持低至3K的恒定温度。利用氦操作的浴低温恒温器通常设有外部液氮夹套以达到热屏蔽内部氦储存器的效果。通过连接到氦-4主储存器的可泵送1K罐，即可维持低至约1.5K的温度。增加一个1K罐可以使氦-3达到0.3K的问题。然而，现有的低温恒温器普遍存在一些缺点。流动型低温恒温器可达到的基底温度有限，并且氦消耗效率差。相比之下，浴式低温恒温器具有缓慢的冷却时间，但因需配制大的冷冻剂(诸如液氦和氮)储存器而体积庞大。而且，它们的操作需要内部冷针阀。有关低温恒温器技术的全面综述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用液氦操作的低温恒温器，包括：/n主室(2)，所述主室(2)具有用于容纳液态氦-4的浴(8)的主区域(4)和罐区域(6)，以及用于引入液态氦-4的主入口装置(12)和用于释放气态氦-4的主出口装置(14)，所述主入口装置包括延伸到所述主室中的输送管线(16)，其特征在于：/n-所述低温恒温器在连续供应液态氦-4下操作，/n-所述低温恒温器在降低氦-4压力情况下操作，由此气态氦-4通过出口装置被泵送出，/n-所述主室包括位于所述罐区域和所述主区域之间的挡板结构(18)，所述挡板结构限定了至少一个用于气态氦-4的流动路径(20a、20b)，并且/n-每个流动路径在罐区域和主区域之间形成迂...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190207 EP 19155977.21.一种利用液氦操作的低温恒温器，包括：
主室(2)，所述主室(2)具有用于容纳液态氦-4的浴(8)的主区域(4)和罐区域(6)，以及用于引入液态氦-4的主入口装置(12)和用于释放气态氦-4的主出口装置(14)，所述主入口装置包括延伸到所述主室中的输送管线(16)，其特征在于：
-所述低温恒温器在连续供应液态氦-4下操作，
-所述低温恒温器在降低氦-4压力情况下操作，由此气态氦-4通过出口装置被泵送出，
-所述主室包括位于所述罐区域和所述主区域之间的挡板结构(18)，所述挡板结构限定了至少一个用于气态氦-4的流动路径(20a、20b)，并且
-每个流动路径在罐区域和主区域之间形成迂回连接。


2.如权利要求1所述的低温恒温器，其特征在于，所述挡板结构(18)具有带有热交换面积(AH)的热交换区域。


3.如权利要求2所述的低温恒温器，其特征在于，所述罐区域中的热交换面积(AH)与平均液体/气体表面积(AS)的比率至少为1，优选地至少为2，更优选地至少为5，再优选地至少为10。


4.如权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器，其特征在于，所述挡板结构包括从所述罐区域通向所述主室的主区域的至少一个螺旋表面。


5.如权利要求1至4中任一项所述的低温恒温器，其特征在于，所述挡板结构(18)包括用于在其中容纳所述输送管线(16)的轴向通道。


6.如权利要求5所述的低温恒温器，其特征在于，所述轴向通道形成为与所述挡板结构(18)一体地连接的管状部分。


7.如权利要求1至6中任一项所述的低温恒温器，其特征在于，所述挡板结构和可选地所述主室，由3D打印技术制成。


8.如权利要求1至7中任一项所述的低温恒温器，其特征在于，还包括辐射防护屏，所述辐射防护屏基本上围绕所述主室的罐区域设置。


9.如权利要求8所述的低温恒温器，其特征在于，所述辐射防护屏通过与所述主室的外壁部分的热接触来冷却。


10.如权利要求1至9中任一项所述的低温恒温器，其特征在于，所述主室基本上是圆柱形的。


11.如权利要求1至10中任一项所述的低温恒温器，其特征在于，所述罐区域的外表面(10)设置有用于对外接触样品的主附件(17)。


12.如权利要求1至11中任一项所述的低温恒温器，其特征碍于，所述出口装置包括用于连接到氦气泵送设备的联接装置。


13.如权利要求1至12中任一项所述的低温恒温器，还包括用于与氦-3一起操作的次级室(32)，用于氦-3的次级入口装置(34)和用于氦-3的次级出口装置(36)。


14.如权利要求13所述的低温恒温器，其特征在于，所述低温恒温器需在所述次级室(32)中的减压氦-3压力下操作，以便气态氦-3通过所述次级出口装置(36)被泵送出去。


15.如权利要求12或14所述的低温恒温器，其特征在于，所述次级入口装置(36)包括管状输送管线(38)，所述管状输送管线(38)被设置为用于通过以...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·碧斯赛特，J·常，D·苏特，
申请(专利权)人：苏黎世大学，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH