DE1918624B2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen tiefkuehlung von objekten - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen tiefkuehlung von objekten

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DE1918624B2 DE19691918624 DE1918624A DE1918624B2 DE 1918624 B2 DE1918624 B2 DE 1918624B2 DE 19691918624 DE19691918624 DE 19691918624 DE 1918624 A DE1918624 A DE 1918624A DE 1918624 B2 DE1918624 B2 DE 1918624B2
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Description

des durch das Verdampferelement hindurchtretenden Heliums auch bei höheren Drücken oberhalb des Heliumbades erreicht.
Es kann ferner günstig sein, daß das Heliumbad mit dem aus dem Verdampferelement austretenden Kaltgas in Wärmeaustausch steht Damit wird eine Abkühlung des Heliumbades unter Ausnutzung des Kälteinhalts des Kaltgases erreicht, was zu einem
Druckerniedrigung auf den jeweiligen Sollwert ab- io kann die Länge des Verdampferelementes größer sein
gesenkt wird. Das zu kühlende Objekt wird dabei im als 3 cm. Damit wird eine vollständige Verdampfung allgemeinen in die Badflüssigkeit eingetaucht. Es ist
auch eine Vorrichtung zur automatischen Nachfüllung
eines unter vermindertemDruck stehenden Helium(II)-Bades bekannt, bei der sich im Kryostaten zwei von- 15
einander getrennte Heliumbäder befinden, von denen
eines das Objekt kühlt (Arbeitsbad), während das
andere zur Nachfüllung dient. (Lit.: A. Eisner,
G. Hildebrandt, G. Klipping, Dechema-Mono-
graphie, Bd. 58 [1968], S. 9 bis 16). Eine solche Vor- 20 wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung beiträgt, richtung ermöglicht zwar die kontinuierliche Küh- Um eine gleichmäßige Kühlung des Objektes zu lung von Objekten auf Temperaturen im Bereich erreichen, kann es zweckmäßig sein, eine Objektunterhalb 2,17° K, ist jedoch technisch sehr auf- halterung zur Aufnahme des Objekts innerhalb des wendig, da zwei Flüssigkeitsbäder im Kryostaten be- Kältemittelkreislaufs in direktem wärmeleitendem nötigt werden und zwei Pumpen sowie zwei Regel- 25 Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Verdampferkreise erforderlich sind. Dementsprechend ist der Be- elementes anzuordnen.
trieb kompliziert, und es bestehen zahlreiche Stö- Für bestimmte Aufgabenstellungen kann es von rungsmöglichkeiten. Nutzen sein, wenn die Objekthalterung, die auch all-Es ist andererseits aus der Luft- und Raumfahrt- gemein als Kühlfläche für sonstige Anwendungstechnik bekannt, Badkryostaten zur Aufnahme flüssi- 30 zwecke in der Kryotechnik verwendbar ist, als im Beger Kältemittel mit einem das Kältemittel aufsaugen- reich der Wandfläche des umgebenden Vakuumden porösen Material mit großem Porenvolumen zu behälters eingesetzter bzw. aus dieser in den Gasfüllen, um das Kältemittel in einem bestimmten Teil raum des abgepumpten Kaltgases hineinragender Tiefdes Behälters zu fixieren. Derartige Vorrichtungen kühlteil vorzugsweise aus gut wärmeleitfähigem ermöglichen die Abkühlung eines Objektes auf die 35 Werkstoff, z. B. aus Kupfer, gebildet ist. Die Objekt-Siedetemperatur des Kältemittels — im Fall von halterung ist dabei vom Verdampferelement getrennt, flüssigem Helium also 4,2° K. Ferner sind Wärme- Das zu kühlende Objekt befindet sich dann zweckaustauscher für Verdampferkryostaten zur Erzeugung mäßig außerhalb des Kältemittelkreislaufs und ist von Temperaturen zwischen 4,2 bzw. 2,5° K und ohne Öffnung des Heliumteils im Kryostaten leicht Raumtemperatur bekannt, bei denen ein poröser 40 zugänglich. Es erscheint ferner vorteilhaft, wenn der Sintermetalleinsatz im Verdampfer verwendet wird, einen gut wärmeleitenden Tiefkühlteil aufnehmende der von flüssigem Helium durchströmt wird. Der Vakuumbehälter aus einem schlecht wärmeleitenden poröse Sintermetalleinsatz hat eine große innere Material, vorzugsweise Edelstahl, besteht. Oberfläche und ist für Heliumgas sowie Helium I Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegen-(flüssiges Helium bei Temperaturen zwischen 4,2 und 45 über bekannten Vorrichtungen zur Abkühlung von 2,17° K) unter allen Bedingungen durchlässig, so daß Proben auf Temperaturwerte unterhalb 2,17° K zahldas Kältemittel durch den Sintermetalleinsatz hin- reiche Vorzüge auf. Sie zeichnet sich durch einen eindurch angesaugt sowie durch ihn hindurchgesaugt fächeren Aufbau aus, da nur ein Heliumbad verwerden kann. wendet wird und eine Pumpe zur Einstellung der ge-Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, 50 wünschten Temperatur am Objekt ausreicht. Die eine gegenüber dem bisherigen Stand der Technik Temperatur des Heliumbades (bzw. der Druck über vereinfachte Vorrichtung zur kontinuierlichen Küh- dem Bad) braucht nicht konstant gehalten zu werden, lung von Objekten auf Temperaturen bis unterhalb sondern kann zwischen der normalen Siedetemperatur 2,170K unter Verwendung eines Heliumbades zu des Heliums (4,2° K) und tieferen Werten schwanken, schaffen. Das Kennzeichnende der Erfindung ist 55 ohne daß die Solltemperatur des Objekts davon be-
darin zu sehen, daß ein poröses Verdampferelement mit einer Porenweite kleiner als 10 ~4 cm mit einer seiner Stirnflächen die Bodenfläche eines Aufnahmebehälters für das Heliumbad bildet und daß die
einflußt wird. Ebenso sind Niveauschwankungen des Heliumbades ohne Einfluß auf die Objekttemperatur. Die Druck- bzw. Temperaturregelung ist dementsprechend mit einfacheren Mitteln durchführbar als bei
Länge des Verdampferelementes so bemessen ist, daß 60 bekannten Vorrichtungen. Insgesamt wird ein eineine vollständige Verdampfung des durch das Ver- facherer und sicherer Betrieb erreicht, als bei den
dampferelement zur äußeren Oberfläche hindurchtretenden flüssigen Heliums an dieser in einen umgebenden Vakuumraum hineinragenden Oberfläche des Verdampferelementes erfolgt.
Eine derartige Vorrichtung hat gegenüber den bekannten Kühlvorrichtungen mit Elementen aus porösen Materialien den Vorteil, daß erheblich tiefere
bisher üblichen Vorrichtungen. Ferner ist die Vorrichtung infolge des weniger aufwendigen Aufbaus einfacher und billiger herzustellen. 65 In den Figuren sind verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt; es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch die schematisch dargestellte Vorrichtung mit einer Objekthalterung im
3 4
Heliumkreislauf an der äußeren Oberfläche des Ver- Abgasstrom symbolisierenden Pfeile am oberen Ende
dampferelementes, des Hebers 16 angedeutet ist. Das aus dem Helium-
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Teilstück der Vor- bad 3 in den Vakuumraum 12 verdampfende Gas
richtung mit außerhalb des Heliumkreislaufs an einem wird über die Abgasleitung im Hebel 16, die eben-
Flächenelement des Vakuumbehälters angeordneter 5 falls an die nicht gezeichnete Vakuumpumpe ange-
Objekthalterung und schlossen ist, abgepumpt. Mit Hilfe eines Niveau-
F i g. 3 einen Schnitt durch dasselbe Teilstück der fühlers 18, der das Entspannungsventil 17 an dem
Vorrichtung, bei der ein Flächenelement des Vakuum- mit einem nicht gezeichneten Vorratsbehälter für
behälters als Kaltfläche zur Kondensation von Gasen flüssiges Helium in Verbindung stehenden Heber 16
ausgebildet ist. io steuert, wird das Heliumbad 3 in bekannter Weise
Wie Fig. 1 zeigt, ist das feinporige Verdampfer- nachgefüllt.
element 1 so in einen Aufnahmebehälter 2 für das Zur Aufnahme des zu kühlenden Objekts ist eine Heliumbad 3 eingesetzt, daß die obere Stirnfläche des Objekthalterung 19 vorgesehen, die an der äußeren Verdampferelementes 1 die Bodenfläche des Auf- Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 derart genahmebehälters 2 bildet. Der Aufnahmebehälter 2 ist 15 haltert ist, daß sich ein gut wärmeleitender Kontakt in seinem an das Verdampferelement 1 angrenzenden zwischen beiden Teilen ergibt. Je nach Art des Ma-Teil als Wärmetauscher 4 ausgebildet. terials, aus dem das Verdampferelement 1 besteht, Der Wärmetauscher 4 hat hier die Form eines kann die Verbindung mit der Objekthalterung 19 als Rippenrohres, dessen Rippen 5 mit auf dem Umfang Klebung, Lötung od. ä. ausgebildet sein. Das Objekt und horizontal gegeneinander versetzten Bohrungen 20 kann in die Objekthalterung 19 zur Erzeugung einer versehen sind. Er kann jedoch auch anders ausge- gut wärmeleitenden Verbindung, beispielsweise einbildet sein, beispielsweise als poröser Sintermetall- geschraubt, eingelötet oder eingeklebt werden, körper. In jedem Fall ist der Wärmetauscher 4 so an- Als Material für das feinporige Verdampfergeordnet, daß er von dem an der äußeren Ober- element 1 sind verschiedene Stoffe geeignet, wenn sie fläche 6 des Verdampferelementes 1 anfallenden Kalt- 25 eine Porengröße kleiner als 10 ~4 cm haben, beispielsgas durchströmt wird, so daß das Heliumbad 3 durch weise Aluminiumsilikat, Aluminiumoxid, Kohle, das Kaltgas abgekühlt wird. Glasfritten, Sinterkörper aus Metallen (z. B. Ni, Ag, Der Aufnahmebehälter 2 mit dem Verdampfer- Cu) od. ä. Die Bemessung der Länge des Verdampferelement 1 ist am Deckel 7 des Kryostaten aufgehängt elementes 1 hängt in erster Linie von dem im Auf- und von einem Vakuumbehälter 8 umgeben, der 30 nahmebehälter 2 maximal zu erwartenden Druckwert ebenfalls vom Kryostatdeckel 7 getragen wird. Am und den jeweils am Objekt einzustellenden Soll-Vakuumbehälter 8 ist ein Strahlungsschutzschild 9 temperaturen ab. Insbesondere bei Solltemperaturen angesetzt, welcher den überwiegenden Teil des nahe 2,17° K kann bei Überschreitung bestimmter Vakuumbehälters 8 umgibt und in üblicher Weise Druckwerte im Aufnahmebehälter 2 bei zu geringer durch Wärmeaustausch mit dem den Vakuumbehäl- 35 Länge des Verdampferelementes 1 ein unerwünschter ter 8 durchströmenden Kaltgas und Wärmeleitung Austritt von Flüssigkeit an der äußeren Oberfläche 6 auf eine Temperatur von etwa 100° K gekühlt wird. des Verdampferelementes erfolgen. Bei Längen des Gegebenenfalls können auch eine Mehrzahl analoger Verdampferelementes von mehr als 3 cm wird dies Strahlungsschutzschilde und andere herkömmliche mit Sicherheit vermieden.
Wärmeisolationen verwendet werden. Die Vorrich- 40 F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt aus F i g. 1 mit einer tung ist von dem äußeren Kryostatgehäuse 10 um- anderen Anordnung der Objekthalterung 19. Die geben, welches durch den Deckel 7 abgeschlossen Objekthalterung 19 ist hier als Tiefkühlten in die wird und über ein Verschlußventil 11 evakuierbar ist Bodenfläche des Vakuumbehälters 8 derart einge-(Isoliervakuum). setzt, daß er von dem an der äußeren Oberfläche 6 In den Kryostatdeckel 7 ist eine in den vom 45 des Verdampferelementes 1 verdampfenden kalten Vakuumbehälter 8 umschlossenen Vakuumraum 12 Gas angeströmt und damit auf die Solltemperatur abmündende Abgasleitung 13 mit einem vorzugsweise gekühlt wird. Die Objekthalterung 19 ist dabei aus einstell- und steuerbaren Druckregler 14 eingesetzt. einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Cu, An diese Abgasleitung ist eine nicht eingezeichnete aufgebaut, während der Vakuumbehälter 8 aus einem Vakuumpumpe angeschlossen, mittels derer der 50 schlecht wärmeleitenden Material, beispielsweise Druck innerhalb des Vakuumraumes 12 auf einem Edelstahl, besteht.
der Solltemperatur des Objekts entsprechenden nied- Bei dieser Ausführungsform wird der Strahlungs-
rigen Wert gehalten wird. Die Konstanthaltung des schutzschild 9 zweckmäßig vom Vakuumgehäuse
Druckes erfolgt dabei unter Verwendung bekannter abnehmbar ausgebildet. Dann ist das in die Objekt-Mittel durch Steuerung des Druckreglers 14 (in der 55 halterung 19 einzusetzende Objekt in einfachster
F i g. 1 durch eine Steuerleitung 15 angedeutet) mit Weise durch Abnehmen des Kryostatgehäuses 10 und
Hilfe eines Referenzdruckes, in Abhängigkeit von des Strahlungsschutzschildes 9 zugänglich. Die dem
der Temperatur des Objekts od. ä. Es können unter- Heliumkreislauf zugehörenden Teile der Vorrichtung
schiedliche Druckregler mit ausreichend hoher Emp- brauchen dabei nicht geöffnet zu werden, fmdlichkeit verwendet werden. 60 Fig. 3 zeigt ebenfalls in Form eines Ausschnitts
In den Kryostatdeckel 7 ist ferner über eine der ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs-
Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnete Dich- gemäßen Vorrichtung. Der den Boden des Vakuum-
tungsverschraubung ein herausnehmbarer Vakuum- behälters 8 bildende, vom Kaltgas aus dem Ver-
mantelheber 16 mit Entspannungsventil 17 eingesetzt. dampferelement 1 angeströmte Halteteil 20 (Cu) ist Der Vakuummantelheber 16 sollte in bekannter 65 hier als Kaltfläche zur Kondensation von Gasen, d. h.
Weise mit einem abgasgekühlten Strahlungsschutz als Kryopumpe ausgebildet. Dementsprechend ist der
versehen sein, was in der Figur durch die den ein- umgebende Strahlungsschutzschild 9 hier im Bereich
tretenden Flüssigkeitsstrom und den austretenden seiner Bodenfläche in bekannter Weise als ebenfalls
durch Wärmeleitung gekühltes Chevronsystem 21 ausgebildet, und als äußeres Kryostatgehäuse 10 dient beispielsweise ein größerer Rezipient, der mit Hilfe der Kryopumpe evakuiert wird.
Im Betireb wird das Heliumbad 3 über den Heber
16 aus dem nicht gezeichneten Vorratsbehälter gefüllt bzw. aufgefüllt, wobei das Entspannungsventil
17 von Hand oder zweckmäßiger automatisch mit Hilfe des Niveaufühlers 18 betätigt wird. Im Vakuumbehälter wird mit Hilfe der nicht eingezeichneten Vakuumpumpe und des Druckreglers 14 ein der Solltemperatur des Objekts entsprechender niedriger Druckwert (beispielsweise 8,6 mm Hg für T = 1,7° K) eingestellt und konstant gehalten. Das flüssige Helium aus dem Bad 3, über dem der Druck höher ist (gegebenenf alls Normaldruck) als der eingeregelte Druck im Vakuumraum 12, tritt nun durch das feinporige Verdampferelement hindurch und verdampft an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 vollständig. Infolge der Verdampfung tritt an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 eine Abkühlung ein, bis der dem eingestellten Druckwert im Vakuumbehälter 8 entsprechende Temperaturwert erreicht ist. Im Verdampferelement 1 bzw. dem in seinen Poren enthaltenen flüssigen Helium bildet sich also ein Temperaturgradient aus. Das an der äußeren Oberfläche 6 des Verdampferelementes 1 anfallende kalte Heliumgas durchströmt den Wärmetauscher 4 unter Kühlung des Heliumbades 3 und wird über die Abgasleitung 13 abgepumpt. Die eingestellte Solltemperatur kann beliebig lange konstant gehalten werden.
Da das Heliumbad 3 sehr klein gehalten werden kann (beispielsweise 10 bis 50 cm3), ist die Vorrichtung kein üblicher Badkryostat, sondern hat die Vorzüge eines He-Verdampferkryostaten. Bei Beendigung oder Unterbrechung des Betriebs treten nur minimale Kältemittelverluste auf, und eine Betriebsunterbrechung ist ohne den bei Badkryostaten durch die Verdampfung des Kältemittelbades bedingten Zeitverlust möglich. Es ergeben sich minimale Abkühlzeiten und ein minimaler Kältemittelverbrauch bei der Abkühlung, da keine Totvolumina abzukühlen sind. Der Kältemittelverbrauch im stationären Betrieb ist dementsprechend ebenfalls minimal. Ein kontinuierlicher Betrieb von beliebig langer Dauer ist infolge der einfachen, sicheren Arbeitsweise der Vorrichtung möglich.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Tiefkühlung von Objekten, vorzugsweise auf Temperaturwerte unter 2,17° K, unter Verwendung eines nachfüllbaren Heliumbades in einem Behälter, welcher teilweise mit einem porösen Material gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein poröses Verdampferelement (1) mit einer Porenweite kleiner als 10~4cm mit einer seiner Stirnflächen die Bodenfläche eines Aufnahmebehälters (2) für das Heliumbad (3) bildet und daß die Länge des Verdampferelementes (1) so bemessen ist, daß eine vollständige Verdampfung des durch das Verdampferelement (1) zur äußeren Oberfläche (6) hindurchtretenden flüssigen Heliums an dieser in einen umgebenden Vakuumraum (12) hineinragenden Oberfläche (6) des Verdampferelementes (1) erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Verdampferelementes (1) größer ist als 3 cm.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heliumbad (3) mit dem aus dem Verdampferelement (1) austretenden Kaltgas in Wärmeaustausch steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Objekthalterung (19) zur Aufnahme des Objekts innerhalb des Kältemittelkreislaufs in direktem wärmeleitendem Kontakt mit der äußeren Oberfläche (6) des Verdampferelementes (1) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekthalterung (19) als im Bereich der Wandfläche im Vakuumbehälter (8) angeordneter, in der Kaltgasströmung liegender Tiefkühlteil ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Wandfläche des Vakuumbehälters (8) eingesetzte Tiefkühlteil gegenüber dem Werkstoff der Wandteile des Vakuumbehälters (8) aus einem gut wärmeleitenden Material besteht.
45
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Priority Applications (22)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19661501291 DE1501291A1 (de) 1966-12-24 1966-12-24 Vorrichtung zur Nachfuellung eines Heliumbades bei Temperaturen bis unterhalb des ?-Punktes und Betriebsverfahren hierzu
NL6705948A NL6705948A (de) 1966-12-24 1967-04-27
GB46324/67A GB1183767A (en) 1966-12-24 1967-10-10 Apparatus and Method for the Continuous Cooling of Objects to Temperature Below 2.18 degree K in a Helium II Bath.
US679789A US3442091A (en) 1966-12-24 1967-11-01 Delivery of coolant to cryostats
FR1551304D FR1551304A (de) 1966-12-24 1967-12-20
DE19691913789 DE1913789B2 (de) 1966-12-24 1969-03-19 Vorrichtung zur Nachfullung eines He humbades bei Temperaturen bis unterhalb des lambda Punktes
DE19691913788 DE1913788A1 (de) 1966-12-24 1969-03-19 Vorrichtung zur Nachfuellung eines Heliumbades bei Temperaturen bis unterhalb des ?-Punktes
DE19691918624 DE1918624B2 (de) 1966-12-24 1969-04-12 Vorrichtung zur kontinuierlichen tiefkuehlung von objekten
CH1895969A CH498351A (de) 1966-12-24 1969-12-19 Vorrichtung zur kontinuierlichen Tiefkühlung von Objekten in einem Flüssigkeitsbad
CH1895869A CH499072A (de) 1966-12-24 1969-12-19 Vorrichtung zur kontinuierlichen Tiefkühlung von Objekten auf Temperaturen von 2,17 Grad K in einem Helium-II-Bad
CH1895769A CH499757A (de) 1966-12-24 1969-12-19 Vorrichtung zur kontinuierlichen Tiefkühlung von Objekten
NL6919393A NL6919393A (de) 1966-12-24 1969-12-24
NL7000508A NL7000508A (de) 1966-12-24 1970-01-14
NL7000576A NL7000576A (de) 1966-12-24 1970-01-15
GB1229767D GB1229767A (de) 1966-12-24 1970-02-26
GB948770A GB1312511A (en) 1966-12-24 1970-02-26 Apparatus for the continuous cooling of objects to temperatures below t2.18 k in a helium ii bath
US20163A US3620033A (en) 1966-12-24 1970-03-17 Cryostat device
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2071316A5 (de) * 1969-12-24 1971-09-17 Air Liquide
US3662566A (en) * 1970-02-09 1972-05-16 Varian Associates Cryostat having heat exchanging means in a vent tube
US3875435A (en) * 1974-04-01 1975-04-01 Nasa Heat operated cryogenic electrical generator
US3983714A (en) * 1975-07-24 1976-10-05 Nasa Cryostat system for temperatures on the order of 2°K or less
FR2349111A1 (fr) * 1976-04-22 1977-11-18 Anvar Cryostat portatif e helium 3
DE2806829C3 (de) * 1978-02-17 1984-09-20 Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V., 5000 Koeln Vorrichtung zur Tiefstkühlung von Objekten
US4445790A (en) * 1982-04-07 1984-05-01 United Technologies Corporation Apparatus for cryogenic proof testing of rotating parts
FR2530004A1 (fr) * 1982-07-07 1984-01-13 Air Liquide Dispositif de congelation de produits biologiques conditionnes en tubes, ampoules ou paillettes
JPS62200099A (ja) * 1986-02-27 1987-09-03 Mitsubishi Electric Corp 極低温液体供給システム
GB2226447B (en) * 1987-02-27 1990-10-31 Mitsubishi Electric Corp An infrared ray detector
JPH0766976B2 (ja) * 1987-02-27 1995-07-19 三菱電機株式会社 赤外線検知器
US5065087A (en) * 1988-10-04 1991-11-12 Sharp Kabushiki Kaisha Apparatus for observing a superconductive phenomenon in a superconductor
US5293750A (en) * 1991-11-27 1994-03-15 Osaka Gas Company Limited Control system for liquefied gas container
US5275007A (en) * 1992-07-14 1994-01-04 Minnesota Valley Engineering, Inc. Cryogenic dewar level sensor and flushing system
JPH0726784B2 (ja) * 1992-09-25 1995-03-29 岩谷産業株式会社 簡易液体窒素製造装置
US5557924A (en) * 1994-09-20 1996-09-24 Vacuum Barrier Corporation Controlled delivery of filtered cryogenic liquid
US6769262B1 (en) * 2003-02-13 2004-08-03 Babcock & Wilcox Canada Ltd. Chilling sleeve for expansion-fitting hollow cylinders
DE102005019413A1 (de) * 2005-04-25 2006-10-26 Messer Group Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllgas oder Füllgasgemisch
US7750328B2 (en) * 2006-10-27 2010-07-06 Draximage General Partnership Filling system for potentially hazardous materials
DE102008037300A1 (de) * 2008-08-11 2010-02-25 Robert Brockmann Herstellung eines Reingases, insbesondere für die Dichtheitsprüfung an einem druckbeaufschlagten Bauteil
CN111771090A (zh) * 2018-02-26 2020-10-13 国立大学法人东海国立大学机构 热交换器、制冷机和烧结体
US20220178497A1 (en) * 2019-02-07 2022-06-09 Universitat Zurich Cryostat for operation with liquid helium and method of operating the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1387162A (fr) * 1963-12-12 1965-01-29 Comp Generale Electricite Dispositif de stockage de gaz liquéfié
DE1501284B1 (de) * 1965-09-14 1970-01-15 Max Planck Gesellschaft Waermeaustauscher zur Ausnutzung des Kaelteinhalts tiefsiedender Fluessigkeiten
US3360947A (en) * 1966-04-27 1968-01-02 Atomic Energy Commission Usa Cryogenic phase separator
US3424230A (en) * 1966-12-19 1969-01-28 Andonian Associates Inc Cryogenic refrigeration device with temperature controlled diffuser

Also Published As

Publication number Publication date
FR2035082B2 (de) 1974-05-03
US3620033A (en) 1971-11-16
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FR2035083B2 (de) 1974-05-03
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DE1918624A1 (de) 1970-10-29
CH499072A (de) 1970-11-15
DE1913789A1 (de) 1970-09-24
FR2035083A2 (de) 1970-12-18
GB1229767A (de) 1971-04-28
DE1913789B2 (de) 1971-04-08
FR2038420B1 (de) 1973-10-19
GB1310766A (en) 1973-03-21

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