集成式稀释制冷机的制作方法

背景技术：

1、稀释制冷机为依赖于3he和4he同位素的混合的热来提供冷却到大约2毫开尔文至1开尔文之间的温度的低温装置。经典的稀释制冷机(或“湿”式稀释制冷机)使用液氮和4he浴对3he/4he混合物进行预冷却，然后将3he/4he混合物进一步冷却到4开尔文以下。现代稀释制冷机(或“干”式稀释制冷机)使用装置(诸如低温冷却器)而不是低温液体浴来预冷却3he/4he的混合物。

技术实现思路

1、一些实施例涉及一种稀释制冷机，其包括多个热化板，所述多个热化板配置为被冷却到多个温度，其中：所述多个热化板中的第一热化板包括集成式热交换器，所述集成式热交换器包括形成在所述第一热化板中的通道，并且所述通道配置为在所述稀释制冷机的操作期间允许氦流过所述第一热化板。

2、在一些实施例中，所述集成式热交换器通过增材制造而形成。

3、在一些实施例中，所述第一热化板进一步包括可拆卸部分，所述可拆卸部分包括所述集成式热交换器。

4、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括可互换稀释插入件，所述可互换稀释插入件可拆卸地联接到所述第一热化板的所述可拆卸部分。

5、在一些实施例中，所述稀释插入件可拆卸地联接到：所述稀释制冷机的冷凝管线；以及所述多个热化板中的三个热化板。

6、在一些实施例中，所述稀释插入件包括蒸馏器，所述蒸馏器配置为通过从3he和4he的混合物蒸馏3he蒸气来执行冷却。

7、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括：实验容积(experimentalvolume)，所述实验容积热联接到所述多个热化板中的最冷热化板；蒸馏器，所述蒸馏器联接到比所述最冷热化板更暖的第二热化板，所述蒸馏器配置为通过从3he和4he的混合物蒸馏3he蒸气来执行冷却；以及连续热交换器，所述连续热交换器设置在所述第二热化板与所述最冷热化板之间。

8、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括至少一个热交换器，所述至少一个热交换器热联接到所述多个热化板中的热化板，其中，所述至少一个热交换器包括纳米材料。

9、在一些实施例中，所述纳米材料包括纳米线、纳米泡沫、纳米粒和/或纳米管中的至少一种。

10、在一些实施例中，所述纳米材料包括纳米线，所述纳米线包括铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铂纳米线、聚合物纳米线、碳纳米线和/或碳纤维纳米线中的一种或多种。

11、在一些实施例中，所述至少一个热交换器包括分立热交换器和/或设置在所述稀释制冷机的混合室中的热交换器中的一者。

12、在一些实施例中，稀释制冷机还包括：冷凝管线，所述冷凝管线配置为将氦输送到所述多个热化板中的最冷热化板；蒸馏器，所述蒸馏器沿着所述冷凝管线设置在所述最冷热化板之前；热交换器，所述热交换器沿着所述冷凝管线设置在所述蒸馏器与所述最冷热化板之间；以及热交换管线，所述热交换管线配置为将返回的氦混合物从所述热交换器传递到所述蒸馏器并降低在所述蒸馏器上方的位置处的所述冷凝管线中的氦混合物的温度。

13、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括焦耳-汤姆逊膨胀器，所述焦耳-汤姆逊膨胀器沿着所述冷凝管线设置在所述蒸馏器之前，其中：所述热交换管线配置为降低在所述焦耳-汤姆逊膨胀器之前的位置处的所述冷凝管线中的所述氦混合物的温度。

14、在一些实施例中，稀释制冷机还包括：冷凝管线，所述冷凝管线配置为将氦输送到所述多个热化板中的最冷热化板；以及高表面积材料，所述高表面积材料沿着所述冷凝管线设置并配置为在所述稀释制冷机的冷却循环期间引起所输送的氦吸附到所述高表面积材料。

15、在一些实施例中，所述高表面积材料的第一端通过第一热开关可切换地热联接到所述多个热化板中的较暖热化板，并且与所述高表面积材料的所述第一端相对的第二端通过第二热开关可切换地热联接到所述多个热化板中的较冷热化板。

16、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括至少一个加热器，所述至少一个加热器热联接到所述高表面积材料并配置为通过加热所述高表面积材料来引起：所吸附的氦从所述高表面积材料释放并通过在所述多个热化板中的较暖热化板与所述多个热化板中的较冷热化板之间移动而被冷却。

17、在一些实施例中，稀释制冷机还包括：第一阀，所述第一阀沿着所述冷凝管线设置在所述较暖热化板与所述高表面积材料之间；以及第二阀，所述第二阀沿着所述冷凝管线设置在所述高表面积材料与所述较冷热化板之间，其中：所述第一阀和所述第二阀配置为当所述第一阀关闭并且所述第二阀打开时，引起吸附到所述高表面积材料上的氦从所述较暖热化板输送到所述较冷热化板。

18、在一些实施例中，所述高表面积材料包括活性炭或金属粉末中的一种。

19、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括：冷凝管线，所述冷凝管线配置为将氦从氦入口输送到所述多个热化板中的最冷热化板；第一氦过滤器，所述第一氦过滤器沿着所述冷凝管线设置；第二氦过滤器，所述第二氦过滤器沿着所述冷凝管线与所述第一氦过滤器平行地设置；以及至少一个阀，所述至少一个阀配置为在所述第一氦过滤器与所述第二氦过滤器之间沿着所述冷凝管线切换氦流。

20、在一些实施例中，所述第一氦过滤器和/或所述第二氦过滤器包括炭捕集器。

21、在一些实施例中，所述稀释制冷机还包括：第一逆流热交换器，所述第一逆流热交换器设置在所述第一氦过滤器与所述氦入口之间；以及第二逆流热交换器，所述第二逆流热交换器设置在所述第二氦过滤器与所述氦入口之间。

22、在一些实施例中，稀释制冷机还包括：冷凝管线，所述冷凝管线配置为将氦输送到所述多个热化板中的最冷热化板；焦耳-汤姆逊膨胀器，所述焦耳-汤姆逊膨胀器沿着所述冷凝管线设置；以及旁路，所述旁路沿着所述冷凝管线与所述焦耳-汤姆逊膨胀器平行地设置，所述旁路配置为当所输送的氦具有高于阈值且低于300开尔文的温度时允许所输送的氦绕过所述焦耳-汤姆逊膨胀器。

23、在一些实施例中，所述旁路包括一种材料，所述材料配置为当所输送的氦具有高于所述阈值且低于300开尔文的温度时允许所输送的氦扩散通过所述材料。在一些实施例中，所述材料包括聚合物。

24、一些实施例涉及一种稀释制冷机，包括：第一热级，所述第一热级配置为被冷却到第一温度；第二热级，所述第二热级配置为被冷却到低于所述第一温度的第二温度；真空室，所述真空室容纳所述第一热级和所述第二热级；第一悬挂系统，所述第一悬挂系统配置为从所述真空室悬挂所述第一热级；以及第二悬挂系统，所述第二悬挂系统配置为独立于所述第一热级而从所述真空室悬挂所述第二热级。

25、在一些实施例中，所述第一悬挂系统包括杆，所述杆配置为将所述第一热级刚性地联接到所述真空室。

26、在一些实施例中，所述杆包括碳纤维或不锈钢。

27、在一些实施例中，所述第二悬挂系统包括一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧配置为将所述第二热级可移动地联接到所述真空室。

28、在一些实施例中，所述一个或多个弹簧包括配置为在不同负载下提供恒定张力的弹簧。

29、在一些实施例中，所述一个或多个弹簧包括：第一弹簧，所述第一弹簧配置为沿着第一轴线提供对所述第二热级的振动隔离；以及第二弹簧，所述第二弹簧配置为在垂直于所述第一轴线的平面中提供对所述第二热级的振动隔离。

30、在一些实施例中，所述第一弹簧包括板簧。

31、在一些实施例中，所述板簧包括不锈钢和/或弹簧钢。

32、在一些实施例中，所述板簧包括两个弹簧片，并且其中，所述板簧的张力基于所述两个弹簧片的长度来确定。

33、在一些实施例中，所述板簧包括两个弹簧片，并且其中，所述板簧的张力基于所述两个弹簧片的预张紧来确定。

34、在一些实施例中，所述第二弹簧包括软杆。

35、在一些实施例中，所述第一弹簧通过所述软杆联接到所述第二热级。

36、在一些实施例中，所述软杆包括聚合物。在一些实施例中，所述聚合物包括迭尔林(聚甲醛树酯)。

37、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括第三热级，所述第三热级配置为被冷却到所述第一温度与所述第二温度之间的第三温度，其中：所述第一悬挂系统进一步配置为从所述第一热级悬挂所述第三热级。

38、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括：第四热级，所述第四热级配置为被冷却到低于所述第二温度的第四温度；以及第三悬挂系统，所述第三悬挂系统配置为从所述第二热级悬挂所述第四热级。

39、在一些实施例中，所述第三悬挂系统包括杆，所述杆配置为将所述第四热级刚性地联接到所述第二热级。

40、在一些实施例中，所述第二悬挂系统包括一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧配置为将所述第二热级可移动地联接到所述真空室。

41、在一些实施例中，所述一个或多个弹簧包括：第一弹簧，所述第一弹簧配置为沿着第一轴线提供对所述第二热级的振动隔离；以及第二弹簧，所述第二弹簧配置为在垂直于所述第一轴线的平面中提供对所述第二热级的振动隔离。

42、在一些实施例中，所述第一悬挂系统包括杆，所述杆配置为将所述第一热级刚性地联接到所述真空室。

43、一些实施例涉及一种稀释制冷机，所述稀释制冷机包括：外真空室，所述外真空室包括至少一个基本上平坦的表面；以及开口，所述开口在所述至少一个基本上平坦的表面中，配置为提供通向所述外真空室的内部的通路。

44、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括样品级(sample stage)，所述样品级容纳在所述外真空室内，其中，所述开口配置为提供通过所述外真空室通向所述样品级的通路。

45、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括一个或多个辐射屏蔽件，所述一个或多个辐射屏蔽件容纳在所述外真空室内，并且其中，所述一个或多个辐射屏蔽件的靠近所述样品级的部分能滑动和/或能移除，以提供通向所述样品级的通路。

46、在一些实施例中，所述至少一个基本上平坦的表面包括设置在与支撑所述稀释制冷机的底板的平面垂直的平面内的第一表面。

47、在一些实施例中，所述至少一个基本上平坦的表面包括：第一表面，所述第一表面设置在与支撑所述稀释制冷机的底板的平面垂直的平面内；以及第二表面，所述第二表面设置在与所述底板的所述平面平行的平面内，其中，所述第一表面和所述第二表面布置为长方体。

48、在一些实施例中，所述开口包括气密开口。

49、在一些实施例中，所述开口包括铰接门。

50、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括一个或多个辐射屏蔽件，所述一个或多个辐射屏蔽件容纳在所述外真空室内，并且其中，所述一个或多个辐射屏蔽件的靠近所述铰接门的部分能滑动和/或能移除，以提供通向所述外真空室的内部的通路。

51、在一些实施例中，所述开口进一步包括加载锁(load lock)。

52、在一些实施例中，所述外真空室包括：第一区段；以及第二区段，所述第二区段从所述第一区段悬挂。

53、在一些实施例中，所述第一区段通过集成式夹具和/或凸轮联接到所述第二区段。

54、在一些实施例中，所述外真空室的所述第一区段和/或所述第二区段配置为从所述稀释制冷机至少部分地移除以提供通向所述外真空室的内部的通路。

55、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括外部系统，所述外部系统配置为升高和/或降低所述外真空室的所述第一区段和/或所述第二区段。

56、在一些实施例中，所述外部系统包括气动和/或液压装置，所述气动和/或液压装置配置为升高和/或降低所述第一区段和/或所述第二区段。

57、在一些实施例中，所述外部系统包括螺旋机构，所述螺旋机构配置为升高和/或降低所述第一区段和/或所述第二区段。

58、在一些实施例中，所述外真空室配置为装配在服务器机架型容器内。

59、在一些实施例中，所述服务器机架型容器配置为与商用服务器机架基础设施集成。

60、在一些实施例中，所述服务器机架型容器为19英寸服务器机架。

61、在一些实施例中，所述服务器机架型容器包括外部壳体，所述外部壳体包括集成的水平表面。

62、在一些实施例中，所述集成的水平表面配置为在未使用时被收起。

63、一些实施例涉及一种分布式制冷系统，所述分布式制冷系统包括预冷却系统，所述预冷却系统配置为热联接到两个或更多个低温装置并向所述两个或更多个低温装置提供第一冷却级。

64、在一些实施例中，所述分布式制冷系统进一步包括所述两个或更多个低温装置，所述两个或更多个低温装置热联接到所述预冷却系统。

65、在一些实施例中，所述两个或更多个低温装置包括至少一个稀释制冷机。

66、在一些实施例中，所述两个或更多个低温装置包括稀释制冷机、低温显微系统、3he制冷系统和/或超导cmos系统中的两者或更多者。

67、在一些实施例中，所述第一冷却级具有等于或低于5开尔文的温度。

68、在一些实施例中，所述预冷却系统包括低温冷却系统。

69、在一些实施例中，所述低温冷却系统包括脉冲管。

70、在一些实施例中，所述低温冷却系统包括布雷顿低温冷却器。

71、在一些实施例中，所述低温冷却系统包括氦液化器系统。

72、在一些实施例中，所述两个或更多个低温装置包括稀释制冷机，所述稀释制冷机具有配置为达到等于或低于1开尔文的温度的第二冷却级。

73、在一些实施例中，所述第二冷却级配置为达到等于或低于100毫开尔文的温度。

74、在一些实施例中，所述分布式制冷系统配置为集成到一个或多个服务器机架中。

75、在一些实施例中，所述预冷却系统集成到第一服务器机架中，并且所述两个或更多个低温设备集成到与所述第一服务器机架不同的第二服务器机架中。

76、在一些实施例中，所述预冷却系统集成到第一服务器机架中，并且所述两个或更多个低温装置包括稀释制冷机，其中，所述稀释制冷机集成到与所述第一服务器机架不同的第二服务器机架中。

77、在一些实施例中，所述分布式制冷系统进一步包括热联接部件，所述热联接部件配置为将热量从所述两个或更多个低温装置传递到所述预冷却系统。

78、在一些实施例中，所述热联接部件包括一个或多个填充管线。

79、在一些实施例中，所述热联接部件包括一个或多个热管道。

80、在一些实施例中，所述一个或多个热管道包括一个或多个脉冲热管道。

81、在一些实施例中，所述热联接部件包括超流体回路。

82、在一些实施例中，所述热联接部件包括一个或多个真空隔热管道。

83、一些实施例涉及一种稀释制冷机，所述稀释制冷机包括配置为被冷却到多个温度的多个热级，其中：所述多个热级中的最冷热级设置在所述多个热级中的较暖热级上方，使得所述最冷热级定位成最远离支撑所述稀释制冷机的底板。

84、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括：去混合室，所述去混合室设置在所述最冷热级上方并与其热联接；混合室，所述混合室设置为比所述去混合室更远离所述底板；以及喷泉泵，所述喷泉泵配置为将4he从所述去混合室输送到所述混合室。

85、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括热交换器，所述热交换器配置为在4he从所述去混合室输送到所述混合室时冷却4he。

86、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括蒸馏器，所述蒸馏器配置为通过从3he-4he混合物蒸馏3he蒸气来提供冷却，其中，所述蒸馏器包括泵送端口，所述泵送端口包括管道，所述管道通过除了所述蒸馏器的最远离所述底板的表面的所述蒸馏器的表面进入所述蒸馏器。

87、在一些实施例中，所述管道通过所述蒸馏器的最靠近所述底板的表面进入所述蒸馏器。

88、在一些实施例中，所述管道联接到捕集器，所述捕集器包括：p型捕集器；以及超漏，所述超漏配置为从所述p型捕集器移除超流体4he。

89、在一些实施例中，所述管道包括屏障，所述屏障配置为防止液体4he膜蠕动到所述管道的出口中。

90、在一些实施例中，所述屏障包括在所述管道的所述出口上的一个或多个刀刃。

91、在一些实施例中，所述屏障包括在所述管道的外部表面上的环形屏障。

92、在一些实施例中，所述屏障包括在所述管道的内部表面上的环形屏障。

93、在一些实施例中，所述屏障包括加热器。

94、在一些实施例中，所述稀释制冷机还包括：第一阻抗级，所述第一阻抗级用于冷却3he/4he混合物；热交换级，所述热交换级配置为在通过所述第一阻抗级之前冷却所述3he/4he混合物；以及蒸馏器，所述蒸馏器配置为从接收自所述第一阻抗级的所述3he/4he混合物蒸馏3he。

95、在一些实施例中，所述热交换级配置为通过将冷的3he从所述混合室返回到所述蒸馏器来冷却所述3he/4he混合物。

96、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括：外真空室，所述外真空室容纳所述多个热级；以及开口，所述开口穿过所述外真空室的表面，配置为提供通向所述稀释制冷机的所述最冷热级的通路。

97、在一些实施例中，所述开口设置在所述外真空室的顶表面附近。

98、在一些实施例中，所述开口包括气密开口。

99、在一些实施例中，所述开口包括铰接门。

100、在一些实施例中，所述外真空室配置为装配在服务器机架型容器内。

101、在一些实施例中，所述服务器机架型容器配置为与商用服务器机架基础设施集成。

102、在一些实施例中，所述服务器机架型容器为19英寸服务器机架。

103、在一些实施例中，所述稀释制冷机进一步包括脉冲管，所述脉冲管配置为将所述多个热级中的热级冷却到大约4开尔文。