1 Wichtige Rohstoffe und Lieferanten
Die Rohstoffe von Verdünnungskühlschränken sind hauptsächlich Schlüsselkomponenten. Aus struktureller Sicht umfassen Verdünnungskühlschränke hauptsächlich den Kryostaten und den Stützrahmen; das Gashandhabungssystem (GHS) und den Pulsrohrkompressor (PT) sowie die Steuereinheit (CU). Darunter enthält das Gashandhabungssystem alle Pumpen, Pumpleitungen, Ventile, Druckmesser usw., die zum Betrieb des gesamten Systems erforderlich sind.
Die wichtigsten Rohstofflieferanten für den globalen Markt für Verdünnungskühlschränke sind Pfeiffer, Leybold GmbH, Agilent Technologies Inc., Swagelok, VAT Inc., Emerson, Sumitomo Heavy Industries, Ltd., Thales Cryogenics BV usw.
Tabellenschlüssel Lieferanten von Rohstoffe
Rohstoffe | Lieferanten | Kontakt |
Vakuumpumpe |
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Agilent Technologies Inc |
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Fluidsystemkomponenten |
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Pulse Tube (PT)-Kompressor | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. |
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2 Wichtige Distributoren auf dem Markt für Verdünnungskühlschränke
Zu den wichtigsten Vertriebshändlern auf dem globalen Markt für Verdünnungskühlschränke gehören PSI Solutions, Inc., Aimil Ltd., GVL Cryoengineering GmbH, Rockgate, Specialise Instruments usw.
PSI Solutions, Inc. ist eines jener Unternehmen, die sich mit ihren professionellen Dienstleistungen und ihrem breiten Kundenstamm im Vertriebsbereich einen Namen gemacht haben. Ebenso ist Aimil Ltd. für seine tiefe Durchdringung des asiatischen Marktes bekannt, während GVL Cryoengineering GmbH mit seinem Geschäftsnetzwerk und seiner Expertise in Europa ein unverzichtbarer Vertriebspartner in der Region ist und Rockgate mit seiner starken Präsenz auf dem japanischen Markt ein starker Unterstützer von Anwendungen der Verdünnungskältetechnik ist. Schließlich trägt Specialise Instruments mit seiner Expertise und seinem Kundenservice auf dem indischen Markt zur Vielfalt des globalen Vertriebsnetzwerks bei. Diese Vertriebshändler bilden nicht nur einen wichtigen Teil des Marktes für Verdünnungskälteanlagen, sondern bieten Kunden in verschiedenen Regionen über ihr globales Netzwerk auch Zugang zu fortschrittlicher Technologie.
3 Verdünnungskühlschränke Downstream-Kunden
Die wichtigsten nachgelagerten Kundenunternehmen auf dem Markt für Verdünnungskühlschränke sind QCi, Google, IBM, Rigetti Compute, D-Wave Systems, SpinQ usw.
Tischverdünnungskühlschränke Kunden
Kunden | Kontaktinformationen |
QCi |
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IBM |
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Rigetti-Rechner |
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D-Wave-Systeme |
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SpinQ |
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Alice und Bob |
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4 Markttrends
Flüssiges Helium, dessen Siedepunkt bei 4,2 K liegt, ist derzeit eine unverzichtbare Substanz für Tieftemperaturexperimente. Um jedoch ultraniedrige Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt zu erreichen, sind einige spezielle Mittel erforderlich, und die Verdünnungskühlung ist eines davon. Flüssiges Helium zur Kühlung enthält zwei natürliche Isotope, Helium-3 und Helium-4. Wenn die Temperatur unter 0,87 K liegt, trennt sich flüssiges Helium in zwei Phasen, ähnlich der Schichtung von Wasser und Öl. Die obere Schicht ist die Phase mit mehr Helium-3 (konzentrierte Phase), und die untere Schicht ist die Phase mit weniger Helium-3 (verdünnte Phase). Wenn die untere Flüssigkeit gepumpt wird, verdunstet Helium-3 schneller als Helium-4, wodurch die verdünnte Phase weiter verdünnt wird, und Helium-3 breitet sich von der konzentrierten in die verdünnte Phase aus, die Wärme absorbiert und so den Zweck der Kühlung erfüllt. Um Helium-3 jedoch auf sehr niedrige Temperaturen (von Raumtemperatur bis zum Temperaturbereich von flüssigem Helium) abzukühlen, muss es normalerweise mit flüssigem Helium vorgekühlt werden. Dies wird als Nassverdünnungskühlung bezeichnet. Die Nassverdünnungskühlung erfordert eine große Menge an flüssigem Helium, das ein teurer Verbrauchsstoff ist. Wenn im Vorkühlprozess kein flüssiges Helium verwendet wird und die Temperatur durch Impulsrohrkühlung gekühlt wird, wird diese Methode als Trockenverdünnungskühlung bezeichnet, d. h. als Verdünnungskühlung ohne flüssiges Helium. Natürlich ist das Kühlprinzip der beiden Kühlmethoden unterhalb des Temperaturbereichs von flüssigem Helium dasselbe, aber letztere hat mehr Vorteile in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Wartungsfreundlichkeit, da sie nicht viel flüssiges Helium verbraucht, und ist mittlerweile zum Mainstream des Marktes geworden.
5 Wachstumstreiber
Tabelle Wachstumstreiber
Artikel | Beschreibung |
Es besteht eine wachsende Nachfrage nach Ultra-Niedrigtemperatursystemen aus dem Quantencomputing und anderen neuen Technologien | Verdünnungskühler werden häufig in den Bereichen kondensierte Materie, Quantencomputer, Nanomaterialien und astronomische Beobachtungen verwendet. Obwohl andere Arten von Ultratieftemperaturkühlern fast so niedrige Temperaturen wie Verdünnungskühler erreichen können, sind sie nicht für Quantencomputer (QC) geeignet und können nur zur Vorkühlung verwendet werden, wie z. B. adiabatische Entmagnetisierungskühler, bei denen es sich um „Wegwerf“-Kryomethoden handelt, die keine dauerhafte Niedertemperaturumgebung bieten und nicht für den direkten Einsatz zur Unterstützung von Quantencomputern (QC) und Quantensimulationen (QS) geeignet sind. Typischerweise werden bei den meisten Forschungsarbeiten zum topologischen Quantencomputer Verdünnungskühler verwendet, um Temperaturen nahe 0 K für sie zu erzeugen. Noch niedrigere Temperaturen werden von einem adiabatischen nuklearen Entmagnetisierungskühler durch einen Verdünnungskühler vorgekühlt, um die niedrigste Temperatur in kondensierter Materie zu erreichen, was die einzige Möglichkeit ist, makroskopische Objekte auf Mikrokelvin (µK) abzukühlen. Derzeit wird der Verdünnungskühler hauptsächlich für Quantencomputer verwendet. Seine Funktion besteht hauptsächlich darin, die Betriebsanforderungen von Quantencomputern mit Supraleitung, Halbleiter, Topologie, Ionenfalle und anderen Verfahren zu erfüllen, die Anforderungen an eine Umgebung mit niedrigen Temperaturen stellen. Mit der rasanten Entwicklung neuer Technologien wie dem Quantencomputer wird die Nachfrage nach Systemen mit ultraniedrigen Temperaturen weiter steigen, was die Entwicklung von Verdünnungskühlern vorantreiben wird. |
Verdünnungskühlschränke haben eine starke Kühlleistung | Verdünnungskühlschränke haben starke Kühlfähigkeiten und können mK-Temperaturen ohne Magnetfeld erreichen. Sie haben die Vorteile einer langfristigen kontinuierlichen Kühlung, einer hohen Stabilität und einer einfachen Bedienung. Dieses Produkt ist derzeit ein wichtiges Gerät zum Erreichen von mK-Temperaturen. Verdünnungskühlschränke können in der Tieftemperaturphysik, Materialwissenschaft, Quanteninformatik, Astronomie und anderen Bereichen weit verbreitet eingesetzt werden. Laut Verdünnungskühlschränken wird das Kühlmittel in kryogenfreie Verdünnungskühlschränke (CFDR) und Nassverdünnungskühlschränke (WDR) unterteilt. CFDR verwendet einen mechanischen Kühler (Pulsrohr) zur Vorkühlung, während WDR flüssigen Stickstoff und flüssiges Helium zur Vorkühlung verwendet. Vergleicht man adiabatische Entmagnetisierungskühlung und Adsorptionskühlung, können nur Verdünnungskühlschränke eine Kühlung unter 10 mK erreichen. Verglichen mit anderen Kühlgeräten haben Verdünnungskühlschränke herausragende Vorteile wie eine starke Fähigkeit, extrem niedrige Temperaturen aufrechtzuerhalten, und eine hohe Leistungszuverlässigkeit. Daher sind sie zu Schlüsselgeräten geworden, um die Entwicklung von Technologien wie Quanteninformatik zu unterstützen. Die starke Kühlleistung von Verdünnungskühlschränken ist einer der treibenden Faktoren für die Entwicklung der Branche. |
6 Marktherausforderungen
Herausforderungen auf dem Tischmarkt
Artikel | Beschreibung |
Der Temperaturbereich des Verdünnungskühlschranks ist auf ca. 2 mK begrenzt | Für Verdünnungskühler gibt es grundsätzlich keine Untertemperaturgrenze. Aus praktischen Gründen ist der Temperaturbereich jedoch auf etwa 2 mK begrenzt. Bei extrem niedrigen Temperaturen nehmen Viskosität und Wärmeleitfähigkeit der zirkulierenden Flüssigkeit mit sinkender Temperatur zu. Um die viskose Erwärmung zu verringern, sollten die Durchmesser der Einlass- und Auslassrohre der Mischkammer T_m^(-3) betragen, und bei geringem Wärmestrom sollte die Rohrlänge T_m^(-8) betragen. Um die Temperatur um den Faktor 2 zu senken, muss man daher den Durchmesser um den Faktor 8 und die Länge um den Faktor 256 erhöhen. Daher muss das Volumen um den Faktor 214 = 16.384 zunehmen. Mit anderen Worten: Jeder cm3 bei 2 mK wird zu 16.384 cm3 bei 1 mK. Die Maschinen würden sehr groß und sehr teuer werden. |
Bedrohung durch Ersatzprodukte | Derzeit umfasst die Tieftemperatur-Kältetechnik neben der Verdünnungskühlung auch die Adsorptionskühlung und die adiabatische Entmagnetisierungskühlung. Das Prinzip der Adsorptionskältemaschine ist die Verdampfungskühlung, bei der die Sättigungstemperatur des Arbeitsmediums 4He oder 3He und die entsprechende Beziehung zwischen Sättigungsdampfdruck und der Adsorptionsrate des Adsorbens bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich sind. Die Kühlung erfolgt durch periodisches Erhitzen und Abkühlen des Adsorbens. Als Festkörper-Kältemethode hat die adiabatische Entmagnetisierung die herausragenden Vorteile der unabhängigen Schwerkraft, der Unabhängigkeit vom knappen Arbeitsmedium Helium-3, der Kompaktheit und Effizienz und ist zum Mainstream der Tieftemperatur-Kältetechnik in Weltraumanwendungen geworden und wird auch allmählich in Bodenanwendungen bevorzugt. Adiabatische Entmagnetisierungskühler (ADR) nutzen den magnetothermischen Effekt paramagnetischer Salze zur Kühlung und können eine Temperatur von 20–100 mK erreichen. Der Einsatz von Adsorptionskühlern und adiabatischen Entmagnetisierungskühlern wird die Entwicklung von Verdünnungskühlern einschränken. |
