Sintesi finale

Per iniziare ho voluto inserire un piccolo approfondimento sulla criogenia, termine fondamentale nell’argomento da me analizzato. Mi è stato assegnato, infatti, il refrigeratore criogenico con compressore monostadio brevettato da Ralph C. Longsworth nel 1994. Nel blog è presente un breve confronto tra i comuni refrigeratori ed i refrigeratori criogenici, dove vengono messi in evidenza alcuni dei vantaggi presentati dal dispositivo studiato. Sono passata dunque ad una vera e propria descrizione del principio di funzionamento della macchina frigorifera criogenica, così come spiegato nel brevetto originale ed  ho inserito un’immagine che rappresenta schematicamente l’invenzione, attraverso dei diagrammi a blocchi.  A questo seguono un post dedicato ad alcune curiosità legate all’ambito del ciclo frigorifero ed un glossario contenente le parole più significative presenti nelle pagine del brevetto. A questo punto del blog ho analizzato il contesto storico dell’invenzione, corrispondente agli anni 90, attraverso la visione degli eventi che caratterizzarono il mondo intero, per poi passare all’Europa, quindi all’Italia ed arrivare infine agli Stati Uniti. Un post è stato dedicato alla bibliografia, contenente alcuni riferimenti a monografie o articoli in cui viene trattato il refrigeratore criogenico. Dopo aver raccolto sufficienti informazioni ho realizzato una Word Cloud, tramite la quale ho messo in evidenza il maggior numero di parole chiave legate al refrigeratore criogenico. Tre post sono dedicati invece alle invenzioni precedenti l’anno 1994 e agli sviluppi successivi allo stesso, completando la spiegazione con alcune immagini o link, fino ad arrivare ad un importante traguardo nel 2013, una ‘temperatura negativa’. Importante inoltre è l’impresa assegnataria del brevetto, la Sumitomo (SHI) Cryogenics of America Inc., (SCAI)., della quale ho parlato brevemente nel penultimo post del blog. Infine, come ultimo post ho deciso di inserire l’abbecedario del refrigeratore criogenico con compressore monostadio.

Abbecedario

A come AMBIENTE ESTERNO
B come BROMURO DI LITIO
C come CRIOGENIA
D come DENSITA'
E come EFFICIENZA
F come FRIGORIFERO
G come GAS
H come HAMPSON-LINDE 
I come IDROGENO
L come LAVORO
M come MISCELA
N come NEON
O come OLIO
P come PISTONE
Q come ...
R come REFRIGERANTE
S come SCAMBIATORE DI CALORE
T come TEMPERATURA
U come ...
V come VALVOLA
Z come ...

Impresa assegnataria: Sumitomo (SHI) Cryogenics of America Inc

Sumitomo (SHI) Cryogenics of America Inc., (SCAI), è l’impresa assegnataria del brevetto del refrigeratore criogenico con compressore monostadio.  Questa fa parte della SHI Cryogenics Group, a sua volta inclusa nella SHI, ovvero Sumitomo Heavy Industries. 

Sumitomo era inizialmente conosciuta come Izumi-ya; questa compagnia iniziò le sue operazioni nei settori dell’estrazione mineraria del rame, della sua raffinazione e del commercio dello stesso.  La prima miniera di rame, Shikoku Besshi, fu inaugurata nel 1691. Nel 1888 le operazioni minerarie dell’azienda si erano espanse abbastanza da giustificare l’introduzione del concetto di ‘pratiche del negozio’, riferito alla fabbricazione e alla riparazione delle attrezzature e degli utensili usati nella miniera.  Questo ha segnato l’inizio di Sumitomo Heavy Industries.

Successivamente, durante il corso della storia la compagnia cambiò nome più e più volte.

Nel 1969 la SHI si unì alla Uraga Heavy Industries, una società con il patrocinio di Takeaki Enomoto. Dopo la fusione SHI, nel 1973 inaugurò due grandi impianti, il cantiere navale di Oppama e Toyo Works.

La società ha sempre puntato alle innovazioni tecnologiche, ampliando sempre di più i suoi settori di attività.

SHICryogenics Group è un fornitore leader, a livello mondiale, di soluzioni criogeniche e di sottovuoto innovative per il settore medico, per alcuni dispositivi come i chip o i dispositivi a schermo piatto. I rinomati dipartimenti tecnici di SHI continuano a concentrarsi sulle ultime tecnologie criogeniche e del vuoto.

Questa azienda possiede uffici in Asia, Europa e negli Stati Uniti ed esiste da più di 50 anni.

Sumitomo (SHI) Cryogenics of America, Inc. (“SCAI”) è una filiale di proprietà della Sumitomo Heavy Industries (SHI) e corrisponde al dipartimento del Nord America della SHI Cryogenics Group. 

Sotto lo zero assoluto

Nel 2013 alcuni ricercatori tedeschi hanno raggiunto una 'temperatura negativa', inferiore di alcuni nanoKelvin allo zero assoluto. Anche costoro hanno sfruttato la condensazione Bose-Eistein ma scelsero come atomi quelli del potassio.

Evoluzione dell'invenzione

1999, data ricordata in criogenia per il raggiungimento di un record, la più bassa temperatura di sempre.
In quell'anno si scopre che, grazie al raffreddamento degli spin nucleari di un campione di rodio, si può arrivare ad una temperatura di 100 pK (picokelvin), ovvero 100*10^-12 Kelvin. Una temperatura mai raggiunta prima, che conduce alcuni studiosi ad interessarsi dei fenomeni legati ad essa. Viene scoperto che portando la materia a temperature molto basse, prossime cioè allo zero assoluto, questa esibisce alcune proprietà molto inusuali come la superconduttività, la superfluidità e la condensazione di Bose-Eistein. Questi fenomeni vengono a lungo studiati ed osservati.
Wolfgang Ketterle, un fisico tedesco, realizzatore della condensazione di Bose-Eistein, nel 2005 riesce a raggiungere una temperatura di 450 pK, nei laboratori del Massachusetts Institute of Technology.
Tra gli anni 90 ed il primo decennio del nuovo secolo Ralph C. Longsworth progetta numerosi dispositivi legati alla criogenia, alcuni dei quali presentano brevetti già depositati, mentre altri sono legati a brevetti 'in attesa' all'USPTO (UNITED STATES PATENT AND TRADEMARK OFFICE).









 

Precedenti storici

Carl Vond Linde (1842-1934), ingegnere tedesco inventore dello scambiatore di calore, si dedicò allo studio di bassissime temperature ed eseguì numerose ricerche a riguardo.  A seguito di queste arrivò a depositare nel 1895 il brevetto per il ciclo Hampson-Linde che permetteva di ottenere la liquefazione dell’aria, portandola a temperature prossime allo zero assoluto e quindi scomponendola e la separazione industriale di azoto, ossigeno ed altri gas nobili. Il brevetto viene depositato  però solo nel 1903. 

PROCESS OF PRODUCING LOW TEMPERATURES, THE LIQUEFACTION OF GASES AND THE SEPARATION OF THE CONSTITUENTS OF GASEOUS MIXTURES,  LINDE, 1903

SCHEMA DEL PROCESSO LINDE

I processi brevettati da Linde vengono sperimentati da personaggi come J. Dewar, che realizza la liquefazione dell’idrogeno e del fluoro e studia le variazioni delle loro proprietà a temperature prossime allo zero assoluto. H. K. Onnes invece nel 1908 riuscì ad ottenere l’elio liquido. 

Nel 1951 Heinz London inventa il refrigeratore a diluizione, un dispositivo criogenico che sfrutta l’elio liquido. La miscela refrigerante in questo caso è formata da due isotopi di elio, elio-3 e elio-4, la quale per un effetto quantistico subisce una separazione di fase.

 

DIAGRAMMA DI FASE DELLA MISCELA ELIO-3 ELIO-4

Viene ipotizzato e successivamente dimostrato nel 1978 il raffreddamento laser o laser cooling da D. Wineland e H.Dehmelt. Si tratta di un insieme di tecniche sperimentali che permettono di raffreddare atomi e molecole e di portarli a temperature prossime allo zero assoluto.

WORD CLOUD

Bibliografia

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   Giorgio Negri di Montenegro, Giovanni Naldi et al., “Corso di macchine 2: Macchine volumet-riche, Trasmissioni meccaniche”, Bologna,  Pitagora Editrice, 1993.

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