DE102007027355A1 - Heat pipe and cooling device for cryogenics - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr bzw. Kälterohr für die Kryotechnik, mit einem Hüllrohr 1 und einer mittels eines Kondensationselementes 3 an einem Rohrende und eines Verdampfungselementes 2 am anderen Rohrende hermetisch gekapselten und mit einem für die Kryogenik geeigneten Wärmeübertragungsmittel gefüllten Kammer 4. Um supraleitfähige Elemente oder Komponenten mit hoher Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit bei kurzer Abkühlzeit auf die erforderliche Sprungtemperatur kühlen zu können, ist in der Kammer 4 zwischen dem Kondensationselement 3 und dem Verdampfungselement 2 wenigstens ein Kühlmodul 20 eingebaut, das mit einer rohrförmigen Mantelfläche 21 an der Innenfläche 1' des Hüllrohrs 1 partiell anliegt, und zumindest kondensationselementseitig mit einer Leiteinrichtung 22 versehen ist, um kondensiertes und/oder flüssiges Wärmeübertragungsmittel zur Mantelfläche 21 hinzulenken. Die Erfindung betrifft auch eine Kühleinrichtung mit mehreren Kälterohren.The invention relates to a heat pipe or cooling pipe for cryogenics, with a cladding tube 1 and a hermetically sealed by means of a condensation element 3 at one end of the tube and an evaporation element 2 at the other end of the tube and filled with a heat transfer agent suitable for cryogenics chamber 4. To superconductive elements or To be able to cool components with high reliability and economic efficiency in a short cooling time to the required transition temperature, at least one cooling module 20 is installed in the chamber 4 between the condensation element 3 and the evaporation element 2, with a tubular shell surface 21 on the inner surface 1 'of the cladding. 1 partially rests, and at least on the condensing element side is provided with a guide 22 to hinschulenken condensed and / or liquid heat transfer medium to the lateral surface 21. The invention also relates to a cooling device with a plurality of cold pipes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr für die Kryotechnik, mit einem Hüllrohr und einer mittels eines Kondensationselementes an einem Rohr-ende und eines Verdampfungselementes am anderen Rohrende hermetisch gekapselten, mit Wärmeübertragungsmittel gefüllten Kammer. Die Erfindung betrifft ferner eine Kühleinrichtung für die Kryotechnik zum Kühlen von Supraleiterbauteilen, insbesondere Supraleiterspulen wie HTS-Spulen (Hochtemperatursupraleiter-Spulen), mit wenigstens einem Wärmerohr.The The invention relates to a heat pipe for cryogenics, with a cladding tube and one by means of a condensation element at a pipe end and an evaporation element at the other end of the pipe hermetically sealed, with heat transfer medium filled chamber. The invention further relates to a cooling device for cryotechnology for cooling superconductor components, in particular superconductor coils such as HTS coils (high-temperature superconductor coils), with at least one heat pipe.

Die Verwendung sogenannter Wärmerohre ist nicht nur in Wärmetauschersystemen sondern z. B. auch für die Kühlung von Mikroprozessoren, Solarmodulen oder die Mikroelektronikkühlung bekannt. Ein Wärmerohr (auch "heat pipe" genannt) ist ein Wärmeübertrager, der unter Nutzung von Verdampfungs- und Kondensationswarme eines Stoffes eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Die Funktionsweise eines Wärmerohres basiert darauf, in einem hermetisch gekapselten Rohr mit je einer Wärmeübertragungsfläche für die Wärmequelle und einer für die Wärmesenke ein Wärmeübertragungsmittel, vorzugsweise ausschließlich durch Schwerkraft, zirkulieren zu lassen, um durch den Phasenübergang des Wärmeübertragungsmittels zwischen flüssig und gasförmig dem zu kühlenden Raum, Material oder Element Wärme zu entziehen. Für die gravitationsunabhängige Zirkulation kann im Wärmerohr die Kapillarwirkung eines Schachtes genutzt werden. Nur beispielhaft zum Stand der Technik für Wärmerohre wird auf die EP 483 324 B1 verwiesen, in der ein Wärmerohr in thermischer Kopplung mit einem Sonnenkollektor beschrieben wird.The use of so-called heat pipes is not only in heat exchanger systems but z. B. also known for the cooling of microprocessors, solar modules or microelectronics cooling. A heat pipe (also known as a "heat pipe") is a heat exchanger that allows a high heat flux density using evaporation and condensation heat of a substance. The operation of a heat pipe is based on circulating in a hermetically sealed tube, each having a heat transfer surface for the heat source and a heat transfer medium, preferably exclusively by gravity, to circulate through the phase transition of the heat transfer medium between liquid and gaseous To extract heat or material from the element. For the gravitational independent circulation the capillary effect of a shaft can be used in the heat pipe. Only as an example of the state of the art for heat pipes is on the EP 483 324 B1 referenced, in which a heat pipe is described in thermal coupling with a solar collector.

Beim Einsatz von supraleitfähigen Bauelementen wie beispielsweise Supraleiterspulen, Supraleitergeneratoren, Linearmotoren mit supra leitfähigen Spulen, supraleitender Magneten od. dgl. ist es erforderlich, die supraleitfähigen Komponenten auf ein unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleitermaterials liegendes Temperaturniveau zu kühlen. Da für die meisten supraleitfähigen HTS-Materialien ein Temperaturniveau unterhalb von etwa 77 K erreicht werden muß, erfolgt die Kühlung häufig mittels Kälteeinheiten in Form von Kryokühlern mit z. B. geschlossenem Helium-Druckkreislauf (Trockenkühlung) oder in einem Flüssigkeitsbad, z. B. flüssig Stickstoff (77 K bei Normaldruck). Die klassische Tieftemperaturtechnik, die sogenannte Tieftemperatursupraleiter einsetzt, verwendet zu diesem Zwecke sogar flüssiges Helium, das eine Betriebstemperatur von 4,2 K im Flüssigkeitsbad erlaubt. Da ein Temperaturniveau unterhalb etwa –150°C angestrebt wird, können zahlreiche verschiedene Kälteeinheiten bzw. Kryokühler für die Kryotechnik, Kryogenik bzw. Tieftemperaturtechnik eingesetzt werden.At the Use of superconducting components such as Superconductor coils, superconductor generators, linear motors with superconducting Coils, superconducting magnets od. Like. It is necessary, the superconducting components at below the critical temperature To cool the superconducting material lying temperature level. As for most superconductive HTS materials a temperature level below about 77 K must be reached, the cooling is often done by means of refrigeration units in the form of cryocoolers with z. B. closed helium pressure circuit (Dry cooling) or in a liquid bath, z. B. liquid nitrogen (77 K at atmospheric pressure). The classic Cryogenic technology, the so-called cryogenic superconductors uses even liquid helium for this purpose, the operating temperature of 4.2 K in the liquid bath allowed. As a temperature level below about -150 ° C is desired, can have many different refrigeration units or cryocooler for cryogenics, cryogenics or cryogenic technology can be used.

Die Flüssigkeitsbadkühlung hat jedoch den Nachteil eines hohen Aufwandes, da ein geschlossenes und druckfestes Gefäß gewährleistet werden muss. Lässt man hingegen die Flüssigkeit abdampfen, so muss ständig aus einem Reservoir nachgefüllt werden. Der direkte Kontakt einer Kälteeinheit" (Kryocooler) mit einem zu kühlenden Bauteil birgt den Nachteil, daß die Wärmeabfuhr über Wärmeleitung im Material erfolgt, damit ist sie hinsichtlich der Strecke und der übertragbaren Leistung beschränkt oder verlangt den Einsatz von sehr viel Zusatzmaterial, daß Anwendungen unerwünscht schwer macht.The Liquid bath cooling, however, has the disadvantage a high cost, as a closed and pressure-resistant vessel ensures must become. If you leave the liquid, on the other hand evaporate, it must be constantly refilled from a reservoir. Direct contact of a refrigeration unit "(cryocooler) with a component to be cooled has the disadvantage that the Heat dissipation via heat conduction in the material done, so that's it in terms of range and transferable Performance limited or requires the use of a lot a lot of additional material that applications unwanted makes it hard.

Nur beispielhaft für die Verwendung von Kälteeinheiten in Form von Kryokühlern kombiniert mit einem Wärmeleitrohr bei einem supraleitfähigen Motor wird auf die DE 102 11 363 A1 verwiesen, bei der zwischen einem die supraleitfähigen Spulen aufnehmenden Sekundärteil eines Motors (Rotor) und einer einen Kaltkopf aufweisenden Kälteeinheit ein feststehendes Wärmerohr angeordnet ist, das axial in einen mit dem Sekundärteil mitrotierenden, seitlichen Hohlraum hineinragt und mit einem Kältemittel (Wärmeübertragungsmittel) zusammenwirkt. Das Wärmeübertragungsmittel (Kältemittel) besteht aus einem Gemisch von mindestens zwei Kältemittel-Komponenten, wobei das kondensierte Kältemittel über das Wärmerohr in den seitlichen Hohlraum unter Nut zung eines Thermosyphoneffektes eingebracht wird und im Hohlraum verdampfendes Kältemittel über das Wärmerohr zu der Kondensationseinheit zurückgelangt. Aus der DE 102 11 363 A1 ist bekannt, ein Wärmerohr auch für die Kryotechnik einzusetzen.Only as an example of the use of refrigeration units in the form of cryocoolers combined with a heat pipe in a superconducting engine is on the DE 102 11 363 A1 referenced in which between a superconductive coil receiving secondary part of a motor (rotor) and a cold head having a cold unit, a fixed heat pipe is arranged, which projects axially into a co-rotating with the secondary side, lateral cavity and with a refrigerant (heat transfer means) cooperates. The heat transfer medium (refrigerant) consists of a mixture of at least two refrigerant components, wherein the condensed refrigerant is introduced through the heat pipe in the side cavity using a Thermosyphon effect Nutus and vaporizing refrigerant in the cavity via the heat pipe to the condensation unit. From the DE 102 11 363 A1 It is known to use a heat pipe for cryogenics.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmerohr für die Kryotechnik sowie eine Kühleinrichtung mit entsprechenden Wärmerohren zu schaffen, mit denen supraleitfähige Elemente oder Komponenten mit hoher Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit bei kurzer Abkühlzeit auf die erforderliche Sprungtemperatur gekühlt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Wärmerohre zuschaffen, mit denen auch supraleitende Bauteile größerer Ausdehnung gekühlt werden können.task The invention is a heat pipe for cryogenics and a cooling device with corresponding heat pipes to create, with which superconductive elements or components with high operational reliability and economy with short cooling time can be cooled to the required transition temperature. Another object of the invention is to heat pipes which also makes superconducting components larger Expansion can be cooled.

Die obigen Aufgaben werden bei einem Wärmerohr erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Kammer zwischen dem Kondensationselement und dem Verdampfungselement wenigstens ein Kühlmodul eingebaut ist, das mit einer rohrförmigen Mantelfläche an der Innenfläche des Hüllrohrs partiell anliegt und zumindest Kondensationselementseitig mit einer Leiteinrichtung versehen ist, um kondensiertes und/oder flüssiges Wärmeübertragungsmittel zur Mantelfläche hinzulenken. Da das erfindungsgemäße Wärmerohr für die Kryotechnik eingesetzt werden soll, und da als Wärmeübertragungsmittel ein geeignetes Kältemittel für den gewählten Temperaturbereich der Kryotechnik zum Einsatz kommt, kann das Wärmerohr auch als Kälterohr (cold pipe) bezeichnet werden. Das in das Wärmerohr bzw. Kälterohr eingebaute, nur partiell relativ zur Gesamtfläche des Hüllrohrs an deren Innenwand anliegende Kühlmodul bewirkt, daß das Wärmeübertragungsmittel bzw. Kältemittel nur an bestimmten Bereichen des Hüllrohrs aufgrund des unmittelbaren Kontaktes zwischen der Mantelfläche des Kühlmoduls und der Innenfläche des Hüllrohrs eine Kühlung der Wandfläche bewirkt. An den Stellen, an denen ein Kontakt zwischen Kühlmodul und Hüllrohr besteht bzw. an denen innenseitig das Kühlmodul positioniert ist, kann daher gezielt Wärme abgeführt werden, insbesondere Wärme einer supraleitfähigen Komponente, welche mittelbar oder unmittelbar mit der Zone des Hüllrohrs des Wärmerohrs bzw. Kälterohrs in Verbindung steht. Die Funktionsweise des Wärmerohrs (Kälterohrs) basiert in an sich bekannter Weise darauf, daß das in dem Kälterohr hermetisch eingeschlossene Kältemittel, bei welchem es sich vorzugsweise um ein für die Kryotechnik geeignetes, verflüssigtes Gas oder Gasgemisch handelt, bei Wärmezufuhr verdampft und am gekühlten Kondensationselement rückverflüssigt wird. Das an wärmeren Bereichen innerhalb des Wärmerohrs verdampfende Kältemittel entzieht über die Verdampfungswärme bzw. Verdampfungsenthalpie der entsprechenden Zone Wärme, wodurch die Kühlwirkung im Bereich der Kühlmodule erreicht wird. Bei konstantem Druck des Kältemittels bleibt beim Phasenübergang auch die Temperatur des Kältemittels (Siedetemperatur) konstant. Es versteht sich, daß das Kondensationselement zum Betrieb eines Wärmerohrs bzw. Kälterohrs mit einem Kryokühler thermisch gekoppelt werden muß, um das Kondensationselement auf eine Temperatur abzukühlen, bei der ein Phasenübergang gasförmig-flüssig für die Rückverflüssigung des Kältemittels stattfindet.The above objects are achieved in a heat pipe according to the invention in that in the chamber between the condensation element and the evaporation element at least one cooling module is installed, which partially rests with a tubular surface on the inner surface of the cladding tube and at least Kondensationselementseitig is provided with a guide to condensed and / or to direct liquid heat transfer medium to the lateral surface. Since the heat pipe according to the invention for the cryogenics is to be used, and since a suitable refrigerant for the selected temperature range of the cryogenics is used as a heat transfer medium, the heat pipe can also be referred to as a cold pipe become. The built in the heat pipe or cold tube, only partially relative to the total surface of the cladding tube on the inner wall applied cooling module causes the heat transfer medium or refrigerant only at certain areas of the cladding tube due to the direct contact between the outer surface of the cooling module and the inner surface of the cladding Cooling of the wall surface causes. At the points where there is contact between the cooling module and the cladding tube or on which the cooling module is positioned on the inside, heat can therefore be dissipated in a targeted manner, in particular heat of a superconducting component, which directly or indirectly with the zone of the cladding tube of the heat pipe or cold tube communicates. The operation of the heat pipe (cold pipe) is based in a conventional manner that the refrigerant hermetically enclosed in the cold pipe, which is preferably a liquefied gas or gas mixture suitable for cryogenics, evaporates on supply of heat and reliquefies on the cooled condensation element becomes. The evaporating at warmer areas within the heat pipe refrigerant extracts heat on the heat of vaporization or enthalpy of vaporization of the corresponding zone, whereby the cooling effect is achieved in the region of the cooling modules. At constant pressure of the refrigerant, the temperature of the refrigerant (boiling temperature) also remains constant during the phase transition. It is understood that the condensation element for operating a heat pipe or cooling pipe must be thermally coupled with a cryocooler to cool the condensation element to a temperature at which a phase transition gaseous-liquid takes place for the re-liquefaction of the refrigerant.

Bei der bevorzugten Ausgestaltung ist die Leiteinrichtung des Kühlmoduls mit Durchlaßschlitzen versehen, die zur Innenseite der Mantelfläche münden, um eine gezielte Beaufschlagung der Mantelfläche mit dem flüssigen und am Kondensationselement abtropfenden Kältemittel zu erreichen. Bei der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung ist die Leiteinrichtung als Kegel bzw. trichterförmig ausgebildet, wobei sie sich vorzugsweise vom Kondensationselement in Richtung auf die Mantelfläche verbreitert. Es versteht sich, daß jedes Kühlmodul normalerweise einen bestimmten Abstand vom Kondensationselement haben wird.at the preferred embodiment is the guide of the cooling module provided with passage slots, the inside of the Mantle surface open to a targeted admission the lateral surface with the liquid and the condensation element to reach dripping refrigerant. In particular Preferred embodiment, the guide is as a cone or funnel-shaped, preferably being from the condensation element in the direction of the lateral surface widened. It is understood that each cooling module usually a certain distance from the condensation element will have.

Um die Kühlwirkung des Hüllrohrs gezielt auf eine bestimmte Zone zu beschränken, ist ferner vorteilhaft, wenn das Kühlmodul verdampfungselementseitig mit einem Leitelement versehen ist, um kondensiertes und/oder flüssiges Wärmeübertragungsmittel von der Mantelfläche wieder wegzuführen. Das Leitelement kann ebenfalls vorteilhaft als Kegel bzw. trichterförmig ausgebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Leitelement eine siebartige Wandung aufweisen, aus einem Lochblech bestehen oder aus einem Lochblech hergestellt sein. Die Aussparungen im Sieb bzw. im Lochblech dienen dazu, noch flüssiges Kältemittel am Leitelement abtropfen zu lassen, um es einem weiteren Kühlmodul oder dem Verdampfungselement am unteren Rohrende des Wärmerohrs zuzuführen. Alternativ kann das Leitelement mit Ablaufschlitzen versehen sein.Around the cooling effect of the cladding tube targeted to a restricting certain zone is also advantageous if the cooling module evaporation element side with a Guide element is provided to condensed and / or liquid Heat transfer medium from the lateral surface to lead away again. The guide element can also be advantageous be designed as a cone or funnel-shaped. According to one advantageous embodiment, the guide element is a sieve-like Have wall, consist of a perforated plate or a perforated plate be prepared. The recesses in the sieve or in the perforated plate serve to still drain liquid refrigerant on the guide element to let it to another cooling module or the evaporation element feed at the lower end of the pipe of the heat pipe. Alternatively, the guide element may be provided with drainage slots.

Um ein erfindungsgemäßes Kälterohr mit verhältnismäßig geringem Aufwand fertigen zu können, ist besonders vorteilhaft, wenn das Kühlmodul mit Leiteinrichtung, Mantelfläche und Leitelement aus Metall, insbesondere einem Metallblech, vorzugsweise aus Stahl, Stahlblech, Kupfer, Kupferlegierung oder Kupferblech besteht. Das Kühlmodul kann dann durch Blechumformung ggf. ohne Schweißnähte od. dgl. hergestellt werden. Zur Montage eines Kühlmoduls innerhalb des Hüllrohrs ist besonders vorteilhaft, wenn der Montagevorgang mittels eines Schrumpfvorgangs erfolgt, nämlich durch Abkühlen des Kühlmoduls und/oder gleichzeitigem Erwärmen des Hüllrohrs, damit insbesondere auch bei den kryogenen Temperaturen eine sichere Positionierung der Kühlmodule und gleichzeitig eine sichere Kontaktierung zwischen der Mantelfläche des Kühlmoduls und der Innenfläche des Hüllrohrs gewährleistet ist.Around an inventive cold ear with relatively to be able to produce little effort, is particularly advantageous if the cooling module with guide, lateral surface and guide element made of metal, in particular a metal sheet, preferably made of steel, sheet steel, copper, copper alloy or copper sheet consists. The cooling module can then be transformed by sheet metal forming without welds od. Like. Are made. For mounting a cooling module inside the cladding tube is particularly advantageous when the assembly process by means of a Shrinking occurs, namely by cooling the cooling module and / or simultaneous heating of the cladding tube, thus especially in the cryogenic Temperatures a safe positioning of the cooling modules and at the same time a secure contact between the lateral surface the cooling module and the inner surface of the cladding tube is guaranteed.

Das kryogene Kältemittel (Wärmeübertragungsmittel) kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einem Gemisch aus wenigstens zwei Kühlmitteln mit unterschiedlichen Kondensationstemperaturen bestehen, wie z. B. ein für die Kryotechnik geeignetes Helium-Stickstoffgemisch (n-H₂) oder Stickstoff-Sauerstoffgemisch. Alternativ kann das Kältemittel aus einem verflüssigten Reinstoffgas oder einem Isotop hiervon bestehen, insbesondere ⁴He (flüssiges Helium I), ³He, Neon, Wasserstoff oder Stickstoff (N₂). Der Vorteil eines mehrphasigen Kältemittels liegt darin, daß dieses Kältemittel nicht einen genauen Siedepunkt, sondern einen Siedebereich aufweist. Das thermodynamische Gleichgewicht kann sich dann zu der schwerer siedenden Komponente der flüssigen Phase verschieben, wodurch eine Siedepunktserhöhung bewirkt wird. Beim Erwärmen eines entsprechenden verflüssigten Wärmeübertragungsmittels (Kältemittels) beginnt der Phasenübergang, wenn die Temperatur die Siedetemperatur desjenigen Gemischbestandteils erreicht, der den niedrigeren Siedepunkt erreicht. Da die Teilchen dieses Bestandteiles vermehrt in die Gasphase übertreten, ändert sich lokal die Zusammensetzung des Gemischs, wodurch sich auch der Siedepunkt ändert, bis der Siedepunkt der anderen Komponente erreicht wird. Gleichzeitig kann der Druck im Wärmerohr den Erfordernissen angepasst höher oder niedriger gewählt werden, so daß auch hierüber eine Feinabstimmung des Kühlbereiches vorgenommen werden kann.The cryogenic refrigerant (heat transfer medium) may consist according to an advantageous embodiment of a mixture of at least two coolants having different condensation temperatures, such. As a suitable for cryogenics helium-nitrogen mixture (nH ₂ ) or nitrogen-oxygen mixture. Alternatively, the refrigerant may consist of a liquefied pure substance gas or an isotope thereof, in particular ⁴ He (liquid helium I), ³ He, neon, hydrogen or nitrogen (N ₂ ). The advantage of a multiphase refrigerant is that this refrigerant does not have an exact boiling point but a boiling range. The thermodynamic equilibrium may then shift to the higher boiling component of the liquid phase, causing a boiling point increase. Upon heating of a corresponding liquefied heat transfer medium (refrigerant), the phase transition begins when the temperature reaches the boiling point of that mixture constituent which reaches the lower boiling point. As the particles of this ingredient increasingly pass into the gas phase, the composition of the mixture changes locally, which also changes the boiling point until the boiling point of the other component is reached. At the same time, the pressure in the heat pipe can be adjusted higher or lower according to the requirements, so that a fine-tuning of the cooling area can be carried out here as well.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die der Kammer zugewandte Seite des Kondensationselementes eine prismenartige Oberfläche mit Abtropfspitzen auf, wobei vorzugsweise die Abtropfspitzen im Montagezustand fluchtend zu den Durchlaßschlitzen im Kühlmodul liegen. Auch diese Maßnahme dient der gezielten Zuführung des am Kondensationselement verflüssigten Kältemittels auf die kegelförmige Leiteinrichtung des Kühlmoduls sowie den dort ausgebildeten Durchlaßschlitzen, wenn das Kälterohr im wesentlichen senkrecht stehend eingesetzt wird und der Kreislauf des Kältemittels schwerkraftbedingt stattfindet. Die Flächen der Prismen können auch als Lamellen ausgebildet sein, um die Wärmeaustauschoberfläche zu vergrößern. Die Lamellen stehen dabei senkrecht zur Fläche und die Spitzen der Prismen werden durch die Lamellen geformt, d. h. die Prismen bilden eine Überstruktur.at a particularly preferred embodiment, which faces the chamber Side of the condensation element a prismatic surface with dripping tips, wherein preferably the dripping tips in Mounting state in alignment with the passage slots in the cooling module lie. This measure also serves the targeted supply of the liquefied at the condensation element refrigerant the conical guide of the cooling module as well the passage slots formed there, when the cold ear is used substantially vertically and the circulation the refrigerant takes place due to gravity. The surfaces The prisms can also be designed as lamellae to to increase the heat exchange surface. The Slats are perpendicular to the surface and the tips the prisms are formed by the lamellae, d. H. the prisms form a superstructure.

Um die Zirkulation des Kältemittels zwischen den Kühlmodulen und dem Kondensationselement bzw. zwischen dem Verdampfungselement am unteren Rohrende und dem Kondensationselement am oberen Rohrende ausschließlich passiv mittels Gravitationskräften zu bewirken, ist besonders vorteilhaft, wenn ein vom Verdampfungselement zum Kondensationselement führender, vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse verlegter Schacht verlegt ist, der insbesondere mittels eines Hohlrohres gebildet werden kann. Durch den Hohlraum des Schachtes bzw. Schachtrohres kann dann gasförmiges Kältemittel ungehindert zum Kondensationselement aufsteigen.Around the circulation of the refrigerant between the cooling modules and the condensation element or between the evaporation element at the lower end of the pipe and the condensation element at the upper end of the pipe exclusively passive by means of gravitational forces to effect is particularly advantageous when one of the evaporation element leading to the condensation element, preferably concentric laid to the central axis shaft laid, in particular can be formed by means of a hollow tube. Through the cavity the shaft or shaft tube can then be gaseous Refrigerant rise unhindered to the condensation element.

Ein erfindungsgemäßes Wärmerohr kann nur ein einziges Kühlmodul in der Kammer aufweisen. In der bevorzugten Ausgestaltung sind jedoch mehrere Kühlmodule in die Kammer eingebaut, um mittels eines Kälterohrs ggf. mehrere supraleitfähige, außerhalb des Kälterohrs angeordnete Komponenten auf die für die Supraleitfähigkeit notwendige Betriebstemperatur kühlen zu können. Bei mehreren Kühlmodulen in der Kammer tritt zusätzlich der Effekt auf, das mittels jedes Kühlmoduls eine Zone gebildet wird, zwischen der und dem Kondensationselement das Kältemittel zirkuliert, bis die Zone auf das gewünschte kryogene Temperaturniveau (im Idealfall z. B. etwa 27 K oder 33 K) abgekühlt ist, da erst dann flüssiges Kältemittel durch das Lochblech des Leitelementes zum Kühlmodul der nächsten Zone gelangt. Hat ein Kühlmodul das Temperaturniveau erreicht, entsteht zwischen dem Kondensationselement und diesem Kühlmodul ein annähernd konstantes Temperaturprofil, wodurch sich auch die Kondensationszone vergrößert. Zu Beginn wird das Kältemittel in einer tieferliegenden Zone weitestgehend vollständig unter hoher Wärmeabfuhr verdampfen. Aufgrund der ausgedehnten Kondensationszone kann allerdings dieser Dampf schon am darüberliegenden Kühlmodul wieder zu Nassdampf oder Tropfen kondensieren, ohne daß der Dampf bis zum Kondensationselement aufsteigen muß. Auch bei mehreren Kühlmodulen ist das Vorsehen eines Schachtes vorteilhaft, wozu vorzugsweise die Kühlmodule zentral eine Durchführung für einen Schacht bzw. ein hohles Schachtrohr aufweisen. Um sicherzustellen, daß an den einzelnen Kühlmodulen verdampfendes Kältemittel zum Kondensationselement aufsteigen kann, kann der Schacht für jedes Kühlmodul wenigstens eine Radialöffnung aufweisen, oberhalb der die Leiteinrichtung dichtend am Hohlrohr anliegt.One Heat pipe according to the invention can only have a single cooling module in the chamber. In the preferred embodiment, however, several cooling modules built into the chamber to use a cold pipe several superconductive, outside the cold ear arranged components on the for the superconductivity to cool necessary operating temperature. With several cooling modules in the chamber occurs in addition the effect on that by means of each cooling module a zone is formed, between the and the condensation element, the refrigerant circulates until the zone reaches the desired cryogenic temperature level (ideally, for example, about 27 K or 33 K) is cooled, because only then liquid refrigerant through the perforated plate of the guide element to the cooling module of the next zone arrives. Has a cooling module reached the temperature level, occurs between the condensation element and this cooling module an approximately constant temperature profile, resulting in also increases the condensation zone. At the start the refrigerant in a deeper zone is as far as possible evaporate completely with high heat dissipation. Due to the extended condensation zone, however, this can Steam already at the overlying cooling module again Condensate to wet steam or drops without the steam must ascend to the condensation element. Also with several cooling modules the provision of a shaft is advantageous, for which purpose preferably the cooling modules centrally a passage for have a shaft or a hollow shaft tube. To ensure, that evaporating at the individual cooling modules Refrigerant can ascend to the condensation element can the shaft for each cooling module at least one Have radial opening, above the guide sealingly against the hollow tube.

Das zentrale Hohlrohr oder Schachtrohr kann mit den mehreren Kühlmodulen wiederum durch einen Schrumpfprozess verbunden werden, wobei vorzugsweise bei der Fertigung eines Wärmerohrs mit mehreren Kühlmodulen zuerst sämtliche Kühlmodule am Hohlrohr befestigt werden und anschließend diese Einheit, wiederum durch einen Schrumpfprozeß, in das Hüllrohr eingebracht wird. Alternativ kann auch eine Kombination von Schrumpfprozess in Kombination mit Löten durchgeführt werden.The central hollow tube or shaft tube can with the several cooling modules in turn be connected by a shrinking process, preferably in the production of a heat pipe with several cooling modules First, all cooling modules attached to the hollow tube and then this unit, again by a shrinking process, is introduced into the cladding tube. Alternatively, too a combination of shrinking process in combination with soldering be performed.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann das Hüllrohr ringförmig ausgeführt sein und einen Innenringmantel sowie einen Außenringmantel aufweisen, wobei das Kühlmodul mit seiner Mantelfläche je nach Positionierung des zu kühlenden Bauteils an der Innenfläche des Innenringmantel oder an der Innenfläche des Außenringmantel anliegt. Das zu kühlende supraleitfähige Bauelement wie insbesondere eine supraleitfähige Spule wird zweckmäßigerweise an dem Ringmantel positioniert, an dessen Innenfläche die Mantelflächen des/der Kühlmoduls/e anliegen. Ein ringförmiges Wärmerohr eignet sich besonders vorteilhaft zum Kühlen von großen Supraleiterspulen, d. h. Spulen mit großen Innendurchmessern. Die Spulen und entsprechend das Wärmerohr können rotationssymmetrisch um eine Zentralachse ausgebildet sein aber auch elliptisch, oval oder rennbahnförmig ausgebildet sein. Ein ringförmiger Schacht kann bei derartigen Ausgestaltungen des Wärmerohrs vorteilhafterweise zwischen dem/den Kühlmodul/en und demjenigen Ringmantel ausgebildet sein, an dessen Innenfläche die Mantelflächen des/der Kühlmoduls/e nicht anliegen. Die Leiteinrichtungen und die Leitelemente sind dann entsprechend derart schräg ausgerichtet, daß die Leiteinrichtungen kondensiertes Wärmeübertragungsmittel zu der Mantelfläche hinlenken, an der die zu kühlende Spule positioniert ist, und die Leitelemente das Wärmeübertragungsmittel von der Mantelfläche wieder wegführen. Weiter vorzugsweise kann, wenn die Spule am Innenmantel des ringförmigen Wärmerohrs positioniert ist, im Zentrum des zu kühlenden Bauteils eine thermische Isolierung eingebaut sein, um im Zentrum der Spule eine Warmbohrung zu erzeugen. Um auch lange Supraleiterspulen oder Supraleiterelemente gleichmäßig kühlen zu können, kann zusätzlich zwischen dem zu kühlenden Bauteil und dem Ringmantel ein Wärmeverteilelement, insbesondere ein Kupferrohr, angeordnet sein.According to a further embodiment of the invention, the cladding tube can be designed annular and have an inner ring and an outer ring shell, wherein the cooling module rests with its lateral surface depending on the positioning of the component to be cooled on the inner surface of the inner ring or on the inner surface of the outer ring. The superconductive component to be cooled, in particular a superconductive coil, is expediently positioned on the annular jacket, on the inner surface of which the jacket surfaces of the cooling module (s) abut. An annular heat pipe is particularly advantageous for cooling large superconducting coils, ie coils with large inner diameters. The coils and corresponding to the heat pipe may be rotationally symmetrical about a central axis but may also be elliptical, oval or racetrack-shaped. An annular shaft can advantageously be formed in such embodiments of the heat pipe between the / the cooling module (s) and that annular jacket on whose inner surface the lateral surfaces of the cooling module (s) do not abut. The guide devices and the guide elements are then aligned obliquely in such a way that the guide devices direct condensed heat transfer medium to the jacket surface on which the coil to be cooled is positioned, and the guide elements guide the heat transfer medium away from the jacket surface again. Further preferably, when the coil is positioned on the inner jacket of the annular heat pipe, thermal insulation may be incorporated in the center of the component to be cooled to produce a hot bore in the center of the coil. To even cool long superconducting coils or superconductor elements evenly can, in addition, between the component to be cooled and the annular jacket, a heat distribution element, in particular a copper pipe may be arranged.

Die vorgenannte Aufgabe wird auch mittels einer Kühleinrichtung für die Kryotechnik zum Kühlen von Supraleiterbauteilen wie beispielsweise Supraleiterspulen, insbesondere HTS-Spulen, gelöst, die wenigstens ein derartiges Wärmerohr bzw. Kälterohr aufweist. Die Kühleinrichtung weist ein Aufnahmerohr auf, in dessen Innenkammer erfindungsgemäß mehrere Wärmerohre mit jeweils wenigstens einem eingebauten Kühlmodul angeordnet sind, deren Kondensationselemente thermisch mit einem Kryokühler gekoppelt sind und deren Hüllrohre zumindest partiell in Kontakt mit dem Aufnahmerohr stehen. Die Kühlmodule mehrerer, vorzugsweise aller Wärmerohre liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene und ein supraleitfähiges Bauteil ist in derselben Ebene am Außenumfang des Aufnahmerohrs positioniert. Um eine optimale thermische Kopplung zwischen den Kälterohren und den kryogen zu kühlenden Komponenten zu erreichen, können im Innenraum des Aufnahmerohrs innere thermische Kopplerelemente in gleicher Einbauhöhe wie die Kühlmodule ausgebildet sind und/oder zwischen der supraleitfähigen Komponente und dem Außenmantel des Aufnahmerohrs ist ein äußeres thermischer Kopplerelement wie z. B. ein Kupferring ausgebildet. Mit einer derartigen Kühleinrichtung können nicht nur beispielsweise Supraleiterspulen mit großem Innendurchmesser gekühlt werden, sondern es kann zugleich eine hohe Kühlleistung aufgrund der Vielzahl von Wärmerohren bzw. Kälterohren erreicht werden. Auch können mit solchen Kälterohren lange Kombinationen von Spulen gekühlt werden, da ein Wärmetransport über größere Baueinheiten hin gewährleistet wird.The The aforementioned object is also achieved by means of a cooling device for cryotechnology for cooling superconductor components such as superconducting coils, in particular HTS coils, solved, having at least one such heat pipe or cold pipe. The cooling device has a receiving tube, in whose Inner chamber according to the invention a plurality of heat pipes each arranged with at least one built-in cooling module are whose condensation elements thermally coupled to a cryocooler are and their cladding at least partially in contact stand with the receiving tube. The cooling modules of several, preferably all heat pipes are preferably in a common Level and a superconductive component is in the same Plane positioned on the outer circumference of the pickup tube. Around optimal thermal coupling between the cold pipes and to achieve the components to be cryogenically cooled, can in the interior of the receiving tube internal thermal Coupler elements formed in the same installation height as the cooling modules are and / or between the superconducting component and the outer shell of the receiving tube is an outer one thermal coupler element such. B. formed a copper ring. With such a cooling device can not for example, superconducting coils with a large inner diameter be cooled, but it can also have a high cooling capacity due to the large number of heat pipes or cold pipes be achieved. Also, with such cold ears long combinations of coils are cooled as a heat transfer over guaranteed larger units out becomes.

Bei einer Kühleinrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn die Wärmerohre mit ihren Verdampfungselementen in einer gemeinsamen Aufnahmebasis verankert sind, die vorzugsweise thermisch leitend ausgebildet ist und mit einer Heizeinrichtung thermisch gekoppelt ist. Mit der Heizeinrichtung kann dann verhindert werden, daß im Kühlbetrieb, wenn sämtliche Kühlmodule die entsprechende Partie des Hüllrohrs auf die gewünschte Temperatur gekühlt haben und selbst die kryogene Temperatur aufweisen, sich am Fuß des Wärmerohrs sammelndes flüssiges Kältemittel vereist, da die zusätzliche Wärmezufuhr das Kältemittel dann verdampft, wobei der Dampf über den Schacht durch Konvektion bzw. Kapillarwirkung zum Kondensationselement aufsteigt.at a cooling device is particularly advantageous when the Heat pipes with their evaporation elements in a common Receiving base are anchored, preferably thermally conductive is formed and thermally coupled to a heater is. With the heater can then be prevented in the Cooling mode, if all cooling modules the corresponding batch of cladding to the desired Have cooled temperature and even the cryogenic temperature exhibit, collecting at the foot of the heat pipe liquid refrigerant ices, as the additional Heat the refrigerant then evaporates, taking the steam over the shaft through convection or capillary action ascends to the condensation element.

Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet entsprechender Kühleinrichtungen könnten beispielsweise mit Supraleiterspulen versehene Generatoren für die Umwandlung von Meereswellen oder Meeresströmungen in Strom sein. Eine andere vorteilhafte Anwendung ist die Kühlung eines langgestreckten, polysolenoiden Linearmotors oder einer langgestreckten oder/und großvolumigen Spule eines Magneten für Strombegrenzer.One advantageous field of application of corresponding cooling devices could, for example, provided with superconducting coils Generators for the transformation of ocean waves or ocean currents to be in power. Another advantageous application is cooling an elongated, polysolenoid linear motor or an elongated or / and large-volume coil of a magnet for Current limiter.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung gezeigten vorteilhaften Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the following description of advantageous shown in the drawing Embodiments. In the drawing show:

1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wärmerohr für die Kryotechnik, teilweise aufgebrochen; 1 a longitudinal section through an inventive heat pipe for cryogenics, partially broken;

2 in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines Kühlmoduls für ein erfindungsgemäßes Wärmerohr; 2 in side view an embodiment of a cooling module for a heat pipe according to the invention;

3 perspektivisch ein Ausführungsbeispiel eines Kondensationselements für ein erfindungsgemäßes Wärmerohr; 3 perspective view of an embodiment of a condensation element for a heat pipe according to the invention;

4 eine Kühleinrichtung mit erfindungsgemäßen Wärmerohren in Seitenansicht; 4 a cooling device with heat pipes according to the invention in side view;

5 schematisch einen Längsschnitt durch die Kühleinrichtung nach 4, teilweise aufgebrochen; 5 schematically a longitudinal section through the cooling device according to 4 partially broken up;

6 eine Draufsicht auf den oberen Kopf der Kühleinrichtung gemäß 4 und 5; und 6 a plan view of the upper head of the cooling device according to 4 and 5 ; and

7 schematisch einen Längsschnitt durch ein ringförmiges Wärmerohr gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zum Kühlen großer HTS-Spulen. 7 schematically a longitudinal section through an annular heat pipe according to another embodiment for cooling large HTS coils.

Das in 1 insgesamt mit Bezugszeichen 10 bezeichnete Wärmerohr bzw. Kälterohr für die Kryotechnik weist ein zylindrisches Hüllrohr 1 als Verbindungsrohr auf, welches an seinem unteren Ende mit einer Verdampfungsplatte 2 als Verdampfungselement und an seinem oberen Ende mit einer Kondensationsplatte 3 als Kondensationselement bzw. Kondensatorelement verschlossen ist. Die Verbindung zwischen dem Rohrmantel des Hüllrohrs 1, der Kondensationsplatte 2 und der Verdampfungsplatte 3 erfolgt dergestalt, daß innerhalb des Hüllrohrs 1 eine hermetisch gegenüber der Umgebung gekapselte Kammer 4 entsteht. Damit das in 1 gezeigte Wärmerohr bzw. Kälterohr 10 für die Kryotechnik, d. h. für einen Temperaturbereich unterhalb etwa –150°C eingesetzt werden kann, ist die Kammer 4 mit einem geeigneten, nicht dargestellten kryogenen Kältemittel als Wärmeübertragungsmittel gefüllt, wie insbesondere ⁴He mit einem Siedepunkt von etwa 4,23 K (Kelvin) bei 1,013 bar, n-H₂ mit einem Siedepunkt von etwa 20,4 K oder N₂ mit einem Siedepunkt von etwa 77,35 K. Das kryogene Kältemittel kann auch aus einem anderen flüssigen Reinstoffgas oder Gasgemisch bestehen. Für den Betrieb des Wärmerohrs 10 wird die Kondensationsplatte 3 thermisch mit einem nicht dargestellten, geeigneten Kryokühler verbunden, mit dem das Kondensationselement 3 auf eine Temperatur abgekühlt werden kann, bei der gasförmiges, in der Kammer 4 eingeschlossenes Kältemittel in den Aggregatzustand flüssig übergeht. Die Kammer 4 ist vorzugsweise mit dem Kältemittel bei einem Druck gefüllt, der größer ist als Atmosphärendruck, und das Wärmerohr 10 sowie alle Verbindungen innerhalb des Wärmerohrs 10 können hohem Überdruck standhalten. Das Wärmerohr 10 ist vorzugsweise für den stehenden Einbau konzipiert, bei welchem die Mittelachse des Mantelrohrs 1 senkrecht steht bzw. einen geringen Winkel zur Senkrechten oder Vertikalen von < 30° einnimmt.This in 1 total with reference numerals 10 designated heat pipe or cold pipe for cryogenics has a cylindrical cladding tube 1 as a connecting tube, which at its lower end with an evaporation plate 2 as an evaporation element and at its upper end with a condensation plate 3 is closed as a condensation element or capacitor element. The connection between the pipe jacket of the cladding tube 1 , the condensation plate 2 and the evaporation plate 3 takes place such that within the cladding tube 1 a hermetically sealed to the environment chamber 4 arises. So that in 1 shown heat pipe or cold pipe 10 for the cryotechnology, ie for a temperature range below about -150 ° C can be used, is the chamber 4 filled with a suitable, not shown cryogenic refrigerant as a heat transfer medium, in particular ⁴ He with a boiling point of about 4.23 K (Kelvin) at 1.013 bar, nH ₂ having a boiling point of about 20.4 K or N ₂ having a boiling point of about 77.35 K. The cryogenic refrigerant can also consist of another liquid pure substance gas or gas mixture. For the operation of the heat pipe 10 becomes the condensation plate 3 thermally connected to a suitable cryocooler, not shown, with which the condensation element 3 can be cooled to a temperature at the gaseous, in the chamber 4 trapped refrigerant in the state of matter passes liquid. The chamber 4 is preferably filled with the refrigerant at a pressure greater than atmospheric pressure and the heat pipe 10 as well as all connections within the heat pipe 10 can withstand high overpressure. The heat pipe 10 is preferably designed for standing installation, in which the central axis of the jacket tube 1 is vertical or a slight angle to the vertical or vertical of <30 ° occupies.

In die Kammer 4 ist erfindungsgemäß wenigstens ein insgesamt mit 20 bezeichnetes Kühlmodul eingebaut, welches im Detail in 2 dargestellt ist, auf die nun zuerst Bezug genommen wird. Das vorzugsweise aus Metall wie Stahl oder Kupfer oder Kupferlegierung bestehende Kühlmodul 20 hat eine deutlich geringere axiale Länge als das Hüllrohr und es weist eine zylindrische, rohrförmige Mantelfläche 21 auf, an die sich nach oben ein erster Kegel oder Kegelelement 22 anschließt, das sich ausgehend vom Übergang 23 zwischen der Mantelfläche 21 und dem Kegelelement 22 kegelförmig bzw. trichterförmig nach oben verjüngt. Die auf die Mantelfläche 21 zu sich verbreiternde Kegelfläche des Kegels 22 bildet eine Leiteinrichtung, um flüssiges bzw. verflüssigtes Kältemittel, welches von oben aufgrund der Gravitationskräfte auf das Kegelelement 22 herabfällt, zur Mantelfläche 21 hinzulenken. Die Leitwirkung des Kegelelementes 22 wird dadurch verstärkt, daß über den Umfang des Kegelelementes 22 verteilt mehrere, beispielsweise vier bis acht Leitschlitze 24 ausgebildet sind, die sich bis zum Rand bzw. Übergang 23 erstrecken und die es ermöglichen, daß das flüssige und von oben herabtropfende Kältemittel durch die als Öffnungen ausgeführten Leitschlitze 24 an die Innenfläche 21' (1) der Mantelfläche 21 gelangen kann, um dort nach unten herabzufließen. Das Kegelelement 22 mündet oben stumpf in einen runden Dom 25, der eine kreisrunde Öffnung für ein Schachtrohr bzw. Hohlrohr 5 (1) bildet, welches konzentrisch zur Achse des Hüllrohrs 1 des Wärmerohrs 10 positioniert ist und sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des Wärmerohrs 10 erstreckt. An die Mantelfläche 21 schließt sich nach unten ein zweites Kegelelement 26 an, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Siebblech od. dgl. hergestellt ist, zahlreiche Sieblöcher 27 aufweist und sich vom unteren zylindrischen Rand 28 der Mantelfläche konisch zur Mittelachse verjüngt. Auch das zweite Kegelelement 26 endet stumpf in einer Durchgangsbohrung 29 für den Durchgriff des Hohlrohrs bzw. Schachtrohrs 5. Die Aussparungen bzw. Löcher 27 im Siebblech des Kegelelementes 26 dienen dazu, weiterhin flüssiges Kältemittel nach unten abzuleiten bzw. weiterzuleiten, damit sich flüssiges Kältemittel nicht innerhalb eines einzelnen Kühlmoduls 20 stauen kann. Der die Leiteinrichtung bildende Kegel 22 hat im wesentlichen dieselben Abmessungen wie der das Leitelement bildende Kegel, ist jedoch umgekehrt ausgerichtet, um einen Zufluß flüssigen Kältemittels zum Hüllrohr 1 oder einen Wegfluß zur Achse hin zu erreichen und zugleich einen Strom gasförmigen Kältemittels innerhalb der Kegel zur Mittelachse hinzulenken.In the chamber 4 is at least one total with according to the invention 20 designated cooling module installed, which in detail in 2 is first referred to. The preferably made of metal such as steel or copper or copper alloy cooling module 20 has a much smaller axial length than the cladding tube and it has a cylindrical, tubular lateral surface 21 on top of which is a first cone or cone element 22 connects, starting from the transition 23 between the lateral surface 21 and the cone element 22 Tapered or funnel-shaped tapered upwards. The on the lateral surface 21 to widening conical surface of the cone 22 forms a guide to liquid or liquefied refrigerant, which from above due to the gravitational forces on the cone element 22 falls down to the lateral surface 21 to direct. The guiding effect of the cone element 22 is reinforced by the fact that over the circumference of the cone element 22 distributes several, for example, four to eight routing slots 24 are formed, extending to the edge or transition 23 extend and allow the liquid and from the top dripping refrigerant through the guide slots designed as openings 24 to the inner surface 21 ' ( 1 ) of the lateral surface 21 can reach, down there to flow down. The cone element 22 flows up into a round dome in a round dome 25 , which is a circular opening for a shaft pipe or hollow tube 5 ( 1 ), which is concentric with the axis of the cladding tube 1 of the heat pipe 10 is positioned and substantially over the entire height of the heat pipe 10 extends. To the lateral surface 21 closes down a second cone element 26 on, which od in the embodiment shown from a screen plate. Like. Made, numerous sieve holes 27 has and extends from the lower cylindrical edge 28 the lateral surface tapers conically to the central axis. Also the second cone element 26 ends blunt in a through hole 29 for the passage of the hollow tube or shaft tube 5 , The recesses or holes 27 in the sieve plate of the cone element 26 are used to continue to divert liquid refrigerant down or forward, so that liquid refrigerant is not within a single cooling module 20 can accumulate. The cone forming the guide 22 has substantially the same dimensions as the guide element forming cone, but is reversed aligned to an inflow liquid refrigerant to the cladding tube 1 or to achieve a flow path to the axis and at the same time hinzulenken a flow of gaseous refrigerant within the cone to the central axis.

In einem erfindungsgemäßen Wärmerohr 10 ist wenigstens ein entsprechendes Kühlmodul 20 zwischen der das untere Rohrende des Hüllrohrs 1 verschließenden Verdampfungsplatte 2 und der das obere Rohrende verschließenden Kondensationsplatte 3 angeordnet und derart in die Kammer 4 eingesetzt, daß die Mantelfläche 21 mit ihrer Außenseite ringsum an der Innenfläche 1' des Mantelrohrs 1 flächig anliegt. Die flächige Anlage wird vorzugsweise mittels einer Preßpassung bewirkt, die infolge eines Einschrumpfens des Kühlmoduls 20 in das Mantelrohr 1 erreicht wird, indem z. B. für den Schrumpfprozeß das Mantelrohr 1 erwärmt und zugleich das Kühlmodul 20 abgekühlt wird, um durch Kontraktion bzw. Dehnung ein Zusammenfügen von Kühlmodul 20 und Hüllrohr 1 zu erreichen.In a heat pipe according to the invention 10 is at least one corresponding cooling module 20 between the lower tube end of the cladding tube 1 closing evaporating plate 2 and the condensation plate closing the upper tube end 3 arranged and so in the chamber 4 used that the lateral surface 21 with its outside all around on the inside surface 1' of the jacket tube 1 lies flat. The planar contact is preferably effected by means of an interference fit, which occurs as a result of shrinkage of the cooling module 20 in the jacket tube 1 is achieved by z. B. for the shrinkage process, the jacket tube 1 heated and at the same time the cooling module 20 is cooled, by contraction or expansion, a joining of cooling module 20 and cladding 1 to reach.

Mit dem in das Wärmerohr 10 eingebauten Kühlmodul 20 wird erreicht, daß flüssiges Kältemittel gezielt an die Mantelfläche 21 eines jeden Kühlmoduls 20 herangeführt wird, wodurch am Hüllrohr 1 in denjenigen Bereich, in welchem das Kühlmodul 20 mit seiner Mantelfläche 21 an der Innenfläche 1' des Hüllrohrs anliegt, Wärme abgeführt werden kann. Ein supraleitfähiges Bauelement wie beispielsweise eine supraleitfähige Spule kann daher in einem Bereich am Außenumfang des Mantelrohrs 1 des Wärme- bzw. Kälterohrs 10 positioniert werden, welcher fluchtend mit der Mantelfläche des Kühlmoduls 20 liegt, wodurch ein dieser Kontaktzone innerhalb der Kammer 4 des Wärmerohrs 10 zugeführtes flüssiges Kältemittel gezielt und effektiv wärme von den Supraleiterbauteilen bzw. supraleitfähigen Spulen abführen kann, damit diese unterhalb der Sprungtemperaturen des supraleitfähigen Materials betrieben werden. Für die Wärmeabfuhr wird hierbei die Verdampfungsenthalpie des Kältemittels ausgenutzt, die das Kältemittel beim Phasenübergang zwischen den Aggregatzuständen flüssig-gasförmig benötigt. Der Einbau der Kühlmodule 20 in das Kälterohr 10 hat die besondere Wirkung, daß die maximale Kühlleistung limitiert innerhalb kürzester Zeit in demjenigen Bereich bereitgestellt wird, in welchem supraleitfähige Bauelemente am Außenumfang des Wärmerohrs positioniert sind.With the in the heat pipe 10 built-in cooling module 20 is achieved that liquid refrigerant targeted to the lateral surface 21 of each cooling module 20 is introduced, whereby the cladding tube 1 in the area in which the cooling module 20 with its lateral surface 21 on the inner surface 1' the cladding tube rests, heat can be dissipated. Therefore, a superconducting device such as a superconductive coil can be disposed in an area on the outer circumference of the mandrel 1 the heat or cold ear 10 be positioned, which is aligned with the lateral surface of the cooling module 20 which causes one of these contact zone within the chamber 4 of the heat pipe 10 supplied liquid refrigerant selectively and effectively dissipate heat from the superconductor components or superconductive coils, so that they are operated below the transition temperature of the superconducting material. For the heat removal in this case the evaporation enthalpy of the refrigerant is utilized, which requires the refrigerant at the phase transition between the states of matter liquid-gaseous. The installation of the cooling modules 20 in the cold ear 10 has the special effect that the maximum cooling capacity is limited provided within a very short time in the area in which superconducting devices are positioned on the outer circumference of the heat pipe.

Um innerhalb der Kammer 4 im Wärme- bzw. Kälterohr 10 einen optimalen Kreislauf des Kältemittels zu ermöglichen, weist das den Schacht bildende Hohlrohr 5 im wesentlichen unmittelbar unterhalb des Doms 25 des oberen, die Durchlaßschlitze 24 aufweisenden Kegelelements 22 radiale Durchlässe 6 ausreichender Größe auf, durch welche hindurch innerhalb eines Kühlmoduls 20 in den gasförmigen Aggregatszustand übergetretenes Kältemittel in das Innenrohr 7 des Schachtrohres 5 übertreten und von dort gasförmig der mittels des Kryokühlers gekühlten Kondensationsplatte 3 zugeführt werden kann. Auch dies wird durch die Trichterform bzw. Kegelform des Kühlmoduls 20 unterstützt.To get inside the chamber 4 in heat or refrigeration Pipeline 10 To allow an optimal circulation of the refrigerant, has the hollow tube forming the shaft 5 essentially immediately below the dome 25 the upper, the Durchlaßschlitze 24 having cone element 22 radial passages 6 of sufficient size, through which within a cooling module 20 in the gaseous state of matter transferred refrigerant into the inner tube 7 of the shaft pipe 5 pass and from there the gaseous cooled by means of the cryocooler condensation plate 3 can be supplied. This is also due to the funnel shape or conical shape of the cooling module 20 supported.

Die 1 zeigt zwar nur ein Kühlmodul 20 innerhalb der Kammer 4 des Kälterohrs 10. Es sind jedoch vorzugsweise über die Höhe des Kälterohrs 10 ggf. gleichmäßig verteilt mehrere identische Kühlmodule 20 angeordnet, wobei nur auf das innerhalb der Kammer 4 oberste, dem Kondensationselement 3 unmittelbar benachbart liegende Kühlmodul 20 flüssiges Kältemittel von der Kondensationsplatte 3 herabtropft, während auf die Leiteinrichtungen bzw. Kegelelemente 22 der nachfolgenden Kühlmodule flüssiges Kältemittel herabtropft, welches durch die Löcher 27 im unteren Kegelelement 26 hindurchtritt. Die Verdampfungsplatte 2 am unteren Ende des Wärmerohrs 10 kommt dann zum Tragen, wenn auch das unterste Kühlmodul 20 innerhalb der Kammer 4 noch flüssiges Kältemittel nach unten durchtreten läßt. Um eine Ansammlung flüssigen Kältemittels am Fuß oder Boden des Kälterohrs 10 zu verhindern, kann die Verdampfungsplatte 2 thermisch mit einer Heizeinrichtung od. dgl. gekoppelt sein, die verhindert, daß das flüssige Kältemittel am Fuß des Kälterohrs 10 vereist. Das an der Verdampfungsplatte 2 in den gasförmigen Aggregatszustand übertretende Kältemittel kann hierbei durch Radialeintritte 8 am Fuße des Hohlrohrs 5 in das Schachtinnenrohr 7 übertreten und von dort zur Kondensationsplatte 3 überströmen. Für die Radialschlitze 8 ist es ggf. ausreichend, den Fußabschnitt 9 des Schachtsrohrs 5 mit geeignetem Abstand von der Verdampfungsplatte 2 anzuordnen bzw. mittels Zwischenstegen an dieser oder am Hüllrohr 1 abzustützen. Vor der Montage der Kühlmodule 20 innerhalb der Kammer 4 des Hüllrohrs 1 werden vorzugsweise sämtliche Kühlmodule 20 mittels eines Schrumpfprozesses auf das Hohlrohr 5 aufgeschrumpft, bevor der Verbund von Schachtrohr 5 und Kühlmodulen 20 als Einheit unter Nutzung von thermischer Ausdehnung/Schrumpfung in das Hüllrohr 1 eingesetzt wird.The 1 Although only shows a cooling module 20 inside the chamber 4 of the cold ear 10 , However, it is preferably above the height of the cold pipe 10 if necessary evenly distributed several identical cooling modules 20 arranged, being only on the inside of the chamber 4 uppermost, the condensation element 3 immediately adjacent cooling module 20 liquid refrigerant from the condensation plate 3 dripped down while on the guide devices or cone elements 22 the subsequent cooling modules drips liquid refrigerant through which the holes 27 in the lower cone element 26 passes. The evaporation plate 2 at the bottom of the heat pipe 10 comes into play, even if the lowest cooling module 20 inside the chamber 4 still let liquid refrigerant pass down. An accumulation of liquid refrigerant at the foot or bottom of the cold pipe 10 can prevent the evaporation plate 2 thermally coupled with a heater od. The like., Which prevents the liquid refrigerant at the bottom of the cold pipe 10 icy. The at the evaporation plate 2 in the gaseous state of aggregation overflowing refrigerant can in this case by radial inlets 8th at the foot of the hollow tube 5 in the shaft inner tube 7 overpass and from there to the condensation plate 3 overflow. For the radial slots 8th it may be sufficient, the foot section 9 of the shaft tube 5 at a suitable distance from the evaporation plate 2 to arrange or by means of intermediate webs on this or on the cladding 1 support. Before mounting the cooling modules 20 inside the chamber 4 of the cladding tube 1 are preferably all cooling modules 20 by means of a shrinking process on the hollow tube 5 Shrunk down before the composite of manhole 5 and cooling modules 20 as a unit using thermal expansion / shrinkage in the cladding tube 1 is used.

3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine Kondensationsplatte 3 mit einer möglichst großen Oberfläche, um die Kontaktfläche für gasförmiges Kältemittel zu maximieren und zugleich ein gezieltes Abtropfen oder Herabfallen von rückverflüssigtem bzw. verflüssigtem Kältemittel zu erreichen. Die Kondensationsplatte 3 weist hierzu an ihrer Unterseite eine prismenartige Oberfläche 13 mit einer vorzugsweise der Anzahl der Durchlaßschlitze 24 im obersten Kühlmodul 20 entsprechenden Zahl von Abtropfspitzen 14 auf. Jede Abtropfspitze kann z. B. vier ebene Flanken als Prismenflächen aufweisen. Die thermische Kopplung der Kondensationsplatte 3 mit dem Kaltkopf eines Kryokühlers kann beispielsweise über einen Kupferstab od. dgl. als thermischen Bus erfolgen oder der Kaltkopf eines Kryokühlers kann unmittelbar mit der Kondensationsplatte 3 des Wärmerohrs bzw. Kälterohrs 10 verbunden sein. 3 shows an advantageous embodiment of a condensation plate 3 with the largest possible surface area in order to maximize the contact area for gaseous refrigerant and at the same time to achieve a targeted dripping or dropping of re-liquefied or liquefied refrigerant. The condensation plate 3 has for this purpose on its underside a prismatic surface 13 with a preferably the number of passage slots 24 in the top cooling module 20 corresponding number of drip tips 14 on. Each drip tip can z. B. have four flat edges as prism surfaces. The thermal coupling of the condensation plate 3 The cold head of a cryocooler can be used for example via a copper rod or the like as a thermal bus, or the cold head of a cryocooler can communicate directly with the condensation plate 3 the heat pipe or cold pipe 10 be connected.

Die 4 bis 6 zeigen ein Anwendungsbeispiel für die Nutzung mehrerer Kälterohre (cold pipes) innerhalb einer insgesamt mit 100 bezeichneten Kühleinrichtung. Jedes Kälterohr 10 hat hierbei einen Aufbau, wie er mit Bezug zu den 1 bis 3 beschrieben wurde und jedes Kälterohr 10 weist über seine Höhe eine Vielzahl von Kühlmodulen 20 auf. Die einzelnen Kälterohre 10 sind dabei derart ausgebildet, daß in allen Kälterohren 10 die Kühlmodule 20 im selben Abstand von der Kondensationsplatte 3 bzw. der Verdampfungsplatte eines jeden Kälterohrs 10 positioniert sind.The 4 to 6 show an application example for the use of several cold pipes within a total of 100 designated cooling device. Every cold ear 10 has a structure, as he relates to the 1 to 3 was described and every cold ear 10 has over its height a variety of cooling modules 20 on. The individual cold pipes 10 are designed such that in all cold pipes 10 the cooling modules 20 at the same distance from the condensation plate 3 or the evaporation plate of each cold pipe 10 are positioned.

Bei der Kühleinrichtung 100 sind insgesamt sechs Kälterohre 10 mit gleichem Winkelabstand auf einem Teilkreis um eine Zentralachse Z der Kühleinrichtung 100 angeordnet. Die Außenflächen des Hüllrohrs 1 eines jeden Kälterohrs 10 liegen vorzugsweise unmittelbar an einem Aufnahmerohr 80 an, welches konzentrisch zur Zentralachse Z positioniert ist und sämtliche Kälterohre 10 über deren gesamte Höhe einschließt. Im Innenraum dieses Aufnahmerohrs 80, vorzugsweise ausschließlich in denjenigen Bereichen, in welchen die Kühlmodule 20 innerhalb der Kälterohre 10 angeordnet sind, ist je Kühlmodulebene ein innerer thermischer Leiter 81 als thermisches Koppelelement positioniert, welcher partiell einen unmittelbaren thermischen Kontakt zwischen der gesamten Außenfläche des Hüllrohrs 1 der einzelnen Kühlrohre 10 mit der Innenmantelfläche 82 des Aufnahmerohrs 80 bewirkt, um eine möglichst hohe Wärmeübertragung zwischen dem Aufnahmerohr 80 und den Kühlrohren 10 in demjenigen Bereich zu erreichen, in welchem die einzelnen Kühlmodule 20 positioniert sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind an den fluchtend zu den Kühlmodulen 20 sowie den inneren thermischen Leiterelementen 81 liegenden Bereichen des Außenmantels 83 des Aufnahmerohrs 80 äußere thermische Kopplungsringen 85 positioniert, an denen hier ringförmige Supraleiterspulen 90 mit ihrem Innenring anliegen.At the cooling device 100 are a total of six cold pipes 10 at the same angular distance on a pitch circle about a central axis Z of the cooling device 100 arranged. The outer surfaces of the cladding tube 1 of each cold ear 10 are preferably located directly on a receiving tube 80 which is positioned concentrically to the central axis Z and all the cooling pipes 10 including over their entire height. In the interior of this pickup tube 80 , Preferably only in those areas in which the cooling modules 20 inside the cold pipes 10 are arranged, each cooling module level is an internal thermal conductor 81 positioned as a thermal coupling element, which partially direct thermal contact between the entire outer surface of the cladding tube 1 the individual cooling pipes 10 with the inner circumferential surface 82 of the recording tube 80 causes the highest possible heat transfer between the receiving tube 80 and the cooling pipes 10 to reach in the area in which the individual cooling modules 20 are positioned. In the embodiment shown are in alignment with the cooling modules 20 and the inner thermal conductor elements 81 lying areas of the outer shell 83 of the recording tube 80 outer thermal coupling rings 85 positioned, in which here annular superconductor coils 90 rest with their inner ring.

Die Supraleiterspulen 90 können mittels der jeweiligen Kühlmodule 20 in den Kälterohren 10 unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitfähigen Materials gekühlt werden. Sämtliche Kondensationsplatten 3 der insgesamt hier sechs Kälterohre 10 sind über einen Kopplungsring 70 miteinander verbunden, an welchem der Kaltkopf 75 eines weiter nicht dargestellten Kryokühlers angeschlossen ist. Das Aufnahmerohr 80 für die Kälterohre 10 wiederum ist innerhalb einer rohrförmigen Ummantelung 71 positioniert, die vorzugsweise als kryostatischer Behälterausgeführt ist. Bei der Kühleinrichtung 100 sind sämtliche Kälterohre 10 mit ihren unteren, mit den Verdampfungsplatten verschlossenen Enden in einer Aufnahmebasis 72 angeordnet bzw. mit dieser thermisch gekoppelt, der vorzugsweise eine Heizeinrichtung zugeordnet wird, um zu verhindern, daß das Kältemittel innerhalb der einzelnen, hermetisch gekapselten Kälterohre 10 gefrieren kann.The superconductor coils 90 can by means of the respective cooling modules 20 in the cold ears 10 be cooled below the transition temperature of the superconducting material. All condensation plates 3 the total here six cold pipes 10 are via a coupling ring 70 connected with each other, on which the cold head 75 a cryocooler, not further shown, is connected. The recording tube 80 for the cold pipes 10 in turn is within a tubular sheath 71 positioned, which is preferably carried out as a cryostatic container. At the cooling device 100 are all cold pipes 10 with their lower ends sealed with the evaporating plates in a receiving base 72 disposed or thermally coupled to which is preferably associated with a heater, to prevent the refrigerant within the individual, hermetically sealed cold tubes 10 can freeze.

7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Wärmeohr 210 zum Kühlen einer großen und langen Supraleiterspule 290. Das Wärmerohr 210 ist hier rotationssymmetrisch um die Zentralachse Z ausgebildet und weist ein ringförmiges Hüllrohr 201 mit einem Innenringmantel 261 und einem Außenringmantel 262 auf. Am oberen Ende der beiden Ringmäntel des Hüllrohrs 201 ist eine ringförmige Kondensationsplatte 203 mit Abtropfspitzen 214 an ihrer Unterseite befestigt und am unteren Ende ist eine ringförmige Verdampfungsplatte 202 derart befestigt, daß im Hüllrohr 201 eine hermetisch abgekapselte Kammer 204 gebildet wird, die mit einem geeigneten kryogenen Kältemittel gefüllt ist. In der ringförmigen Kammer 4 sind mehrere Kühlmodule 220 eingebaut, von denen hier nur eines dargestellt ist. Jedes Kühlmodul 220 liegt mit einer zylindrischen Mantelfläche 221 an der Innenfläche 261' des Innenringmantels 261 an. Oberhalb jeder Mantelfläche 221 ist eine schräge, ringförmig um den Innenringmantel 261 umlaufende Leiteinrichtung 222 ausgebildet, die flüssiges oder kondensiertes Kältemittel zur Mantelfläche 221 hinlenkt. Unterhalb jeder Mantelfläche 221 weist das Kühlmodul 220 eine schräge Leitwand 226 auf, die flüssiges Kältemittel von der Mantelfläche 221 wegführt. Die Leitwand 226 ist mit Sieblöchern 227 versehen, damit Kältemittel nach unten zu einem weiteren Kühlmodul oder zur Verdampfungsplatte 204 abtropfen kann. Zwischen den Kühlmodulen 220 und dem Außenringmantel 262 ist eine ringförmige Zwischenwand 265 angeordnet, mit der innerhalb der Kammer 4 ein ringförmiger Schacht 207 zwischen den Kühlmodulen 220 und dem Außenringmantel 262 gebildet wird. Die Zwischenwand 265 ist von der Kondensationsplatte 203 und der Verdampfungsplatte 204 beabstandet, damit flüssiges und/oder gasförmiges Kältemittel in den Teil der Kammer 204 übertreten kann, in dem die Kühlmodule angeordnet sind. Die Abtropfspitzen 214 an der Kondensationsplatte 203 liegen entsprechend radial innerhalb der Zwischenwand 265. Die Zwischenwand 265 ist unmittelbar unterhalb der Kontaktstelle zwischen der hier mit etwa 45° schräg nach oben verlaufenden Leitring 222 und dessen Kontakstelle mit der Zwischenwand 265 mit Durchlässen 206 versehen, damit innerhalb der Kühlmodule 220 verdampfendes Kältemittel über den Schacht noch oben zur Kondensationsplatte 203 aufsteigen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zu kühlenden Supraleiterspule 290 innerhalb des Innenrohrmantels 261 positioniert. Um eine gute Wärmeleitung zwischen den Kühlmodulen 220 und der zu kühlenden Spule 290 zu erreichen, sind außerhalb des Hüllrohrs 201, den Mantelflächen 221 gegenüberliegend, thermische Koppelringe 281 angeordnet. Da die Spule 290 sich fast über die gesamte Höhe des Wärmeohrs 210 erstreckt, liegt an der Außenseite der Spule 290 ein Kupferrohr 285 als Wärmeverteilelement an, das wiederum an mehreren Stellen jeweils in Kontakt mit den Koppelringen 281 steht. 7 shows an embodiment of a heat pipe 210 for cooling a large and long superconducting coil 290 , The heat pipe 210 is here formed rotationally symmetrical about the central axis Z and has an annular cladding tube 201 with an inner ring jacket 261 and an outer ring shell 262 on. At the upper end of the two ring coats of the cladding tube 201 is an annular condensation plate 203 with drip tips 214 attached to its underside and at the bottom is an annular evaporation plate 202 fixed so that in the cladding tube 201 a hermetically sealed chamber 204 is formed, which is filled with a suitable cryogenic refrigerant. In the annular chamber 4 are several cooling modules 220 built in, of which only one is shown here. Each cooling module 220 lies with a cylindrical lateral surface 221 on the inner surface 261 ' of the inner ring mantle 261 at. Above each lateral surface 221 is an oblique, annular around the inner ring jacket 261 circumferential guide 222 formed, the liquid or condensed refrigerant to the lateral surface 221 hinlenkt. Below each lateral surface 221 has the cooling module 220 a sloping baffle 226 on, the liquid refrigerant from the lateral surface 221 leads away. The baffle 226 is with sieve holes 227 provided with refrigerant down to another cooling module or to the evaporation plate 204 can drip off. Between the cooling modules 220 and the outer race 262 is an annular partition 265 arranged with the inside of the chamber 4 an annular shaft 207 between the cooling modules 220 and the outer race 262 is formed. The partition 265 is from the condensation plate 203 and the evaporation plate 204 spaced so that liquid and / or gaseous refrigerant in the part of the chamber 204 can pass, in which the cooling modules are arranged. The dripping tips 214 at the condensation plate 203 lie correspondingly radially within the partition 265 , The partition 265 is just below the contact point between the here with about 45 ° obliquely upwardly extending guide ring 222 and its contact point with the partition 265 with passages 206 provided so that within the cooling modules 220 vaporizing refrigerant over the shaft still up to the condensation plate 203 can ascend. In the embodiment shown, the superconducting coil to be cooled is 290 inside the inner pipe jacket 261 positioned. To ensure good heat conduction between the cooling modules 220 and the coil to be cooled 290 to reach are outside the cladding tube 201 , the lateral surfaces 221 opposite, thermal coupling rings 281 arranged. Because the coil 290 almost over the entire height of the ear 210 extends, lies on the outside of the coil 290 a copper pipe 285 as Wärmeverteilelement, which in turn at several points in each case in contact with the coupling rings 281 stands.

Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen sollen. Die Figuren zeigen nur bevorzugte Ausführungsbeispiele und insbesondere die Anzahl der Kühlmodule in einem Kälterohr bzw. Wärmerohr, die Anzahl der Kälterohre in einer Kälteeinrichtung, die thermische Kopplung zwischen einem Kryokühler und den Kondensationselementen der einzelnen Kälterohre kann variieren, ohne den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche zu verlassen. Auch als Kältemittel können verschiedene Reinstoffgase, Gase oder Gasgemische, die für die Kryotechnik bzw. Kryogenik geeignet sind, zum Einsatz kommen. Die supraleitfähigen Bauelemente und Komponenten können unmittelbar an den Kälterohren oder dem Aufnahmerohr der Kühleinrichtung oder mittelbar an diesen befestigt bzw. mit diesen thermisch gekoppelt sein. Die Rohre können zusätzlich mit Sicherheitsventilen für Überdruck, Abpumpventilen für die Erzeugung eines Unterdrucks und/oder Zugangsventilen für die Einbringung von Kühlmedien versehen sein. Bei dem ringförmigen Wärmeohr könnte im Zentrum der Spule eine thermische Isolierung eingebaut sein, wodurch im Zentrum der Spule eine Wärmebohrung entsteht. Alternativ könnte die Spule auch außen am Außenringmantel anliegen. Die Leiteinrichtung und Leitwand der Kühlmodule wären dann entsprechend schräg zum Außenringmantel hin geneigt und die Mantelfläche läge an diesem an. Das ringförmige Wärmerohr könnte auch oval od. dgl. ausgebildet sein.For the skilled person will be apparent from the foregoing description numerous Modifications that are within the scope of the attached Claims are to fall. The figures show only preferred Embodiments and in particular the number of cooling modules in a cold ear or heat pipe, the number the cold pipes in a refrigeration device, the thermal coupling between a cryocooler and the condensation elements The individual cold tubes can vary without the protection range from the appended claims. Also as Refrigerants can be different pure substance gases, Gases or gas mixtures for cryogenics or cryogenics are suitable to be used. The superconductive Components and components can be directly attached to the cold pipes or the receiving tube of the cooling device or indirectly attached to this or thermally coupled with these. The Pipes can also be equipped with safety valves for overpressure, drainpumps for the Generation of a vacuum and / or access valves for be provided the introduction of cooling media. At the annular heat pipe Could be a thermal insulation in the center of the coil be installed, whereby in the center of the coil a heat well arises. Alternatively, the coil could also be outside abut the outer ring casing. The guide and baffle the cooling modules would then be correspondingly inclined inclined towards the outer ring casing and the lateral surface attached to this. The ring-shaped heat pipe could also oval od. Like. Be formed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - EP 483324 B1 [0002] - EP 483324 B1 [0002]
• - DE 10211363 A1 [0005, 0005] DE 10211363 A1 [0005, 0005]

Claims (24)

Wärmerohr für die Kryotechnik, mit einem Hüllrohr (1; 201) und einer mittels eines Kondensationselementes (3; 203) an einem Rohrende und eines Verdampfungselementes (2; 202) am anderen Rohrende hermetisch gekapselten, mit Wärmeübertragungsmittel gefüllten Kammer (4; 204), dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (4; 204) zwischen dem Kondensationselement (3; 203) und dem Verdampfungselement (2; 202) wenigstens ein Kühlmodul (20; 220) eingebaut ist, das mit einer rohrförmigen Mantelfläche (21; 221) an der Innenfläche (1'; 261') des Hüllrohrs (1; 201) partiell anliegt, und zumindest Kondensationselementseitig mit einer Leiteinrichtung (22; 222) versehen ist, um kondensiertes und/oder flüssiges Wärmeübertragungsmittel zur Mantelfläche (21; 221) hinzulenken.Heat pipe for cryogenics, with a cladding tube ( 1 ; 201 ) and one by means of a condensation element ( 3 ; 203 ) at a pipe end and an evaporation element ( 2 ; 202 ) at the other end of the tube hermetically sealed, with heat transfer medium-filled chamber ( 4 ; 204 ), characterized in that in the chamber ( 4 ; 204 ) between the condensation element ( 3 ; 203 ) and the evaporation element ( 2 ; 202 ) at least one cooling module ( 20 ; 220 ), which is provided with a tubular lateral surface ( 21 ; 221 ) on the inner surface ( 1'; 261 ' ) of the cladding tube ( 1 ; 201 ) is partially present, and at least condensation element side with a guide ( 22 ; 222 ) is provided to condensed and / or liquid heat transfer medium to the lateral surface ( 21 ; 221 ). Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (22) mit Durchlaßschlitzen (24) versehen ist, die zur Innenseite (21') der Mantelfläche (21) münden.Heat pipe according to Claim 1, characterized in that the guide device ( 22 ) with passage slots ( 24 ) facing the inside ( 21 ' ) of the lateral surface ( 21 ). Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (22) als Kegel oder trichterförmig ausgebildet ist.Heat pipe according to Claim 1 or 2, characterized in that the guide device ( 22 ) is designed as a cone or funnel-shaped. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmodul (20) verdampfungselementseitig mit einem Leitelement (26) versehen ist, um kondensiertes und/oder flüssiges Wärmeübertragungsmittel von der Mantelfläche (21) wegzuführen.Heat pipe according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cooling module ( 20 ) evaporating element side with a guide element ( 26 ) is provided to condensed and / or liquid heat transfer medium from the lateral surface ( 21 ) lead away. Wärmerohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (26) als Kegel oder trichterförmig ausgebildet ist.Heat pipe according to claim 4, characterized in that the guide element ( 26 ) is designed as a cone or funnel-shaped. Wärmerohr nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (26) als Sieb ausgeführt ist oder aus einem Lochblech besteht oder ausgeführt ist.Heat pipe according to claim 4 or 5, characterized in that the guide element ( 26 ) is designed as a sieve or consists of a perforated plate or is executed. Wärmerohr nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement mit vorzugsweise radial verlaufenden Ablaufschlitzen versehen ist.Heat pipe according to claim 4 or 5, characterized that the guide element with preferably radially extending Drain slots is provided. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmodul (20) mit Leiteinrichtung (22), Mantelfläche (21) und Leitelement (26) aus Metall, insbesondere einem Metallblech, vorzugsweise Kupfer- oder Kupferlegierungsblech oder Stahlblech besteht.Heat pipe according to one of claims 2 to 7, characterized in that the cooling module ( 20 ) with guide ( 22 ), Lateral surface ( 21 ) and guiding element ( 26 ) consists of metal, in particular a metal sheet, preferably copper or copper alloy sheet or steel sheet. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmodul (20) mittels eines Schrumpfprozesses durch Abkühlen des Kühlmoduls und/oder Erwärmen des Hüllrohrs (1) in dieses eingesetzt ist.Heat pipe according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cooling module ( 20 ) by means of a shrinking process by cooling the cooling module and / or heating the cladding tube ( 1 ) is inserted in this. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmittel ein Gemisch aus wenigstens zwei Kältemitteln mit unterschiedlichen Kondensationstemperaturen ist, wobei vorzugsweise das Wärmeübertragungsmittel ein Helium-Stickstoffgemisch ist.Heat pipe according to one of the claims 1 to 9, characterized in that the heat transfer medium a mixture of at least two refrigerants with different Condensation temperatures, preferably the heat transfer medium is a helium-nitrogen mixture. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmittel ein Reinstoffgas oder ein Isotop hiervon ist, insbesondere ein ⁴He, ³He, Ne, H₂ oder ein Stickstoff-Gas (N₂) ist.A heat pipe according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the heat transfer medium is a pure substance gas or an isotope thereof, in particular a ⁴ He, ³ He, Ne, H ₂ or a nitrogen gas (N ₂ ). Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kammer (4) zugewandte Seite des Kondensationselementes (3) eine prismenartige Oberfläche (13) mit Abtropfspitzen (14) oder eine prismenartige Überstruktur mit Abtropfspitzen aufweist, wobei vorzugsweise die Abtropfspitzen (14) fluchtend oder nahezu fluchtend zu den Durchlaßschlitzen (24) im Kühlmodul (20) liegen.Heat pipe according to one of claims 1 to 11, characterized in that that of the chamber ( 4 ) facing side of the condensation element ( 3 ) a prismatic surface ( 13 ) with drip tips ( 14 ) or a prismatic superstructure with drip tips, wherein preferably the dripping tips ( 14 ) in alignment or nearly in alignment with the passage slots ( 24 ) in the cooling module ( 20 ) lie. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen vom Verdampfungselement (2) zum Kondensationselement (3) führenden, vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse verlegten Schacht (7), der insbesondere mittels eines Hohlrohrs (5) gebildet ist.Heat pipe according to one of claims 1 to 12, characterized by a vaporization element ( 2 ) to the condensation element ( 3 ), preferably laid concentrically to the central axis shaft ( 7 ), in particular by means of a hollow tube ( 5 ) is formed. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kühlmodule (20) in der Kammer (4) eingebaut sind.Heat pipe according to one of claims 1 to 13, characterized in that a plurality of cooling modules ( 20 ) in the chamber ( 4 ) are installed. Wärmerohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmodule (20) zentral eine Durchführung für einen Schacht oder ein Hohlrohr (5) aufweisen, wobei das Hohlrohr (5) vorzugsweise für jedes Kühlmodul (20) mit wenigstens einer Radialöffnung (6) versehen ist, oberhalb der die Leiteinrichtung (22) am Hohlrohr (5) anliegt.Heat pipe according to claim 14, characterized in that the cooling modules ( 20 ) centrally a passage for a shaft or a hollow tube ( 5 ), wherein the hollow tube ( 5 ) preferably for each cooling module ( 20 ) with at least one radial opening ( 6 ), above which the guide ( 22 ) on the hollow tube ( 5 ) is present. Wärmerohr nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmodule (20) mittels eines Schrumpfprozesses am Hohlrohr (5) befestigt sind.Heat pipe according to claim 15, characterized in that the cooling modules ( 20 ) by means of a shrinking process on the hollow tube ( 5 ) are attached. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Hüllrohrs (1), in gleicher Einbauposition wie die Mantelfläche (21) des Kühlmoduls (20) ein supraleitfähiges Bauelement wie insbesondere eine supraleitfähige Spule positioniert ist.Heat pipe according to one of claims 1 to 16, characterized in that on the outer circumference of the cladding tube ( 1 ), in the same installation position as the lateral surface ( 21 ) of the cooling module ( 20 ) a superconductive device such as in particular a superconductive coil is positioned. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (201) ringförmig ausgeführt ist und einen Innenringmantel (261) sowie einen Außenringmantel (262) aufweist, wobei das Kühlmodul (220) mit seiner Mantelfläche (221) an der Innenfläche (261') des Innenringmantel (261) oder an der Innenfläche des Außenringmantel anliegt.Heat pipe according to one of claims 1 to 14, characterized in that the cladding tube ( 201 ) is annular and an inner ring shell ( 261 ) and an outer ring shell ( 262 ), wherein the cooling module ( 220 ) with its lateral surface ( 221 ) on the inner surface ( 261 ' ) of the inner ring jacket ( 261 ) or abuts against the inner surface of the outer ring shell. Wärmerohr nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende supraleitfähige Bauelement wie insbesondere eine supraleitfähige Spule (290) an dem Ringmantel (261) positioniert ist, an dessen Innenfläche die Mantelflächen des/der Kühlmoduls/e anliegen.Heat pipe according to Claim 18, characterized in that the superconducting component to be cooled, in particular a superconducting coil ( 290 ) on the annular jacket ( 261 ) is positioned, on the inner surface of the lateral surfaces of the / the cooling module / e abut. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Schacht (207) zwischen Kühlmodul (220) und demjenigen Ringmantel (262) ausgebildet ist, an dessen Innenfläche die Mantelflächen des/der Kühlmoduls/e nicht anliegen.Heat pipe according to one of claims 18 or 19, characterized in that an annular shaft ( 207 ) between cooling module ( 220 ) and the ring jacket ( 262 ) is formed, on the inner surface of the lateral surfaces of the / the cooling module / e are not present. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des zu kühlenden Bauteils eine thermische Isolierung zur Erzielung einer Warmbohrung eingebaut ist und/oder daß zwischen dem zu kühlenden Bauteil (290) und dem Ringmantel (261) ein Wärmeverteilelement (285), insbesondere ein Kupferrohr, angeordnet ist.Heat pipe according to one of claims 1 to 14, characterized in that in the center of the component to be cooled a thermal insulation to achieve a hot bore is installed and / or that between the component to be cooled ( 290 ) and the annular jacket ( 261 ) a heat distribution element ( 285 ), in particular a copper tube, is arranged. Kühleinrichtung für die Kryotechnik zum Kühlen von Supraleiterbauteilen oder Supraleiterspulen, insbesondere HTS-Spulen, mit wenigstens einem Wärmerohr gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung ein Aufnahmerohr (80) aufweist, in dessen Innenraum (84) mehrere Wärmerohre (10) angeordnet sind, deren Kondensationselemente (3) thermisch mit einem Kryokühler (75) gekoppelt sind und deren Hüllrohre (1) zumindest partiell in Kontakt mit dem Aufnahmerohr (80) stehen, wobei die Kühlmodule (20) mehrerer, vorzugsweise aller Wärmerohre (10) in einer gemeinsamen Ebene liegen und ein supraleitfähiges Bauteil (90) in derselben Ebene am Außenumfang (83) des Aufnahmerohrs (80) positioniert ist.Cooling device for cryotechnology for cooling superconductor components or superconducting coils, in particular HTS coils, with at least one heat pipe according to one of claims 1 to 17, characterized in that the cooling device is a receiving tube ( 80 ), in whose interior ( 84 ) several heat pipes ( 10 ) whose condensation elements ( 3 ) thermally with a cryocooler ( 75 ) and whose cladding tubes ( 1 ) at least partially in contact with the receiving tube ( 80 ), the cooling modules ( 20 ) of several, preferably all heat pipes ( 10 ) lie in a common plane and a superconductive component ( 90 ) in the same plane on the outer circumference ( 83 ) of the receiving tube ( 80 ) is positioned. Kühleinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (84) des Aufnahmerohrs (80) innere thermische Leitelemente (81) in gleicher Einbauhöhe wie die Kühlmodule (20) ausgebildet sind und/oder zwischen dem supraleitfähigen Bauteil (90) und dem Außenmantel (83) des Aufnahmerohrs (80) ein äußerer thermischer Leiter (85) ausgebildet ist.Cooling device according to claim 22, characterized in that in the interior ( 84 ) of the receiving tube ( 80 ) inner thermal guide elements ( 81 ) at the same installation height as the cooling modules ( 20 ) are formed and / or between the superconductive component ( 90 ) and the outer jacket ( 83 ) of the receiving tube ( 80 ) an external thermal conductor ( 85 ) is trained. Kühleinrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (10) mit ihren Verdampfungselementen in einer gemeinsamen Aufnahmebasis (72) verankert sind, die vor zugsweise thermisch leitend ausgebildet ist und mit einer Heizeinrichtung thermisch gekoppelt ist.Cooling device according to claim 22 or 23, characterized in that the heat pipes ( 10 ) with their evaporation elements in a common absorption base ( 72 ) are anchored, which is preferably thermally conductive before and is thermally coupled to a heater.