DE1451092C - Vorrichtung zur Erzeugung tiefster Temperaturen durch kontinuierliche Verdampfung tiefsiedender Flüssigkeiten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Er- sehen Verdampfer für Temperaturen oberhalb 4,2° K zeugung tiefster Temperaturen durch kontinuierliche (Kältetechnik, 13 [1961], S. 250/251) und Verdamp-Verdampfung tiefsiedender Flüssigkeiten, insbeson- fer für Temperaturen unterhalb 4,2° K (deutsche dere Helium, welche aus einem unter Atmosphären- Auslegeschrift 1 151 264). Der Erfindung liegt die druck stehenden, wärmeisolierten Vorratsgefäß über 5 Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung so ein Zuleitungsrohr in den Innenraum eines hohlen auszubilden, daß im Verdampferkörper sowohl Tem-Verdampferkörpers förderbar sind, wobei der Ver- peraturen oberhalb als auch unterhalb des Siededampferkörper über eine ein Drosselventil auf- punktes des Kältemittels erzeugt und konstant geweisende Saugleitung an eine Vakuumpumpe ange- halten werden können.

schlossen ist. io Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch geTemperaturen unterhalb des Siedepunktes eines löst, daß im Zuleitungsrohr für das flüssige Kälte-Kältemittels werden ganz allgemein erzeugt, indem mittel eine aus einer Mehrzahl von Kapillaren beman das Kältemittel unter vermindertem Druck ver- stehende Drosselstrecke angeordnet ist.
dampft. Es ist bekannt, Temperaturen unterhalb In einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungs-

4,2° K mit einer nach dem Prinzip des Heliumver- 15 gegenstandes können die Kapillarrohre in eine gedampfers arbeitenden Vorrichtung (deutsche Aus- meinsames Befestigungselement eingesetzt und mit legeschrift 1151 264) zu erzeugen, bei der der Flüs- diesem als Baueinheit austauschbar sein. Außerdem sigkeitszulauf in den Verdampfer durch ein in Ab- können die Kapillarrohre unterschiedliche, vorzugshängigkeit von der Temperatur des Verdampfers ge- weise nach der Eintauchseite stufenweise abnehsteuertes Ventilelement dosiert wird, wobei der ao mende Längen aufweisen.

Druck im Verdampfer mittels eines in der Säug- Im Bereich unterhalb 4,2° K wird die Kältemittelleitung angeordneten Manostaten konstant gehalten zufuhr im wesentlichen durch die Dimensionierung wird. Diese Vorrichtung ist zwar für kontinuierlichen der Drosselstrecke bestimmt, und das Regelventil automatischen Betrieb geeignet, jedoch nur für Tem- dient zur Einstellung und Konstanthaltung der geperaturen unterhalb des Siedepunktes des Kälte- 25 wünschten Temperatur, indem es den entsprechenmittels, d. h. im Fall des Heliums für Temperaturen den Unterdruck im Verdampfersystem konstant hält, unterhalb 4,2° K. Eine derartige Vorrichtung bietet den Vorteil, daß

Weiterhin sind kontinuierlich arbeitende Helium- nunmehr die Erzeugung von Temperaturen im Beverdampfer bekannt, bei denen in den Innenraum reich von Raumtemperatur bis unterhalb 4,2° K mit eines hohlen Verdampferkörpers ein in den Flüssig- 30 ein und derselben Vorrichtung, d. h. ohne Betriebskeitsvorrat eintauchendes Zuleitungsrohr mündet und unterbrechung möglich ist.

dieser Innenraum an eine Pumpvorrichtung über Gegenüber dem bekannten Verdampfer zur Erzeu-

eine Absaugleitung angeschlossen ist, welche ein gung von Temperaturen unterhalb 4,2° K hat die Regelventil aufweist, das die Saugleitung der Pump- erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil einer vervorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur an 35 besserten Temperaturkonstanz. Auch bei geringem einem ausgewählten Meßpunkt im Bereich des Ver- Kältemittelbedarf tritt hier ein disperses Dampf-Flüsdampferkörpers steuert. Eine solche Verdampfer- sigkeits-Gemisch in den Verdampfer ein. Dadurch anordnung kann direkt auf ein Vorratsgefäß aufge- werden Durchsatzschwankungen, die entsprechende setzt werden und ermöglicht bei rationellem Ver- Temperaturschwankungen am Verdampfer zur Folge brauch der als Kältemittel dienenden tiefsiedenden 40 haben, vermieden.

Flüssigkeit die Einhaltung konstanter Temperaturen In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel

bis nahe an den Siedepunkt des Heliums (4,2° K). des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

Bei laufender. Pumpvorrichtung und geöffnetem F i g. 1 einen schematisierten Schnitt durch den

Regelventil steigt das flüssige Helium im Zuleitungs- auf einem Heliumvorratsgefäß angeordneten Wr-' rohr empor und gelangt in den Innenraum des Ver- 45 dämpfer,

dampferhohlkörpers. Die Flüssigkeit verdampft hier F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teilabschnitt des

und bewirkt die gewünschte Abkühlung. Das anfal- Zuleitungsrohrs für das flüssige Kältemittel mit einem lende Gas wird von der Vakuumpumpe angesaugt auswechselbaren Kapillarenbündel,
und gegebenenfalls in einen Gasbehälter gefördert. Wie F i g. 1 zeigt, befindet sich der Verdampfer 1

Hat sich der Verdampfer bzw. die an ihm gehalterte 50 in einem evakuierbaren Gehäuse 2, 3, das mit Hilfe Probe auf die erforderliche Temperatur abgekühlt, einer Halterung 4 unmittelbar auf ein Heliumvorratsso wird der Kältemittelstrom durch den Verdampfer- gefäß 5 aufgesetzt wird. Nach unten reicht ein Zuhohlkörper mit Hilfe des in Abhängigkeit von der leitungsrohr 6 für das flüssige Kältemittel bis an den Temperatur gesteuerten Regelventils so geregelt, daß Boden des Heliumvorratsgefäßes 5. Oben mündet die Temperatur bei geringstem Kältemittelverbrauch 55 das Zuleitungsrohr 6 im Innenhohlraum des eigentmöglichst konstant bleibt. liehen Kühlkopfes des Verdampfers 1. An den oberen

Mit einer solchen Vorrichtung können beliebige Teil dieses Hohlraums ist eine Kupferrohrspirale 7 Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 4,2° K angeschlossen, die in eng anliegenden Windungen eingestellt und konstant gehalten werden, nicht je- außen um den Kühlkopf nach unten läuft und als doch unterhalb 4,2° K. 60 Strahlungsschutz dient. Über ein Regelventil 8,

Für Anwendungsfälle, bei denen z.B. eine Probe welches über einen im Bereich des Verdampferohne Unterbrechung des Betriebes, mit der jeweils systems 1, 7 angeordneten Temperaturmeßfühlers 9 ein unerwünschtes Erwärmen auf Raumtemperatur gesteuert wird, hat die Spirale 7 Anschluß an eine verbunden ist, sowohl bei Temperaturen oberhalb Vakuumpumpe 10, die druckseitig (11) mit dem als auch bei Temperaturen unterhalb 4,2° K unter- 65 nicht gezeichneten Helium-Gasbehälter in Verbinsucht werden soll, sind die angeführten Vorrichtun- dung steht. Über den Anschluß 12 ist das Heliumgen jedoch ungeeignet. In derartigen Fällen bestand Vorratsgefäß 5 ebenfalls an den Gasbehälter angealso bisher die Notwendigkeit eines Wechsels zwi- schlossen.

F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab das über die O-Ring-Verschraubung 64 in die Hebereinführung des nicht gezeichneten Heliumvorratsgefäßes einzusetzende, teilweise von einem Vakuummantel 63 umgebene Zuleitungsrohr 6 für das flüssige Kältemittel. Ein Bündel feiner Kapillaren 61, welche von unterschiedlicher Länge sind, ist in einen Sockel 62 eingesetzt, welcher am unteren Ende in das Zuleitungsrohr 6 eingeschraubt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung tiefster Temperaturen durch kontinuierliche Verdampfung tiefsiedender Flüssigkeiten, insbesondere Helium, welche aus einem unter Atmosphärendruck stehenden, wärmeisolierten Vorratsgefäß über ein Zuleitungsrohr in den Innenraum eines hohlen Verdampferkörpers förderbar sind, wobei der Verdampferkörper über eine ein Drosselventil aufweisende Saugleitung an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuleitungsrohr (6) für das flüssige Kältemittel eine aus einer Mehrzahl von Kapillaren (61) bestehende Drosselstrecke angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarrohre (61) in ein gemeinsames Befestigungselement (62) eingesetzt und mit diesem als Baueinheit austauschbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarrohre (61) unterschiedliche, vorzugsweise nach der Eintauchseite stufenweise abnehmende Längen aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen