DE1451092C - Vorrichtung zur Erzeugung tiefster Temperaturen durch kontinuierliche Verdampfung tiefsiedender Flüssigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung tiefster Temperaturen durch kontinuierliche Verdampfung tiefsiedender FlüssigkeitenInfo
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Description
1 2
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-
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
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)
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
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