DE1601908C - Device for cooling radiation protection shields in containers and apparatuses which take up low-boiling liquids as a cooling medium - Google Patents
Device for cooling radiation protection shields in containers and apparatuses which take up low-boiling liquids as a cooling mediumInfo
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Description
1 21 2
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Küh- u. ä. zur Verfügung steht.. Bei entsprechender Belung
von Strahlungsschutzschilden in Behältern und , messung kann im Wärmetauscher der volle. DurchApparaten,
welche als Kühlmedium tiefsiedende laßquerschnitt der Abgasleitung beibehalten werden,
Flüssigkeiten aufnehmen, wobei die Strahlungsschutz- wodurch sich bei der Verwendung standardisierter
Schilde durch wärmeleitende Verbindung mit Teilen 5 Heber Vorteile ergeben,
der Abgasleitung kühlbar sind. Wenn nichts in das Abgasrohr eingeführt zu wer-The invention relates to a device for cooling and the like is available .. With appropriate exposure of radiation protection shields in containers and measurement can be full in the heat exchanger. By means of devices which retain the low-boiling cross-section of the exhaust gas line as a cooling medium, absorb liquids, whereby the radiation protection - which results in advantages when using standardized shields through a thermally conductive connection with parts 5 lifters,
the exhaust pipe can be cooled. If nothing to be introduced into the exhaust pipe
Es sind bereits Vorratsbehälter für flüssiges HeIi- den braucht, kann es günstig sein, daß der vomThere are already storage containers for liquid HeIi- needs, it can be favorable that the from
um bekannt, bei denen der vakuumisolierte Innen- Schraubengang umschlossene freie Innenraum desto known in which the vacuum-insulated inner screw path enclosed free interior of the
behälter von mehreren Schutzschilden umgeben ist, Wärmeaustauschers mit einem massiven wärmeleiten-container is surrounded by several protective shields, heat exchanger with a massive heat-conducting
die durch metallsiche Verbindung mit dem Halsrohr :o den Abschlußstück verschlossen ist, welches sichthe metal connection with the neck tube: o the end piece is closed, which is
unter Ausnutzung des Abdampfkälteinhaltes gekühlt über die Länge des Schraubenganges erstreckt,using the cooling content of the exhaust steam, it extends over the length of the screw thread,
werden (vgl. hierzu A. A. Balla, E. Donth, Es kann: ferner zweckmäßig sein, den VVärmeaus-(see A. A. Balla, E. Donth, It can: furthermore be expedient to use the VVärmeaus-
»Experimentelle Technik der Physik«, VIII [1965], tauscher in seinem Innenraum mit einer als Wärme-"Experimental Technique of Physics", VIII [1965], exchanger in its interior with a heat exchanger
S. 184 bis 190; O. P. An ash kin, I. B. D anil ο ν, austauschelement an sich bekannten Sintermetall-Pp. 184 to 190; O. P. An ash kin, I. B. D anil ο ν, exchange element known sintered metal
V. G. Krvenko, »Cryogenics«, 6 [1966], S. 106, 15 packung zu versehen, wobei, vor und hinter derV. G. Krvenko, "Cryogenics", 6 [1966], p. 106, 15 pack, with, in front of and behind the
107;deutscheAuslegeschriftl230 048;V.E.Keilin, Sintermetallpackung je ein Gasverteilungsraum an-107; German Auslegeschriftl230 048; V.E. Keilin, sintered metal packing, one gas distribution chamber each
»Cryogenics«, 7 [1967], S. 3 bis 6, Abb. 1). geordnet ist. Diese Ausführung bietet die Möglich-»Cryogenics«, 7 [1967], pp. 3 to 6, Fig. 1). is ordered. This version offers the possibility
Diese vorbekannte Ausbildung besitzt den Nach- keit, den Wärmeaustausch optimal zu gestalten,
teil, daß die Ausnutzung des Kälteinhaltes der Ab- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erscheint
gase insbesondere bei größerem Gasausfall· nicht be- 20 es Von Vorteil, die Strahlungsschutzschilde derart zu
friedigt, weil der Wärmeübergang, zwischen der gestalten, daß sie Steckhülsenteile aufweisen und mit
Abgasleitung und den Strahlungsschutzschilden zu diesen auf die Wärmeaustauscher aufsteckbar sind,
gering bleibt. Es ist ferner bereits durch die deutsche Damit wird eine einfache Montage ermöglicht und
Patentschrift 1151264 bekannt, das Abgas eines ein guter Wärmeübergang geschaffen. Zweckmäßig
Verdampferkryostaten durch eine Schraubenlinien- 25 kann es ferner sein, bei der Hintereinanderschaltung
förmige Rohrwicklung zu leiten, welche den Ver- mehrerer Wämeaustauscher den Querschnitt der Abdampferkörper
als Strahlungsschutz umgibt. Der- gasleitung und den freien Querschnitt der Wärmeausartige
Konstruktionen ergeben zwar eine erhebliche tauscher in Strömungsrichtung zu vergrößern. Damit
Verbesserung der Ausnutzung des Kälteinhaltes des kann der Strömungswiderstand des Systems auf ein
Abgases, bedingen aber eine unerwünschte Erhöhung 30 Minimum reduziert werden.
des Strömungswiderstandes in der Abgasleitung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungs-This previously known training has the disadvantage of optimally designing the heat exchange,
in part, that the utilization of the refrigeration content of the exhaust I n a further embodiment of the invention will appear gases particularly in larger gas failure · not sawn 20 to V on advantage of the radiation shields in such a way to friedigt because the heat transfer, make between that they have receptacle parts and with the exhaust pipe and the radiation protection shields can be attached to these on the heat exchangers, remains low. It is also already known by the German So that simple assembly is made possible and patent specification 1151264, the exhaust gas creates a good heat transfer. It can furthermore be expedient to use a helical line to guide evaporator cryostats in the series connection, which surrounds the cross section of the evaporator body as a radiation protection for the plurality of heat exchangers. The gas line and the free cross section of the heat-like constructions result in a considerable increase in the size of the exchanger in the direction of flow. In order to improve the utilization of the cold content of the system, the flow resistance of the system to an exhaust gas, but cause an undesired increase 30 minimum, can be reduced.
the flow resistance in the exhaust pipe. I n the figures there are various
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, beispiele der Erfindung dargestellt; es zeigtThe invention is based on the object, illustrated examples of the invention; it shows
eine Vorrichtung zur Kühlung von Strahlungsschutz- F i g. 1 einen Querschnitt durch den Wärmeaus-a device for cooling radiation protection F i g. 1 a cross section through the heat exchanger
schilden zu schaffen, bei der günstige Wärmeüber- tauscher mit schraubenlinienförmigem Gasführungs-to create shields in which inexpensive heat exchangers with helical gas ducts
gangsverhältnisse vorliegen und die-außerdem eine 35 element,conditions exist and the-also a 35 element,
einfache Herstellung, Montage und Zerlegung der F i g. 2 die schematische Darstellung eines VorGeräte
ermöglicht. Es soll ferner keine wesentliche ratsbehälters mit zwei über Wärmeaustauscher geErhöhung
des Strömungswiderstandes in der Abgas- kühlten Strahlungsschutzschilden und in den Wärmeleitung
eintreten. Das Kennzeichnende der Erfindung austauscher eingesetzter Durchstoßleitung,
ist darin zu sehen, daß die Abgasleitung mindestens 40 Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Wärmeauseinen
Wärmeaustauscher von größerem Querschnitt tauscher mit in den vom Schraubengang, umschlosals
die Abgasleitung enthält und daß die Mantel- . senen freien Innenraum eingesetztem massivem Abflache
dieses Wärmeaustauschers die Wärmeüber- schlußstück,simple manufacture, assembly and disassembly of the fig. 2 enables the schematic representation of an upstream device. In addition, there should be no substantial storage tank with two heat exchangers increasing the flow resistance in the exhaust-gas-cooled radiation protection shields and in the heat conduction. The characteristic of the invention exchangers inserted penetration line,
can be seen in that the exhaust pipe at least 40 Fig. 3 contains a cross-section through a heat exchanger of a larger cross-section with the exchanger in the screw thread, enclosed than the exhaust pipe and that the jacket. With its free interior space, the massive flattening of this heat exchanger, the heat transfer piece,
gangsfläche für den angeschlossenenStrahlungsschuz- Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Wärmeausschild
bildet. Damit ergibt sich der Vorteil, daß auch 45 tauscher mit Sintermetallpackung und
bei geringer Länge der Abgasleitung die Wärmeaus- F i g. 5 die schematische Darstellung eines Vertauschfläche
erheblich vergrößert und der Wärme- dampferkryostaten mit zwei über Wärmeaustauscher
austausch entsprechend gesteigert werden kann. Es gekühlten Strahlungsschutzschilden,
erscheint gegebenenfalls vorteilhaft, den Aufbau der- Bei dem in Fig.,1 gezeigten Ausführungsbeispiel
art zu wählen, daß der Wärmeaustauscher rotations- 50 besteht der Wärmeaustauscher 1 aus einem zylindrisymmetrisch
gestaltet ist und in seinem vom Abgas sehen Hohlkörper 2, dessen Innenwand mit einem
durchströmten Innenraum wärmeleitfähige Gasfüh- schraubenlinienförmigen, wärmeleitenden Gasführungselemente
aufweist. Es kann außerdem zweck- rungselement 3 versehen ist, welches sich jedoch nicht
mäßig sein, daß im Innenraum des Wärmetauschers über die volle Länge der Innenwand erstreckt. Der
mindestens ein schraubenlinienförmiges Gasführungs- 55 beispielsweise aus Kupfer bestehende Wärmeaustauelement
vorgesehen ist. scher 1 ist als Zwischenstück in die dünnwandige,Entrance surface for the connected radiation protection Figure 4 forms a cross-section through a heat shield. This has the advantage that 45 exchangers with sintered metal packing and
if the length of the exhaust pipe is short, the heat output is F i g. 5 the schematic representation of an exchange surface is considerably enlarged and the heat steam cryostat with two exchangers via heat exchangers can be increased accordingly. It cooled radiation shields,
In the embodiment shown in FIG. 1, the structure may appear advantageous to choose that the heat exchanger is rotationally 50, the heat exchanger 1 consists of a cylindrically symmetrical design and in its hollow body 2, the inner wall of which is flowed through from the exhaust gas Has interior thermally conductive gas guide helical, thermally conductive gas guide elements. It can also be provided with an expedient element 3, which, however, is not moderate in that it extends over the full length of the inner wall in the interior of the heat exchanger. The at least one helical gas guide 55, for example made of copper, is provided. shear 1 is an intermediate piece in the thin-walled,
Ein weiterer Vorteil kann gegebenenfalls dadurch aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit erzielt werden, daß der freie Durchlaßquerschnitt im und hoher Festigkeit (beispielsweise Edelstahl) beWärmeaustauscher gleich dem lichten Querschnitt stehende Abgasleitung 4 eingesetzt. An die Außender Abgasleitung ist. Gemäß einer Weiterbildung der 60 sehe des Wärmeaustauschers 1 ist der mit einem Erfindung wird vorgeschlagen, daß den Wärmeaus- Steckhülsenteil 5 versehene Strahlungsschutzschild 6 tauscher eine Durchstoßleitung durchsetzt, deren derart angesetzt, daß die gesamte Außenfläche des Querschnitt geringer ist als der Querschnitt der Ab- Wärmeaustauschers 1 für den Wärmeübergang an gasleitung, wobei die Abgasleitung abschnittsweise den Strahlungsschutzschild 6 wirksam wird. Der freie eine Ummantelung der Durchstoßleitung bildet. Eine 65 Querschnitt des Wärmeaustauschers 1 ist gleich dem derartige Ausbildung bietet die Möglichkeit, in der freien Querschnitt der Abgasleitung 4, so daß bei-Abgasleitung einen freien Querschnitt zu erhalten, spielsweise ein Heber, eine Sonde, eine Probe od. ä. der für die Einführung von Proben, Hebern, Sonden durch den Wärmeaustauscher 1 hindurch in den Be-A further advantage can optionally be obtained from a material with low thermal conductivity be achieved that the free passage cross-section in and high strength (for example stainless steel) be heat exchanger equal to the clear cross-section standing exhaust pipe 4 is used. To the outsiders Exhaust pipe is. According to a development of the 60 see the heat exchanger 1 is with a In accordance with the invention it is proposed that the radiation protection shield 6 provided on the heat discharge socket part 5 exchanger is penetrated by a penetration line, which is set in such a way that the entire outer surface of the Cross section is smaller than the cross section of the waste heat exchanger 1 for the heat transfer gas line, the exhaust line in sections, the radiation shield 6 is effective. The free one forms a sheathing of the penetration line. A 65 cross section of the heat exchanger 1 is equal to that Such training offers the possibility in the free cross section of the exhaust pipe 4, so that at-exhaust pipe to obtain a free cross-section, for example a lifter, a probe, a sample or the like. for the introduction of samples, siphons, probes through the heat exchanger 1 into the loading
hälter eingeführt werden kann. Wenn der Heber, dessen Durchmesser etwas kleiner· ist als der Durchmesser der Abgasleitung 4, eingeführt ist, ergibt sich ein Ringspalt zwischen Hebermantelrohr und Abgasleitung 4, der von dem Wärmeaustauscher 1 unterbrochen ist, und durch den das Abgas hindurchströmt. Wenn kein Heber eingeführt ist, steht dem Abgas der volle Querschnitt der Abgasleitung 4 zur Verfügung.container can be introduced. If the lifter, its Diameter is slightly smaller than the diameter of the exhaust pipe 4, is inserted, results in a Annular gap between siphon jacket pipe and exhaust pipe 4, which is interrupted by the heat exchanger 1 and through which the exhaust gas flows. If no lifter is inserted, it stands Exhaust the full cross section of the exhaust pipe 4 is available.
F i g. 2 zeigt eine Variante des in F i g. 1 gezeigten Wärmeaustauschers am Beispiel einer Vorratskanne 7 mit zwei Strahlungsschutzschilden 8, 9. Die Wärmeaustauscher la, Ib bestehen wieder aus einem Hohlkörper mit schraubenlinienförmigem Gaszuführungselement,* jedoch sind die Wärmeaustauscher von einer Durchstoßleitung 10 durchsetzt, welche fest in die Gasführungselemente 3 eingesetzt ist. Die Durchstoßleitung 10 erstreckt sich von der Unterseite des am weitesten innen angeordneten Wärmeaustauschers la bis zum äußeren Ende der Abgasleitung 4 (hier Halsrohr des mit Kältemittel 11 gefüllten Innenbehälters 12) und wird von der Abgasleitung 4 umschlossen. Zwischen Durchstoßleitung 10 und Abgasleitung 4 ergibt sich ein Ringspalt, der von den beiden Wärmeaustauschern la, Ib unterbrochen ist und durch den das Abgas zu dem Abgasauslaß 13 strömt. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, daß das Abgas auch bei Entfernung des Hebers durch einen engen Ringspalt geführt wird und jeweils die gesamte Abgasmenge durch die Wärmeaustauscheria, Ib strömen muß (bei Entfernung des Hebers ist die Durchstoßleitung 10 durch einen Deckel oder Stopfen 14 zu verschließen). Dies ist insbesondere bei Anfall größerer Abgasmengen von Interesse, beispielsweise bei Vorratsbehältern größeren Fassungsvermögens. F i g. 2 shows a variant of the in FIG. 1 using the example of a storage can 7 with two radiation protection shields 8, 9. The heat exchangers la, Ib again consist of a hollow body with a helical gas supply element, The penetration line 10 extends from the underside of the heat exchanger 1 a farthest inward to the outer end of the exhaust pipe 4 (here the neck tube of the inner container 12 filled with refrigerant 11) and is enclosed by the exhaust pipe 4. Between the piercing pipe 10 and exhaust pipe 4 there is an annular gap, which is interrupted by the two heat exchangers la, Ib and flows through the exhaust gas to the exhaust gas outlet. 13 This embodiment has the advantage that the exhaust gas is guided through a narrow annular gap even when the siphon is removed and the entire amount of exhaust gas must flow through the heat exchangers, Ib (when the siphon is removed, the penetration line 10 is closed by a cover or plug 14 close). This is of particular interest when larger amounts of exhaust gas occur, for example in the case of storage containers with a larger capacity.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschers 1, die in denjenigen Fällen vorteilhaft ist, in denen nichts durch die Abgasleitung 4 hindurchgeführt zu werden braucht. Der vom schraubenlinienförmigen Gasführungselement 3 umschlossene freie Innenraum ist hier durch ein fest eingesetztes massives wärmeleitendes Abschlußstück 15 verschlossen, welches sich über die Länge des Schraubenganges erstreckt: Sowohl auf der Gaseintrittseite als auch auf der Gasaustrittseite ist innerhalb des Wärmeaustauschers ein Gasverteilungsraum 16, 17 vorgesehen. Auch bei dieser Ausbildung ist erreicht, daß die gesamte Abgasmenge jeweils den Wärmeaustauscher durchströmt.FIG. 3 shows a further variant of the one in FIG. 1 illustrated heat exchanger 1, which is advantageous in those cases where nothing through the exhaust pipe 4 needs to be passed through. The from the helical gas guide element 3 enclosed free interior space is here by a firmly inserted massive thermally conductive end piece 15 closed, which extends over the length of the screw thread: both on the gas inlet side as well as on the gas outlet side is a gas distribution space 16 within the heat exchanger, 17 provided. With this training it is achieved that the total amount of exhaust gas in each case Flows through heat exchanger.
F i g. 4 zeigt einen Wärmeaustauscher, bei dem in den abgeschlossenen zylindrischen Hohlkörper 2 a, Ib als Wärmeaustauschelement eine Sintermetallpackung 18 eingesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein optimaler Wärmeaustausch zu erreichen, da Sintermetallkörper bekanntlich eine sehr große innere Oberfläche und ein gutes Wärmeleitvermögen besitzen. Entsprechende Sintermetallpackungen könnten auch für das in F i g. 2 gezeigte Anwendungsbeispiel verwendet werden. F i g. 4 shows a heat exchanger in which a sintered metal pack 18 is inserted into the closed cylindrical hollow body 2 a, 1 b as a heat exchange element. In this embodiment, an optimal heat exchange can be achieved, since sintered metal bodies are known to have a very large inner surface and good thermal conductivity. Corresponding sintered metal packings could also be used for the in FIG. The application example shown in 2 can be used.
F i g. 5 zeigt schließlich in schematischer Darstellung als Anwendungsbeispiel des in F i g. 4 dargestellten Wärmeaustauschers einen Verdampferkryostaten. Der über eine Zuführungsleitung 19 mit Kältemittel versorgte Verdampferkühlkopf 20, an dem eine Probe 21 gehaltert ist, ist allseitig von zwei Strahlungsschutzschilden 22, 23 umgeben. Die Strahlungsschutzschilde 22, 23 stehen in wärmeleitender Verbindung mit den in der Abgasleitung 4 des Verdampferkühlkopfes 20 angeordneten Wärmeaustauschern 24, 25. Die gesamte Vorrichtung ist von einem evakuierbaren Gehäuse 26 umgeben. Als Wärmeaustauscher sind hier vorteilhaft die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen zu verwenden. Ein solcher Verdampferkryostat zeichnet sich durch eine besonders einfache Bauweise aus. Die Abgasleitung kann entsprechend der abnehmenden Dichte desF i g. Finally, FIG. 5 shows in a schematic representation as an application example of the FIG. 4 shown Heat exchanger an evaporator cryostat. The via a supply line 19 with refrigerant The supplied evaporator cooling head 20, on which a sample 21 is held, is covered on all sides by two radiation protection shields 22, 23 surrounded. The radiation protection shields 22, 23 are in a thermally conductive connection with the ones in the exhaust pipe 4 of the evaporator cooling head 20 arranged heat exchangers 24, 25. The entire device can be evacuated Housing 26 surrounded. The heat exchangers shown in FIGS. 3 and 4 are advantageous here to use illustrated embodiments. Such an evaporator cryostat is characterized by a particularly simple design. The exhaust pipe can be adjusted according to the decreasing density of the
ίο Gases bei der Erwärmung aus Teilstüeken mit unterschiedlichem Querschnitt zusammengesetzt und damit der Strömungswiderstand klein gehalten werden. Ferner kann durch geeignete Dimensionierung der Wärmeaustauscher der Kälteinhalt des Gases wirklich vollständig ausgenutzt werden.ίο Gases when heating from parts with different Composite cross-section and thus the flow resistance can be kept small. Further the cold content of the gas can really be achieved through suitable dimensioning of the heat exchanger be fully exploited.
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