DE3028217A1 - Einrichtung zur erzeugung tiefer temperaturen - Google Patents

Einrichtung zur erzeugung tiefer temperaturen

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DE3028217A1
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DE19803028217
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English (en)
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Siegmar 7514 Eggenstein-Leopoldshafen Massing
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/02—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for separating lubricants from the refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point

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Description

Kernforschungszentrum Karlsruhe, den 23.o7.198o Karlsruhe GmbH PLA 8o41 Ga/he
Einrichtung zur Erzeugung tiefer Temperaturen
13006 7/0289
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung tiefer Temperaturen mit einem Kompressor mit Ö'lumlaufschmderung,an dem ein He-Gaskr eis lauf mit einer Hochdruckleitung zum zu kühlenden Objekt und eine Niederdruckleitung von diesem Objekt zum Kompressor zurück angeschlossen ist, wobei in die Hochdruckleitung ein Kühlsystem und ein Ölabscheidungssysten eingebaut und die Hochdruckleitung mit der Niederdruckleitung über eine ein .Druckentlastungselement enthaltende Verbindungsleitung verbunden ist.
Ein solches Kühlaggregat erzeugt Temperaturen zwischen 4o K und 3oo K über Wochen stabil, wobei keine flüssigen Kältemittel erforderlich sind. Die Kälteleistung ist unabhängig von der speziellen Orientierung des Kühlsystems am Objekt selbst,z.B. dem Vierkreisgoniometer eines Diffraktometers für Neutronenbeugungsuntersuchungen an Einkristallen. Kühlaggregate dieser Art sind als "Split Cycle Refrigerator" bekannt und werden z.B. von der Firma "Air Products and Chemicals" hergestellt.
Bei den Anlagen treten jedoch nach looo und 6000 Betriebsstunden Störungen auf, die sich als Erniedrigung der Kälteleistung, verbunden mit einer Verölung des Kühlsystems am Objekt äußern. Die von der Fachwelt vorgenommenen Verbesserungen am Kühlsystem und Hochdruckleitungssystem durch z.B. einem zusätzlichen Einsatz von Filtern brachten
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nur kurzzeitigen Erfolg. Eine Verölung des Kühlsystems am Objekt über die Verbindungsleitung von der Niederdruckseite her gegen die Strömungsrichtung des zum Kompressor zurückströmenden Gases wurde für ausgeschlossen gehalten oder zumindest nicht erkannt.
Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, eine Reduzierung der Kälteleistung und/oder Verölung des Kühlsystems am Objekt zu verhindern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt überraschenderweise mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1. Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Figur näher erläutert.
Der mit Öl betriebene Kompressor 1 setzt einen Kühlkreislauf mit He-Gas als Kühlgas in Gang, der ein Objekt 15 am Ende der Hochdruckleitung 16 auf Temperaturen bis ca. 32 K kühlen kann. Vom Objekt 15 führt eine Niederdruckleitung 17 zum Kompressor 1 zurück.
Dem Kompressor 1 ist in der Hochdruckleitung 16 eine Kühlschlange 3, die mit einem Gebläse 2 gekühlt wird, und eine Ölabscheidung 4 nachgeschaltet. Die ölabscheidung 4 besteht vorzugsweise aus einem Preßluft-Ölabscheider 4' mit 3o m /h Drucksatz, der He-dicht gebaut ist, und einem Öldunstabscheider 4". Dem ölabschei-
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der 4 selbst ist ein Ölabsorbergefäß 5 nachgeschaltet, bevor die Hochdruckleitung 16 zum Objekt 15 geführt wird. Im Ölabscheider 41 abgeschiedenes Öl läuft über die Kapillarleitung 12 zum Kompressor 1 zurück, der mit einem Ölstandsanzeiger 9 und einem Öleinfüllstutzen Io versehen ist.
Zwischen dem Ölabscheider 4 (41 ,4") und dem Ölabsorbergefäß 5 wird der Druck mit dem Manometer 7 überprüft. Steigt der Druck über eine bestimmte Grenze in der Hochdruckleitung 16 an, so erfolgt ein Druckausgleich über die Verbindungsleitung 18 mit dem Sicherheitsventil 8 und dem Bypass 19 parallel hierzu. Hinter dem Druckentlastungsventil 8 wird der Druck ebenfalls mit ... Manometer 6 festgestellt bzw. überwacht.
Diese Verbindungsleitung 18 ist an der Niederdruckleitung 11,vor deren Eintritt in den Kompressor !,angeschlossen. Daß über diese Verbindungsleitung 18 Öl in die Niederdruckleitung 11 "gelangen kann,ist allgemein erklärbar. Daß dieses öl jedoch gegen die Strömungsrichtung des vom Objekt 15 rückströmenden He-Gases zum Kompressor 1 diffundieren könnte, wurde von der Fachwelt ausgeschlossen. Anhand gezielter Experimente konnte dieser Vorgang aber nachgewiesen werden.
Um dieser Strörung Abhilfe zu leisten, wurde daher in die Niederdruckleitung 11 noch vor der Anknüpfungsstelle 2o der Verbindungsleitung 18 eine ölfalle
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in Form eines Rückschlagventils 13 und eines Syphons 14 eingebaut. Experimente und Tests bei 12o K und 52 K über Tausende von Stunden haben einen völlig störungsfreien, druckstabilen Lauf der erfindungsgemäßen Kühlanlage bewiesen.
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S
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Claims (4)

Kernforschungszentrum Karlsruhe, den 23.o7.198o Karlsruhe GmbH PLA 8o41 Ga/he Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Erzeugung tiefer Temperaturen mit einem Kompressor mit Ölschmierung, an dem ein He-Gaskreislauf mit einer Hochdruckleitung zum zu kühlenden Objekt und eine Niederdruckleitung von diesem Objekt zum Kompresssor zurück angeschlossen ist, wobei in die Hochdruckleitung ein Kühlsystem und ein Olabscheidungssystem eingebaut und die Hochdruckleitung mit der Niederdruckleitung über eine ein Druckentlastungselement enthaltende Verbindungsleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Niederdruckleitung (11) zwischen Objekt (15) und der Anknüpfungsstelle (2o) der Verbindungsleitung (18) ein Rückhalteelement (13, 14) für Öl eingebaut ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückhalteelement (13, 14) aus einer Rückschlagklappe (13) und/oder einem Syphon (14) besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Olabscheidungssystem (4) aus einem Ölabscheider (4 ') und einem Öldunstabscheider (4M) besteht.
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4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Druckentlastungselement (8) ein Bypassventil (19) geschaltet ist.
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