DE69605293T2

DE69605293T2 - Kühler

Info

Publication number: DE69605293T2
Application number: DE69605293T
Authority: DE
Inventors: Nicholas Baird; Trevor Benson
Original assignee: Ultra Electronics Ltd
Current assignee: Ultra Electronics Ltd
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: GB9505915D0; DE69605293D1; GB2299182B; EP0815402A1; JPH11502299A; GB9605887D0; GB2299182A; US5937657A; EP0815402B1; WO1996029551A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Joule-Thomson-Kühler.
Joule-Thomson-Kühler sind Einrichtungen, die verwendet werden, um eine punktuelle Kühlung auf sehr niedrige Temperaturen bereitzustellen. Zu den Anwendungen für diese Kühler zählen das Kühlen von supraleitenden Materialien und das Kühlen von gegenüber infrarotstrahlung empfindlichen Detektormaterialien, wie sie beispielsweise bei Wärmebildkameras und infrarotsuchenden Lenkkörpern verwendet werden.
Ein Joule-Thomson-Kühler, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine Expansionsöffnung 1 und einen Wärmetauscher 2. Unter Druck stehendes Gas, in der Regel Luft, Stickstoff oder Argon, wird an den Kühlereinlaß 3 angeschlossen. Beim Durchtritt durch die Expansionsöffnung entspannt sich das Gas auf Umgebungsdruck, was einen Abfall der Temperatur des Gases bewirkt. Dieses Gas, das sich nun auf einer Temperatur befindet, die sich unter der des Einlaßgases befindet, strömt vor dem Austritt aus dem Kühler bei 4 über den Wärmetauscher 2. Das Einlaßgas wird deshalb in dem Wärmetauscher durch das sich entspannende austretende Gas abgekühlt, bevor es die Expansionsöffnung 1 erreicht, wo es zu einer weiteren Kühlung kommt. Es findet eine kumulierende Kühlung statt, bis die Temperatur bis auf den Punkt abfällt, an dem das Gas nach dem Entspannen flüssig wird. Der Kühler ist innerhalb einer Vakuumverkapselung montiert, die als "Dewar-Gefäß" 5 bekannt ist, und am Boden dieses Dewar-Gefäßes bildet sich eine kleine Pfütze von Flüssigkeit 6. Beim Verdampfen dieser Flüssigkeit wird dem umgebenden Bereich Wärme entzogen. Das Element 7, das gekühlt werden muß, ist ebenfalls innerhalb des Dewar-Gefäßes montiert und wird deshalb auf den Siedepunkt der Arbeitsflüssigkeit abgekühlt.
Die Zeit für die Bildung des flüssigen Gases in dem Kühler ab dem Einsetzen der Gasströmung wird als "Abkühlzeit" bezeichnet und durch die thermische Masse des Geräts, den Druck des Einlaßgases, die Fläche der Expansionsöffnung (und somit den Massendurchfluß des Gases durch die Öffnung), die thermodynamischen Eigenschaften des Gases und den Wirkungsgrad des Kühlers bestimmt.
Nachdem sich flüssiges Gas gebildet hat und die Abkühlung erreicht worden ist, beginnt der Kühler, in der stationären Phase zu arbeiten. Zu diesem Zeitpunkt muß der Kühler nur soviel Gas verbrauchen, wie erforderlich ist, um die stationäre Wärmebelastung von den gekühlten Elementen und der Umgebung zu entfernen. Wenn es sich bei dem gekühlten Element um einen Infrarotdetektor handelt, besteht die stationäre Wärmebelastung aus der in dem Detektorelement abgeführten elektrischen Leistung, der über die Drähte zu dem Detektorelement geleiteten Wärme, der Wärme, die von der Außenwand des Dewar-Gefäßes auf den Detektor und die Innenwand des Dewar-Gefäßes strahlt, und der Wärme, die die Innenwand des Dewar-Gefäßes und den Kühlerkern von dem "warmen" Ende hinunter zu dem "kalten" Ende geleitet wird.
Die Öffnungsfläche, die erforderlich ist, um zum Absorbieren dieser Wärmebelastungen eine ausreichende Gasströmung bereitzustellen, ist üblicherweise wesentlich kleiner als die, die erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Abkühlzeit zu erzielen. Der zum Halten des gekühlten Elements auf der gewünschten Temperatur erforderliche Gasmassendurchfluß hängt von dem Einlaßdruck und der Umgebungstemperatur ab, wie in Fig. 2 gezeigt.
Bei der einfachsten Kühlerkonstruktion würde man eine festgelegte Expansionsöffnung verwenden, und die Größe dieser Öffnung würde durch das Erfordernis bestimmt werden, die erforderliche Abkühlzeit bereitzustellen und die Abkühlung unter den ungünstigsten Bedingungen einer maximalen Umgebungstemperatur und eines minimal zur Verfügung stehenden Einlaßdrucks aufrechtzuerhalten. Eine feste Öffnung ergibt jedoch eine solche Strömungscharakteristik, daß die Strömungsrate bei fallender Temperatur während der Abkühlphase steigt, wie in Fig. 4 gezeigt. Die stationäre Strömungsrate wird durch die Öffnungsfläche und den Einlaßgasdruck bestimmt. Ein Kühler mit fester Öffnung wird deshalb den größten Teil der Zeit unwirtschaftlich arbeiten, da bei jedem Druck und jeder Temperatur, die von dem Entwurfspunkt abweichen, der Kühler mehr Gas verbrauchen wird als gemäß den Gesetzen der Thermodynamik zum Aufrechterhalten einer Abkühlung erforderlich ist.
Die Implikationen eines unwirtschaftlichen Betriebs hängen von der Quelle für das unter Druck stehende Gas für den Kühler ab. Wenn eine wiederauffüllbare Gasflasche verwendet wird, dann ist der Zeitraum zwischen Flaschenwechsel und Wiederauffüllen stark verkürzt, und wenn ein Kompressor Gas direkt zuführt, dann ist eine größere Strömungskapazität erforderlich, und es kommt je nach der Verwendung häufiger zu etwaigen Wartungsvorgängen.
Ein bekanntes Verfahren zum Verbessern des Wirkungsgrads besteht in der Bereitstellung eines Mittels zum Verändern der Öffungsfläche je nach den Umgebungsbedingungen. Dies wird dadurch erzielt, daß in die Öffnung, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Regulierventil 8 eingesetzt wird. Das Ventil 8 kann durch einen Balg 9 verstellt werden, der mit einer Sonde 10 verbunden ist, um die Gas-/Flüssigkeits-Bedingungen stromab von der Öffnung 1 und dem Ventil 8 zu erfassen. Dieser Öffnungsreguliermechanismus ist derart, daß er eine große Öffnungsfläche zum Erreichen eines schnellen Abkühlens und eine reduzierte Öffnungsoberfläche gestattet, um eine Strömungsrate zu ergeben, die den thermodynamischen Anforderungen gemäß dem Einlaßgasdruck und der Umgebungstemperatur im wesentlichen entspricht, wie in Fig. 5 gezeigt. Bei Einstellung auf einen minimalen Gasverbrauch zeigt die stationäre Strömungscharakteristik in der Regel eine Schwankung, die durch eine im Reguliermechanismus vorliegende Hysterese hervorgerufen wird, die bewirkt, daß das Ventil zwischen dem offenen und geschlossenen Zustand oszilliert.
Unter sehr tieftemperaturigen Arbeitsbedingungen muß das den Joule-Thomson-Kühlern zugeführte unter Druck stehende Gas von hoher Reinheit sein. Verunreinigungen, wie etwa Wasser, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe, erstarren bei Temperaturen gleich dem oder über dem Siedepunkt der Arbeitsflüssigkeit, und wenn sie in ausreichenden Konzentrationen vorliegen, können sie feste Teilchen bilden, die die Expansionsöffnung blockieren und so deren Fläche einschränken. Die zulässigen Konzentrationen an Verunreinigungen in einem reinen Gas für Joule-Thomson-Kühler liegen in der Regel im Bereich von 1-2 Teilen pro Million.
Selbst wenn einem sich selbst regulierenden Kühler ein hochreines Gas zugeführt wird, kann es an dem Regulierventil zu einer allmählichen Anhäufung von verunreinigenden Teilchen kommen. Wenn dies eintritt, wird die Strömungsfläche stark reduziert, und die Gasströmungsrate fällt ab. Dies führt zu einem Anstieg der Temperatur, weshalb das Regulierventil öffnet und den Durchtritt der Verunreinigungsteilchen gestattet. Die gewünschte Temperatur wird dann wiederhergestellt, und der normale geregelte Betrieb geht solange weiter, bis sich wieder Verunreinigung anhäuft, und der Zyklus wiederholt sich.
Zum Erfassen von Wellenlängen im Infrarotbereich werden verschiedene Materialien verwendet, und diese Materialien unterscheiden sich hinsichtlich Kosten, Leistung sowie Empfindlichkeit gegenüber Betriebstemperatur. Bei einigen Anwendungen werden Materialien verwendet, die gegenüber Temperaturveränderungen besonders empfindlich sind. Außerdem werden bei den jüngsten Trends beim Entwurf von Infrarotsuchköpfen für Lenkkörper und Wärmebildgeräte große Detektoranord nungen verwendet, bei denen sich viele Elemente entweder in einem langen, linearen oder einem zweidimensionalen quadratischen Muster befinden, und die Temperaturstabilität wird dann zu einem kritischeren Punkt. Durch den Reguliermechanismus des Kühlers hervorgerufene Temperaturschwankungen sind deshalb nicht länger akzeptabel.
Um den erforderlichen Grad an Temperaturstabilität zu erreichen, gibt es zwei praktische Möglichkeiten: erstens, entweder einen selbstregulierenden Kühler zu verwenden, der so eingestellt ist, daß sich das Regulierventil nicht schließen kann, aber eine eingestellte kleinste Öffnung beibehält; oder zweitens, einen Kühler mit einer kleinen festen Öffnung und parallel dazu einer regulierten Öffnung zu verwenden. Bei beiden dieser Möglichkeiten steht immer eine kleinste Strömungsfläche zur Verfügung. Dadurch werden die oben beschriebenen Temperaturschwankungen eliminiert. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß sich der Kühler zwar während des Abkühlens und eines Teils der stationären Betriebsphase wie ein selbstregulierender Kühler verhält, er sich aber zu anderen Zeiten wie ein Kühler mit fester Öffnung verhält und so unwirtschaftlich ist.
Aus GB 1 164 276 ist, unter Bezugnahme auf Fig. 1 davon, bekannt, daß die Steuerung eines Joule-Thomson-Kühlers nach "Bang- Bang"-Art gesteuert werden kann, indem ein mit Gas gefüllter Kolben geringfügig über der Expansionsöffnung des Kühlers angeordnet wird. Nachdem der Kühler seine Betriebstemperatur erreicht hat, beginnt der Kühler, sich mit verflüssigtem Gas zu füllen. Der Flüssigkeitsspiegel steigt solange an, bis er den Boden des Kolbens berührt und auf diese Weise bewirkt, daß sich das Gas in dem Kolben verflüssigt und infolgedessen der Druck im Kolben sinkt. Der Kolben ist an eine Steuerleitung eines pneumatisch betätigten Ventils angeschlossen, das die Gaszufuhr zu dem Kühler als Reaktion auf den Druckabfall innerhalb des Kolbens unterbricht. Der Betrieb des Kühlers wird unterbrochen, und die Pfütze an verflüssigtem Gas beginnt zu verdampfen. Nachdem der Kolben keinen Kontakt mehr mit dem verflüssigten Gas hat, steigt der Gasdruck innerhalb des Kolbens an, was bewirkt, daß das Steuerventil öffnet und auf diese Weise der Expansionsöffnung Gas zuführt. Aus diesem Dokument ist auch bekannt, wobei auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen wird, die Größe der Expansionsöffnung zu verändern.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Steuervorrichtung für einen Joule-Thomson-Kühler durch Steuern der Eingangsgaszufuhr zu dem Kühler und eines Joule-Thomson- Kühlsystems, das eine derartige Steuervorrichtung umfaßt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Steuervorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Joule-Thomson-Kühlsystem gelöst, das eine derartige Steuervorrichtung umfaßt.
Bei einem selbstregulierenden Joule-Thomson-Kühler mit einer Expansionsöffnung mit veränderlicher Fläche und einer Öffnungsfläche mit vorbestimmter kleinster Öffnung gibt es einen optimalen Eingangsgasdruck für jede Umgebungstemperatur, bei der der Gasmassendurchfluß bei einer Minimalhöhe sein wird, die durch die Öffnungsfläche mit der kleinsten Öffnung und die thermodynamische Arbeitskennlinie des gewünschten Gasmassendurchflusses als Funktion des Eingangsgasdrucks definiert wird. Der Eingangsgasdruck zu dem Kühler wird dementsprechend dann gemäß der Umgebungstemperatur reguliert, so daß der Gasmassendurchfluß so nahe wie möglich bei der Minimalhöhe gehalten wird. Es versteht sich, daß die Öffnungsfläche mit der minimalen Öffnung gebildet werden kann durch ein Regulierventil, das sich nicht vollständig schließt, oder durch Bereitstellen einer festen Öffnung parallel zu einer vollständig durch ein Ventil regulierten Öffnung.
Die Erfindung kann auch bei Joule-Thomson-Kühler mit einer festen Expansionsöffnung angewendet werden.
Die Eingangsgaszufuhr kann durch einen Kompressor oder durch Flaschengas bewerkstelligt werden.
Die Umgebungstemperatur sollte so nahe wie möglich an dem Detektor gemessen werden, kann aber auch unabhängig davon, ob die Zufuhr von einem Kompressor oder von Flaschengas erfolgt, nahe an der Eingangsgaszufuhr gemessen werden.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Zeichnung des Joule-Thomson- Kühlers;
Fig. 2 ein Diagramm, das den Gasmassendurchfluß und den Eingangsgasdruck zeigt, die erforderlich sind, um die stationären Zustände in dem Kühler von Fig. 1 aufrechtzuerhalten;
Fig. 3 eine schematische Zeichnung einer Modifikation an dem Kühler von Fig. 1, so daß er sich selbst reguliert;
Fig. 4 ein Diagramm, das die zeitliche Änderung des Gasmassendurchflusses für den Kühler von Fig. 1 beim Abkühlen und nachfolgenden stationären Zuständen zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das die zeitliche Änderung des Gasmassendurchflusses für den modifizierten Kühler von Fig. 3 zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm, das die Gasmassendurchfluß-Eingangsgasdrucks-Kennlinie für den Kühler von Fig. 3 zeigt, wenn er ferner so modifiziert ist, daß er eine Expansionsöffnung mit einer Fläche mit kleinster Öffnung aufweist;
Fig. 7 ein Diagramm, das die Änderung des optimalen Gaseingangsdrucks mit der Umgebungstemperatur T zeigt, wie in Fig. 6 dargestellt;
Fig. 8 eine schematische Zeichnung eines Joule-Thomson- Kühlers mit einem Steuersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 9 eine schematische Zeichnung eines Joule-Thomson- Kühlers mit einem Steuersystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 zeigt die thermodynamische Arbeitskennlinie des gewünschten Gasmassendurchflusses/Eingangsgasdrucks für einen selbstregulierenden Joule-Thomson-Kühler mit einer Öffnungsfläche mit vorbestimmter minimaler Öffnung. Die Kennlinie ist für jede von drei Umgebungstemperaturen dargestellt, nämlich -40ºC, +20ºC und +70ºC. Der optimale Eingangsgasdruck P tritt auf jeder Kennlinie am Umschlagspunkt zwischen der thermodynamischen Gasforderung (linke Seite von Punkt P in Fig. 6) und dem Gasfluß durch die vorbestimmte minimale Öffnungsfläche (rechte Seite von Punkt P in Fig. 6) auf. Die Kurven auf der linken Seite der Optimalpunkte P entsprechen den in Fig. 2 gezeigten Kurven, und die Kurven auf der rechten Seite der Optimalpunkte P entsprechen der erwarteten linearen Kennlinie von Gasmassendurchfluß proportional zum Eingangsgasdruck für eine feste Öffnungsfläche.
Die Beziehung zwischen dem optimalen Eingangsgasdruck bei Punkt P und der Umgebungstemperatur T ist in Fig. 7 gezeigt, die veranschaulicht, daß diese Beziehung nicht einfach linear ist. Wenn der Eingangsgasdruck deshalb auf einfache lineare Weise gemäß der Umgebungstemperatur reguliert wird, arbeitet der Kühler nicht bei allen Temperaturen mit maximalem Wirkungsgrad. Ein einfaches lineares Steuergesetz, das für eine optimale Steuerung bei +70ºC eingestellt ist, würde bei spielsweise vorhergesagte optimale Steuerpunkte Q zum Betrieb bei +20ºC und -40ºC erzeugen, wie in Fig. 6 gezeigt. Das bevorzugte Steuergesetz ist deshalb ein nichtlineares Steuergesetz wie beispielsweise:
P = aT² + bT + c
oder
P = a ebT
wobei a, b und c Konstanten sind. Diese Gesetze würden so gesetzt werden, daß sie die beste Anpassung mit der in Fig. 7 gezeigten Kurve ergeben. Die obigen Steuergesetze sind lediglich Beispiele, und andere Steuergesetze könnten ebenfalls implementiert werden.
Fig. 8 zeigt ein Steuersystem, mit dem der Eingangsgasdruck zu einem Kühler 15 von einem durch einen Elektromotor 12 angetriebenen Kompressor 11 gesteuert wird. Der Ausgang 13 von dem Kompressor 11 wird in einem Filter 14 gereinigt und zu dem Eingang 3 eines selbstregulierenden Kühlers 15 geführt, der die in Fig. 1 und 3 dargestellte Form aufweist und dessen Ventil 8 so eingestellt ist, daß es eine maximal geschlossene Position aufweist, wobei eine vorbestimmte kleinste Fläche der Öffnung 1 offenbleibt. Flüssigkeit tritt bei 4 aus dem Kühler aus.
Ein Temperatursensor 17 und ein Drucksensor 18 sind in dem Ausgang 13 von dem Kompressor angeordnet, um die Temperatur und den Druck dieses Gases zu umfassen, und die entsprechenden Sensorsignale werden einer elektrischen Steuerung 19 zugeführt. Die Messung der Umgebungstemperatur würde idealerweise so nahe wie möglich bei dem Joule-Thomson-Kühler durchgeführt werden. In der Praxis kann dies jedoch schwierig sein. Wenn der Temperatursensor in einer geringen Entfernung angeordnet wird, beispielsweise stromabwärts von dem Kompressor, so kann eine ausreichend genaue Abschätzung der Umgebungstemperatur durchgeführt werden. Die Steuerung 19 inkorporiert das erforderliche Steuergesetz, das den Kühlereingangsgasdruck zu der Umgebungstemperatur, die durch die Eingangsgastemperatur dargestellt wird, in Beziehung setzt, und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssteuersignal 20, das den Motor 12 steuert, damit die Drehzahl des Kompressors 11 und damit der Eingangsgasdruck bei 3 verändert wird.
In Fig. 9 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wie sie bei einen selbstregulierenden Kühler 15, dem komprimiertes Gas von einer Gasflasche 21 zugeführt wird, angewendet ist. Ein veränderlicher Öffnungsregler 22 steuert den Druck des Gases zum Kühler 15 am Eingang 3 und wird selbst entsprechend der Temperatur und dem Druck des Gases am Eingang 3, wie sie von den Sensoren 17 und 18 erfaßt werden, von einer elektrischen Steuerung 19 gesteuert. Der Kühler 15 weist die in Fig. 1 und 2 gezeigte Form auf und hat ein Ventil 8, das so eingestellt ist, daß es eine maximale geschlossene Position aufweist, wobei eine vorbestimmte kleinste Öffnungsfläche offen bleibt. Die Steuerung 19 inkorporiert das erforderliche Steuergesetz, das den Kühlereingangsgasdruck zu der Eingangsgastemperatur in Beziehung setzt, und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssteuersignal 20, um die Öffnungsgröße der Reglers 22 zu verändern.
Es versteht sich, daß das Ventil 8 in beiden dargestellten Systemen von Fig. 8 und 9 durch ein Ventil ersetzt werden kann, das völlig schließen kann, das aber parallel zu einer festen Öffnung angeschlossen ist, die einen konstanten Gasmassendurchfluß gestattet, der der kleinsten Öffnungsfläche des Ventils 8 im System von Fig. 8 und 9 entspricht.

Claims

1. Steuervorrichtung für einen Joule-Thomson-Kühler, der eine Steuerung (19) umfaßt, die so ausgelegt ist, daß sie den Druck einer Eingangsgaszufuhr zu einem Joule-Thomson-Kühler (15) gemäß der Umgebungstemperatur steuert, um den Gasmassendurchfluß durch eine Expansionsöffnung mit einer kleinsten Öffnungsfläche auf im wesentlichen dem Minimum zu halten, das für die herrschende Umgebungstemperatur erforderlich ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem Temperatursensor (17) zum Liefern einer Messung der Umgebungstemperatur an die Steuerung.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Temperatursensor (17) so angeordnet ist, daß er die Temperatur der Eingangsgaszufuhr mißt.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Temperatursensor (17) so angeordnet ist, daß er die Umgebungstemperatur um den Joule-Thomson-Kühler (15) herum mißt.

5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einem Drucksensor (18) zum Liefern einer Messung des Eingangsgaszufuhrdrucks an die Steuerung (19).

6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (19) so ausgelegt ist, daß der Eingangsgaszufuhrdruck so gesteuert wird, daß der Gasdruck mit steigender Temperatur monoton auf nichtlineare Weise ansteigt.

7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Eingangsgaszufuhrdruck gemäß der Formel

P = aT² + bT + c

abgeleitet ist und wobei P = Eingangsgaszufuhrdruck, T = Umgebungstemperatur und a, b und c Konstanten sind.

8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Eingangsgaszufuhrdruck gemäß der Formel

P = aebT

abgeleitet ist und wobei P = Eingangsgaszufuhrdruck, T = Umgebungstemperatur und a und b Konstanten sind.

9. Joule-Thomson-Kühlsystem, das einen Joule-Thomson-Kühler umfaßt, der eine Expansionsöffnung mit einer kleinsten Fläche und eine Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

10. Joule-Thomson-Kühlsystem nach Anspruch 9, ferner mit einem Kompressor (11) zum Zuführen der Eingangsgaszufuhr zu der Expansionsöffnung des Kühlers und bei dem die Steuerung eine Rückkopplungssteuerung (19) ist, die so ausgelegt ist, daß sie den Kompressor (11) so steuert, daß der Eingangsgasdruck auf einen von der Steuervorrichtung abgeleiteten Sollwert eingestellt wird.

11. Joule-Thomson-Kühlsystem nach Anspruch 9, ferner mit einer veränderlichen Öffnung (22) zum Steuern der Gaszufuhr zu der Expansionsöffnung des Kühlers und bei dem die Steuerung eine Rückkopplungssteuerung ist, die so ausgelegt ist, daß sie die veränderliche Öffnung steuert, damit der Eingangsgasdruck auf einen von der Steuervorrichtung abgeleiteten Sollwert eingestellt wird.

12. Joule-Thomson-Kühlsystem nach Anspruch 11, bei dem das Eingangsgas von einer Gasflasche zugeführt wird.

13. Joule-Thomson-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem der Joule-Thomson-Kühler eine festgelegte Expansionsöffnung hat.

14. Joule-Thomson-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem der Joule-Thomson-Kühler eine veränderliche Expansionsöffnung mit einer kleinsten offenen Fläche hat.

15. Verfahren zum Betreiben eines Joule-Thomson-Kühlers mit einer Expansionsöffnung mit einer kleinsten Öffnungsfläche, umfassend das Steuern des Drucks einer Eingangsgaszufuhr zu dem Joule-Thomson- Kühler gemäß der Umgebungstemperatur, um den Gasmassendurchfluß im wesentlichen auf dem Minimum zu halten, das für die herrschende Umgebungstemperatur erforderlich ist.