CH529966A - Kältetransportvorrichtung - Google Patents

Description

  
 



  Kältetransportvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine   Kältetransportvorrich-    tung mit einem Leitungssystem mit einer Aussenröhre, in der sich in Axialrichtung wenigstens eine erste Innenröhre, durch die Kältetransportmedium mit niedrigerer Temperatur strömen kann, und wenigstens eine zweite Innenröhre, durch die Kältetransportmedium mit höherer Temperatur strömen kann, nebeneinander erstrekken, wobei zwischen der Aussenröhre und den Innenröhren eine Anzahl von Distanzhaltern zum Distanzhalten der erwähnten Röhren vorhanden ist.



     Vorrichtungen    der in der vorliegenden Erfindung   beschriebenen    Art sind bekannt aus der französischen Patentschrift   1 552 391    und der U.S.-Patentschrift Nr. 3 473 341.



   Es ist hierbei üblich, als Distanzhalter quer zur Axialrichtung angeordnete Platten zu verwenden, die sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Innenröhre mechanisch und somit zugleich thermisch verbunden sind.



   Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass im Be   trieb    der Vorrichtung relativ viel Wärme von der eine höhere Temperatur aufweisenden zweiten Innenröhre durch Leitfähigkeit der Plattendistanzhalter zu der eine niedrigere Temperatur aufweisenden ersten Innenröhre strömt, was eine unerwünschte Verricherung des Kälteinhalts des Transportmediums in der ersten Innenröhre mit sich   bringt.   



     Um    den Wärmestrom einigermassen einzuschränken, werden die Platten vorzugsweise aus einem die Wärme schlecht leitenden Material hergestellt.



   Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kältetransportvorrichtung zu schaffen, bei der die Wärme übertragung von der zweiten zur ersten Innenröhre beträchtlich reduziert ist.



   Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verringerung des Wärmestroms dadurch erzielt werden kann, dass der Abstand, den die Wärme zurücklegen muss, um von der zweiten zur ersten Innenröhre zu gelangen, beträchtlich verlängert und dadurch der thermische Widerstand beträchtlich erhöht wird.



   Zur Verwirklichung des angestrebten Ziels ist die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass jeder Distanzhalter wenigstens ein erstes und ein zweites, sich im wesentlichen quer zur   Axialrichtung    erstreckendes Stützelement aufweist, welche in Axialrichtung voneinander distanziert und über ein längliches, sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckendes, die Wärme schlecht leitendes Verbindungselement miteinander verbunden sind, wobei jedes der Stützelemente eine derartige Form aufweist, dass das erste Stützelement nur mit der ersten der beiden Innenröhren in Berührung ist und diese erste Innenröhre der Aussenröhre gegenüber an ihrem Platz hält, während das zweite Stützelement nur mit der zweiten der beiden Innenröhren in Berührung ist und diese zweite Innenröhre der Aussenröhre gegenüber an ihrem Platz hält.



   Auf diese Weise ist erreicht, dass die Wärme nur über das längliche Verbindungselement und die Stützelemente von der zweiten zur ersten Innenröhre strömen kann.



   Dadurch, dass das Verbindungselement einen niedrigen   Wärmeleitungskoeffizienten    und in der Strömungsrichtung der Wärme eine grosse Länge bei geringem Querschnitt aufweist, ist der thermische Leitwiderstand dieses Elements hoch und findet nur eine sehr geringe Wärmeübertragung von der zweiten zur ersten Innenröhre statt.



   Bei einer günstigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist jedes Stützelement aus einer flachen Platte gebildet, die mit einer Bohrung, in der die betreffende Innenröhre an ihrem Platz gehalten ist, und mit einer Ausnehmung für die frei hindurchgehende Innenröhre versehen ist, und die Platten sind durch ein hohles Röhrchen miteinander verbunden. Bei einer wei  teren günstigen Ausfiihrungsform der   erfindungsgemäs-    sen Vorrichtung ist jedes Stützelement aus einer flachen Platte gebildet, die eine Bohrung, in der die betreffende Innenröhre an ihrem Platz gehalten ist, aufweist, und das eine Stützelement ist mit einer Ausnehmung für die betreffende, frei hindurchgehende Innenröhre versehen, und die Platten sind durch ein hohles Röhrchen miteinander verbunden.



   Dies bietet den Vorteil, dass eine einfache, gut montierbare Konstruktion erhalten ist mit einem Minimum an Material und einem Maximum an thermischem Leitwiderstand sowie mit einer grossen Steifheit der Röhrchen im Vergleich zu Stäbchen und dergleichen.



   Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente und das   Verbindungsele-    ment aus demselben die Wärme schlecht leitenden Material hergestellt sind. Ein einziges Ausgangsmaterial sowohl für die Stütz- als auch für die   Verbindungsele-    meute ist natürlich vorteilhaft. Ausserdem ist es in einet Anzahl von Fällen möglich, die Distanzhalter nicht aus den Einzelteilen aus demselben Material zusammenzustellen, sondern in einem Vorgang aus nur einem Stück herzustellen.



   Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist das Material rostfreier Stahl. Rostfreier Stahl ist verhältnismässig billig, weist einen niedrigen Wärmeleitungskoeffizienten auf, ist in Röhrenform mit allerlei Durchmessern und Röhrenwanddicken leicht herstellbar und lässt sich gut bearbeiten. Die Befestigung von Distanzhaltern aus rostfreiem Stahl an den Innenröhren kann mittels Löten oder Schweissen erfolgen.



   Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.



   In Fig. la ist mit der Bezugsziffer 1 ein Leitungssystem einer nicht näher angedeuteten Kältetransportvorrichtung angedeutet, welches System eine Aussenröhre 2 umfasst, in der sich in Axialrichtung eine erste Innenröhre 3 und eine zweite Innenröhre 4 nebeneinander erstrecken. Zwischen den Röhren befinden sich Distanzhalter 5, von denen in der Fig. la nur einer dargestellt ist. Jeder Distanzhalter 5 besteht aus einer ersten Stützplatte 6 und einer zweiten Stützplatte 7, die mittels eines Röhrchens 8 aus einem die Wärme schlecht leitenden Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, miteinander verbunden sind. Die Platten 6 und 7 sind in diesem Fall identisch, weisen je eine Bohrung 9 und eine Ausnehmung 10 auf und sind einander gegenüber um 1800 um die Achse des Röhrchens 8 verdreht.



   Die erste Innenröhre 3 wird von der Aussenröhre 2 in der Bohrung 9 der ersten Stützplatte 6 distanziert und führt über die Ausnehmung 10 der zweiten Stützplatte 7 entlang dieser Platte ohne dieselbe zu berühren.



   Die zweite Innenröhre 4 wird in der Bohrung 9 der zweiten Stützplatte 7 von der Aussenröhre 2 distanziert und führt über die Ausnehmung 10 der ersten Stützplatte 6 entlang dieser Platte ohne dieselbe zu berühren.



   Im Betrieb der Kältetransportvorrichtung findet durch die erste Innenröhre 3 Kältetransport bei niedrigerer Temperatur mittels eines durch diese Röhre strömenden Kältetransportmediums statt. Durch die zweite Innenröhre 4 findet gleichzeitig Kältetransport bei höherer Temperatur statt, und zwar gleichfalls durch ein hindurchströmendes Kältetransportmedium. Die erste Innenröhre 3 weist dann eine niedrigere Temperatur als die zweite Innenröhre 4 auf. Wärmeübertragung durch Leitung von der wärmeren Innenröhre 4 zur kälteren Innenröhre 3 kann nur über die Stützplatte 7, das Röhrchen 8 und die Stützplatte 6 stattfinden. Durch den langen Wärmeleitungsweg des Röhrchens 8 aus -die Wärme schlecht leitendem Material und mit   verhältnis-    mässig geringem Querschnitt wird die Wärmeübertragung nahezu vollständig verhindert.



   Fig.   lb    zeigt das Leitungssystem in einer Seitenansicht in Richtung A nach Fig. la.



   Fig. 1c und Id zeigen den gesonderten Distanzhalter in einem Längsschnitt bzw. in einer Seitenansicht in Richtung A nach Fig. 1c.



   In Fig. 2a ist eine zwischen eine Gaskältemaschine und einen zu kühlenden Gegenstand aufgenommene Kältetransportvorrichtung der vorbeschriebenen Art dargestellt. Mit der Bezugsziffer 11 ist eine Zweistufen Gaskältemaschine bezeichnet, die einen Kolben 12 und einen aus den beiden Teilen   13I    und   1311    mit unterschiedlichem Durchmesser bestehenden Verdränger 13 enthält. Der Kolben 12 und der Verdränger 13 sind durch eine Kolbenstange 14 bzw. eine Verdrängerstange 15 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden, das den Kolben und den Verdränger mit einem   Phasen-    unterschied untereinander bewegen kann.

  Oberhalb des Kolbens 12 befindet sich ein Kompressionsraum 16, der über einen Kühler 17, einen ersten Regenerator 18 und einen ersten Wärmeaustauscher 19 zur Zufuhr von Wärme an das Arbeitsmedium der Gaskältemaschine mit einem Zwischen-Expansionsraum 20 in Verbindung steht. Der Zwischen-Expansionsraum 20 steht über einen zweiten Regenerator 21 und einen zweiten Wärmeaustauscher 22 zur Zufuhr von Wärme an das Arbeitsmedium der Gaskältemaschine mit einem End Expansionsraum 23 in Verbindung. Diese Gaskältemaschine liefert in dem Zwischen-Expansionsraum 20 Kälte bei einer Temperatur von ungefähr   70 K,    während in dem End-Expansionsraum 23 Kälte bei einer Temperatur von ungefähr 200K geliefert wird.

  Die Vorrichtung enthält ein Leitungssystem 24, das einerseits an der Stelle 25 mit dem zweiten Wärmeaustauscher 22 in Wärmeaustausch ist und andererseits an der Stelle 26 Wärme mit einem nicht dargestellten Gegenstand austauschen kann. Im Leitungssystem 24 befindet sich ein Kältetransportmedium, das mittels einer Pumpvorrichtung 27 in Umlauf gehalten wird.



   Um die Teile der Vorrichtung herum, die im Betrieb eine niedrigere Temperatur annehmen, ist eine Wand 28 vorgesehen, wobei der Raum innerhalb der Wand 28 evakuiert werden kann. Um die Wärmestrahlung von der Wand des Vakuumraums zu den eine niedrigere Temperatur aufweisenden Teilen einzuschränken, sind diese Teile mittels schematisch dargestellter Strahlungsschirme 29 und 30 von der Wand 28 abgeschirmt. Der Strahlungsschirm 30 ist röhrenförmig ausgebildet und steht im wärmeleitenden Kontakt mit einem weiteren Leitungssystem 31, in dem sich gleichfalls Kältetransportmedium befindet, das gleichfalls durch die Pumpvorrichtung 27 in Umlauf gehalten wird und den Strahlungsschirm 30 kühlt. Ein weiteres Leitungssystem 31 befindet sich dazu an der Stelle 32 im Wärmeaustausch mit dem ersten Wärmeaustauscher 19.



   Zwischen dem röhrenförmigen Strahlungsschirm 30, dem im Betrieb eine niedrigere Temperatur   aufweisen--    den Leitungssystem 24 und dem im Betrieb eine höhere Temperatur aufweisenden Leitungssystem 31 sind die Distanzhalter 33 befestigt. Der Deutlichkeit halber ist  dies in Fig. 2a nicht dargestellt, sondern gesondert für einen einzelnen Distanzhalter in Fig. 2b in Vorderansicht und in Fig. 2c in Seitenansicht.



   Die Fig. 2d und 2e zeigen den Distanzhalter getrennt in einem Längsschnitt bzw. in einer   Seiten-    ansicht.



   Der Distanzhalter 33 besteht aus einem Röhrchen 34, an dem in der Mitte ein erstes Stützelement 35 befestigt ist und an dessen Enden die zweiten Stützelemente 36 befestigt sind. Das erste Stützelement 35 ist derart geformt, dass die beiden Leitungsteile des eine höhere Temperatur aufweisenden weiteren Leitungssystems 31 an ihm entlang führen, und weist zwei Bohrungen 37 auf, in denen die beiden Leitungsteile des eine niedrigere Temperatur aufweisenden Leitungssystems 24 an ihrem Platz gehalten werden.



   Jedes der beiden zweiten Stützelemente 36 ist derart geformt, dass die beiden Leitungsteile des eine niedrigere Temperatur aufweisenden Leitungssystems 24 an ihm entlang führen. Jedes zweite Stützelement 36 weist ferner eine Bohrung 38 auf, in der der eine Leitungsteil des eine höhere Temperatur aufweisenden weiteren Leitungssystems vom Strahlungsschirm 30 distanziert wird, und eine Ausnehmung 39, in welche der andere Leitungsteil des weiteren Leitungssystems aufgenommen ist. Dieser letztere Leitungsteil ist zugleich am Strahlungsschirm 30 zur Kühlung dieses Schirms befestigt.



   Aus Montagegründen ist anstelle einer Bohrung die Ausnehmung 39 vorhanden. Der Durchmesser des ersten Stützelementes 35 ist kleiner als derjenige der zweiten Stützelemente 36, wodurch nur die beiden zweiten Stützelemente 36 einen direkten Kontakt mit dem Strahlungsschirm 30 haben.



   Im Betrieb der Vorrichtung kann nun wieder nur sehr wenig Wärme durch Wärmeleitung von dem eine höhere Temperatur aufweisenden weiteren Leitungssystem 31 über die zweiten Stützelemente 36, das Röhrchen 34 und das erste Stützelement 35 zu dem eine niedrigere Temperatur aufweisenden Leitungssystem 24 gelangen, was besonders günstig ist für einen hohen Wirkungsgrad des Kältetransportes bei der niedrigeren Temperatur. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Kältetransportvorrichtung mit einem Leitungssystem mit einer Aussenröhre (2; 30), in der sich in Axialrichtung wenigstens eine erste Innenröhre (3; 24), durch die Kältetransportmedium mit niedrigerer Temperatur strömen kann, und wenigstens eine zweite Innenröhre (4; 31), durch die Kältetransportmedium mit höherer Temperatur strömen kann, nebeneinander erstrecken, wobei zwischen der Aussenröhre und den Innenröhren eine Anzahl von Distanzhaltern (5; 33) zum Distanzhalten der erwähnten Röhren vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Distanzhalter (5; 33) wenigstens ein erstes (6; 35) und ein zweites (7;

   36), sich im wesentlichen quer zur Axialrichtung erstreckendes Stützelement aufweist, welche in Axialrichtung voneinander distanziert und über ein längliches, sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckendes, die Wärme schlecht leitendes Verbindungselement (8; 34) miteinander verbunden sind, wobei jedes der Stützelemente (6, 7; 35, 36) eine derartige Form aufweist, dass das erste Stützelement (6; 35) nur mit der ersten (3; 24) der beiden Innenröhren in Berührung ist und diese erste Innenröhre der Aussenröhre (2; 30) gegenüber an ihrem Platz hält, während das zweite Stützelement (7; 36) nur mit der zweiten (4; 31) der beiden Innenröhren in Berührung ist und diese zweite Innenröhre (4; 31) der Aussenröhre (2; 30) gegenüber an ihrem Platz hält.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Kältetransportvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stützelement (6, 7) aus einer flachen Platte gebildet ist, die mit einer Bohrung (9), in der die betreffende Innenröhre an ihrem Platz gehalten ist, und mit einer Ausnehmung (10) für die frei hindurchgehende Innenröhre versehen ist und die Platten durch ein hohles Röhrchen (8) miteinander verbunden sind.

   2. Kältetransportvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stützelement (35, 36) aus einer flachen Platte gebildet ist, die eine Bohrung (37, 38), in der die betreffende Innenröhre an ihrem Platz gehalten ist, aufweist und dass das eine Stützelement (36) mit einer Ausnehmung (39) für die betreffende, frei hindurchgehende Innenröhre versehen ist und die Platten durch ein hohles Röhrchen (34) miteinander verbunden sind.

   3. Kältetransportvorrichtung nach Patentanspruch oder den Unteransprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente und das Verbindungselement aus demselben, die Wärme schlecht leitenden Material hergestellt sind.

   4. Kältetransportvorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material rostfreier Stahl ist.