CH657204A5 - Tiefkuehlmaschine. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tief kühlmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Deckung des steigenden Bedarfes an Tiefkühlsma-schinen sind bereits eine Anzahl Kühlmaschinen entwickelt worden. Solche Maschinen, die alle nach dem Prinzip der gesteuerten Zirkulation eines expandierfähigen Fluids mit Wärmeaustausch zur Erzielung der Abkühlung funktionieren, sind beispielsweise in den US-Patenten 3 333 433, 3 321 926,3 625 015,3 733 837,3 884 259,4 078 389 und 4118 943 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer verbesserten Form des Kühlsystems der Art, bei dem ein Arbeitsraum teilweise durch eine Volumenveränderungseinrichtung (displacer) bestimmt wird, die so oszilliert, dass das Volumen des Arbeitsraumes zu- oder abnimmt, mit Ventilmitteln zum Ein- und Auslassen eines Kühlmittels in den Arbeitsraum in Übereinstimmung mit der Volumenveränderungsvorrichtung, und einen Wärmespeicher, durch welchen das Kühlmittel entsprechend dem Arbeitstakt der Volumenveränderungseinrichtung zum Arbeitsraum fliesst oder von diesem abströmt. Solche Systeme können unterschiedlich gestaltet sein und mit verschiedenen Zyklen gefahren werden, inklusive die bekannten Gofford-McMahon-, Taylor-, Solvay- und Split Stirling-Zyklen. In allen Fällen müssen die Kühlmittelströmung und die Bewegungen der Volumenveränderungseinrichtung kontinuierlich und genau gesteuert werden,

damit das System nach dem besonderen Kühlzyklus arbeitet, für den es ausgelegt ist.

Zu diesem Zweck sind verschiedene Massnahmen getroffen worden, um den gewünschten Kühlzyklus zu erzielen, inklusive verschiedene Ventilausrüstungen und Mittel zur Steuerung der Bewegung der Volumenveränderungseinrichtung . Unvermeidlich war, dass bei den ersten Einrichtungen auch technologische Mängel bestanden. In gewissen Fällen bestanden bei den Ventilausrüstungen mehr oder weniger folgende Mängel: Zu grosser Kontruktionsauf-wand, relativ hohe Herstellkosten, schwierige Einstell- und Betriebsbedingungen, kurze Lebensdauer, und nur für kleine Kühlleistung geeignet. Andere Probleme, die bei früheren Formen von Tiefkühlmaschinen mit gasbetriebenen Volumenveränderungseinrichtungen auftraten, waren grosser Platzbedarf für die Ventile (oder die Kühlmaschine wegen der Ventilkonstruktion oder Ventilanordnung), Schläge an der Volumen Veränderungseinrichtung bei jeder Bewegungs-richtungsänderung, geringer Wirkungsgrad wegen gestörtem p-v-Diagramm, zu grosse Leistungsaufnahme (z.B. wegen hohen Reibungsverlusten, oder mangelhafte Arbeitsweise bei den niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten, die für solche Einrichtungen typisch sind. Eine andere gleicher-massen wichtige Einschränkung bei einigen früheren Maschinen war, dass die Zweistufenkühlung nicht oder ungenügend durchführbar war. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, dass es zum Stand der Technik gehörte, Kühlmaschinen mit einer ersten Temperaturstufe von z.B. 77°K und einer zweiten in Serie geschalteten Stufe zu bauen, bei der z.B. 20°K erreichbar waren. Indessen können die an die Wärmeaustauscher der beiden Stufen zu stellenden Anforderungen so sein, dass sie in gewissen Anwendungsfällen, z.B. in einer Kryo-Pumpe recht kompliziert ausfallen. Ausserdem machten es konstruktive Mängel bei früheren Kühlausrüstungen schwierig oder teuer, die Kühlleistungen der ersten oder der zweiten Stufe verschiedenen Anwendungen anzupassen.

Das Ziel der Erfindung ist daher, eine Tiefkühlmaschine zu schaffen, bei der eine Kombination der in einigen Fällen s erzielten Vorteile angestrebt wird. Dazu gehört insbesondere die Kombination der Vorteile bei mehrstufigen Kühlmaschinen, eine einfache und zuverlässige Ventilausrüstung, vorzugsweise in Verbindung mit zweistufigen Kryo-Pumpen. Ferner soll die Kühlmaschine leicht in unterschiedlichen io Kühlleistungstypen baubar sein, einen geringen Platzbedarf aufweisen, relativ leicht zu demontieren und zu reparieren sein, sowie selbstregulierend arbeiten und einen gesteuerten Kühlzyklus fahren. Die Kühlmaschine soll weiterhin einen verbesserten Wärmeaustauscher aufweisen, wobei die Riehls tung der Gasströmung (Eintritt oder Austritt) nur umgekehrt wird, wenn die Volumenveränderungseinrichtung im wesentlichen am Ende seines Aufwärts- oder Abwärtshubes ist, um einen hohen Gasvolumenaustausch durch den Wärmespeicher und dementsprechend einen besseren Kühlwir-20 kungsgrad zu erzielen.

Die erfindungsgemässe Tiefkühlmaschine ist nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet. Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

25 Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstel-30 lung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung des Gifford-McMahon-Tiefkühlzyklus, wobei sich die Volumenveränderungseinrichtung und der Steuerventilmechanismus in einer ersten Endstellung befinden,

35 Fig. 2 eine gleiche Darstellung wie Fig. 1, j edoch mit der Volumenveränderungseinrichtung und dem Steuerventilmechanismus in einer zweiten Endstellung,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zum zeigen, wie die 40 Kühlmaschine mit zwei oder mehr Erst- und Zweitstufen-Wärmaustauschern ausgerüstet sein kann,

Fig. 5 einen Teilschnitt zur Darstellung, wie die Kühlmaschine gemäss den Fig. 1-3 in eine Kryo-Pumpe einbaubar ist, und

45 Fig. 6 eine Darstellung analog Fig. 1 einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Tiefkühlmaschine.

In der folgenden detaillierten Beschreibung der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird gelegentlich so auf obere und untere Abschnitte hingewiesen. Die Bezeichnungen «oben» und «unten» werden in relativierendem Sinne verwendet, und es versteht sich, dass die Kühlmaschine auch in anderen Aufstellungsweisen betrieben werden kann. Die Bezeichnungen «oben» und «unten» sind in dieser 55 Beschreibung somit nur in bezug auf die Orientierung der Figuren zu verstehen, welche allerdings die in der Praxis übliche ist. Obschon ferner Helium das bevorzugte Arbeitsgas ist, kann die beschriebene erfindungsgemäss gestaltete Kühlmaschine auch mit anderen Gasen entspre-60 chend den gewünschten Kühltemperaturen betrieben werden, inklusive aber nicht begrenzt auf Luft- und Stickstoff.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 besteht ein metallischer Aufsatz aus einem Kopfstück 2 und «s einer Kopf kappe 3. Das Kopfstück 2 enthält ein Steuerventil 4 zum Steuern des Durchlaufs eines bestimmten Kühlmittels in gasförmigem Zustand, z.B. Helium, zu und von zwei Kühlkammern 6 und 8 über zwei separate Wärmespeicher 10 und

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12 und zwei mit diesen Speichern verbundene Wärmeaustauscher 14 und 16, je nach der Bewegungsrichtung einer Volumenveränderungseinrichtung 17. Das Ventil 4 liefert auch Kühlmittel unter einem bestimmten Druck an eine Antriebskammer 18 und eine weitere Kammer 19.

Das Kopfstück 2 enthält eine Anzahl in Längsrichtung sich erstreckender Bohrungen, die auf seinem Umfang voneinander distanziert angebracht sind und Bolzen 22 mit Gewindeenden 22a aufnehmen, welche die Kopfkappe 3 und das Kopfstück 2 auf einem Träger in Form einer Platte 26 festhalten. Die Kopfkappe 3 ist hohl und umschliesst eine Antriebs-Druckkammer 28 über dem Kopfstück 2.

Das Kopfstück 2 enthält eine erste Anschlussbohrung 30 für die Zufuhr von unter hohem Druck stehendem Kühlmittel an die Kühlmaschine, und eine zweite Anschlussbohrung 32 für den Auslass von unter niedrigem Druck stehendem Kühlmittel. In üblicher Anordnung ist die Anschlussbohrung 30 mit einer Quelle oder einen Reservoir 30A von unter hohem Druck stehendem Kühlmittel, und die Anschlussbohrung 32 mit einer Quelle oder einem Reservoir 32A von unter niedrigem Druck stehendem Kühlmittel verbunden. Es versteht sich, dass das unter niedrigem Druck stehende Kühlmedium auch an die Atmosphäre abgegeben (offener Zyklus) oder mittels Rohrleitungen in das System zurückgeführt (geschlossener Zyklus) werden kann. Diese in Fig. 1 strichliert gezeigten Rohrleitungen führen zuerst zu einem Kompressor 33 und dann zum Hochdruckreservoir 30A, wie beispielsweise in Fig. 1 der US-PS 2 966 035 dargestellt ist. Das Kopfstück 2 enthält auch eine zentrale Bohrung 34, in welcher das Steuerventil 4 untergebracht ist. Die Hoch-und Niederdruck-Anschlussbohrungen 30,32 sind über Kanäle 36 und 38 mit der Bohrung 34 verbunden. Zusätzlich steht der Kanal 36 über einen Kanal 40 mit der Antriebskammer 28 in Verbindung. Der Kanal 40 ist vorzugsweise mit einer Austrittsdüse 42 von reduziertem Durchmesser versehen, um die Eintrittsgeschwindigkeit des Hochdruckmediums in die Kammer 28 steuern zu können. Auch der Kanal 38 ist über einen weiteren Kanal 46, ein einstellbares Nadelventil 48 und einen Kanal 50 mit der Kammer 28 verbunden. Das Nadelventil 48 kann von herkömmlicher Art sein und ist vorzugsweise ein Schraubventil, welches in eine Gewindebohrung im Kopfstück 2 eingesetzt ist. Das Nadelventil 48 besitzt einen Abschnitt 53, welcher auf den Kanal 46 ausgerichtet und so angeordnet ist, dass der freie Austrittsquerschnitt des Kanals 46 je nach Eintrittstiefe des Abschnitts 53 in diesen Kanal durch Drehen des Ventils in der Bohrung 52 regulierbar ist. Weil die Kammer 28 über die Anschlussbohrungen 30,32 sowohl mit der Hoch- als auch mit der Niederdruckseite verbunden ist, kann mittels des Nadelventils 48 der Druck in der Kammer auf einen Wert IP zwischen den Drücken H und L in den bezüglichen Reservoirs 30A und 32A einreguliert werden.

Wie weiter aus Fig. 1 erkennbar ist, besitzt die Bohrung 34 einen Abschnitt 54 mit reduziertem Querschnitt. Das Ende dieses Bohrungsabschnittes 5e ist durch einen Stopfen 56 verschlossen, welcher durch Schrauben 58 festgehalten ist. Für die Dichtung des Stopfens 56 in der Bohrung 54 weist dieser eine umlaufende Nute zur Aufnahme eines O-Rings 60 auf. Der Stopfen 56 beansprucht nur einen Teil des Abschnitts 54 der Bohrung 34, so dass eine Kammer 62 über dem Steuerventil 4 verbleibt. Die Kammer 62 ist mit der Kammer 28 verbunden, und zwar über einen Kanal 64, ein Nadelventil 66 und einen Kanal 68 im Kopfstück 2. Das Nadelventil 66 ist gleich wie das Nadelventil 48 gestaltet, besitzt einen Abschnitt 69 und ist durch Drehen in einer Gewindebohrung 70 einstellbar. Der Nadelventil-Abschnitt 69 arbeitet mit der Mündung des Kanals 64 zusammen, so dass die Stellung des Abschnittes 69 den Eintrittsquerschnitt des Kanals 34 festlegt. Das Nadelventil 66 dient zur Festlegung der Arbeitsgeschwindigkeit der Volumenveränderungseinrichtung 17, indem es die Geschwindigkeit beeinf lusst, mit der das Antriebsmedium in die Antriebskammer 18 ein- oder austreten kann.

Aus Fig. 1 ist weiter ersichtlich, dass das Steuerventil 4 aus einem Ventilgehäuse 72 und einem Ventilschieber 74 besteht. Das Gehäuse 72 sitzt in der Bohrung 34 und ist mit dem Kopfstück 2 fest verbunden, beispielsweise durch einen Klemmsitz oder einen nicht gezeigten Spannstift. Das Gehäuse 2 weist eine zentrale Bohrung 76 auf, in welcher der Ventilschieber 74 gleitbar untergebracht ist. Ferner enthält das Ventilgehäuse 72 drei Umfangsnuten 78,80, 82 auf seiner Oberfläche. Die Umfangsnute 78 liegt so, dass sie mit dem Kanal 38 zusammenarbeitet. Die Umfangsnute 82 arbeitet mit dem Kanal 36 zusammen, und die zwischen den Nuten 78 und 82 liegende Umfangsnute 80 ist so angeordnet, dass sie mit einer ringförmigen Nute 83 im Kopfstück 2 kommuniziert. Die Nute 83 verbindet einander gegenüberliegende Kanäle 84 und 86, welche über nachstehend beschriebene Mittel zu den Wärmespeichern 10 und 12 führen. Vorzugsweise werden mehr als zwei Kanäle 84 und 86 angeordnet. Jede der Nuten 78,80,82 ist mit einer gleichen Anzahl identischer radialer Öffnungen 85 geringen Durchmessers versehen, welche zur Bohrung 76 im Ventilgehäuse 72 führen.

Der Ventilschieber 74 ist mit leichtem Schiebesitz im Ventilgehäuse 72 gelagert. Der Ventilschieber 74 besitzt eine zentrale Bohrung 90, welche die Kammer 62 mit der Antriebskammer 18 verbindet. Der Ventilschieber trägt ferner an seinen gegenüberliegenden Enden je einen Flansch 92 und 94, sowie den Flanschen benachbarte Nuten zur Aufnahme je eines elastischen O-Rings 93 und 95. Die Flanschen 92 und 94 sind so dimensioniert, dass sie die benachbarten Stirnflächen des Ventilgehäuses 72 überdecken und als Rückhalteschultern für die O-Ringe 93 und 95 wirken. Letztere sind so dimensioniert und angeordnet, dass sie an der zugeordneten Stirnfläche des Ventilgehäuses 72 anliegen, wenn der Ventilschieber 74 die Stellung gemäss Fig. 1 bzw. Fig. 2 einnimmt. Die O-Ringe 93 und 95 legen somit die beiden Endstellungen des Ventilschiebers 74 fest und wirken gleichzeitig als Dämpfungsglieder zur Aufnahme von Schlägen, die beim Einlaufen des Ventilschiebers 74 in seine Endstellungen auftreten.

Ferner enthält der Ventilschieber 74 eine axial relativ breite Umfangsnute 96, welche so angeordnet ist, dass a) in der unteren Stellung des Ventilschiebers 74 (Fig. 1) die Nute 96 eine Verbindung zwischen den peripheren Nuten 80 und 82 herstellt, während die periphere Nute 78 durch die benachbarte Aussenfläche des Ventilschiebers 74 blockiert ist; und b) in der oberen Stellung des Ventilschiebers 74 (Fig. 2) die Nute 96 eine Verbindung zwischen den peripheren Nuten 78 und 80 herstellt, während die periphere Nute 82 durch die benachbarte Aussenfläche des Ventilschiebers 74 blockiert ist.

Daraus ergibt sich, dass bei unten liegendem Ventilschieber 74 die Hochdruckanschlussbohrung 30 über die peripheren Nuten 80 und 82 mit den Kanälen 84 und 86 verbunden ist, während bei oben liegendem Ventilschieber 74 die Kanäle 84 und 86 über die peripheren Nuten 78 und 80 mit der Niederdruck-Ausgangsbohrung 32 verbunden sind.

Weiterhin ist aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, dass die Wärmespeicher 10 und 12 Metallzylinder 100 und 102 mit obern Endwänden 104 und 106 aufweisen, an welchen Leitungen 108 und 110 angeschlossen sind. Die Leitungen erstrecken sich durch die Endwände 104 und 106 und durch die Trägerplatte 26, und legen die Wärmespeicher 10 und 12 bezüglich der letzteren fest. Das Kopfstück 2 ist mit radialen Kanälen

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112 und 114 versehen, welche die Kanäle 84 und 86 mit den Leitungen 108 und 110 verbinden.

Noch immer nach den Fig. 1 und 2, ist das Kopfstück 2 mit einem Vorsprung 115 reduzierten Durchmessers versehen, welcher in eine entsprechende Ausnehmung in der Trägerplatte 26 passt. In der gleichen Ausnehmung wie der Vorsprung 115 ist ein Zylinder 116 aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. Stahl, fest in die Platte 26 eingesetzt. Das gegenüberliegende Ende des Zylinders 116 ist durch eine Bodenplatte 118 verschlossen. Letztere besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Zylinder 116 und besitzt eine zentrale Öffnung, in welcher ein zweiter Zylinder 120 aus dem gleichen Material befestigt ist. Das untere Ende des Zylinders 120 ist durch den nachstehend beschriebenen Wärmeaustauscher 16 verschlossen.

Wie bereits erwähnt, schliesst am unteren Ende des Ventilgehäuses 72 die Volumenveränderungseinrichtung 17 an. Diese enthält einen ersten (oberen) Abschnitt 122, der verschiebbar im Zylinder 116 angeordnet ist, und einen zweiten (unteren) Abschnitt 124, welcher verschiebbar im Zylinder 120 angeordnet ist. Der obere Abschnitt 122 enthält eine zentrale Bohrung 126 zur Aufnahme des Ventilgehäuses 72. Der Durchmesser der Bohrung 126 ist grösser als der Durchmesser des Ventilgehäuses 72 und besitzt an seinem oberen Ende einen erweiterten Abschnitt 128. In diesem Abschnitt ist ein Metallring 130 befestigt, welcher in Schiebebeziehung zur Aussenfläche des Ventilgehäuses 72 steht. Der Ring 130 ist mit dem Abschnitt 122 fest verbunden. Weiterhin enthält die Volumenveränderungseinrichtung 17 zwei elastische Dichtungen 132 und 134, die durch einen Haltering 136 festgehalten sind. Letzterer ist durch nicht bezeichnete Schrauben auf dem Abschnitt 122 montiert. Die Dichtung 132 ist eine Schiebedichtung gegenüber dem Ventilgehäuse 72 und ist auch durch den Metallring 130 festgehalten, während die Dichtung 134 eine Schiebedichtung gegenüber dem benachbarten Zylinder 116 bildet. Das Bodenende des Abschnitts 124 ist mit einer Haltescheibe 156 versehen, welche ein Dichtungsglied 158 festhält, das verschiebbar am Zylinder 120 anliegt und eine hermetische Abdichtung zwischen dem Zylinder und dem Abschnitt 124 herstellt. Die Haltescheibe 156 ist, wie gezeigt, vom Zylinder 120 distanziert.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist die Volumenveränderungseinrichtung 17 zwischen einer unteren Endstellung, wo der Metallring 130 durch den Flansch 94 des Ventilgehäuses beim Abwärtshub gestoppt wird, und einer oberen Endstellung bewegbar, wo die Fläche 141 des Abschnittes 122 durch den Flansch 94 am Ventilschieber 74 zur Anlage gelangt. Die Länge des Abschnittes 122 der Einrichtung 17 ist so gewählt, dass letztere beim Abwärtshub und wenn sich auch der Ventilschieber 74 in seiner unteren Stellung befindet, kurz vor dem Auflaufen der Anschlagfläche 148 (Fig. 2) auf die Bodenplatte 118 gestoppt wird. Um eine rasche Strömung zur und aus der Kammer 6 über die nachstehend beschriebene Leitung 212 sicherzustellen, ist ein Teil der Anschlagfläche 148 des Abschnittes 122 hinterschnitten oder so ausgenommen, dass eine abgesetzte Fläche 149 resultiert, welche einen Freiraum zwischen der Fläche 148 und der Bodenpaltte 118 ausspart.

Der Wärmespeicher 12 ist eine Zweistufen-Vorrichtung. Ein erster oberer Abschnitt enthält eine Anzahl Bronzesiebe, die schematisch gezeigt und mit 170 bezeichnet sind. Sie sind vorgesehen, um eine Abkühlung auf eine Temperatur von etwa 77°K zu erzielen. Ein zweiter unterer Abschnitt des Wärmespeichers 12 ist mit einem Bett aus einer grossen Menge von Bleikugeln versehen, das mit 172 bezeichnet ist und eine Abkühlung auf ungefähr 20°K gestatten soll. Die Bestimmung der relativen Längen der Abschnitte mit den

Bronzesieben 170 und der Bleikugelbettung 172 ist ein Optimierungsproblem. Die Bronzesiebe werden vorzugsweise so angeordnet, dass sie einem Sieb von etwa 200 Mesh entsprechen, während die Bleikugeln einen Durchmesser in der s Grössenordnung von 0,25 bis 0,3 mm aufweisen. Die Speicherabschnitte 170 und 172 befinden sich im Zylinder 102. Das untere Ende des Zylinders 102 ist mit einer metallischen Endwand 180 verschlossen. Diese ist mit einer Leitung 182 mit dem Wärmeaustauscher 16 verbunden.

io Der Wärmespeicher 10 enthält eine Anzahl Bronzesiebe 184 mit einer mittleren Maschenweite von 150 Mesh, die sich im Zylinder 100 befinden. Das untere Ende des Zylinders 100 ist durch den Wärmeaustauscher 14 verschlossen.

Der Wärmeaustauscher 16 enthält einen im unteren Ende is des Zylinders eingesetzten Kupferpfropfen 190. Der Propfen 190 weist einen oberen Abschnitt 192 mit relativ grossem Durchmesser, und einen unteren Abschnitt 194 mit einem relativ geringen Durchmesser auf. Der untere Abschnitt 194 erstreckt sich in einen Stahlring 200 hinein und ist in diesem 20 festgehalten. Letzterer ist in den Zylinder 120 eingesteckt und mit diesem verbunden. Der obere Abschnitt 192 ist hohl gestaltet und mit einer Anzahl seine Wand durchsetzender radialer Kanäle 196 versehen. Die Aussenfläche des oberen Abschnittes 192 ist gegenüber der Innenwand des Zylinders 25 120 distanziert, so dass ein schmaler ringförmiger Kanal 198 von ca. 0,025 bis 0,15 mm resultiert. Dieser Kanal steht mit dem ringförmigen Spalt zwischen der Haltescheibe 156 und der Innenwand des Zylinders 120 in Verbindung. Weiter enthält der Stopfen 190 eine Umfangsnut 197, welche die Kanäle 30 196 und 198 schneidet. Der bereits erwähnte Stahlring 200 ist so im unteren Ende des Zylinders 120 eingesetzt, dass ein Raum 202 resultiert, welcher als Verteiler zur Zuleitung von Kühlmittel an die radialen Kanäle 196 wirkt, welche zum ringförmigen Kanal 198 führen. Zentral in den Verteiler-35 räum 202 mündet ein Kanal 206 im Abschnitt 194, welcher Kanal über eine Seitenöffnung im Ring 200 mit der Leitung 182 in Verbindung steht. Aufgrund dieser Konstruktion kann das Kühlmittel zwischen der Kühlkammer 8 und dem Wärmespeicher 12 zirkulieren, und zwar über die Leitung 40 182, den Kanal 206, den Raum 202, die radialen Kanäle 196, die Umangsnut 197 und den Ringkanal 198.

Es wird nun auf die Fig. 1 und 3 Bezug genommen. Der Wärmeaustauscher 14 enthält einen Kupferstopfen 208, dessen unteres Ende von einem Stahlring 209 umgeben und 45 in diesem festgehalten ist. Der Stahlring 209 ist seinerseits am unteren Ende des Wärmespeichers 10 montiert. Der Stopfen 208 besitzt einen Kanal 210, welcher über eine Öffnung im Ring 209 mit einer Leitung 212 in Verbindung steht. Das andere Ende der Leitung 212 durchsetzt die Bodenplatte 118. so Das obere Ende des Stopfens 208 steckt im Zylinder 100 und enthält eine Anzahl radialer Schlitze oder Nuten 214, welche von einer relativ grossen zentralen Öffnung 216 ausgehen. Jeder der radialen Schlitze 214 enthält ein Einsatzelement 218, bestehend aus einem realtiv schmalen Körperabschnitt 55 220 und einem Paar verbreiterter Endabschnitte 222. Der Körperabschnitt 220 besitzt eine Dicke, die wesentlich geringer ist als die Höchstbreite, während die Endabschnitte 222 satt an den Wänden der Schlitze 214 anliegen. Die radial aussen liegenden Endabschnitte 222 der Einsatzelemente 218 60 liegen ferner an der Innenwand des Zylinders 100 an, während die innen liegenden Endabschnitte 222 mit der Innenwand des Stopfens 208 bündig sind. In der Öffnung 216 befindet sich ein Stab 226, an welchen die inneren Endabschnitte 222 der Einsatzelemente 218 anliegen und dabei die 65 Öffnung 216 vollständig für den Durchtritt von Kühlmittel sperren. Wie in den Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind die aussen-liegenden Abschnitte 222 der Elemente 218 mit Verlängerungen 230 versehen, welche an Flächen 232 anliegen, die

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den Grund der Nuten 214 bilden und daher die Elemente 218 von diesen Flächen distanzieren. Dadurch wird eine Verteilerkammer 234 gebildet, welche die Grundflächen aller Nuten 214 mit dem Kanal 210 verbindet. Das obere Ende des Stopfens 208 enthält eine Ausnehmung 238, welche eine obere Verteilerkammer bildet. Der Stab 236 trägt einen Flansch 229, welcher die Oberseite des Stopfens 208 überragt und die Kammer 238 innen begrenzt. Der Flansch 229 und der aufragende äussere Abschnitt des oberen Endes des Stopfens 208 bilden Auflagen für die Siebe 184. Die Kühlflüssigkeit kann somit in der einen oder anderen Richtung zwischen der Kühlkammer 6 und dem Wärmespeicher 10 zirkulieren, und zwar über die Leitung 212, den Kanal 210, die Verteilerkammer 234, die Nuten 214 und die obere Verteilerkammer 238.

Die Kupferstopfen 208 und 190 wirken so mit den Stahlringen 209 und 200 zusammen, dass sie jeweils als erste und zweite Stufe von Wärmeaustauscherstationen arbeiten. Wie später erläutert wird, kühlt die erste Wärmeaustauscherstufe auf eine Temperatur von etwa 77°K, während die zweite Wärmeaustauscherstufe auf eine Temperatur von etwa 20°K kühlt. Bei einer erfindungsgemäss gestalteten Kühlmaschine wird die Länge des Zylinders 120 zweckmässig so gewählt, dass die zweite Wärmeaustauscherstufe 190,200 axial unterhalb der ersten Wärmeaustauscherstufe 208,209 angeordnet ist.

Die Auf- und Abwärtsbewegungen der Volumenveränderungseinrichtung 17 hängen vom Vorhandensein einer Differenzkraft aus den Fluiddrücken in den Kammern 6,8,18,19 ab. Der Druck in der Antriebskammer 18 bleibt so lange konstant, als auch der Druck in der Kammer 28 nicht ändert, während die Fluiddrücke in den Kammern 6,8 und 19 von der Stellung des Ventilschiebers abhängen. Vernachlässigt man den Druckabfall in den Wärmeaustauschern und Wärmespeichern, so entspricht der Druck in der Kammer 19 stets etwa dem Druck in den Kammern 6 und 8. Somit entspricht die Differenzkraft an der Volumenveränderungseinrichtung 17 der Differenz zwischen a) der Summe des Produktes aus dem Druck in der Kammer 18mal der Fläche 141, und dem Produkt des Druckes in der Kammer 19mal der wirksamen oberen Stirnfläche des Einrichtungsabschnittes 124 der Kammer 19, und b) der Summe des Produktes aus dem Druck in der Kammer 6mal der wirksamen Fläche der Unterseiten 148 und 149 des Abschnittes 122, und dem Produkt aus dem Druck in der Kammer 8mal der wirksamen Fläche der Unterseiten (Haltescheibe 156 und Dichtung 158) des Einrichtungsabschnittes 124.

Es sei vermerkt, dass in der untersten Stellung der Volumenveränderungseinrichtung 17 die Haltescheibe 156 mindestens sehr nahe am oberen Ende des Pfropfens 190 liegt. Vorzugsweise zur Lärmverminderung und Erhöhung der Lebensdauer gelangen zwar die Anschlagfläche 148 und die Haltescheibe 156 sehr nahe an die Platte 118 bzw. an den Propfen 190, stoppen aber ihre Bewegung kurz vorher, wenn die Volumen Veränderungseinrichtung 17 in ihre untere Endstellung fährt.

Die Betriebsweise der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Kühlmaschine wird nun beschrieben unter der Annahme, dass sich der Ventilschieber 74 in seiner unteren Endstellung (Fig. 1) befindet, und die Volumen Veränderungseinrichtung 17 bei ihrer Aufwärtsbewegung an der Stelle kurz vor ihrem oberen Totpunkt (TDC) angelangt ist, wo die Innenfläche 141 zunächst auf das untere Ende des Ventilschiebers 74 auftrifft.

Wenn sich die Volumenveränderungseinrichtung 17 gerade kurz vor ihrer oberen Totpunktstellung befindet, herrschen folgende Fluiddrücke und Temperaturbedingungen in der Kühlmaschine:

a) Die Kammer 19 steht unter hohem Druck bei Umgebungstemperatur,

b) Kammern 6 und 8 stehen unter hohem Druck bei niedriger Temperatur, und c) die Kammern 18 und 62 stehen unter mittlerem Druck IP und Umgebungstemperatur.

Wenn die Einrichtung 17 sich weiter nach oben bewegt, gelangt die Fläche 141 in Eingriff mit dem Ventilschieber 74 und schiebt diesen in seine obere Endstellung (Fig. 2), während die Einrichtung 17 in ihre obere Totpunktlage gelangt. Beim Verschieben des Ventilschiebers 74 von seiner unteren in seine obere Endstellung oder umgekehrt passiert er einen Übergangsbereich. In diesem Übergangsbereich stimmt die untere Kante der Umfangsnut 96 mit den oberen Kanten der Kanäle 85 der Nute 82 überein, während die obere Kante der Nute 96 mit den unteren Kanten der Kanäle 85 der Nute 78 übereinstimmt. Beim Überfahren des Übergangsbereichs beginnt somit Fluid aus der Kammer 19 über die Kanäle 112, 114 zur Anschlussbohrung 32 zu fHessen, wobei der Druck in den Kühlkammern 6 und 8 fällt. Wenn der Ventilschieber 74 in seine obere Stellung (Fig. 2) gelangt und die Volumenveränderungseinrichtung 17 in ihreTDC-Stellung läuft, strömt unter hohem Druck stehendes Gas aus den Kammern 6 und 8 über die Wärmespeicher 10 und 12 ab. Beim Austreten des Gases wird es durch die Matrizen der beiden Wärmespeicher aufgeheizt, wodurch letztere gekühlt werden. Infolge des nun niedrigeren Druckes in den Kammern 6 und 8 tritt an der Einrichtung 17 eine neue Differenzkraft auf, welche die Einrichtung 17 zur Abwärtsbewegung bringt. Indessen verbleibt der Ventilschieber 74 infolge Reibungsschluss noch in seiner oberen Endlage im Ventilgehäuse 72 und unter dem Einfluss der Gasströmung durch seine Kanäle 85, die mit den Umfangsnuten 78 und 80 in Verbindung stehen. Bei der Abwärtsbewegung der Einrichtung 17 wird unter niedrigem Druck stehendes kaltes Gas aus den Kammern 6 und 8 abgezogen und, weil sich der Ventilschieber 74 in seiner oberen Stellung befindet, lässt das Steuerventil 4 dieses Gas weiterhin durch die Wärmespeicher strömen. Die Wärmespeicher werden weiterhin gekühlt, indem sie Wärme an das aus den Kammern 6 und 8 abströmende Gas abgeben. Das kühle, durch die Wärmespeicher 10 und 12 abf liessende Gas expandiert beim Aufheizen, wodurch die Wärmespeicher weiterhin gekühlt werden.

Wenn sich die Volumenveränderungseinrichtung 17 ihrem unteren Totpunkt (BDC) nähert, greift der Metallring 130 am Ventilschieber 74 ein und schiebt ihn über den Übergangsbereich hindurch in seine untere Endstellung (Fig. 1). Die Einrichtung 17 stoppt, wenn der Ventilschieber 74 seine untere Endstellung erreicht hat.

Wenn der Ventilschieber 74 den genannten Übergangsbereich passiert, strömt unter hohem Druck stehendes Gas aus der Quelle 30A über die Kanäle 84 und 86 in die Kammer 19. Dabei wird die Kammer 19 mit Gas hohen Druckes und niedriger Temperatur gefüllt. Gleichzeitig fliesst warmes Gas durch die beiden Wärmespeicher 10 und 12 in die Kammern 6 und 8 zurück. Es wird dabei abgekühlt. Durch das Ansteigen des Druckes in den Kammern 6 und 8 in Verbindung mit dem unveränderten IP-Druck in der Kammer 18 tritt an der Volumenveränderungseinrichtung 17 eine neue Druckdifferenz auf, die ausreicht, um eine Aufwärtsbewegung 17 einzuleiten. Bei der Aufwärtsbewegung der Einrichtung 17 wird weiteres, unter hohem Druck bei Raumtemperatur stehendes Gas aus der Kammer 19 über die Wärmespeicher 10 und 12 in die Kammern 6 und 8 gebracht, das dabei gekühlt und kondensiert wird. Die dabei auftretende Volumenreduktion erlaubt, mehr Gas aus der Kammer 19 in die Kammern 6 und 8 zu saugen.

Während die Einrichtung 17 gegen ihre obere TDC-Stel-

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lung läuft, steuert sie den Ventilschieber 74 erneut um und schiebt ihn in seine obere Endstellung, wodurch sich der oben beschriebene Zyklus wiederholt. Es ist zu bemerken,

dass beim Einlaufen der Einrichtung 17 in ihre obere TDC-Stellung das System in den Kammern 6 und 8 wiederum kaltes, unter hohem Druck stehendes Gas enthält, auf Raumtemperatur befindliches und unter mittlerem Druck stehendes Gas in der Kammer 18 vorhanden ist, und auf Raumtemperatur befindliches und unter hohem Druck stehendes Gas in der Kammer 19 anwesend ist.

Das Volumen der Kammer 8 kann wesentlich kleiner als das Volumen der Kammer 6 sein, wenn der Wärmeaustauscher 16 kleiner ist als der Wärmeaustauscher 14. Weil indes der Wärmeaustauscher 16 auf etwa 20°K gekühlt wird, ist es wichtig, dass ein maximaler Gasstrom in die und aus der Kammer 8 erreicht wird, um eine maximale Kühlleistung in dieser Stufe zu erzielen. Die Betätigung des Steuerventils 4, dessen Stellung sich nur ändert, wenn die Einrichtung 17 sich der oberen oder unteren Grenzstellung nähert, bezweckt die Verbesserung der Kühlleistung der zweiten Stufe durch Einräumung von ausreichend Zeit, um den Druck in der Kammer 8 während der «Ansaugphase» des Zyklus von nieder auf hoch, und in der «Ausblasphase» des Zyklus von hoch auf niedrig, zu ändern.

Es versteht sich, dass die Kühlleistung des Systems durch Vergrössern der Durchmesser der Abschnitte 122 und 124 der Einrichtung 17 gesteigert werden kann, wobei die Volumen der Kammer 6 und 8 vergrössert werden. Eine weitere Steigerung der Kühlleistung kann auf die anhand der Fig. 4 beschriebene Weise erzielt werden.

Weil die erste und zweite Kühlstufe parallel zueinander liegen und ferner ihre Wärmespeicher-Wärmetauscher-Anordnung radial zueinander distanziert sind, kann die Kühlleistung mit relativ wenig Mehrkosten einfach durch die Montage von zwei oder mehr ersten Kühlstufen und/

oder zwei oder mehr zweiten Wärmespeichern auf die Tragplatte 26 erhöht werden. Die Steuerung kann durch die gleiche Steuerventil-Volumenveränderungs-Anordnung erfolgen. Gemäss Fig. 4 können beispielsweise zwei erste Kühlstufen, dargestellt durch die Wärmespeicher 10A und 10B, und zwei Zweitstufenwärmespeicher 12A, 12B symmetrisch zur Volumenveränderungseinrichtung 17 angeordnet und durch das Ventil 4 gesteuert werden. Obschon nicht aus der Fig. 4 ersichtlich, versteht es sich, dass eine solche Kühlmaschine mit einem Paar diametral entgegengesetzt liegender Kanäle 84, die um 90° gegenüber einem Paar diametral entgegengesetzt angeordneter Kanäle 86 verschoben liegen, gebaut werden kann, wobei beide Kanalpaare durch Leitungen 108,110 mit den Wärmespeichern 10A, 1 OB und 12A, 12B verbunden sein können. Die Wärmespeicher 12A, 12B könnten über zwei Leitungen 182 mit einem einzigen Wärmeaustauscher 16, und zwei Wärmeaustauscher 14 könnten mittels zwei Leitungen 212 mit der Kammer 6 verbunden werden. Es wurde berechnet, dass, obschon nur ein Zweistufen-Wärmeaustauscher 16 in einer Doppelanordnung nach Fig. 4 vorhanden ist, die Kühlleistung nahezu verdoppelt werden kann, wenn der Kühlmitteldurchsatz verdoppelt wird.

Fig. 5 zeigt die Verwendung der erfindungsgemässen Kühlmaschine in einer Kryo-Pumpe. Obschon die Fig. 5 auf die Verwendung einer Kühlmaschine nach den Fig. 1 und 2 konzipiert ist, versteht es sich, dass die Anordnung nach Fig. 5 auch eine Doppel-Kühlmaschine nach Fig. 4 enthalten kann. Mit Ausnahme der Kühlmaschine und der Anordnung der Wärmeaustauscher wird eine Kryo-Pumpe herkömmlicher Art gezeigt. Sie enthält einen Kessel 248 in der Form eines Zylinders 250, dessen eine Stirnseite mit der Deckplatte 26 verschlossen ist, während die andere Stirnseite einen Flansch

252 trägt. Der Flansch 252 dient zum hermetischen Kuppeln des Kessels 248 mit einem zweiten Kessel 258, mit dem er durch Bolzen 254 und eine Nutdichtung 255,256 dicht-schliessend verbunden ist. Der zweite Kessel 258 kann als s Arbeitsbehälter dienen, in welchem eine Charge (Muster, Prüfling, elektronische Komponente oder dergleichen) auf einer bestimmten tiefen Temperatur unter einem bestimmten Druck gehalten wird. Im Kessel 248 ist ein Strahlungsschild 262 in der Form eines oben durch eine Trenn-lo wand 264 geschlossenen und unten offenen Zylinders eingebaut. Der Schild 262 besteht aus Metall mit einer hohen Reflexionsfähigkeit und hoher thermischer Leitfähigkeit. Die Erststufen-Wärmespeicherstation 209 steht auf der Oberseite der Trennwand 264, während die Zweitstuf en-Wärme-15 speicherstation 200 und das untere Ende des Wärmespeichers 12 die Trennwand 264 in darin angebrachten Durchbrechungen durchsetzt. Mit dem Schild 264 ist eine konventionelle V-förmige Prallplatte 266 verbunden, die sich ferner durch seine offene Seite erstreckt. Direkt über der Prallplatte 20 266 und mit der Wärmespeicherstation 200 verbunden, ist ein Kryo-Panel 268, welches aus zwei gegengleich gestellten, kegelstumpf förmigen Gehäuseteilen aus perforiertem Blech (Metallsieb) besteht und mit zerkleinerter Aktivkohle gefüllt ist. Wie bereits bekannt, sind der Schild 262 und die Prall-25 platte 266 auf die Temperatur von etwa 77°K der Wärmespeicherstation 209 bringbar, während am Kryo-Panel 268 die 20°K der Wärmespeicherstation 200 auftreten. Der Kessel 250 (oder wahlweise der Kessel 258) ist wahlweise über eine ventilgesteuerte Leitung 270 mit einer mechani-30 sehen Vakuumpumpe 272, oder über eine ventilgesteuerte Leitung 274 mit einer Ionenpumpe 276 verbindbar.

Bei normalem Betrieb werden zuerst die Kammern der Kessel 248 und 258 mittels der Pumpen 272 und 276 evakuiert. Während letztere noch im Betrieb stehen, werden die 35 Kammern durch Kondensation von Gasen auf den kalten Oberflächen der Prallplatte 266, dem Kryo-Panel 268, dem Strahlungsschild 262 und den im Kessel liegenden Oberflächen der Wärmeaustauscher 14und 16 kryogepumpt. Wasserdampf «friert aus» an den auf 77°K gekühlten Ober-40 flächen, während Sauerstoff und Stickstoff auf der Aussen-seite des auf 20°K gekühlten Kryo-Panel 268 in den festen Zustand übergehen. Alle allenfalls vorhandenen Edelgase werden durch die Aktivkohlepartikel im Kryo-Panel 268 absorbiert.

45 Wie Fachleuten bekannt ist, kann die Aktivkohle bei Sättigung mit Edelgasen durch Austreiben der absorbierten Gase regeneriert werden. Zu diesem Zweck wird das Kryo-Panel auf 77°K oder höher erwärmt, so dass die Edelgase verdampfen. Die auf diese Weise desorbierten Gase können so durch die mechanische Vakuumpumpe evakuiert werden. Das Erwärmen des auf 20°K befindlichen Kryo-Panels auf 77°K oder höher ist zeitraubend, und in bekannten Anordnungen erforderte diese Operation die Stillegung der ganzen Kühlmaschine. Dadurch wurden auch die auf 77°K befind-55 liehen Oberflächen aufgeheizt, so dass zusätzlich Zeit für die Kühlung des auf 20°K zu bringenden, regenerierten Kryo-Panels notwendig war. Dieses Problem ist im wesentlichen durch die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform der Kühlmaschine eliminierbar.

60 Die Ausführungsvariante nach Fig. 6 erlaubt, die zweite Stufe (Wärmespeicher 12 und Wärmeaustauscher 16) stillzulegen, während die erste Stufe im Betrieb verbleibt. In diesem Fall erfährt das Kopfstück 2 eine Modifikation, indem der Kanal 114 der Fig. 1 und 2 durch zwei Kanäle 86 A und 86B 65 ersetzt werden. Ein Solenoid-Ventil 290, das die Bohrungen 86A, 86B miteinander verbindet, ist in eine Bohrung 292 am Kopfstück 2 eingesetzt. Das Solenoid-Ventil 290 besitzt einen Ventilstössel mit einem angesetzten Ventilkopf, der in einen

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Sitz am äussern Ende des Kanals 86 A eingreift. Solange das Solenoid-Ventil nicht erregt ist, kann Gas von der Nute 80 über die Kanäle 86A und 86B zur Leitung 110 strömen.

Wenn das Solenoid-Ventil erregt wird, wird der Ventilkopf 294 so weit vorgeschoben, dass er den Ventilsitz sperrt und dadurch den Gasstrom zum und vom Wärmespeicher 12 unterbricht. Indessen arbeiten die Volumenveränderungseinrichtung 17 und die erste Kühlstufe weiter, weil Gasströmung zu und von der Kammer 19 und dem Wärmespeicher 10 über den Kanal 84 möglich ist (auch über den Kanal 86 gelangt Gas in die Kammer 19). Demzufolge verbleibt die Wärmetauscherstation 208 auf etwa 77°K, während die Wärmetauscherstation 194 auch auf diese Temperatur gelangt. Sobald das Kryo-Panel 208 regeneriert ist, wird die Wärmeaustauscherstation 194 durch Ausschalten des Solenoid-Ventils 290 wieder gekühlt.

Die Erfindung besitzt zusätzlich zu den oben erwähnten noch eine Reihe weiterer Vorteile, inklusive dem Umstand, dass der Aufbau der Kühlmaschine auf verschiedene Weise varriiert werden kann, um bestimmte Herstelltechniken anwenden und Betriebsbedingungen erfüllen zu können. Die beiden Wärmeaustauscher 14 und 16 sind einfach aufgebaut und arbeiten zuverlässig und effizient. Der Wärmeaustauscher 14 ist besonders deshalb vorteilhaft, weil die Anwendung der Einsatzelemente 218 in den Schlitzen 214 es einfach macht, relativ enge Spalten von z. B. 0,1 bis 0,15 mm auf ein-andergegenüberliegenden Seiten der Elemente zu erzielen. Ohne die Anwendung von Einsatzelementen 218 wäre es s schwierig und teuer, die Schlitze 214 schmal genug zu machen, um eine hohe Kühleffizienz bei gasförmigen Kühlmitteln zu erzielen.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Volumenveränderungseinrichtung 17 sowohl aus Kunststoffteilen als auch aus 10 Metallteilen gebaut werden kann. Ein bevorzugtes Kunststoffmaterial ist Polypropylen. Eine aus Kunststoffteilen aufgebaute Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass die Teile im Spritzgussverfahren herstellbar sind und die Einrichtung ein geringes Gewicht aufweist.

Weiterhin kann die Kühlmaschine auch anders als gezeigt aufgebaut werden. So ist es möglich, den Wärmeaustauscher 16 gleich zu bauen wie den Wärmeaustauscher 14, oder umgekehrt. Auch können andere Arten von Wärmeaustauschern anstelle der Wärmeaustauscher 14 und/oder 16 verwendet werden. Für verschiedene Anwendungen der Kühlmaschine kann auf Einsätze 218 verzichtet und die Schlitze 214 schmal genug gemacht werden, um das gewünschte Resultat zu erzielen.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Tiefkühlmaschine mit einer hin- und herbevvegten Volumenveränderungseinrichtung (17), mit dieser Einrichtung zusammenwirkende Mittel (72, 116,120,126) zur Ausbildung von drei Kammern (6,8,18) mit variablen Volumen, wobei die Volumen einer ersten und einer zweiten Kammer (6, 8) bei der Bewegung der Volumenveränderungseinrichtung (17) in der einen Richtung zunehmen, und das Volumen einer dritten Kammer ( 18) bei der Bewegung der Volumenveränderungseinrichtung (17) in entgegengesetzter Richtung zunimmt, Mittel zur Ausbildung eines Hochdruckeinlasses (30) und eines Niederdruckauslasses (32), gekennzeichnet durch so angeordnete Wärmespeicher (10,12), dass über sie ein Fluid von und zu der ersten und zweiten Kammer (6,8) zirkuliert, Wärmeaustauscher (14,16) zum Entzug und Abgabe von Wärme vom bzw. an das zwischen der ersten und der zweiten Kammer (6,8) zirkulierende Fluid, ein Steuerventil (4), das den Hochdruckeinlass (30) mit den Wärmespeichern (10,12) verbindet, wenn sich die Volumenveränderungseinrichtung (17) in einer ersten Richtung in eine erste Endstellung bewegt und das den Niederdruckauslass (32) mit den Wärmespeichern (10,12) verbindet, wenn sich die Volumenveränderungseinrichtung (17) in der entgegengesetzten Richtung in eine zweite Endstellung bewegt, wobei die Bewegung der Volumenveränderungseinrichtung in der einen oder anderen Richtung in Abhängigkeit von den relativen Differenzen der Fluiddrucke in den drei Kammern (6,8,18) erfolgt, und Mittel (38,50,28,68,64,90) zum Zuleiten von unter Druck stehendem Fluid an die dritte Kammer (18).
2. 2. Tief kühlmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) durch die Bewegung der Volumen Veränderungseinrichtung (17) betätigt ist.
3. 3. Tief kühlmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenveränderungseinrichtung (17) einen ersten und einen zweiten Abschnitt (122,124) mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist, und dass die erste und die zweite Kammer (6,8) teilweise durch die Stellung des ersten und des zweiten Abschnittes festgelegt sind.
4. 4. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) ein relativ zur Volumenveränderungseinrichtung (17) verschiebbares Schieberventil ist.
5. 5. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) Mittel (90) zur Zuleitung von unter Druck stehendem Fluid an die dritte Kammer (18) aufweist.
6. 6. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) ein Ventilgehäuse (72) und ein Ventilglied (74) enthält; dass das Ventilgehäuse erste und zweite Kanäle enthält, die mit zugeordneten Einlass- und Auslasskanälen und einem dritten Kanal verbunden sind; dass das Ventilglied im Ventilgehäuse (72) zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung verschiebbar ist und Mittel zum Verbinden des dritten Kanals mit dem ersten bzw. dem zweiten Kanal aufweist, wenn sich das Ventilglied (74) in seiner ersten bzw. seiner zweiten Endstellung befindet; und ferner Mittel zum Verbinden des dritten Kanals mit dem ersten (10) bzw. dem zweiten (12) Wärmespeicher umfasst.
7. 7. Tiefkühlmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) einen ersten und einen zweiten Kanal aufweist, die jeweils mit dem bezüglichen Einlass- bzw. Auslasskanal verbunden sind, und Mittel zum Verbinden des ersten und des zweiten Wärmespeichers (14,16) mit dem ersten oder dem zweiten Kanal je nach der Bewegungsrichtung der Volumenveränderungsein-richtung (17) enthält.
8. 8. Tief kühlmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) Mittel zum Verbinden der dritten Kammer ( 18) mit einer Quelle (30A) von unter Druck stehendem Fluid enthält.
9. 9. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine vierte Kammer (19) festlegende Mittel (116,72,26,2), wobei das Steuerventil (4) so gestaltet ist, dass die vierte Kammer mit dem Hochdruckauslass (30), dem Niederdruckauslass (32) und der dritten Kammer (18) verbindbar ist.
10. 10. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckeinlass (30) und der Niederdruckauslass (32) so mit der dritten Kammer ( 18) verbunden sind, dass der Fluiddruck in der dritten Kammer zwischen den Drücken der Fluide im ersten und im zweiten Kanal liegt.
11. 11. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der ersten und zweiten Wärmeaustauscher (14,16) an einem der Wärmespeicher (10,12) an- oder aufgebaut ist.
12. 12. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wärmespeicher (10, 12) exzentrisch zur Volumenveränderungs-einrichtung angeordnet sind.
13. 13. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wärmeaustauscher (14, 16) gegeneinander versetzt achsparallel zur Volumenveränderungseinrichtung (17) angeordnet sind, und dass einer (14) der Wärmeaustauscher in radialer Richtung ausserhalb der Längsachse der genannten Einrichtung (17) liegt.
14. 14. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der eine (14) der Wärmeaustauscher einen Block (208) aus wärmeleitendem Material aufweist, in dessen einander gegenüberliegenden Seitenflächen eine Anzahl schmale Fluidkanäle bildende Schlitze (214) vorhanden sind, welche Fluidkanäle sich zwischen den beiden Seitenflächen erstrecken und mit Mitteln (234,238) verbunden sind, welche diese Fluidkanäle einerseits mit einem der Wärmespeicher (10) verbinden, und andererseits Mittel (210,212) vorhanden sind, um Fluid zwischen den schmalen Kanälen und der ersten oder der zweiten Kammer durchzulassen.
15. 15. Tiefkühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Wärmetauscher (16) einen schmalen Kanal (198) und einen Block (190) aus wärmeleitendem Material enthält, und dass Mittel vorhanden sind, um Fluid zwischen dem schmalen Kanal (198) und der ersten und der zweiten Kammer (6,8) durchzulassen.
16. 16. Tief kühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch zusätzliche Ventilmittel (290) zur wahlweisen Unterbrechung der Fluidströmung zwischen dem Einlass (30) und dem Auslass (32) und dem ersten (10) oder dem zweiten (12) Wärmespeicher, um den einen der Wärmespeicher ausser Betrieb zu nehmen, während der andere im Betrieb bleibt.
17. 17. Tief kühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Wärmespeicher eine Packung (170; 184) aus wärmeleitendem Material enthält, und dass die Wärmeübertragungskapazität der Packung des einen Wärmespeichers ( 10) grösser als die Wärmeübertragungskapazität der Packung des anderen Wärmespeichers (12) ist.
18. 18. Krio-Pumpe mit einer Tief kühlmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (248), eine im Gehäuse untergebrachte Prallplatte (266), einen die Prallplatte (266) mindestens teilweise umgebenden Strahlungsschild (262), und ein an einem der Wärmeaustauscher (200) befestigtes und zwischen den Strahlungsschild s

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    (262) und die Prallplatte (266) eingebautes Kryo-Panel (268), wobei der andere Wärmeaustauscher (209) mit dem Strahlungsschild (262) verbunden ist.