CS229835B1

CS229835B1 - Method of filling of thermally insulated,solid thawing coolant using vessels in cooling systems of semiconductor detectors of logging probes

Info

Publication number: CS229835B1
Application number: CS615382A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Ing Skaba; Jiri Ing Majer; Antonin Ing Janata
Original assignee: Skaba Vaclav; Majer Jiri; Antonin Ing Janata
Priority date: 1982-08-24
Filing date: 1982-08-24
Publication date: 1984-06-18

Description

(54Ϊ Způsob plnění tepelně izolovaných nádob na pevné tající chladivo u chladicích systémů polovodičových detektorů geologických karotážních sond(54Ϊ Filling method for thermally insulated solid-melting refrigerant vessels for cooling systems of semiconductor geological logging probe detectors

Vynález řeší způsob tepelně izolovaných nádob na pevné tající chladivo u chladicích systémů polovodičových detektorů geologických karotážních sond.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of thermally insulating solid-melting refrigerant containers for cooling systems of semiconductor geological logging probe detectors.

Geologické karotážní sondy s polovodičovými detektory rentgenového nebo gama záření k analýze hornin vyžadují k dosažení nízkého šumu a vysoké rozlišovací schopnosti udržovat detektor na nízké pracovní teplotě, U germaniových detektorů má být tato teplota nižší než 110 K, u křemíkových nižší než 150 K. Zpravidla se pro chlazení využívá chladivá ze skupiny látek propan, monochlortrifluormethan, dichlordifluormethan apod,., jehož teplota v trojném bodě je nižší, než požadovaná teplota detektoru, a jím se naplní tepelně izolovaná nádoba spojená tepelně vodivě s detektorem. Zchlazením náplně kapalným dusíkem před spuštěním sondy do vrtu, se uvede chladivo do tuhého stavu, Při měření se sondou v geologickém vrtu zůstává pak chladivo na teiplotě trojného bodu dokud postupně v celém objemu neroztaje. Doba udržení teploty trojného bodu, určuje dobu měření ve vrtu a je mimo jiné závislá na hmotnosti chladivá. Na druhé straně měrná hmotnost kapalného chladivá se s teplotou značně mění, například dichlordifluormetthan zaujímá jako kapalina na konci tání 77 % obje2 mu při normální teplotě. Nejvyšší teplota, na kterou může chladivo vystoupit, klade tak mez využití objemu nádoby. Obvyklým způsobem plnění nádoby chladicího systému je, nalévání chladivá při atmosférickém tlaku na předepsanou hmotnost, která se kontroluje vážením sondy. Jiný 'způsob plnění používá 2 trubice pevně připojené k plněné nádobě; jedna ústí v nejvyšším bodě nádoby, druhá zasahuje dovnitř do žádané výšky hladiny kapalného chladivá. Chladivo se přivádí .při atmosférickém tlaku první trubicí, druhá slouží jako výfuková.Geological logging probes with semiconductor X-ray or gamma-ray detectors for rock analysis require low noise and high resolution to keep the detector at a low operating temperature. For germanium detectors this temperature should be less than 110 K, for silicon less than 150 K. for cooling it uses propane, monochlorotrifluoromethane, dichlorodifluoromethane, etc., whose temperature at the triple point is lower than the required temperature of the detector, and it fills a thermally insulated vessel connected thermally conductively to the detector. By cooling the charge with liquid nitrogen before starting the probe into the well, the coolant is solidified. When measured with a probe in a geological well, the coolant remains at the triple point temperature until it gradually melts throughout the volume. The triple point temperature maintenance time determines the measurement time in the borehole and is dependent, inter alia, on the weight of the refrigerant. On the other hand, the density of the liquid coolant varies considerably with temperature, for example dichlorodifluoromethane is a liquid at the end of melting of 77% by volume at normal temperature. The maximum temperature at which the refrigerant can rise thus limits the utilization of the vessel volume. A common way of filling a cooling system vessel is by pouring refrigerant at atmospheric pressure to a prescribed weight which is controlled by weighing the probe. Another filling method uses 2 tubes firmly attached to the filled container; one opens at the highest point of the vessel, the other extends inwards to the desired level of liquid coolant level. The refrigerant is supplied at atmospheric pressure through the first tube, the second serving as the exhaust.

Plnění chladivá při atmosférickém tlaku je spojeno s únikem chladivá ve formě par do atmosféry. Plnění na předepsanou hmotnost s kontrolou vážením nemůže být dosti přesné, neboť hmotnost chladivá je ve srovnání s hmotností sondy malá. U druhého způsobu, kde výše hladiny chladivá je Určena koncem trubice, je obtížné zjistit kdy plnění skončilo. Při nalévání chladivá za atmosférického tlaku dochází zprvu k jeho okamžitému odpařování. Teprve, když předáním odparného tepla poklesne emtalpie nádoby natolik, že její teplota poklesne na bod varu chladivá, u dichlordifluormetanu je to 245 K — —28 °C, začne ss v nádobě hromadit kapalina. K bezpečnému naplnění na žádaný objem je nutné s vel229835 kou rezervou chladivo předávkovat, což je spojeno š jeho dalším únikem ve formě par do atmosféry.Charge refrigerant at atmospheric pressure is associated with the escape of refrigerant in the form of vapors into the atmosphere. Filling to the prescribed weight with weighing control cannot be quite accurate as the weight of the refrigerant is small compared to the weight of the probe. In the second method, where the level of coolant is determined by the end of the tube, it is difficult to determine when the filling has ended. When pouring the refrigerant at atmospheric pressure, it immediately evaporates immediately. Only when the evaporation heat of the vessel decreases to such a degree that its temperature drops to the boiling point of the refrigerant, for dichlorodifluoromethane it is 245 K - 2828 ° C, does the liquid begin to accumulate in the vessel. For safe filling to the required volume, it is necessary to overdose the refrigerant with a large reserve, which is associated with its further escape in the form of vapors into the atmosphere.

Tyto nevýhody nemá způsob plnění podle vynálezu, jehož podstatou jé, že se z tepelně izolované nádoby vyčerpá, vzduch a tato se napouští kapalným' chladivém ze zásobní tlakové láhve ná plný objem za normální teploty. Takto naplněná nádoba může být po úniku chladivá doplněna opět na. plný obsah tak, že se jí zchlazením kapalným dusíkem odebere množství tepla potřebné k převedení plynné části jejího obsahu do kapalné fáze a z transportní zásobní tlakové láhve se doplní na plný obsah.These drawbacks have no method of filling according to the invention, which consists in exhausting air from the thermally insulated vessel and it is filled with liquid refrigerant from the storage cylinder at full temperature at normal temperature. The container thus filled can be refilled again after the refrigerant leak. full contents, by cooling with liquid nitrogen, the amount of heat required to transfer the gaseous portion of its contents to the liquid phase and make up to the full contents from the transport storage cylinder.

Způsob plnění podle vynálezu vychází z toho, že při skladování sondy se teplota chladivá ustálí na teplotě okolí, která se příliš neliší od normální teploty 293 K (20° ¹ Celsia). Jelikož byla za stejné teploty nádoba s chladivém plněna na plný objeim, může dojít při výkyvech teploty nad normální jen k malým ztrátám. Předpokladem je pojistný ventil, který nedovolí nadměrný nárůst tlaku. Tím se však nádoby s chladivém v sondách běžně vybavují. Dávkování je přesné a je optimálně přizpůsobeno praktické potřebě. Nedochází k úniku chladivá. Jestliže se například při dopravě může zahřát chladivo na teplotu vyšší než normální, například na 323 K, tj. 50 °C, propustí při takovém ohřevu pojistný ventil část chladivá, jehož množství se takto upraví přiměřeně těmto podmínkám. Způsob plnění chladivá není proto třeba měnit. Je nutné ovšem při menším množství chladivá počítat s kratší dobou měření ve vrtu.The method of filling according to the invention is based on the fact that when the probe is stored, the temperature of the coolant stabilizes at an ambient temperature which does not differ much from the normal temperature of 293 K (20 ° ¹ Celsius). Since the refrigerant container was filled at full temperature at the same temperature, only small losses can occur if the temperature fluctuates above normal. A prerequisite is a safety valve that does not allow excessive pressure build-up. As a result, however, the coolant containers in the probes are normally equipped. The dosing is precise and optimally adapted to practical needs. No refrigerant leakage. For example, if during transport, the refrigerant can be heated to a temperature higher than normal, for example to 323 K, i.e. 50 ° C, during such heating, the safety valve releases a portion of the refrigerant, the amount of which is adjusted accordingly to these conditions. There is therefore no need to change the refrigerant charging method. However, with smaller quantities of refrigerant, a shorter measurement time in the well must be taken into account.

Při plnění je třeba zaručit, že ze zásobní tlakové láhve vstupuje do spojovacího potrubí vedoucího k plněné tepelně izolované nádobě kapalné chladivo. To se děje buď obrácením této láhve láhvovým ventilem dolů, nebo použitím láhve se sifonem. Tepelně izolovaná nádoba se naplní na plný objem, protože se kapalnému chladivu do ní přiváděnému nepředává teplot, které by bylo třeba k vytvoření plynového polštáře v ní.When filling, it is necessary to ensure that liquid refrigerant enters the connecting line leading to the filled thermally insulated vessel from the supply cylinder. This is done either by turning this bottle down by the bottle valve or by using a siphon bottle. The thermally insulated vessel is filled to its full capacity because the liquid refrigerant supplied to it does not pass the temperatures required to form a gas cushion therein.

Příkladem provedení vynálezu, je způsob plnění geologické rentgenofluorescenční ika4 rotážní sondy, schematicky znázorněný na připojeném výkresu.An example of an embodiment of the invention is a method of filling a geological X-ray fluorescence probe of a rotating probe, shown schematically in the accompanying drawing.

Tepelně izolovaná nádoba 1 chladicího systému sondy se zářičem 2 a detektorem 3 je spojena potrubím 4 s pojistným ventilem 5. Ten je řešen tak, že je možné jednak ručním zásahem zvenčí jeho kuželku zvednout ze sedla, jednak na jeho výfuk připojit další rozvod, který zahrnuje rotační vývěvu 6 s oddělovacím ventilem 7, napouštěcím ventilem 8 a zásobní tlakovou láhev 9 s láhvovým ventilem 10 postavenou hrdlem dolů. Čárkovaně je zakreslena normální poloha tlakové láhve 59 s láhvovým ventilem 60, je-li opatřena sifonem 61. Chladivém 12 je dichlordifluormethan. Vakuoměr 13 měří tlak při čerpání. Čerpání tepelně izolované nádoby 1 na tlak ~ 1 Pa rotační vývěvou 6 probíhá při nadzvednuté kuželce pojistného ventilu 5 otevřeném oddělovacím ventilu 7, zavřeném napouštěcíím ventilu 8 a rovněž zavřeném láhvovém ventilu 10, případně 60. Po skončeném čerpání se uzavře oddělovací ventil 7 a otevřou se napouštěcí ventil 8 a láhvový ventil 10, případně 60. Chladivo 12, které je za normální teploty v zásobní tlakové láhvi 9 případně 59 pod tlakem 580 íkPa, proudí dó izolované nádoby 1 dokud se tato zcela nenaplní. Na konci plnění je i v izolované nádobě 1 tlak 580 kPa. Kuželka pojistného ventilu 5 se uvolní, uzavře láhvový ventil 10, případně 60 a odpojí rozvod od výfuku pojistného ventilu 5.The thermally insulated vessel 1 of the probe cooling system with the radiator 2 and the detector 3 is connected via a pipe 4 to a safety valve 5. This is designed so that it is possible to manually lift the plug from the seat by manual intervention. a rotary vacuum pump 6 with a separating valve 7, an inlet valve 8, and a storage cylinder 9 with a cylinder valve 10 with its neck down. The normal position of the cylinder 59 with the cylinder valve 60, if fitted with a siphon 61, is shown in dashed line. Cool 12 is dichlorodifluoromethane. The vacuum gauge 13 measures the pumping pressure. The pumping of the thermally insulated pressure vessel 1 to 1 Pa by the rotary pump 6 takes place with the relief valve plug 5 open, the isolating valve 7 is closed, the inlet valve 8 is closed, and the cylinder valve 10 or 60 is closed. the inlet valve 8 and the bottle valve 10 or 60. The refrigerant 12, which is at a normal temperature in the storage cylinder 9 or 59 under a pressure of 580 kPa, flows into the insulated container 1 until it is completely filled. At the end of the filling, the pressure in the insulated vessel 1 is 580 kPa. The plug of the safety valve 5 is released, closes the cylinder valve 10 and 60, respectively, and disconnects the manifold from the exhaust of the safety valve 5.

Způsob plnění podle vynálezu, vyžaduje čerpat izolovanou nádobu jenom jednou při základním plnění u výrobce sondy. Doplňovat chladivo po každém jeho, i velkém úniku může přímo uživatel sondy, dolkonce i v polních podmínkách. K tomu postačí malá transportní tlaková láhev s chladivém a krátké připojovací potrubí, které se před spojením s pojistným ventilem propláchne průtokem malého množství chladivá. Jelikož je plněná nádoba dobře tepelně izolovaná, je třeba ji k zajištění průtoku chladivá mírně ochladit kapalným dusíkem. To nečiní potíže, protože sonda je uzpůsobena k vychlazování pevného tajícího chladivá kapalným dusíkem před každým spuštěním do vrtu.The filling method according to the invention requires that the insulated container be pumped only once at the basic filling at the probe manufacturer. The coolant user can refill the coolant after every leak, even in the event of a large leak, even in field conditions. For this purpose, a small refrigerant transport cylinder and a short connection pipe are used, which are flushed with a small amount of refrigerant before they are connected to the safety valve. Since the filled vessel is well insulated, it needs to be cooled slightly with liquid nitrogen to ensure the flow of refrigerant. This does not cause problems as the probe is adapted to cool the solid melting refrigerant with liquid nitrogen before each launch into the well.

Claims

Subject

CLAIMS 1. A method for filling thermally insulated solid-melting refrigerant vessels in cooling systems of a geological logging probe semiconductor detector, characterized in that air is exhausted from the thermally insulated vessel and filled with liquid refrigerant from the storage cylinder at full temperature at normal temperature.

vynalezu

2. The filling method according to claim 1, characterized in that, when the refrigerant is added to the thermally insulated vessel, the quantity of heat required to transfer the gaseous part of its contents to the liquid phase is removed by cooling it with liquid nitrogen.