DD290939A5 - FLOW REGULATOR FOR KRYGOGENIC COOLER - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/02—Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect
- F25B2309/022—Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect characterised by the expansion element
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Durchfluszregelung fuer Gasstroeme, die in Kaelteerzeugungsanlagen kleiner Leistung eingesetzt werden kann. Ausgenutzt wird dabei der Diamagnetismus einer supraleitenden Substanz beim UEbergang vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand. Insbesondere kommen in der vorliegenden Erfindung Substanzen zum Einsatz, die in der Umgebung der Siedetemperatur des fluessigen Stickstoffes (Tc78 K) supraleitend werden (sogenannte Hochtemperatursupraleiter). Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz eine Nadel, welche zusammen mit einer Duese ein Ventil bildet, an einem Permanentmagneten gehaltert ist und der Permanentmagnet sich oberhalb eines supraleitenden Materials befindet, welches den Meiszner-Effekt zeigt.{Durchfluszregelung; Gas; Kaelteanlage; Substanz, supraleitend; Stickstoff; Hochtemperatursupraleiter; Nadel; Duese; Ventil; Permanentmagnet; Meiszner-Effekt}The invention relates to a flow control for gas stream, which can be used in Kaelteerzeugungsanlagen low power. The diamagnetism of a superconducting substance is used during the transition from the normal conducting to the superconducting state. In particular, in the present invention, substances are used which become superconducting in the vicinity of the boiling temperature of the liquid nitrogen (Tc78 K) (so-called high-temperature superconductors). The essence of the invention is that a needle forming a valve together with a dome is mounted on a permanent magnet and the permanent magnet is located above a superconducting material exhibiting the Meiszner effect {flow control; Gas; Kaelteanlage; Substance, superconducting; Nitrogen; High temperature superconductors; Needle; Jet; Valve; Permanent magnet; Meiszner effect}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Die Erfindung betrifft einen Durchflußregler für kryogene Kühler, der z. B. auf der Basis der gedrosselten Entspannung eines Hochdruckgases bei Verwendung eines begrenzten Gasreservoirs arbeitet (z. B. Joule-Thomson-Kühler). Die Erfindung kann z. B. zum Kühlen von elektronischen Bauelementen benutzt werden.The invention relates to a flow controller for cryogenic coolers, the z. B. based on the throttled relaxation of a high-pressure gas using a limited gas reservoir works (eg Joule-Thomson cooler). The invention may, for. B. are used for cooling electronic components.
günstigsten erweist sich die Anordnung der Regelung im Innenraum (Verdrängerraum) des Kühlers.most favorable proves the arrangement of the control in the interior (displacement) of the radiator.
a) Durchflußregelung durch Querschnittsveränderung der Drossel,a) flow control by cross-sectional change of the throttle,
b) Durchflußregelung mit sofortiger oder verzögerter Rückkopplung,b) flow control with immediate or delayed feedback,
c) Durchflußregelung mit pulsierendem oder quasistationärem Massendurchsatz.c) Flow control with pulsating or quasi-stationary mass flow rate.
Einsatz.Commitment.
der nicht unmittelbar im Expansionsraum, sondern auf einem genau fixierten Zwischentemperaturniveau kontaktiert ist (DE-OSwhich is not contacted directly in the expansion space, but on a precisely fixed intermediate temperature level (DE-OS
durch Einkerbungen in der Düsennadel (US-PS 4569210) oder durch Zusatzbohrungen (US-PS 4468935). Den Vorteilen einerby notches in the nozzle needle (US-PS 4569210) or by additional drilling (US-PS 4468935). The advantages of a
- geringer fertigungstechnischer Aufwand- Lower production costs
- kleine Masse und kleine Wärmekapazität- small mass and small heat capacity
- beliebige Formgebung- any shape
- keine Beeinflussung durch Druckiichwankungen im Expansionsraum- No influence by pressure fluctuations in the expansion area
stehen Nachteile gegenüber, die insbesondere durch eine zu erwartende Alterung und die damit verbundene Veränderung derThere are disadvantages, in particular as a result of expected aging and the associated change in the
zu erwartenden Regelwege von einigen Mikrometern ist eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit notwendig. Zusätzlich müssenkomplizierte Anordnungen vorgesehen werden, um den Arbeitspunkt genau einstellen zu können (US-PS 4569210, DE-OSexpected control paths of a few micrometers, a very high manufacturing accuracy is necessary. In addition, complicated arrangements must be provided to accurately set the operating point (US Patent No. 4569210, DE-OS
- die Bälge müssen mit einem genau definierten Druck in Abhängigkeit vom Arbeitstemperaturbereich gefüllt werden,- the bellows must be filled with a well-defined pressure depending on the working temperature range,
- die Anforderungen an die Reinheit des Füllgases bzw. die Konstanz der Zusammensetzung bei Verwendung von Gasgemischen sind extrem hoch,the requirements on the purity of the filling gas or the constancy of the composition when using gas mixtures are extremely high,
- eine Feinjustierung ist nach der Füllung nicht mehr möglich,- a fine adjustment is no longer possible after filling
- die Langzeitstabilität wird durch die Dichtheit der Bälge einschließlich der Lot- bzw. Schweißverbindungen bestimmt,- the long-term stability is determined by the tightness of the bellows, including the solder or welded joints,
- Druckschwankungen im Expansionsraum beeinflussen die Stellung des Faltenbalges.- Pressure fluctuations in the expansion chamber affect the position of the bellows.
Das Ziel der Erfindung besteht in einem miniaturisierbaren und wartungsfreien Regler für einen kryogenen Kühler.The object of the invention is a miniaturizable and maintenance-free controller for a cryogenic cooler.
Aufgabe der Erfindung ist ein Durchflußregler für kryogene Kühler, der frei von Hysterese- und Alterungseffekten ist.The object of the invention is a flow controller for cryogenic coolers, which is free of hysteresis and aging effects.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Nadel, welche zusammen mit der Düse ein Ventil bildet, an einem Permanentmagneten gehaltert ist und der Permanentmagnet sich oberhalb eines supraleitenden Materials befindet, welches den Meißner-Effekt zeigt. Der Permanentmagnet liegt im normalleitenden Zustand des supraleitenden Materials auf dem supraleitenden Material auf. Im supraleitenden Zustand des Materials greift die Nadel in die Düse ein.According to the invention the object is achieved in that a needle which forms a valve together with the nozzle, is mounted on a permanent magnet and the permanent magnet is located above a superconducting material, which shows the Meissner effect. The permanent magnet is in the normal conducting state of the superconducting material on the superconducting material. In the superconducting state of the material, the needle engages the nozzle.
Ausgenutzt wird dabei der beim Übergang aus dem normalloitenden in H9n supraleitenden Zustand auftretende Meißner-Effekt, nach dem ein Magnetfeld aus einem Supraleiter verdrängt wird. Wenn der Supraleiter in den supraleitenden Zustand übergeht, wird der Permanentmagnet von dem Supraleiter abgehoben und greift mit der auf ihm gehalterten Nadel in die Entspannungsdüse des Kühlers. Der Kältemittelzufluß wird gedrosselt bzw. unterbrochen. Steigt die Temperatur desIn this case, the Meissner effect which occurs during the transition from the normally-loosening state to the H 9n superconducting state is utilized, according to which a magnetic field is displaced from a superconductor. When the superconductor transitions to the superconducting state, the permanent magnet is lifted off the superconductor and engages with the needle retained on it into the expansion nozzle of the cooler. The inflow of refrigerant is throttled or interrupted. Rises the temperature of the
Supraleiters wieder an, was dem Übergang in den normalleitendon Zustand entspricht, wird der Diamagnetismus aufgehoben und die Entscannungsdüse freigegeben.Superconductor back on, which corresponds to the transition to the normalleitendon state, the diamagnetism is released and the Entscannungsdüse released.
Der Regler k/jnn Teil eines Joule-Thomson-Kühlers mit den bekannten Hauptbestandteilen Verdränger, Wärmetauscher und Entspannungsdüse sein. Das supraleitende Material ist dabei gleichzeitig der innere Boden des den Joule-Thomson-Kühler umgebenden Kryostaten oder Bestandteil desselben.The controller k / jnn be part of a Joule-Thomson cooler with the known main components displacer, heat exchanger and expansion nozzle. The superconducting material is at the same time the inner bottom of the Joule-Thomson cooler surrounding cryostat or component thereof.
Es ist vorteilhaft, wenn der Boden aus dem supraleitenden Material zur Düse hin konkav ist.It is advantageous if the bottom of the superconducting material is concave towards the nozzle.
Besonders vorteilhaft ist ein Hochtemperatursupraleiter aus Keramik. Als Kühlmittel wird dabei flüssiger Stickstoff benutzt. An dem Supraleiter kann ein Infrarotsensor angeordnet sein. Durch entsprechende Wahl der Zusammensetzung der Körnung und der Brennbedingungen der Keramik läßt sich sowohl die Lage (Arbeitstemperatur des Sensors) als auch die Breite der Übergangskurve, die die Regelschwankung der Sensortemperatur entscheidend mitbestimmt, beeinflussen.Particularly advantageous is a high-temperature superconductor made of ceramic. The coolant used is liquid nitrogen. An infrared sensor can be arranged on the superconductor. By appropriate choice of the composition of the grain and the firing conditions of the ceramic, both the position (working temperature of the sensor) and the width of the transition curve, which decisively co-determines the control fluctuation of the sensor temperature, can be influenced.
Eine derartige Regelung ist im Gegensatz zu Regelungen, die mechanische Stellglieder benutzen, alterungs- und hysteresefrei.Such a regulation, in contrast to regulations that use mechanical actuators, aging and hysteresis-free.
Außerdem beansprucht sie sehr wenig Raum und es müssen keinerlei Aufhängungen in den Verdrängerraum des Kühlers geführt werden.In addition, it takes up very little space and there are no suspensions must be performed in the displacement of the radiator.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung sei am Beispiel eines Joule-Thomson-Kühlers erläutert. Die Zeichnung zeigt den Kühler mit dem erfindungsgemäßen Durchflußregler in Schnittdarstellung.The invention will be explained using the example of a Joule-Thomson cooler. The drawing shows the cooler with the flow controller according to the invention in a sectional view.
Der Joule-Thomson-Kühler ist miniaturisiert und besteht aus den bekannten Hauptbestandteilen Verdränger 1, Wärmetauscher 3 und Entspannungsdüse 4. Er ist von einem Kryostaten mit einem Eintrittsfenster 9 umgeben. Als Arbeitsgas dient Stickstoff. Ein Infrarotsensor 8 befindet sich im Vakuumraum 2 des Kryostaten und ist thermisch gut an den inneren Boden des Kryostaten, der aus einer supraleitenden Keramik 7 besteht, kontaktiert. Die Keramik zeigt den Meißner-Effekt. Als Material wurde YiBa2Cu3O7 verwendet. Eine Nadel, welche zusammen mit der Entspannungsdüse 4 ein Ventil bildet, ist an einem Permanentmagneten 5 gehaltert. Der Permanentmagnet 5 ist in einer Führung 6 gelagert und befindet sich zwischen der Keramik 7 und der Entspannungsdüse 4. Er ist mit einer Feder 11 gegen das supraleitende Material 7 vorgespannt. Erreicht die Keramik 7 infolge der Entspannung des Hochdruckgases den Bereich der Sprungtemperatur (Übergang vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand), wird der Permanentmagnet 5 infolge des Meißner-Effektes nach oben gedrückt und verschließt die Entspannungsdüse 4. Steigt die Temperatur der Keramik 7 infolge der jetzt geringer gewordenen Kälteleistung wieder an, wird der Diamagnetismus des supraleitenden Zustandes der Keramik 7 beseitigt und der Permanentmagnet 5 gibt die Düsenöffnung wieder frei.The Joule-Thomson cooler is miniaturized and consists of the known main components displacer 1, heat exchanger 3 and expansion nozzle 4. It is surrounded by a cryostat with an entrance window 9. The working gas is nitrogen. An infrared sensor 8 is located in the vacuum space 2 of the cryostat and is thermally well contacted to the inner bottom of the cryostat, which consists of a superconducting ceramic 7. The ceramic shows the Meissner effect. The material used was YiBa 2 Cu 3 O 7 . A needle, which forms a valve together with the expansion nozzle 4, is mounted on a permanent magnet 5. The permanent magnet 5 is mounted in a guide 6 and is located between the ceramic 7 and the expansion nozzle 4. It is biased by a spring 11 against the superconducting material 7. Reached the ceramic 7 as a result of the relaxation of the high pressure gas, the range of the transition temperature (transition from the normal conducting to the superconducting state), the permanent magnet 5 is pressed upwards due to the Meissner effect and closes the expansion nozzle 4. The temperature of the ceramic 7 rises due to the now When the cooling capacity has become lower again, the diamagnetism of the superconducting state of the ceramic 7 is eliminated and the permanent magnet 5 releases the nozzle opening again.
Die relativ große Breite der Übergangskurven der supraleitenden Keramiken ist für das Regelverhalten als günstig anzusehen, da kein schlagartiges Schließen und Öffnen der Entspannungsdüse erfolgt.The relatively large width of the transition curves of the superconducting ceramics is to be regarded as favorable for the control behavior since there is no abrupt closing and opening of the expansion nozzle.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD32288288A DD290939A5 (en) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | FLOW REGULATOR FOR KRYGOGENIC COOLER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD32288288A DD290939A5 (en) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | FLOW REGULATOR FOR KRYGOGENIC COOLER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD290939A5 true DD290939A5 (en) | 1991-06-13 |
Family
ID=5604815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DD32288288A DD290939A5 (en) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | FLOW REGULATOR FOR KRYGOGENIC COOLER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD290939A5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5913889A (en) * | 1996-08-20 | 1999-06-22 | Hughes Electronics | Fast response Joule-Thomson cryostat |
-
1988
- 1988-12-09 DD DD32288288A patent/DD290939A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5913889A (en) * | 1996-08-20 | 1999-06-22 | Hughes Electronics | Fast response Joule-Thomson cryostat |
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