DE1139860B

DE1139860B - Device for generating and regulating low temperatures

Info

Publication number: DE1139860B
Application number: DENDAT1139860D
Authority: DE
Inventors: Dipl Phys Erhard Ruf Dresden und Gottfried Remhold Ottendorf-Okrilla Wilhelm Worm Dessau-Torten
Original assignee: VEB Prufgeratewerk Medmgen, Medmgen bei Dresden
Publication date: 1962-11-22

Description

Einrichtung zum Erzeugen und Regulieren von tiefen Temperaturen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung und Regulierung tiefer Temperaturen mittels eines Temperierbehälters bei automatischer Zuführung eines Kältemittels, dessen Siedepunkt vorzugsweise unter minus 100° C liegt.Device for generating and regulating low temperatures Die Invention relates to a device for generating and regulating deeper Temperatures by means of a temperature control container with automatic feeding of a Refrigerant, the boiling point of which is preferably below minus 100 ° C.

Es sind Einrichtungen dieser Art bekannt, die zu Laboratoriumsuntersuchungen als auch für Industrieanlagen flüssige Gase als Kältemittel verwenden. Dabei wird dem zu temperierenden Objekt mittel- oder unmittelbar so lange Energie in Form von latenter Verdampfungswärme des Kältemittels entzogen, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist.There are facilities of this type known for laboratory tests as well as use liquid gases as refrigerants for industrial plants. It will the object to be tempered directly or indirectly as long as energy in the form of latent heat of vaporization of the refrigerant withdrawn until the desired temperature is reached.

Es ist insbesondere eine Einrichtung, jedoch ohne automatische Temperaturregelung, bekannt, mit der es möglich ist, mittels flüssiger Luft eine Kältekammer zu Versuchszwecken auf tiefe Temperaturen zu bringen und zu regeln. Für diese Einrichtung ist ein thermisch isoliertes Speichergefäß für flüssige Luft vorhanden, in das die Kühlschlangen münden, welche zur Temperierung der unter dem Speichergefäß befindlichen Kältekammer dienen.. Der je nach Erfordernis notwendige Kältemittelzufluß kann mit einem von Hand einzustellenden Ventil reguliert werden. Außerdem ist durch einen um die Kältekammer liegenden Hohlraum vorgesehen, der gasförmigen Phase des Kältemittels eine zusätzliche Kälteleistung abzugewinnen.In particular, it is a device, but without automatic temperature control, known, with which it is possible to use liquid air to create a cold chamber for experimental purposes bring them to low temperatures and regulate them. For this facility is a thermal insulated storage vessel for liquid air into which the cooling coils open, which are used to control the temperature of the cold chamber located under the storage vessel. The refrigerant inflow required depending on the requirements can be set manually with a Valve can be regulated. There is also a cavity around the cold chamber provided, the gaseous phase of the refrigerant an additional cooling capacity to win.

Einer solchen Anordnung haften mehrere Mängel an. Durch die Anordnung des Speichergefäßes auf dem Kältekessel und durch den einfachen Ausfließvorgang des Kältemittels in die Verdampfungseinrichtung macht es sich erforderlich, durch eine zusätzliche Absaugvorrichtung dafür Sorge zu tragen, daß die gasförmige Phase des Kältemittels ohne Störung des Kältemittelzuflusses in der vorgesehenen Richtung in die Atmosphäre entweichen kann. Die direkte Einleitung des Kältemittels in Röhren zum Zweck des Temperaturaustausches mit der Umgebung wirkt sich nachteilig aus, da durch den Siedevorgang viele Flüssigkeitsteile im Gasstrom zunächst ungenutzt mitgerissen werden, so daß ein wesentlicher Temperaturaustausch am Boden der Kältekammer vonstatten geht. Dieser Umstand leistet einer naturgegebenen Temperaturschichtung Vorschub und läuft der Forderung nach einer möglichst gleichmäßigen Temperaturverteilung zuwider.There are several deficiencies in such an arrangement. By the arrangement of the storage vessel on the cold boiler and through the simple outflow process of the refrigerant in the evaporation device makes it necessary through an additional suction device to ensure that the gaseous phase of the refrigerant without disturbing the flow of refrigerant in the intended direction can escape into the atmosphere. The direct introduction of the refrigerant in tubes for the purpose of temperature exchange with the environment has a disadvantageous effect, because many parts of the liquid in the gas stream are initially unused due to the boiling process are entrained, so that a substantial temperature exchange at the bottom of the cold chamber going on. This circumstance provides a natural temperature stratification Advance and runs the demand for a temperature distribution that is as uniform as possible repugnant.

Die Anordnung des zusätzlichen Temperaturaustauschers in Form des äußeren Hohlkörpers hat den Nachteil, daß auch der Sekundäraustausch nicht in einer Zone optimaler Temperaturdifferenz zwischen Kälteerzeuger und Kältekammermedium vor sich gehen kann, was den Wirkungsgrad der Ausnutzung der gasförmigen Phase negativ beeinflußt. Die durch das Speichergefäß gegebene Türanordnung hat den weiteren Nachteil, daß jede Öffnung der Kältekammer sofort eine intensive Konvektion des Kältekammermediums unter Einbeziehung warmer Außenluft und damit einer sofortigen Störung des Temperiervorganges in der Kammer nach sich zieht.The arrangement of the additional temperature exchanger in the form of the outer hollow body has the disadvantage that the secondary exchange is not in one Zone of optimal temperature difference between the cold generator and the cold chamber medium can go on, which negatively affects the efficiency of the utilization of the gaseous phase influenced. The door arrangement given by the storage vessel has the further disadvantage that every opening of the cold chamber immediately causes intense convection of the cold chamber medium including warm outside air and thus an immediate disruption of the temperature control process in the chamber.

Die Erfindung hat zum Inhalt, eine automatische Einrichtung zur Erzeugung und Regelung von tiefen Temperaturen zu schaffen, die die genannten Nachteile beseitigt, und insbesondere eine Einrichtung zu schaffen, die ohne die Notwendigkeit des unmittelbaren Anschlusses an einen Kälbemittelerzeuger höchsten Temperierungsansprüchen im Tieftemperaturgebiet gerecht wird und einen intensiven Temperaturaustausch in einer Zone größter Temperaturdifferenz zwischen den austauschenden Medien durch Förderung der natürlichen Konvektion begünstigt, wodurch ein geringerer Verbrauch an Kältemittel erzielt wird.The invention has for its content an automatic device for generating and to create control of low temperatures, which eliminates the disadvantages mentioned, and in particular to create a facility without the need for immediate Connection to a calf remedy producer with the highest temperature control requirements in the low-temperature area and an intensive temperature exchange in a zone of greatest temperature difference favored between the exchanging media by promoting natural convection, whereby a lower consumption of refrigerant is achieved.

Erfindungsgemäß wird dies durch einen Verdampfungskörper mit einer veränderlich wärmeaustauschenden Fläche erreicht, dem über ein mittels Widerstandsthermometer gesteuertes Magnetventil intermittierend aus einem Vorratsbehälter Kältemittel zugeführt wird, wobei beim Eintauchen eines Verdampfungskörpers in einen Temperierbehälter mit einem Kühlmittel mit höherem Siedepunkt als der des Kältemittels dem Kühlmittel Wärme in Form von latenter Verdampfungswärme entzogen wird, so daß die in einem Einsatzkorb befindlichen Objekte bis zu einer bestimmten Temperatur gekühlt werden und der Einsatzkorb von einer Rohrschlange so umschlossen wird, daß durch die in ihr strömende gasförmige Phase des Kühlmittels eine Zusatzkühlung der zu temperierenden Objekte erfolgt. Die erfindungsgemäße Anordnung des Verdampfungskörpers im oberen Teil des von einem doppelwandigen vakuumisolierten Gefäßmantel umgebenden Temperierbehälters ermöglicht den Temperaturaustausch in einer Zone optimaler Temperaturdifferenz.According to the invention, this is achieved by an evaporation body with a changeable heat-exchanging surface reached via a resistance thermometer controlled solenoid valve intermittently supplied with refrigerant from a storage tank becomes, whereby when an evaporation body is immersed in a temperature control container with a coolant with a higher boiling point than that of the dem refrigerant Coolant Heat is withdrawn in the form of latent heat of vaporization, so that the in one Objects located in the insert basket can be cooled down to a certain temperature and the insert basket is enclosed by a pipe coil so that the in Its flowing gaseous phase of the coolant provides additional cooling to the temperature to be controlled Objects takes place. The inventive arrangement of the evaporation body in the upper Part of the temperature control tank surrounded by a double-walled, vacuum-insulated vessel jacket enables temperature exchange in a zone of optimal temperature difference.

Nach der Erfindung wird ferner eine auf einem Steigrohr aufgewickelte Heizleitung durch eine Kontakteinrichtung eines Manometers bzw. beim öffnen des Magnetventils eingeschaltet, wenn der stationäre Druck der gasförmigen Phase des Kältemittels in einem von einem Überdruckventil, dem Ventilkegel des Magnetventils und einem nach außen hin abschließenden Dichtungsring gebildeten Raum einen an dem Manometer abzulesenden Druck unterschreitet.According to the invention is also a wound on a riser pipe Heating cable through a contact device of a pressure gauge or when opening the Solenoid valve switched on when the steady pressure of the gaseous phase of the Refrigerant in one of a pressure relief valve, the valve cone of the solenoid valve and a sealing ring to the outside formed one on the The pressure to be read off is below the pressure gauge.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Rührwerkes ermöglicht die Beschleunigung der Konvektion im Kühlmittel, wobei die entstehende Mischungstemperatur von einem Widerstandsthermometer aufgenommen wird und an einer Anzeigevorrichtung ablesbar ist.The inventive arrangement of an agitator enables the acceleration the convection in the coolant, whereby the resulting mixture temperature of one Resistance thermometer is recorded and readable on a display device is.

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand einer Zeichnung erklärt.The invention is explained using a drawing, for example.

Abb. 1 zeigt die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung, Abb. 2 die schematische Darstellung des Verdampfungskörpers.Fig. 1 shows the schematic representation of the device according to the invention, Fig. 2 shows the schematic representation of the evaporation body.

In einem doppelwandigen vakuumisolierten Vorratsgefäß 1 (Abb. 1) befindet sich ein Kältemittel 2, in das ein Steigrohr 3 mit einer thermisch und elektrisch isolierten Heizspirale 4 eintaucht. Der durch den Dichtering 5, ein Überdruckventil 6 und einen Ventilkegel ? gebildete Raum enthält die gasförmige Phase des Kältemittels 2, deren Druck an einem Manometer 8 abgelesen wird, wobei dieser Druck mittels genannten überdruckventils 6 variiert wird. Genanntes Manometer 8 dient als Schalter für die Heizwicklung 4 und zur Auslösung einer Signaleinrichtung, wenn im stationären Zustand ein bestimmter Maximaldruck in diesem Raum über- oder unterschritten wird. Die Durchflußmenge des in dem Steigrohr 3 aufsteigenden Kältemittels 2 wird geregelt durch ein Magnetventil 9, bestehend aus einem Ventilkegel ?, einer Druckfeder 10 und aus Ventilspulen 15, das seinerseits von einem Widerstandsthermometer 13 über einen Verstärker 14 gesteuert wird. überein Überleitungsrohr 11 (Abb. 1, 2) fließt das Kältemittel 2 in einen eine geneigte Bodenfläche 12 a, 12 6 besitzenden Verdampfungskörper 12 eines Temperierbehälters 25 mit einem Kühlbad 25'. Der Temperierbehälter 25 (Abb. 1) ist eingeschlossen durch einen doppelwandigen evakuierten Gefäßmantel 22, eine thermisch isolierte Deckplatte 23 (Abb. 1, 2) mit einem Deckel 24 (Abb. 1), der einen von einer Rohrschlange 18 umgebenden Einsatzkorb 21 trägt zur Aufnahme der zu temperierenden Objekte und der luftdicht abgeschlossen ist. Durch einen Schwimmerschalter 19 wird das Kältemittelniveau im Verdampfungskörper 12 (Abb. 1, 2) konstant gehalten. Mit einem Widerstandsthermometer 16 (Abb. 1) wird die Temperatur im Temperierbehälter 25 auf eine Meßeinrichtung 17 zur Anzeige übertragen. Ein Rührwerk 20 fördert die Wärmekonvektion und damit den Temperaturausgleich im Kühlbad 25' des Temperierbehälters 25.In a double-walled vacuum-insulated storage vessel 1 (Fig. 1) there is a refrigerant 2, into which a riser pipe 3 with a thermally and electrically insulated heating coil 4 is immersed. The through the sealing ring 5, a pressure relief valve 6 and a valve cone? The space formed contains the gaseous phase of the refrigerant 2, the pressure of which is read on a manometer 8 , this pressure being varied by means of the above-mentioned pressure relief valve 6. Said manometer 8 serves as a switch for the heating coil 4 and for triggering a signaling device if, in the steady state, a certain maximum pressure is exceeded or not reached in this space. The flow rate of the refrigerant 2 rising in the riser pipe 3 is regulated by a solenoid valve 9, consisting of a valve cone?, A compression spring 10 and valve coils 15, which in turn is controlled by a resistance thermometer 13 via an amplifier 14. The refrigerant 2 flows via a transfer pipe 11 (Fig. 1, 2) into an evaporation body 12 of a temperature control container 25 with a cooling bath 25 ' , which has an inclined bottom surface 12 a, 12 6. The temperature control container 25 (Fig. 1) is enclosed by a double-walled evacuated vessel jacket 22, a thermally insulated cover plate 23 (Fig. 1, 2) with a cover 24 (Fig. 1), which carries an insert basket 21 surrounded by a pipe coil 18 Recording of the objects to be tempered and which is hermetically sealed. The refrigerant level in the evaporation body 12 (Fig. 1, 2) is kept constant by a float switch 19. With a resistance thermometer 16 (Fig. 1), the temperature in the temperature control container 25 is transmitted to a measuring device 17 for display. An agitator 20 promotes the thermal convection and thus the temperature equalization in the cooling bath 25 ′ of the temperature control container 25.

Soll ausgehend von einer höheren Temperatur eine tiefe Temperatur erzielt werden oder ist im Regelvorgang die Kühlperiode erreicht, wird durch das Widerstandsthermometer 13 über einen Verstärker 14 und eine Ventilspule 15 ein Magnetventil 9 geöffnet, so daß das unter Druck stehende Kältemittel 2 aus einem Vorratsbehälter 1 über ein Steigrohr 3 in ein überleitungsrohr 11 (Abb. 1, 2) und einen mit einer geneigten Bodenfläche 12 a, 12 b versehenen und damit eine veränderliche energieaustauschende Fläche besitzenden Verdampfungskörper 12 gedrückt wird.If, starting from a higher temperature, a low temperature is to be achieved or if the cooling period is reached in the control process, a solenoid valve 9 is opened by the resistance thermometer 13 via an amplifier 14 and a valve coil 15, so that the pressurized refrigerant 2 from a storage container 1 over a riser pipe 3 is pressed into a transfer pipe 11 (Fig. 1, 2) and an evaporation body 12 which is provided with an inclined bottom surface 12 a, 12 b and thus has a variable energy-exchanging surface.

Da der Verdampfungskörper 12 in einem Temperierbehälter 25 mit einem Kühlmittel 25' eintaucht, dessen Temperatur über dem Siedepunkt liegt, siedet das Kältemittel 2 (Abb. 1) sofort, wobei dem Kühlmittel 25' Energie entzogen wird, so daß die Temperatur des Kühlmittels 25' sinkt, die Temperatur im Temperierbehälter 25 abnimmt und damit die Temperatur der in einem Einsatzkorb 21 befindlichen und zu temperierenden Objekte. Beschleunigt wird dieser Abkühlungsprozeß durch eine mit dem Temperierbehälter 25 verbundene Rohrschlange 18, die nur von der gasförmigen Phase des Kältemittels 2 durchströmt wird, wodurch eine zusätzliche Kühlung der zu temperierenden Objekte erfolgt. Ein Rührwerk 20 fördert die Konvektion im Kühlmittel 25' (Abb. 1, 2) durch Mischung desselben und damit den Energieaustausch zwischen Kältemittel 2 und Kühlmittel 25'. Since the evaporation body 12 is immersed in a temperature control container 25 with a coolant 25 ' , the temperature of which is above the boiling point, the coolant 2 (Fig. 1) boils immediately, whereby energy is extracted from the coolant 25', so that the temperature of the coolant 25 ' decreases, the temperature in the temperature control container 25 decreases and thus the temperature of the objects located in an insert basket 21 and to be temperature controlled. This cooling process is accelerated by a pipe coil 18 connected to the temperature control container 25 , through which only the gaseous phase of the refrigerant 2 flows, whereby an additional cooling of the objects to be temperature controlled takes place. An agitator 20 promotes the convection in the coolant 25 '(Fig. 1, 2) by mixing it and thus the energy exchange between the coolant 2 and the coolant 25'.

Ein Schwimmerschalter 19 (Abb. 1) unterbricht den Zufluß des Kältemittels 2, wenn das maximale Niveau, welches das Kältemittel 2 einnehmen darf, im Verdampfungskörper 12 (Abb. 1, 2) überschritten wird.A float switch 19 (Fig. 1) interrupts the flow of refrigerant 2 when the maximum level that the refrigerant 2 is allowed to occupy is exceeded in the evaporation body 12 (Fig. 1, 2).

Der durch Ausströmen des Kältemittels 2 aus dem Vorratsbehälter 1 in genanntem Verdampfungskörper 12 entstehende Druckverlust im Vorratsbehälter 1 (Abb. 1) und im Steigrohr 3 sowie in dem Raum, abgegrenzt durch einen Dichtering 5, ein überdruckventil 6 und ein Ventilkegel ?, ist meßbar an einem Manometer 8 und wird kompensiert durch Einschalten der Heizwicklung 4 durch genanntes Magnetventil 9 über genannten Verstärker 14 und die damit verbundene Zunahme der gasförmigen Phase des Kältemittels 2 in dem genannten Raum.The resulting by leakage of the refrigerant 2 from the reservoir 1 in said evaporating body 12 pressure loss in the tank 1 (Fig. 1) and in the riser pipe 3 and in the space delimited by a density ring 5, a pressure relief valve 6 and a valve cone which is measurable at? a manometer 8 and is compensated by switching on the heating coil 4 by said solenoid valve 9 via said amplifier 14 and the associated increase in the gaseous phase of the refrigerant 2 in said space.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Device for generating and regulating low temperatures by means of a temperature control container with automatic supply of a refrigerant whose boiling point is preferably below minus 100 ° C, characterized by a Verda.mpfungskörper (12) with a variable heat-exchanging surface (12a, 12b), the is supplied by a controlled means of resistance thermometers (13) solenoid valve (9) intermittently from a stock container (1), refrigeration means (2), whereby on immersion of the evaporation body (12) into the tempering tank (25) with a cooling means (25 ') of higher boiling point than that of the refrigerant (2) the coolant (25 ') heat is withdrawn in the form of latent heat of vaporization, so that the objects in an insert basket (21) are cooled to a certain temperature and the insert basket (21) is cooled by a Coiled pipe (18) is enclosed in such a way that the gaseous phase of the refrigerant (2) flowing in it provides additional cooling g of the objects to be tempered takes place.

2 device according to claim], characterized in that one on a riser pipe (3) wound heating coil (4) through a contact device of a pressure gauge (8) is turned on when the stationary pressure of the gaseous phase of the refrigerant (2) in the space between a sealing ring (5), a valve cone (7) and pressure relief valve (6) falls below a pressure that can be read on the pressure gauge (8) mentioned.

3. Establishment according to claim 1 and 2, characterized in that the solenoid valve (9) opens the The heating coil (4) wound around the riser pipe (3) switches on when the solenoid valve (9) is opened.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the evaporation body (12) is arranged in the upper part of the temperature control container (25) which is surrounded by a double-walled vacuum-insulated vessel jacket (22).

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that the convection in the coolant (25 ') is accelerated by an agitator (20) and the resulting mixed temperature is read by the resistance thermometer (16) on a display device (17). Documents considered: German Patent No. 840 251.