DE1281859B

DE1281859B - Separator plate for a cryogenic facility

Info

Publication number: DE1281859B
Application number: DEG35655A
Authority: DE
Inventors: Loyd Brice Nesbitt; Norman Henry Wood
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1961-08-07
Filing date: 1962-08-06
Publication date: 1968-10-31

Description

Abscheiderplatte für eine kryogenische Einrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheiderplatte für eine kryogenische Einrichtung, insbesondere für eine Einrichtung zur Nachbildung von Weltraumbedingungen, die durch Vertiefungen geschwärzt ist.Separator plate for a cryogenic facility The present The invention relates to a separator plate for a cryogenic device, in particular for a device to simulate space conditions by means of depressions is blackened.

Für eine wirksame Nachbildung von Weltraumbedingungen in einer Kammer relativ kleinen Volumens ist es erforderlich, daß die Wände der Kammer praktisch alle vom Prüfobjekt, z. B. einem Raumfahrzeug, ausgehenden Moleküle absorbiert, da die von der Oberfläche eines im Weltraum befindlichen Gegenstandes ausgehenden Moleküle kaum miteinander zusammenstoßen und auch nicht zu dem Gegenstand zurückkehren. Zur Nachbildung von Weltraumbedingungen müssen außerdem Drücke unterhalb von 10-5 Torr aufrechterhalten werden, was gewöhnlich durch eine dreistufige Pumpanordnung erfolgt, die mechanische Pumpen, Diffusionspumpen und mit Kondensation arbeitende kryogenische Pumpen enthält.For an effective simulation of space conditions in a chamber relatively small volume requires that the walls of the chamber be practical all of the test object, e.g. B. a spacecraft, absorbing outgoing molecules, since those emanating from the surface of an object in space Molecules rarely collide with each other and also do not return to the object. To simulate space conditions, pressures below 10-5 Torr can be maintained, usually by a three stage pumping arrangement mechanical pumps, diffusion pumps and those working with condensation contains cryogenic pumps.

Eine bekannte kryogenische Pumpeinrichtung enthält eine Anordnung zur Absorbierung von Strahlungsenergie in Form einer Abscheiderplatte, die in Wärmekontakt mit einem Kühlmittel, z. B. flüssigem Stickstoff, steht. Die Abscheiderplatte schirmt eine Kondensationsplatte ab, die sich auf einer tieferen Temperatur befindet, z. B. 20° K. Hierdurch soll erreicht werden, daß die Abscheiderplatte hauptsächlich Strahlungsenergie absorbiert, während die Kondensationsplatte zum Kondensieren von Gasen bestimmt ist.A known cryogenic pumping device includes an arrangement to absorb radiant energy in the form of a separator plate that is in thermal contact with a coolant, e.g. B. liquid nitrogen is available. The separator plate shields a condensation plate that is at a lower temperature, e.g. B. 20 ° K. This is to ensure that the separator plate mainly Radiant energy is absorbed while the condensation plate is condensing Gases is determined.

Die Hauptaufgabe der Abscheiderplatte besteht darin, die Kammer »schwarz« zu machen, d. h. die Wände der Kammer sollen auffallende Strahlung möglichst vollständig absorbieren. Außerdem sollen auch bestimmte Gase kondensiert werden. Bei manchen Versuchen können nämlich große Mengen von Wasserdampf vorhanden sein, der absorbiert werden muß, was vorzugsweise durch Kondensation an den Oberflächen der Abscheiderplatten erfolgt. Bei den bekannten Abscheiderplatten bestand dabei die Gefahr, daß die Absorptionsfähigkeit durch die kondensierten Gase mit der Zeit wesentlich verschlechtert wird.The main task of the separator plate is to keep the chamber "black" to do, d. H. the walls of the chamber should absorb incident radiation as completely as possible absorb. In addition, certain gases should also be condensed. With some In experiments, there may be large amounts of water vapor that are absorbed must be, which is preferably due to condensation on the surfaces of the separator plates he follows. With the known separator plates there was the risk that the absorption capacity is significantly deteriorated over time by the condensed gases.

Es ist ferner seit langem bekannt, Kondensationseinrichtungen, wie Kühlfallen u. dgl., mit Kühlrippen zu versehen, um die Oberfläche zu vergrößern. Ferner ist es bekannt, daß man einen für Wellenstrahlung schwarzen Körper durch ein Loch annähern kann.It has also long been known, condensation devices, such as Cold traps and the like to be provided with cooling fins in order to increase the surface area. It is also known that a black body can be used for wave radiation can approximate a hole.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abscheiderplatte für eine kryogenische Einrichtung anzugeben, die auffallende Wellenstrahlung und Teilchen möglichst vollständig absorbiert, also »schwarz« ist, dieses Absorptionsvermögen auch bei längerem Betrieb nicht verliert und außerdem preiswert herzustellen ist.On the basis of this prior art, the object of the invention is to be found based on specifying a separator plate for a cryogenic device that incident wave radiation and particles as completely absorbed as possible, i.e. Is »black«, this absorption capacity does not lose even with longer operation and is also inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abscheiderplatte eine Tragplatte mit einem auf diese aufgesetzten Rippengitter enthält.This object is achieved according to the invention in that the separator plate contains a support plate with a rib grille placed on it.

Vorzugsweise verlaufen die Wände des Rippengitters schräg zur Tragplatte.The walls of the rib grating preferably run obliquely to the support plate.

Das Rippengitter ist vorzugsweise bienenwabenförmig.The rib grating is preferably honeycomb-shaped.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden näher erläutert, es zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kammer zur Nachbildung von Weltraumbedingungen, bei der die Abscheiderplatte Verwendung finden kann, F i g. 2 eine Schnittansicht eines Teiles der Kammer gemäß F i g. 1 mit Abscheiderplatten gemäß einem Ausführungsbeispiel, F i g. 3 eine F i g. 2 entsprechende Schnittansicht mit Abscheiderplatten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und F i g. 4 eine in etwas vorgrößertem Maßstab gezeichnete Draufsicht auf das Rippengitter der in F i g. 2 und 3 dargestellten Abscheiderplatten.Embodiments of the subject matter of the invention are set out below explained in more detail, it shows FIG. 1 is a partially sectioned side view of a Chamber for simulating space conditions using the separator plate can find F i g. 2 is a sectional view of part of the chamber according to FIG. 1 with separator plates according to an exemplary embodiment, FIG. 3 a fig. 2 corresponding Sectional view with separator plates according to a second embodiment and F i g. 4 a plan view of the rib grille drawn on a slightly enlarged scale the in F i g. 2 and 3 shown separator plates.

F i g. 1 zeigt eine Einrichtung zur Nachbildung von Weltraumbedingungen, in der die Abscheiderplatten verwendet werden können. Die Einrichtung hat einen Außenbehälter 2 mit einem oberen halbkugelförmigen Teil 3, einem unteren halbkugelförmigen Teil 4 und einem zylindrischen Mittelteil s, die eine Vakuumkammer bilden, in der sich ein Prüfobjekt 12, z. B. ein künstlicher Erdsatellit oder ein Raumfahrzeug, befindet. Im oberen Teil 3 ist eine Abschirmung 6 aufgehängt, die Strahlungsenergie abschirmt. Bei der Abschirmung 6 ist eine Strahlungsquelle 7 angeordnet, die zur Nachbildung der Sonnenstrahlung im freien Weltraum dient. Im unteren Teil 4 der Kammer befindet sich eine etwa kugelförmige kryogenische Einrichtung 8, die über Stäbe 11 an Stützen 10 gelagert, an denen auch die Abschirmung 6 befestigt sein kann.F i g. Figure 1 shows an apparatus for simulating space conditions in which the separator plates can be used. The device has an outer container 2 with an upper hemispherical part 3, a lower hemispherical part 4 and a cylindrical central part s which form a vacuum chamber in which a test object 12, e.g. B. an artificial earth satellite or a spacecraft is located. In the upper part 3 a shield 6 is suspended, which shields the radiation energy. A radiation source 7, which is used to simulate solar radiation in free space, is arranged at the shield 6. In the lower part 4 of the chamber there is an approximately spherical cryogenic device 8 which is supported by rods 11 on supports 10 to which the shield 6 can also be attached.

Der Behälter 2 wird durch mechanische Pumpen 22, 23, Diffusionspumpen 21, 22, die über Kniestücke 17, 18 mit dem Behälter 2 verbunden sind, und die kryogenische Einrichtung 8 evakuiert.The container 2 is driven by mechanical pumps 22, 23, diffusion pumps 21, 22, which are connected to the container 2 via elbows 17, 18, and the cryogenic Facility 8 evacuated.

Ein Teil der kryogenischen Einrichtung 8 ist in F i g. 2 dargestellt. Die Einrichtung 8 weist einen sphärischen Wandteil 27 auf, der aus einer Anzahl von Kanälen 25 besteht und mit Wärmetauscherrohren 26 verbunden ist, durch die ein Kühlmittel, z. B. flüssiger Stickstoff, strömt. Mit dem Wandteil 27 sind Abscheiderplatten 28 verbunden, die jeweils eine Tragplatte 29 und ein bienenwabenförmiges Rippengitter 30 enthalten. Die Abscheiderplatten bilden also eine große Anzahl von Vertiefungen, deren Wände gut wärmeleitend mit den Wärmetauscherrohren 26 in Verbindung stehen.Part of the cryogenic device 8 is shown in FIG. 2 shown. The device 8 has a spherical wall part 27 which consists of a number of channels 25 and is connected to heat exchanger tubes 26 through which a coolant, e.g. B. liquid nitrogen flows. Separator plates 28, which each contain a support plate 29 and a honeycomb-shaped rib grating 30, are connected to the wall part 27. The separator plates thus form a large number of depressions, the walls of which are connected to the heat exchanger tubes 26 in a manner that conducts heat well.

Die am Wandteil 27 schräg angebrachten Abscheiderplatten schirmen Kondensationsplatten 31 ab, die durch ein Kühlmittel gekühlt werden, das Rohre 32 durchströmt, die mit den Platten 31 gut wärmeleitend verbunden sind.The separator plates attached at an angle to the wall part 27 shield condensation plates 31, which are cooled by a coolant that flows through pipes 32 which are connected to the plates 31 in a way that conducts heat.

F i g. 3 zeigt eine etwas andere kryogenische Einrichtung, die eine annähernd ebene Wand 35 aufweist, welche mit Sicken 34 versehen ist, in denen Kühlschlangen 36 angeordnet sind. Die Sicken bilden außerdem Befestigungsflächen für Abscheiderplatten 28', die gut wärmeleitende Tragplatten 29' aufweisen, auf die ein Rippengitter 30' aufgesetzt ist. Die Abscheiderplatten schirmen wieder Kondensationsplatten 31' ab, die durch ein Kühlmittel gekühlt werden, das durch Rohre 32' strömt. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform verlaufen die Wände des Rippengitters 30' schräg zur Tragplatte 29'.F i g. Figure 3 shows a somewhat different cryogenic facility, the one has approximately flat wall 35 which is provided with beads 34 in which cooling coils 36 are arranged. The beads also form attachment surfaces for separator plates 28 ', which have good heat-conducting support plates 29', on which a rib grating 30 ' is put on. The separator plates shield condensation plates 31 'again, which are cooled by a coolant flowing through tubes 32 '. At the in F i g. 3, the walls of the rib grating 30 'extend obliquely to the support plate 29 '.

F i g. 4 zeigt das Rippengitter 30 (F i g. 2) bzw. 30' (F i g. 3) in Draufsicht. Das Rippengitter ist bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen also bienenwabenförmig und bildet eine Vielzahl von sechseckigen Öffnungen 42.F i g. 4 shows the rib grating 30 (FIG. 2) or 30 '(FIG. 3) in plan view. The rib grille is in the described embodiments that is, in the shape of a honeycomb and forms a multiplicity of hexagonal openings 42.

Im Betrieb werden die Abscheiderplatten auf einer Temperatur von etwa 100° K oder darunter und die Kondensationsplatten auf einer Temperatur von etwa 20° K oder darunter gehalten. Die Abscheiderplatten absorbieren Strahlungsenergie, außerdem kondensieren sich an ihnen diejenigen Gase, deren Siedepunkt über der Temperatur der Abscheiderrippen liegt. Gase mit niedrigeren Siedepunkten werden an den Kondensationsplatten kondensiert. Zur Kühlung der Abscheiderplatten wird vorzugsweise flüssiger Stickstoff und zur--Kühlung der-Kondensationsplatten vorzugsweise flüssiger Wasserstoff oder flüssiges Helium verwendet.In operation, the separator plates are at a temperature of about 100 ° K or below and the condensation plates at a temperature of about Maintained 20 ° K or below. The separator plates absorb radiant energy, in addition, those gases with a boiling point above the temperature condense on them the separator ribs lies. Gases with lower boiling points are attached to the condensation plates condensed. Liquid nitrogen is preferably used to cool the separator plates and for cooling the condensation plates, preferably liquid hydrogen or uses liquid helium.

Mit den Abscheiderplatten lassen sich außergewöhnlich hohe Pumpgeschwinligkeiten erreichen; da sie eine große Oberfläche haben und da zwischen den Wänden 41 (F i g. 4) des Rippengitters und den Wärmetauscherrohren ein Wärmeleitungsweg geringen Wärmewiderstandes besteht, da die Trägerplatte 29 genügend dick gemacht werden kann. Auch bei starker Beanspruchung- tritt daher längs der Abscheiderplatte keine hohe Temperaturdifferenz auf. Wegen der großen Oberfläche der vorliegenden Abscheiderplatten ist eine lange ungestörte Betriebsdauer gewährleistet.Exceptionally high pumping speeds can be achieved with the separator plates reach; since they have a large surface and since between the walls 41 (F i G. 4) the rib grille and the heat exchanger tubes have a low heat conduction path There is thermal resistance, since the support plate 29 can be made sufficiently thick. Even with heavy use, there is therefore no high level along the separator plate Temperature difference. Because of the large surface area of the present separator plates a long, undisturbed operating time is guaranteed.

Claims

Claims: 1. Separator plate for a cryogenic device, in particular for a device for simulating space conditions caused by Recesses is blackened, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h a `support plate (29) with a rib grille (30) placed thereon.

2. Separator plate after Claim 1, characterized in that the walls of the rib grating (30 ') are inclined to the support plate (29 '). run (Fig. 3).

3. Separator plate according to claim 1 or 2, characterized in that the ribbed lattice is honeycomb-shaped (F i G. 4). References considered: U.S. Patent No. 2,966,341; Marcel Michaud, "Facteursd'Emissiond'Oxydes metalliques et Refractaires - haute Temperatures", Dissertation from the University of Paris, 1952, pp. 19 to 29.