DE1501284B1 - Heat exchanger to utilize the cold content of low-boiling liquids - Google Patents
Heat exchanger to utilize the cold content of low-boiling liquidsInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher Oberfläche des Wärmeaustauschers gehalterten zur Ausnutzung des Kälteinhalts tiefsiedender Flüs- Probe hängt jedoch in hohem Maß vom Wärmeübersigkeiten, insbesondere Helium, Wasserstoff und gang zwischen dem Sintermetalleinsatz und dem ihn Stickstoff, welche flüssig in den Innenraum des umschließenden Gehäuse des Wärmeaustauschers ab. Wärmeaustauschers gefördert werden, in dem sich 5 Der Sintermetallkörper, der selbst eine relativ gute zur Verbesserung der Wärmeübertragung ein Sinter- Wärmeleitfähigkeit besitzt, muß also in gut wärmemetalleinsatz befindet. leitende Verbindung mit dem VerdampferkörperThe invention relates to a heat exchanger surface mounted on the heat exchanger to utilize the cold content of low-boiling fluids, however, depends to a large extent on the heat transfer, in particular helium, hydrogen and gang between the sintered metal insert and him Nitrogen, which is liquid in the interior of the enclosing housing of the heat exchanger. Heat exchanger are promoted in which 5 The sintered metal body, which itself is a relatively good to improve the heat transfer has a sintered thermal conductivity, so must be used in good heat metal is located. conductive connection with the evaporator body
Bei den bekannten Verdampferkryostaten zur Er- bzw. Objektträger gebracht werden. Besonders vorzeugung von tiefen Temperaturen wird das tiefsie- teilhaft ist es, den Sintermetallkörper, der wie komdende Kältemittel mittels einer Vakuumpumpe in io paktes Metall bearbeitet werden kann, auf einem den Verdampferkörper gefördert, wo es verdampft Teil seiner Oberfläche maßhaltig abzudrehen und und so die Abkühlung des beispielsweise als Objekt- entsprechend der Erfindung in den Verdampferkörträger ausgebildeten Verdampferkörpers bzw. der per bzw. Objektträger einzuschrumpfen. Die dabei an diesem gehalterten Probe bewirkt. In vielen An- zwischen Sintermetalleinsatz und Verdampferkörper wendungsfällen ist eine hohe Wärmebelastbarkeit 15 wirkenden Molekularkräfte ergeben eine hinsichtlich derartiger Vorrichtungen bei tiefen Temperaturen der Wärmeleitung optimale Verbindung zwischen (bis herab zu 2,5° K) erforderlich. Voraussetzung beiden Teilen. Die Poren an den freien Oberflächenfür eine hohe Wärmebelastbarkeit ist aber ein mög- teilen des Sintermetallkörpers bleiben bei diesem liehst vollständiger Wärmeaustausch zwischen Kälte- Verfahren erhalten. Es ist ersichtlich, daß ein der mittel und Objektträger. Bisher bekannte Wärmeaus- 30 Erfindung entsprechender Wärmeaustauscher eine tauscher wurden als Hohlkammer ausgebildet, in gegenüber den bekannten Vorrichtungen wesentlich die zur Verbesserung des Wärmeaustauschs Prall- größere Wärmebelastbarkeit bei tiefen Temperaturen flächen eingesetzt oder Füllkörper, wie beispielsweise besitzt.In the case of the known evaporator cryostats, they can be brought to the carrier or object carrier. Particularly demonstration from low temperatures, it is the sintered metal body that is part of the low boilers Refrigerant can be processed into io pact metal by means of a vacuum pump, on one promoted the evaporator body, where it evaporates to turn off part of its surface true to size and and so the cooling of the, for example, as an object according to the invention in the evaporator body carrier trained evaporator body or shrink by or slide. The one with it effected on this held sample. In many ways between sintered metal insert and evaporator body application cases is a high thermal load capacity 15 acting molecular forces result in a regarding such devices at low temperatures of the heat conduction optimal connection between (down to 2.5 ° K) required. Requirement for both parts. The pores on the free surfaces for A high thermal load capacity is, however, a possible part of the sintered metal body that remains with it lent complete heat exchange between refrigeration processes. It can be seen that one of the medium and microscope slide. Previously known heat exchangers a corresponding heat exchanger Exchangers were designed as hollow chambers, which are essential in comparison with the known devices to improve the heat exchange impact greater heat load capacity at low temperatures used areas or fillers, such as owns.
Sintermetallkörper, eingeführt wurden. Andere Ein vorteilhaftes Anwendungsbeispiel des Erfin-Sintered metal bodies. Other An advantageous application example of the invention
Wärmeaustauscher wurden als Rohrspirale ausge- «5 dungsgegenstandes ist in den Figuren dargestellt. Es bildet oder als Massivkörper mit Strömungskanälen, zeigtHeat exchangers were designed as spiral tubes - the subject matter is shown in the figures. It forms or as a solid body with flow channels, shows
wobei ein möglichst guter Wärmeaustausch durch F i g. 1 einen Schnitt durch einen Sintermetall-where the best possible heat exchange is achieved by F i g. 1 a section through a sintered metal
Verzweigung und Gegenstromführung von Rohren wärmeaustauscher zur Objektkühlung, und Strömungskanälen angestrebt wurde. F i g. 2 einen Sintermetallwärmeaustauscher inBranching and countercurrent flow of pipes heat exchangers for object cooling, and flow channels was sought. F i g. 2 a sintered metal heat exchanger in
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 30 einem auf einem Kältemittelvorratsgefäß angeord-Wärmeaustauscher zur Ausnutzung des Kälteinhalts neten Verdampferkryostaten in schematischer Dartiefsiedender Flüssigkeiten zu schaffen, bei dem zur stellung.The invention is based on the object of providing a heat exchanger arranged on a refrigerant storage vessel to utilize the cold content Neten evaporator cryostats in schematic Dartiefsiedender To create fluids with which to provide.
Erzielung einer hohen Wärmebelastbarkeit ein mög- Wie F i g. 1 zeigt, ist ein Sintermetalleinsatz 1 inAchieving a high thermal load capacity as possible. Fig. 1 shows a sintered metal insert 1 in
liehst vollständiger Wärmeaustausch zwischen Kälte- ein topfförmiges Gehäuseteil 2 derart eingeschrumpft, mittel und Objektträger gewährleistet ist. 35 daß er auf seinem vollen Umfang in gut wärmelei-lent complete heat exchange between cold a cup-shaped housing part 2 shrunk in such a way that medium and slide is guaranteed. 35 that it has good thermal conductivity over its full
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- tender Verbindung mit dem Gehäuseteil 2 steht. Das löst, daß der Sintermetalleinsatz im Bereich seines Gehäuseteil 2 ist an seiner freien Öffnung mit einem Umfangs in Wandteile des Wärmeaustausehers ein- Abschlußstück 3 verschlossen, in welches die Kältegeschrumpft ist. In weiterer Ausgestaltung der Er- mittelzuführungsleitung 4 eingesetzt ist. An das obere findung erscheint es zweckmäßig, in Strömungsrich- 40 Ende des Gehäuseteils 2 ist eine Abgasleitung 5 antung des Kältemittels vor und hinter dem Sinter- geschlossen. Das Gehäuseteil 2 ist als Objektträger metalleinsatz im Wärmeaustauscher einen Verteiler- ausgebildet, in welchem die Probe 6 mittels einer raum und einen Sammelraum anzuordnen, deren Tauchlötung 7 gehaltert ist. Im Gehäuseteil 2 ist in Querschnittsfläche annähernd der freien Oberfläche der Nähe der Probe 6 ein Temperaturmeßfühler 8 des Sintermetalleinsatzes entspricht. Es kann dabei 45 angeordnet. Bei dem hier gezeigten Beispiel ist der günstig sein, den Gehäuseteil des Wärmeaustau- Temperaturmeßfühler 8 einem Dampfdruckthermoschers topfförmig zu gestalten, wobei die freie off- meter zugehörig, an gleicher Stelle können jedoch nung einen zylinderförmigen Sintermetalleinsatz auf- auch elektrische Temperaturmeßfühler oder beide nimmt, und die Kältemittelzuführungsleitung in ein Arten verwendet werden.According to the invention, this object is thereby provided for in connection with the housing part 2. That solves that the sintered metal insert is in the area of its housing part 2 at its free opening with a Circumference in wall parts of the heat exchanger a closure piece 3 closed, in which the cold shrunk is. In a further refinement, the determination feed line 4 is used. To the upper one Finding it appears expedient, in the flow direction 40 end of the housing part 2 is an exhaust pipe 5 antung of the refrigerant before and after the sintering closed. The housing part 2 is used as a slide Metal insert in the heat exchanger formed a distributor in which the sample 6 by means of a To arrange space and a collecting space, the dip soldering 7 is supported. In the housing part 2 is in Cross-sectional area approximately the free surface near the sample 6 a temperature sensor 8 of the sintered metal insert. It can be arranged 45. In the example shown here, the be favorable, the housing part of the heat exchange temperature sensor 8 a steam pressure thermosetting device in the shape of a pot, with the free off-meter belonging to it, but in the same place tion a cylindrical sintered metal insert - also electrical temperature sensors or both takes, and the refrigerant supply pipe can be used in a manner.
die freie Öffnung verschließendes Anschlußelement 50 Im Betrieb tritt das Kältemittel aus der Zufühdes Wärmeaustauschers mündet. rungsleitung 4 in den Kältemittelverteilerraum 9 einconnecting element 50 closing the free opening During operation, the refrigerant escapes from the supply Heat exchanger opens. approximately line 4 in the refrigerant distribution chamber 9 a
Der in einem Wärmeaustauscher realisierbare und gelangt von dort in das Innere des Sintermetall-Wärmeübergang hängt unter anderem von der Größe einsatzes 1, wo der Wärmeaustausch unter Verder Austauschoberfläche ab. Um eine hohe Wärme- dampfung des Kältemittels und gegebenenfalls teilbelastbarkeit des Wärmeaustauschers zu erreichen, 55 weiser Erwärmung des kalten Gases vor sich geht, sollte die Austauschoberfläche also möglichst groß Das anfallende kalte Gas gelangt in den Sammelsein. Sintermetalle besitzen wegen ihrer Porosität raum 10 und von dort in die Abgasleitung 5. Die eine große spezifische Oberfläche und, da sie aus den von der Probe 6 abzuführende Wärme gelangt über Metallen Kupfer, Silber, Aluminium u. ä. hergestellt das Gehäuseteil 2, welches entsprechend dimensiowerden, auch eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit. 60 niert sein muß, und den Sintermetalleinsatz 1 zum Andererseits haben sie selbst bei kleinster Poren- Kältemittel.This can be implemented in a heat exchanger and from there it reaches the interior of the sintered metal heat transfer depends, among other things, on the size of insert 1, where the heat exchange under Verder Exchange surface. About high heat evaporation of the refrigerant and, if necessary, partial load capacity of the heat exchanger, 55 wise warming of the cold gas takes place, the exchange surface should therefore be as large as possible. Sintered metals have because of their porosity space 10 and from there into the exhaust pipe 5. Die a large specific surface and, since it comes from the heat to be dissipated from the sample 6 Metals copper, silver, aluminum and the like produced the housing part 2, which is dimensioned accordingly, also a relatively good thermal conductivity. 60 must be ned, and the sintered metal insert 1 to On the other hand, they have refrigerant even with the smallest of pores.
weite wegen der geringen Viskosität der tiefsieden- F i g. 2 zeigt einen Sintermetallwärmeaustauscherwide because of the low viscosity of the low-boiling F i g. 2 shows a sintered metal heat exchanger
den Kältemittel speziell für diese eine ausreichende 11 im Verdampferkörper 12 eines Verdampferkryo-Durchlässigkeit. Dementsprechend kann innerhalb staten zur Objektkühlung, der in bekannter Weise in eines Sintermetallkörpers ein besonders guter 65 einem Vakuumgehäuse 13 angeordnet ist und über Wärmeübergang zwischen tiefsiedenden Flüssigkeiten ein Steigrohr 14 mit einem Kältemittelvorratsgefäß und dem Metall stattfinden. Die Güte des Wärme- 15 sowie über eine als Strahlungsschutz 16a dieaustauschs zwischen dem Kältemittel *und der an der nende Abgasleitung 16 mit einem in Abhängigkeitthe refrigerant especially for this a sufficient 11 in the evaporator body 12 of an evaporator cryo-permeability. Accordingly, within staten for object cooling, which is carried out in a known manner in a sintered metal body a particularly good 65 is arranged in a vacuum housing 13 and over Heat transfer between low-boiling liquids a riser pipe 14 with a refrigerant storage vessel and the metal take place. The quality of the heat exchange 15 as well as a radiation protection 16a between the refrigerant * and the exhaust gas line 16 at the end with a depending
von der Verdampfertemperatur durch einen Temperaturfühler 17 thermostatisch gesteuerten Regelventil und einer Förderpumpe 19 in Verbindung steht.from the evaporator temperature by a temperature sensor 17 thermostatically controlled control valve and a feed pump 19 is in communication.
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