DE1501319B2

DE1501319B2 - Kryostat mit einem tiefsiedenden fluessigen kuehlmittel insbesondere zur kuehlung von supraleitungsspulen

Info

Publication number: DE1501319B2
Application number: DE19661501319
Authority: DE
Inventors: Günther Dr rer nat 8521 Tennenlohe Marsing Helmut 8521 Neun kirchen Bogner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-03-22
Filing date: 1966-03-22
Publication date: 1971-03-11
Also published as: AT261727B; GB1132416A; DE1501319A1; SE328057B; NL6702409A; CH447235A; US3436926A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kryostaten mit einem tiefsiedenden flüssigen Kühlmittel, insbesondere zur Kühlung von Supraleitungsspulen, bei welchem im Kühlmittelbehälter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kühlmittels ein Verdrängerkörper aus schlecht wärmeleitendem Material angebracht ist, an dessen Oberfläche schraubenförmig ansteigende, zur Führung des Kühlmittelabdampfes entlang der Behälterwand dienende Kühlmittelwege vorgesehen sind.

Bei Kryostaten mit einem tiefsiedenden flüssigen Kühlmittel, die beispielsweise zur Kühlung von Meßproben, Supraleitungsspulen oder anderen supraleitenden Anordnungen dienen, werden die zu kühlenden Anordnungen in das in einem Kühlmittelbehälter enthaltene Kühlmittel, vorzugsweise flüssiges Helium, eingetaucht. Der Kühlmittelbehälter ist dabei zur Wärmeisolation von einem oder mehreren Vakuummänteln und gegebenenfalls von einem als Strahlungsschutz dienenden weiteren Behälter umgeben, der ein höher siedendes Kältemittel, insbesondere flüssigen Stickstoff, enthält.

Durch die USA.-Patentschrift 2 648 953 ist ein Kryostat bekannt, in dessen Kühlmittelbehälter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kühlmittels ein mit schlecht wärmeleitendem Material gefüllter Verdrängerkörper angebracht ist. An der Oberfläche dieses Verdrängerkörpers werden durch ein spiralförmig um den Verdrängerkörper gewickeltes Gummiband schraubenförmig ansteigende Kühlmittelwege gebildet, die zur Führung des Kühlmittelabdampfes entlang der Behälterwand dienen. Der Kälteinhalt des Kühlmittelabdampfes kann bei diesem Kryostaten zur Vorkühlung des Kühlmittelbehälters ausgenutzt werden. Dies hat bereits eine Verringerung des Kühlmittelverbrauches im Vergleich zu einem Kryostaten ohne Verdrängerkörper zur Folge.

Insbesondere im Hinblick auf einen Dauerbetrieb des Kryostaten ist es jedoch wünschenswert, den Kühlmittelverbrauch noch weiter zu verringern. Beim Betrieb von supraleitenden Anordnungen, insbesondere von Supraleitungsspulen, kommt noch dazu, daß wegen der niedrigen Sprungtemperaturen der Supraleitermaterialien, die unterhalb von etwa 18° K liegen, und wegen der Verschlechterung des magnetischen Verhaltens der Supraleiter mit steigender Temperatur praktisch nur flüssiges Helium als Kühlmittel verwendet werden kann. Da flüssiges Helium verhältnismäßig kostspielig ist, muß zur Ermöglichung eines wirtschaftlich tragbaren technischen Einsatzes insbesondere von Supraleitungsspulen der Kühlmittelverbrauch möglichst klein gehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kühlmittelverbrauch bei Kryostaten mit Verdrängerkörper weiter zu verringern und deren Betriebssicherheit zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Verdrängerkörper erfindungsgemäß senkrecht zu seiner Längsachse mehrfach unterteilt, und es sind zwischen den Teilen dünne Metallbleche oder -folien angeordnet.

Durch diese zwischen den Teilen des Verdrängerkörpers angeordneten Metallbleche oder -folien, die sich auf Grund der Kühlung durch den Kühlmittelabdampf auf verschiedenen Temperaturen befinden, wird die vom Kryostatendeckel aus in den Kryostaten einstrahlende Wärme vom flüssigen Kühlmittel abgehalten. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung des Kühlmittelverbrauches und zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit des Kryostaten. Als Metallbleche haben sich beispielsweise oberflächenvergütete,

, insbesondere verchromte oder vergoldete Kupferbleche einer Stärke von etwa 0,5 bis 1 mm als geeignet erwiesen. '■

Als Material für den Verdrängerkörper ist Schaumstoff, beispielsweise der unter dem Handelsnamen Styrofoam bekannte Kunstschaumstoff, besonders geeignet. Dieser Schaumstoff ist schlecht wärmeleitend und besitzt eine sehr kleine Wärmekapazität.

ίο Außerdem ist er von sehr geringem Gewicht, so daß die mechanische Konstruktion des Kryostaten durch den Verdrängerkörper praktisch nicht belastet wird. Um ein zusätzliches Aufsteigen von Kühlmittelabdampf durch die Schaumstoffporen des Verdrängerkörpers zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, Verdrängerkörper zu verwenden, an deren Oberfläche die Schaumstoffporen größtenteils geschlossen sind, so daß kein Abdampf durchgang durch den Verdrängerkörper, aber doch ein Druckausgleich beim Abkühlen durch Eintritt des Kühlmitteldampfes ins Innere des Verdrängerkörpers möglich ist. Dadurch wird ein Schrumpfen des Verdrängerkörpers beim Abkühlen verhindert. Beispielsweise können die Poren bei einem zylindrisch geformten Verdrängerkörper an der Mantelfläche und an der oberen Deckfläche geschlossen sein, während an der Unterseite einige Poren offenbleiben. Bei Styrofoam-Schaumstoffkörpern können die Poren an der Oberfläche beispielsweise dadurch geschlossen werden, daß durch eine geeignete Wärmebehandlung eine Glasur vorgenommen wird.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit wird insbesondere bei zur Kühlung von Supraleitungsspulen vorgesehenen Kryostaten vorteilhaft im Verdrängerkörper zum Druckausgleich ein zweiter Abdampfweg vorgesehen, der ein bei normalen Betriebsbedingungen geschlossenes Überdruckventil enthält. Durch diesen zweiten Abdampfweg kann die Abdampfmenge, die beispielsweise während des Betriebes durch Verdampfen eines Teiles des flüssigen Kühlmittels beim Normalwerden der Supraleitungsspule auftritt, ohne wesentliche Druckerhöhung im Kühlmittelbehälter und damit ohne Schädigung des Kryostaten abgeführt werden. Die bei normalen Betriebsbedingungen entstehende wesentlich kleinere Abdampfmenge strömt dagegen bei geschlossenem Überdruckventil durch die Nuten an der Oberfläche des Verdrängerkörpers an der Kühlmittelbehälterwand entlang.

Eine technisch nur schwer zu beherrschende Quelle für eine zusätzliche erhebliche Wärmeeinleitung in das Innere des Kühlmittelbehälters bilden bei Kryostaten zur Kühlung von Supraleitungsspulen die Stromzuleitungen für diese Spulen. Insbesondere bei Supraleitungsspulen, die aus litzenförmigen Supraleitern gewickelt sind, weisen diese Stromzuleitungen verhältnismäßig große Querschnitte auf. Die Stromzuleitungen können beispielsweise vom Kryostatendeckel her durch im Verdrängerkörper vorgesehene Bohrungen an die im unteren Teil des Kühlmittelbehälters befindliche Spule herangeführt sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Stromzuleitungen für die Supraleitungsspule durch die Nuten an der Oberfläche des Verdrängerkörpers zu führen. Die in den Nuten angeordneten Stromzuleitungen, die gegebenenfalls mit Kühllamellen versehen sein können, werden durch den in den Nuten aufsteigenden Kühlmittelabdampf in hervorragender Weise gekühlt. Eine

Wärmeeinleitung durch die Stromzuleitungen in das so geführt sein, daß der Kühlmittelabdampf den

Kryostateninnere kann durch diese, Anordnung Deckel des Kryostaten nicht berührt,

weitestgehend vermieden werden. Der Nutenquer- An Hand einiger Figuren und Beispiele soll die

schnitt wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß trotz Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.

der in den Nuten liegenden Stromzuleitungen ein 5 F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform des

Abströmen der bei normalen Betriebsbedingungen erfindungsgemäßen Kryostaten;

auftretenden Abdampfmenge durch die Nuten ge- F i g. 2 zeigt einen Teil des Verdrängerkörpers mit

währleistet ist. in den Nuten angeordneten Stromzuführungen;

Die Bauprinzipien des erfindungsgemäßen Kryo- Fig. 3 zeigt schematisch im Schnitt eine Ausfüh-

staten können bei den verschiedensten Kryostaten- io rungsform des erfindungsgemäßen Kryostaten zur

formen Anwendung finden, beispielsweise bei Kryo- ■ Kühlung einer Supraleitungsspule mit senkrecht

staten für Supraleitungsspulen, deren Innenraum stehendem, von außen zugänglichem Innenraum;

beim Betrieb der Supraleitungsspule im flüssigen F i g. 4 zeigt schematisch im Schnitt eine Ausfüh-

Kühlmittel liegt, oder auch bei Kryostaten für Supra- rungsform des erfindungsgemäßen Kryostaten zur

leitungsspulen mit senkrecht stehendem oder hori- 15 Kühlung einer Supraleitungsspule mit horizontal He-

zontal liegendem Innenraum, der während des gendem, von außen zugänglichem Innenraum.

Betriebs von außen zugänglich ist. Bei einer vorteil- Der in F i g. 1 dargestellte Kryostat dient zur

haften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlung einer Supraleitungsspule, deren Innenraum

Kryostaten für eine Supraleitungsspule mit senkrecht beim Betrieb von flüssigem Helium erfüllt ist. Das

stehendem, von außen zugänglichem Innenraum ist 20 tiefsiedende Kühlmittel, nämlich Helium, befindet

der Kühlmittelbehälter hohlzylinderförmig ausgebil- '■- sich im Kühlmittelbehälter 1. Der Kühlmittelbe-

det und der ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildete halter 1 ist von einem als Strahlungsschutz dienenden

Verdrängerkörper an der inneren und äußeren Zy- doppelwandigen Behälter 2 umgeben, der ein höher

linderwand mit schraubenförmigen Nuten zur Füh- siedendes flüssiges Kältemittel, nämlich flüssigen

rung des Kühlmittelabdampfes versehen. Dabei wird 25 Stickstoff, enthält. Ein äußerer Vakuummantel 3, der

eine gleichmäßige Kühlung sowohl der äußeren als über den Stutzen 4 evakuierbar ist, umgibt die beiden

auch der inneren Wand des Kühlmittelbehälters er- Behälter 1 und 2. Zwischen dem Kühlmittelbehälter 1

reicht. und dem Stickstoffbehälter 2 ist ein evakuierbarer

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform Raum 5 vorgesehen, der vom übrigen Vakuumsystem des Kryostaten, die insbesondere für Supraleitungsr 30 des Kryostaten getrennt ist und über den Stutzen 6 spulen geeignet ist, deren Innenraum während des evakuiert oder mit einem Gas gefüllt werden kann. Betriebs im flüssigen Kühlmittel liegt, ist der Kühl- Die Behälter 1 und 2 und die Wände des Vakuummittelbehälter wenigstens teilweise von einem Be- mantels 3 werden vorteilhaft aus V₂A-Stahl ausgehälter für ein flüssiges Kältemittel mit höherem Siede- führt. Die Wandstärke des Kühlmittelbehälters 1 ist punkt umgeben und zwischen beiden Behältern ein 35 dabei so dünn bemessen, daß unter Berücksichtigung evakuierbarer Raum vorgesehen, der vom übrigen der möglichen Druckeinwirkungen eine möglichst Vakuumsystem des Kryostaten getrennt ist. Durch geringe Wärmeeinleitung in das im unteren Teil des diesen getrennt z. B. mit Stickstoffgas füllbaren und Behälters befindliche flüssige Helium gegeben ist. evakuierbaren Raum werden bei der zur Inbetrieb- Der den Kühlmittelbehälter 1 umgebende evakuiernahme des Kryostaten notwendigen Abkühlung 4° bare Raum 5 ist von einem aus Kupfer bestehenden besondere Vorteile erzielt. Insbesondere erübrigt Wärmeschild 7 umschlossen, der in den im Behälter 2 sich ein Füllen des Kühlmittelbehälters für das tiefer befindlichen flüssigen Stickstoff eintaucht. An seinem siedende Kühlmittel mit einem höher siedenden Kühl- oberen Ende steht der Wärmeschild 7 mit der Wand mittel zum Zwecke der Vorkühlung, das wegen der des Kühlmittelbehälters 1 in wärmeleitender Verbinnotwendigen vollständigen Entfernung des höher 45 dung und kühlt dadurch die Behälterwand an dieser siedenden Kühlmittels vor dem Einfüllen des tiefer Verbindungsstelle 8 etwa auf die Temperatur des siedenden Kühlmittels mit großen Schwierigkeiten flüssigen Stickstoffes, d. h. auf etwa 78° K. Der beim verbunden ist. Betrieb des Kryostaten im Kühlmittelbehälter 1 vor-

Bei einer weiteren Ausführungsform des Kryo- handene Heliumspiegel ist mit 9, der Stickstoffspiegel staten ist der Kühlmittelbehälter von einem Wärme- 50 im Behälter 2 mit 10 bezeichnet. Die Supraleitungsschild aus gut wärmeleitendem Metall umgeben und spule 11 befindet sich im unteren Teil des Kühlmittelder Wärmeschild in Höhe des Verdrängerkörpers mit behälters 1 und taucht beim Betrieb tief in das der Wand des Kühlmittelbehälters verbunden und flüssige Helium ein. Sie ist mit Hilfe der aus schlecht durch den Kühlmittelabdampf kühlbar. Bei dieser wärmeleitendem Material bestehenden Haltestangen Bauweise kann ein zusätzlicher Behälter für ein höher 55 12 an einer beispielsweise aus Hartgewebe bestehensiedendes Kältemittel zum Zwecke des Strahlungs- den Trägerplatte 13 befestigt. Diese ist durch Schutzes vermieden werden. Kryostaten mit abdampf- wiederum aus schlecht wärmeleitendem Material gekühltem Wärmeschild eignen sich daher insbeson- bestehende Haltestangen 14 mit dem Kryostatendere für Anwendungen, bei denen für den den Kühl- deckel 25 verbunden. Im oberen Teil des Kühlmittelmittelbehälter umgebenden Strahlungsschutz und die 60 behälters 1 ist ein aus Schaumstoff bestehender Vakuummäntel nur wenig Platz zur Verfügung steht, Verdrängerkörper 15 angebracht. Der untere Teil des beispielsweise zur Kühlung von Supraleitungsspulen Verdrängerkörpers 15 ist an der Oberfläche mit mit von außen zugänglichem Innenraum. schraubenförmig ansteigenden Nuten 16 versehen,

Um eine Vereisung des Kryostatendeckels beim durch die der beim Betrieb auftretende Kühlmittel-Betrieb zu vermeiden, können die an der Oberfläche 65 abdampf an der Wand des Behälters 1 entlanggedes Verdrängerkörpers vorgesehenen Kühlmittelwege leitet wird. In den Verdrängerkörper ist ein Rohr 17 und die gegebenenfalls im Verdrängerkörper vorhan- eingesetzt, das vor der Inbetriebnahme des Kryostaten denen weiteren Kühlmittelabdampfwege vorteilhaft den Zugang zum Innenraum der Supraleitungsspule

11 ermöglicht. Die Nuten 16 sind am Verdrängerkörper 15 etwa bis zur Höhe der Verbindungsstelle 8 des Wärmeschilds 7 mit der Wand des Kühlmittelbehälters 1 emporgeführt. Die Enthalpie des Heliumabdampfes wird daher bei dieser Bauform des Kryostaten im Temperaturbereich zwischen 4,2 und 78° K weitestgehend zur Kühlung der Wand des Kühlmittelbehälters 1 ausgenützt. In Höhe der Verbindungsstelle 8 des Wärmeschildes wird der Heliumabdampf durch radial verlaufende, im Verdrängerkörper 15 angebrachte Kanäle 18 in den rohförmigen Raum 19 geleitet, der das Rohr 17 umgibt. Dadurch wird eine Kühlung auch des Rohres 17 durch den Heliumabdampf erreicht. Der im rohrförmigen Raum 19 aufsteigende Heliumabdampf wird durch im Verdrängerkörper vorgesehene radial verlaufende Kanäle 20 in einen Ringkanal 21 geleitet, der mit dem Stutzen 22 in Verbindung steht. Durch diesen Stutzen kann der Heliumabdampf laufend austreten und gegebenenfalls einer Heliumrückgewinnungsanlage zugeführt werden. Die Abdampfwege sind dabei so angelegt, daß der Heliumabdampf mit dem Kryostatendeckel 25 nicht in Berührung kommt. Zur Sicherung gegen einen Überdruck im Kühlmittelbehälter 1, der beispielsweise beim Normalwerden der Supraleitungsspule 11 entstehen kann, ist im Verdrängerkörper 15 ein zweiter Abdampfweg 23 vorgesehen, der zu einem Überdruckventil 24 führt. Der gegebenenfalls durch das Überdruckventil 24 entweichende Heliumabdampf strömt in den rohrförmigen Raum 19 ein und wird über die Kanäle 20 und 21 dem Stutzen 22 zugeleitet. Der Verdrängerkörper 15 ist senkrecht zu seiner Längsachse mehrfach unterteilt. Zwischen den einzelnen Teilen sind dünne vergoldete Metallbleche oder -folien 26 zur Abschirmung der Wärmeeinstrahlung vom Kryostatendeckel 25 her angeordnet. Zur Füllung des als Strahlungsschild dienenden Stickstoffbehälters 2 dient die Einfülleitung 27, die vorzugsweise aus Neusilber besteht und zur Sicherung einer ruhigen Füllung fast bis zum Boden des Behälters 2 reicht. Zur Füllung des Kühlmittelbehälters 1 mit flüssigem Helium ist eine ebenfalls vorzugsweise aus Neusilber bestehende und bis zum Boden des Behälters reichende Leitung 28 vorgesehen, die an ihrem oberen Ende in einen auf der Trägerplatte 13 befestigten Trichter 29 mündet. In diesen Trichter kann ein vom Kryostatendeckel 25 her in den Kryostat eingeführter Heliumheber eingesetzt werden. Für diesen Heber ist im Inneren des Verdrängerkörpers 15 eine geeignete Bohrung vorgesehen. Das Rohr 17 ist unten mit einer Metallplatte

30 verschlossen, die durch ein kugelförmiges Gewicht

31 in ihrer Stellung gehalten wird. Danach wird während des Betriebs des Kryostaten das Aufsteigen von Heliumabdampf im Inneren des Rohres 17 vermieden. Zur weiteren Abschirmung von Wärmestrahlung ist der Teil des Kühlmittelbehälters 1, in dem sich das flüssige Helium befindet, von mehreren mit dünnen Aluminiumschichten überzogenen Kunststoffolien 32, einer sogenannten Superisolation, umgeben. Zum Anschluß der Stromversorgung für die Spule 11 dient der im Kryostatendeckel angebrachte Stecker 33.

Die Stromzuleitungen für die Spule 11 sind in Fig. 1 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Sie werden vorteilhaft in den Nuten 16 des Verdrängerkörpers 15 geführt. Ein Teil dieses Verdrängerkörpers mit in den Nuten liegenden Stromzuleitungen ist in Draufsicht in F i g. 2 dargestellt. Die innerhalb der Nuten 16 liegenden Zuleitungen sind mit 42 bezeichnet. Sie sind bei dieser Ausfiihrungsform mit einer spiralförmigen Kühllamelle 4Z versehen. Aus F i g. 2 ist ferner ersichtlich, daß dis zwischen den Nuten 16 des Verdrängerkörpers Steher; gebliebenen Stege 41 dicht mit der Wand 44 de: Kühlmittelbehälters abschließen, so daß eine gute. Führung des Heliumabdampfes in den Nuten gewährleistet ist. Bei dem Kryostaten nach Fig. 1, bei dem nur im unteren Teil des Verdrängungskörpers 15 schraubenförmige Nuten vorgesehen sind, können die Stromzuleitungen beispielsweise vom Stecker 35 durch eine nicht dargestellte Bohrung in den Ringig kanal 21, von dort durch zwei der radial verlaufenden Kanäle 20 in den rohrförmigen Raum 19 und von da aus durch zwei der radial verlaufenden Kanäle 18 in die Nuten 16 des Verdrängerkörpers 15 geführt werden. Im unteren Teil des Kühlmittelbehälters 1 werden die Stromzuleitungen dann frei durch das Helium zur Spule 11 geführt.

Die Abtrennung des evakuierbaren Raumes 5 bei dem in F i g. 1 dargestellten Kryostaten vom übrigen Vakuumsystem bringt, wie bereits erwähnt, bei der Inbetriebnahme des Kryostaten besondere Vorteile mit sich. So kann nach Evakuierung des übrigen Kryostaten der Stickstoffbehälter 2 zunächst mit Stickstoff gefüllt werden und anschließend durch den Stutzen 6 in den evakuierbaren Raum 5 ein geeignetes Wärmeaustauschgas, beispielsweise gasförmiger Stickstoff, eingeleitet werden. Dadurch wird der Kühlmittelbehälter 1 rasch auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffes abgekühlt, ohne daß es wie bei den bisher üblichen Kryostaten notwendig ist, den Behälter 1 mit flüssigem Stickstoff zu füllen. Vor der Füllung des Behälters 1 mit Helium wird das Wärmeübertragungsgas aus dem evakuierbaren Raum 5 mit Hilfe des Stutzens 6 wieder entfernt.

In F i g. 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kryostaten schematisch und im Schnitt dargestellt, die zur Kühlung einer Supraleitungsspule mit senkrecht stehendem und während des Betriebs frei von außen zugänglichem Innenraum vorgesehen ist. Der Kühlmittelbehälter 51, in dessen unterem Teil sich die Supraleitungsspule 52 befindet, ist hohlzylinderförmig ausgebildet. Über dem Heliumspiegel 53 ist im Behälter 51 ein ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildeter Verdrängerkörper 54 angeordnet. Der Verdrängerkörper 54 ist an der äußeren Zylinderwand mit schraubenförmigen Nuten 55 und an der inneren Zylinderwand mit schraubenförmigen Nuten

56 versehen. Die Nuten 55 und 56 dienen zur Entlangführung des Kühlmittelabdampfes an der inneren und der äußeren Wand des hohlzylinderförmig ;in^;-gebildeten Kühlmittelbehälters 51 und ermöglich.-:·.!ι eine Vorkühlung dieser Wände durch den Hcliutnabdampf. Der durch die Nuten 56 aufsteigende Heliumabdampf wird unterhalb des Kryostatendeckels

57 durch die im Verdrängerkörper 54 angebrachten radial verlaufenden Kanäle 58 in den Riugkanal 59 eingeleitet. Die Nuten 55 münden direkt in den Ringkanal 59. Durch den mit dem Ringkanal in Verbindung stehenden Stutzen 60 kann der Heliumabdampf abgeführt und gegebenenfalls einer Heliumrückgewinnungsanlage zugeleitet werden. Der Kiihlmittolbehälter 51 ist in seinem unteren Teil von einem hohlzylinderförmigen Wärmeschild 61 umgeben, der aus einem gut wärmeleitenden Metall, vorzugsweise

Claims

Kupfer, besteht. In Höhe des Verdrängerkörpers 54 ist der Wärmeschild 61 durch Kupferringe 62 mit der Wand des Kühlmittelbehälters. 51 verbunden. Dadurch wird bei dieser Anordnung der in den Nuten 55 und 56 des Verdrängerkörpers 54 aufsteigende Heliumabdampf sowohl zur Kühlung der Wand des Kühlmittelbehälters 51 als auch zur Kühlung des Wärmeschildes 61 ausgenutzt. Ein Stickstoffbehälter als Strahlungsschutz wird bei dieser Bauweise eingespart. Natürlich kann ein erfindungsgemäßer Kryostat für eine Supraleitungsspule mit frei zugänglichem Innenraum auch mit einem zusätzlichen Stickstoffbehälter als Wärmeschild ausgestattet sein. Zur weiteren Wärmeisolation ist um den Kühlmittelbehälter 51 und den Wärmeschild 61 ein Vakuummantel 63 vorgesehen, der über den Stutzen 64 evakuiert werden kann. Der Raum 65 zwischen dem Kühlmittelbehälter 51 und dem Wärmeschild 61 steht mit dem Vakuummantel 63 durch kleine Öffnungen in Verbindung und kann somit ebenfalls in einfacher Weise evakuiert werden. Im Verdrängerkörper 54 kann ferner ähnlich wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Kryostaten ein zweiter Abdampfweg mit einem Sicherheitsventil zum Druckausgleich im Kühlmittelbehälter 51 vorgesehen sein. Ebenso können die Spulenhalterung und die Stromzuführungen in ähnlicher Weise ausgeführt sein, wie dies in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Durch das den ganzen Kryostaten durchziehende, oben und unten offene Rohr 66 ist der Innenraum der Spule 52 auch während des Betriebs frei zugänglich. Der Verdrängerkörper 54 ist wiederum mehrfach unterteilt und mit dünnen, als Wärmeschildern dienenden Blechen 67 versehen. F i g. 4 zeigt im Schnitt und stark vereinfacht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kryostaten zur Kühlung einer Supraleitungsspule mit horizontal liegendem, beim Betrieb von außen frei zugänglichem Innenraum. Der das flüssige Helium enthaltende Kühlmittelbehälter besteht aus einem hohlzylinderförmigen Teil 71, der die Supraleitungsspule 72 aufnimmt, und aus einem turmförmigen Aufbau 73. Im turmförmigen Aufbau 73 des Kühlmittelbehälters ist oberhalb des Heliumspiegels 74 ein gegebenenfalls unterteilter und mit Kupferblechen versehener Verdrängerkörper 75 angebracht. Der Verdrängerkörper 75 ist an der Oberfläche mit schraubenförmig ansteigenden Nuten 76 versehen, durch die der Heliumabdampf an der Wand des Kühlmittelbehälters entlanggeführt wird. Im Inneren des Verdrängerkörpers 75 ist ähnlich wie bei F i g. 1 ein hier nicht dargestellter zweiter Abdampfweg mit einem Sicherheitsventil vorgesehen. Der gegebenenfalls aus dem Sicherheitsventil austretende Heliumabdampf wird über radial verlaufende Kanäle 77, die im Verdrängerkörper 75 unterhalb des Kryostatendeckels 78 vorgesehen sind, einem Ringkanal 79 zugeleitet, der mit dem Stutzen 80 in Verbindung steht und in den auch die Nuten 76 des Verdrängerkörpers 75 münden. Durch den Stutzen 80 kann der Heliumabdampf aus dem Kryostaten entfernt werden. Der Kühlmittelbehälter ist von einem Strahlungsschild 81 umgeben, der teilweise aus einem hohlzylinderförmigen Stickstoffbehälter 82 und zum restlichen Teil zur Raumersparnis aus Kupferblech besteht, das mit dem Stickstoffbehälter in gut wärmeleitender Verbindung steht. Der Strahlungsschild 81 ist an der Stelle 83 am turmförmmen Aufbau 73 des Kühlmittelbehälters befestigt und wird durch diesen getragen. Der Kühlmittelbehälter und der Strahlungsschild sind von einem Vakuummantel 84 umgeben, der mit Hilfe des Stutzens 85 evakuierbar ist. Der Raum zwischen dem Strahlungsschild und dem Kühlmittelbehälter steht durch kleine Öffnungen mit dem Vakuummantel 84 in Verbindung und kann dadurch ebenfalls leicht evakuiert werden. Die Stromzuführungen für die Supraleitungsspule 72 können in ähnlicher Weise ίο angeordnet sein, wie es in F i g. 1 und 2 beschrieben ist. Im oberen Teil des Verdrängerkörpers 75 sind dazu entsprechende Bohrungen vorgesehen. Ferner enthält der Verdrängerkörper 75 Durchführungen zur Füllung des Kühlmittelbehälters mit Helium. Die Supraleitungsspule 72 kann vorteilhaft an den Wänden des hohlzylinderförmigen Teiles 71 des Kühlmittelbehälters befestigt sein. Durch das an beiden Seiten offene Rohr 86 ist der Innenraum der Spule 72 während des Betriebs frei zugänglich. Außer zur Kühlung von Supraleitungsspulen können erfindungsgemäß ausgebildete Kryostaten auch zur Kühlung anderer supraleitender Anordnungen oder zur Kühlung verschiedenartiger Meßproben verwendet werden, die zu Meßzwecken auf tiefe Temperaturen gebracht werden müssen. Insbesondere für Meßzwecke können an Stelle des flüssigen Heliums entsprechend der jeweils erforderlichen Temperatur beispielsweise auch flüssiger Wasserstoff oder flüssiger Stickstoff als Kühlmittel verwendet werden. P atentanprüche:

1. Kryostat mit einem tief siedenden flüssigen Kühlmittel, insbesondere zur Kühlung von Supraleitungsspulen, bei welchem im Kühlmittelbehälter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kühlmittels ein Verdrängerkörper aus schlecht wärmeleitendem Material angebracht ist, an dessen Oberfläche schraubenförmig ansteigende, zur Führung des Kühlmittelabdampfes entlang der Behälterwand dienende Kühlmittelwege vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (15) senkrecht zu seiner Längsachse mehrfach unterteilt ist und zwischen den Teilen dünne Metallbleche oder -folien (26) angeordnet sind.

2. Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (15) aus Schaumstoff besteht.

3. Kryostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffporen an der Oberfläche des Verdrängerkörpers (15) größtenteils geschlossen sind.

4. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdrängerkörper (15) zum Druckausgleich ein zweiter Abdampfweg (23) vorgesehen ist, der ein bei normalen Betriebsbedingungen geschlossenes Überdruckventil (24) enthält.

5. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls mit Kühllamellen (43) versehenen Stromzuleitungen (42) für die Supraleitungsspule in den Nuten (16) an der Oberfläche des Verdrängerkörpers

(15) angeordnet sind.

6. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (51) hohlzylinderförmig ausgebildet und

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der ebenfalls hohlzylinderfönnig ausgebildete Verdrängerkörper (54) an der inneren und äußeren Zylinderwand mit schraubenförmigen Nuten (55,56) zur Führung des Kühlmittelabdampfes versehen ist.

7. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (1) wenigstens teilweise von einem Behälter (2) für flüssiges Kältemittel mit höherem Siedepunkt umgeben und zwischen beiden Behältern ein evakuierbarer Raum (5) vorgesehen ist und daß dieser evakuierbare Raum vom übrigen Vakuumsystem des Kryostaten getrennt ist.

8. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

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dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (51) von einem Wärmeschild (61) aus gut wärmeleitendem Metall umgeben und das Wärmeschild in Höhe des Verdrängerkörpers (54) mit der Wand des Kühlmittelbehälters verbunden und durch den Kühlmittelabdampf kühlbar ist.

9. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche des Verdrängerkörpers (15) vorgesehenen Kühlmittelwege (16) und die gegebenenfalls im Verdrängerkörper vorhandenen weiteren Kühlmittelabdampfwege so geführt sind, daß der Kühlmittelabdampf den Deckel (25) des Kryostaten nicht berührt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen