DE1551318C3 - Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte mit einem Zulauf für ein Hochdruck-Arbeitsmittel, an den sich mehrere Wärmetauscher, in denen das Hochdruck-Arbeitsmittel bis unter die entsprechende Inversionstemperatur gekühlt wird, anschließen, welche Vorrichtung einen Ejektor aufweist, dem das gekühlte Hochdruck-Arbeitsmittel zuführbar ist und dessen Ablauf in einen ersten Behälter zum Auffangen des Arbeitsmittels mit herabgesetztem Druck führt, dessen Dampfraum mit den Wärmetauschern in Verbindung steht und dessen Flüssigkeitsraum über einen Wärmetauscher und ein Drosselventil mit einem den zu kühlenden Gegenstand enthaltenden zweiten Behälter verbunden ist, in dem ein niedrigerer Druck herrscht und der an die Ansaugseite des Ejektors angeschlossen ist.

Eine solche Vorrichtung dient zum Liefern von Kälte bei sehr tiefen Temperaturen. Besonders in letzter Zeit ist man an Kälte interessiert, die bei Temperaturen unter 4° K geliefert wird, und zwar zur Kühlung von supraleitenden Spulen und Speicherelementen von elektronischen Rechenmaschinen. Zu diesen tiefen Temperaturen gehören sehr niedrige Dampfspannungen über dem Flüssigkeitsbad im Niederdruckbehälter, in dem der zu kühlende Gegenstand angeordnet ist. Wenn man z. B. bei 1°K liefern soll, dann gehört dazu eine Dampfspannung von 0,12 mm Hg. Um diesen Niederdruck im Behälter einhalten zu können, ist eine sehr gute Ansaugwirkung des Ejektors erforderlich.

Da das dem Ejektor zugeführte Arbeitsmittel eine etwas höhere Temperatur als das den Ejektor verlassende Arbeitsmittel aufweist, besteht am Ejektor ein bestimmter Temperaturgradient, der eine Wärmeleitung hervorruft, was die Wirkung des Ejektors und den tiefsterreichbaren Ansaugdruck nachteilig beeinflußt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der bekannten Art zu schaffen, die Kälte mit einem besseren Wirkungsgrad und bei tieferen Temperaturen liefert.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ejektor wenigstens teilweise aus einem wärmeisolierenden Material besteht.

Dadurch wird vermieden, daß Wärme durch die Wände des Ejektors in Richtung auf dessen Ende geleitet wird, was den Wirkungsgrad des Ejektors verbessert.

Dabei kann entweder das Strahlrohrteil des Ejektors an seiner Innenseite mit einer Schicht aus einem wärmeisolierenden Material versehen sein oder der Ejektor insgesamt aus einem wärmeisolierenden Material bestehen.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte, in der ein Ejektor verwendet ist, und

F i g. 2 und 3 Darstellungen zweier Ausführungsformen des in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Ejektors.

In F i g. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Kompressor bezeichnet. Das komprimierte Mittel wird zunächst durch einen Kühler 2 geführt, in dem die Kompressionswärme abgeleitet wird. Danach fließt das komprimierte Mittel durch einen Wärmetauscher 3, in dem es Wärme mit dem Mittel niedrigeren Drucks tauscht. Danach wird das Hochdruckmittel im Wärmetauscher 4 mit Hilfe einer Kühlvorrichtung 5 auf eine Temperatur von z. B. 6O⁰K gekühlt. Danach fließt das Hochdruckmittel durch den Wärmetauscher 6, in dem es wieder mit dem Mittel niedrigeren Drucks Wärme tauscht. Dann wird das Hochdruckmittel im Wärmetauscher 7 mit Hilfe der Kühlvorrichtung 8 auf eine Temperatur von z. B. 15° K gekühlt, wonach es im Wärmetauscher 9 mit dem expandierten Mittel wieder Wärme tauscht.

Das Hochdruckmittel hat dann eine Temperatur, die unter der Inversionstemperatur dieses Mittels beim herrschenden Druck liegt. Das Mittel tritt danach in einen Ejektor 10 ein, in dem der Druck dieses Mittels herabgesetzt wird. An den Ejektor schließt ein Ablauf 11 an, der in einen Behälter 12 führt. Der Dampfraum des Behälters 12 ist über die Wärmetauscher 9, 6 und 3 an die Eingangsseite des Kompressors 1 angeschlossen. Das Kondensat aus dem Behälter 12 kann über den Wärmetauscher 13 und das Drosselventil 14, in dem der Druck der Flüssigkeit weiter herabgesetzt wird, zu einem Behälter 15 fließen, in dem ein niedrigerer Druck herrscht als im Behälter 12.

Der Dampfraum des Behälters 15 ist über die Wärmetauscher 13 und 18 mit der Ansaugseite 16 des Ejektors IO verbunden.

Im Behälter 15 ist eine Kühlwendel 17 angeordnet, durch die ein zu kühlendes Mittel fließen kann. Statt der Kühlwendel 17 kann im Behälter 15 auch ein zu kühlender Gegenstand, wie eine supraleitende Spule oder ein Rechen- oder Speicherelement einer elektronischen Rechenmaschine, angeordnet sein. Als Mittel dient in der Anlage Helium.

Der Kompressor 1 komprimiert das Helium auf einen Druck Pi. Dieses Hochdruckhelium wird in den Wärmetauschern 2,3,4,6, 7 und 9 bis unter seine Inversionstemperatur gekühlt. Danach wird das Hochdruckhelium dem Ejektor 10 zugeführt. In diesem wird sein Druck herabgesetzt, wobei die potentielle Energie teil-

weise in kinetische Energie umgewandelt und letztere teilweise dazu verwendet wird, das Niederdruckhelium wieder auf Druck zu bringen. Das Helium, das mit einem Druck Pi den Ejektor verläßt, wird im Behälter 12 aufgefangen.

Der Dampf mit einem Druck Pi kann dann über die Wärmetauscher wieder zum Kompressor zurückfließen. Die gebildete Flüssigkeit wird in dem Drosselventil 14 auf einen Druck Pi entspannt, der zur Temperatur, bei der die Kälte geliefert werden muß, gehört. Der Dampf im Behälter 15 mit dem Druck Pi wird vom Ejektor 10 abgesaugt und auf den Druck Pi des Behälters 12 gebracht. Bevor er in den Ejektor 10 fließt, tauscht der Dampf aus dem Behälter 15 in den Wärmetauschern 13 und 18 Wärme mit dem Helium höheren Drucks aus. Bei dieser Vorrichtung arbeitet der Kompressor also lediglich zwischen den Drücken Pi und Px, so daß der Kompressor konstruktiv einfacher werden kann als bei Vorrichtungen, in denen die Drosselung des gesamten Heliums auf den Druck Pi stattfindet.

In F i g. 2 ist der Ejektor in vergrößertem Maßstab dargestellt. Das Hochdruckhelium mit einer Temperatur von z. B. 4° K wird dem Eingang 20 im Strahlrohrteil 21 des Ejektors zugeführt. Am Ende dieses Strahlrohrteils wird die Temperatur auf einen niedrigeren Wert herabgesunken sein. Das bedeutet, daß in den Wänden des Strahlrohrteils 21 ein Temperaturgradient vorhanden ist, der vom Eingang 20 bis zum Ausgang 22 des Strahlrohrteiles 21 verläuft. Durch die Wand des Strahlrohrteils kann also Wärme vom Eingang zum Ausgang fließen, was die Wirkung des Ejektors beeinträchtigt. Um dies zu vermeiden, ist das Strahlrohrteil 21 an seiner Innenseite mit einer Schicht 23 aus einem wärmeisolierenden Material versehen.
Statt nur eine Schicht 23 aus einem wärmeisolierenden Material vorzusehen, kann es günstiger sein, den ganzen Strahlrohrteil 21 aus Isoliermaterial herzustellen, oder sogar, wie in F i g. 3 dargestellt ist, den ganzen Ejektor aus einem wärmeisolierenden Material, wie Glas oder Kunststoff, zu machen. Dies beschränkt die Wärmeleitfähigkeit über die Wände des Ejektors, wodurch eine bessere Ejektorwirkung und ein niedrigerer Ansaugdruck erhalten werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte mit einem Zulauf für ein Hochdruck-Arbeitsmittel, an den sich mehrere Wärmetauscher, in denen das Hochdruck-Arbeitsmittel bis unter die entsprechende Inversionstemperatur gekühlt wird, anschließen, welche Vorrichtung einen Ejektor aufweist, dem das gekühlte Hochdruck-Arbeitsmittel zuführbar ist und dessen Ablauf in einen ersten Behälter zum Auffangen des Arbeitsmittels mit herabgesetztem Druck führt, dessen Dampfraum mit den Wärmetauschern in Verbindung steht und dessen Flüssigkeitsraum über einen Wärmetauscher und ein Drosselventil mit einem den zu kühlenden Gegenstand enthaltenden zweiten Behälter verbunden ist, in dem ein niedrigerer Druck herrscht und der an die Ansaugseite des Ejektors angeschlossen ist, d a durch gekennzeichnet, daß der Ejektor (10) wenigstens teilweise aus einem wärmeisolierenden Material besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohrteil (21) des Ejektors (10) an seiner Innenseite mit einer Schicht (23) aus einem wärmeisolierenden Material versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (10) insgesamt aus einem wärmeisolierenden Material besteht.