DE1601910B2 - Kältetransporteinrichtung - Google Patents

Kältetransporteinrichtung

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DE1601910B2 DE1601910A DEN0031726A DE1601910B2 DE 1601910 B2 DE1601910 B2 DE 1601910B2 DE 1601910 A DE1601910 A DE 1601910A DE N0031726 A DEN0031726 A DE N0031726A DE 1601910 B2 DE1601910 B2 DE 1601910B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kältetransport-
-'"■ einrichtung bestehend aus einem zwischen einer Kältequelle und einem zu kühlenden Gegenstand angeordneten, geschlossenen Leitungssystem, das ein gasförmiges, unter Druck stehendes Kältemittel und eine Pumpvorrichtung zum Zirkulieren des Kältemittels,
i" durch das Leitungssystem enthält.
Eine Kältetransporteinrichtung der erwähnten Art ist aus der GB-PS 5 57 093 bekannt.
Ein Nachteil der bekannten Einrichtung ist, daß der Wirkungsgrad des Kältetransportes und somit die *■■> Kühlleistung beeinträchtigt wird, besonders bei Kältetransport über großen Abständen, wegen der erheblichen Menge in die Einrichtung hineinleckende Wärme.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kältetranspoiteinrichtung zu schaffen, die Kälte bei •l(1 sehr verschiedenen Temperaturen über einen großen Abstand mit niedrigen Verlusten transportieren kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leitungssystem in einem vakuumisolierten Raum untergebracht ist, wobei wenigstens ein Teil 4r' dieses Leitungssystems von einem oder mehreren je aus einem oder mehreren Teilen bestehenden Strahlungsschirmen umgeben ist, die den betreffenden Teil des Leitungssystems gegen die Wand des Vakuumraumes abschirmen, wobei jeder Strahlungsschirm mit einer "> zweiten Kältequelle im Wärmekontakt steht, die im Betrieb Kälte bei einer höheren Temperatur liefert als die erstgenannte Kältequelle.
In dieser Einrichtung wird Strahlungswärme in vorteilhafter Weise absorbiert von Schirmen, die das 1^ Leitungssystem umgeben, wobei die genannte Strahlungswärme ausgeglichen wird mit Kälte von der zweiten Kältequelle, die Kälte bei höherer Temperatur liefert. Kälte, geliefert bei höherer Temperatur, kann mit höherem Wirkungsgrad erzeugt werden, so daß der "'· Gesamtwirkungsgrad der Kältetransporteinrichtung erheblich verbessert wird.
Enthält das Leitungssystem z. B. Heliumgas unter
Druck, das Kälte bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff transportiert, so kann die zweite Kältequel-
""' Ie z. B. durch einen Behälter mit flüssigem Stickstoff gebildet sein.
Eine günstige Ausführungsform der Kältetransporteinrichtung nach der Erfindung hat das Kennzeichen,
daß der Wärmekontakt zwischen den Strahlungsschirmen und der zweiten Kältequelle von einem zweiten, im vakuumisolierten Raum angeordneten, geschlossenen Leitungssystem gebildet ist, das ein zweites, gasförmiges, unter Druck stehendes Kältemittel und eine zweite Pumpvorrichtung zum Zirkulieren des zweiten Kältemittels durch das zweite Leitungssystem enthält und daß das zweite Leitungssystem gegebenenfalls mit dem zu kühlenden Gegenstand in wärmeleitender Verbindung steht.
Eine derartige Konstruktion ist besonders geeignet für Kältetransport über großen Abständen.
Eine weitere günstige Ausführungsform der Kältetransporteinrichtung nach der Erfindung hat das Kennzeichen, daß die Pumpvorrichtung je aus einem Gehäuse besteht, das durch eine wärmeisolierende Zwischenwand in zwei Teile geteilt ist, wobei der erste Teil außerhalb des vakuumisolierten Raumes angeordnet ist und einen Elektromotor enthält, der über eine mit Spielraum durch die Zwischenwand geführte Welle mit einem oder mehreren im zweiten Teile drehbaren Ventilatoren verbunden ist und der zweite Teil in das zugehörige Leitungssystem aufgenommen ist, derart, daß im Gehäuse das gleiche Kältemittel gleichen Drucks wie im Leitungssystem vorhanden ist.
Auf diese Weise wird eine besonders gute Dichtung des Leitungssystems und des Pumpengehäuses erreicht, wobei sich ergeben hat, daß das den Elektromotor umgebende Mittel eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, um die Wärme des Elektromotors direkt zur Umgebung abzuleiten.
Um Kälteverluste von dem die Ventilatoren enthaltenden Teil des Pumpengehäuses zu dem den Elektromotor enthaltenden Gehäuseteil zu umgehen, steht bei einer weiteren günstigen Ausführungsform der Kältetransporteinrichtung nach der Erfindung der zwischen den Ventilatoren und dem Elektromotor liegende Gehäuseteil der Pumpvorrichtung in Wärmekontakt mit der zweiten Kältequelle.
Auf diese Weise wird zum Leitungssystem hin leckende Wärme wieder auf einem Zwischentemperaturpegel aufgefangen, was naturgemäß vorteilhafter ist.
Eine weitere günstige Ausführungsform der Kältetransporteinrichtung nach der Erfindung hat das Kennzeichen, daß die Pumpvorrichtungen zu einer Pumpeinheit zusammengesetzt sind mit einem Gehäuse, das von zwei wärmeisolierenden Zwischenwänden in drei Teile geteilt ist, wobei der erste Teil einen Elektromotor enthält, der über eine mit Spielraum durch die beiden Zwischenwände geführte Welle mit einem oder mehreren im zweiten bzw. dritten Gehäuseteil drehbaren Ventilatoren verbunden ist, wobei der zwischen dem Elektromotor und dem dritten Gehäuseteil liegende, zweite Gehäuseteil im zweiten Leitungssystem und der dritte Gehäuseteil im Leitungssystem aufgenommen ist.
Dies ergibt nicht nur einen kompakteren Aufbau, sondern auch ist dabei derjenige Teil des Pumpengehäuses, der mit dem Leitungssystem mit der niedrigeren Temperatur zusammenwirkt, automatisch von dem Teil des Pumpengehäuses isoliert, in dem sich der Elektromotorbefindet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Kältetransporteinrichtung nach der Erfindung hat das Kennzeichen, daß die Welle der Pumpvorrichtung bzw. Pumpeinheit aus einem die Wärme schlecht leitenden Material hergestellt ist und eine sich auf Zimmertemperatur befindliche Lagerung hat, wobei das Gehäuse der Pumpvorrichtung bzw. Pumpeinheit von einer Umhüllung gebildet ist, die an der Ventilatorseite geschlossen und an der Elektromotorseite mit einem Deckel versehen ist.
·■> Diese Konstruktion ist thermisch günstig und läßt sich einfach (de)montieren.
Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform ist der zu kühlende Gegenstand von wenigstens einem Teil der Wand eines Hochvakuumraumes gebildet, der von
ίο einem weiteren Vakuumraum umgeben ist, in dem ein den Hochvakuumraum umgebender Strahlungsschirm angeordnet ist, wobei dieser Strahlungsschirm mit dem zweiten Leitungssystem in Wärmekontakt steht. Auf diese Weise ist eine äußerst günstige Einrichtung
i") entstanden, bei der im Hochvakuumraum schnell ein Hochvakuum erzeugt und aufrechterhalten werden kann, ·
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Kältetransporteinrichtung, die teilweise von Strahlungsschirmen umgeben ist, die in wärmeleitendem Kontakt mit einem weiteren Leitungssystem stehen, das in Wärmeaustausch mit flüssigem Stickstoff ist, der sich in einem den Behälter mit flüssigem
2r> Wasserstoff umgebenden Behälter befindet, :
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 111-111 durch einen Teil der Einrichtung nach F i g. 1,
Fig. 3 die Einrichtung nach Fig. 1, bei der nur eine Pumpvorrichtung für beide Leitungssysteme vorhanden
i'i ist, und ■..·■·.·■ .·■,.:
F i g. 4 eine Einrichtung nach F i g. 3, bei der die Kältequelle von einer Kaltgaskühlmaschine mit zwei Expansionsräumen gebildet ist.
In F i g. 1 ist ein flüssiger Wasserstoff enthaltendes
'·> Dewar-Gefäß mit 1 bezeichnet. Ein teilweise in einem vakuumisolierten Raum 4 untergebrachtes Leitungssystem 3 ist bei 5 mit dem flüssigen Wasserstoff im Wärmeaustausch. In diesem Leitungssystem befindet sich gasförmiges Helium unter einem Druck von 25 Atm
■μ und eine Pumpvorrichtung 7.
Weiterhin ist ein Gefäß 20 vorgesehen, das das Gefäß 1 umgibt und flüssigen Stickstoff enthält. Auch ist ein weiteres Leitungssystem 22 mit einem gasförmigen, unter Druck stehenden Kältemittel vorhanden, das bei
r> 23 mit dem flüssigen Stickstoff in Wärmeaustausch steht und gleichfalls im Vakuumraum 4 untergebracht ist, wobei das Leitungssystem mit einem an seinen Leitungen befestigten, aus zwei Teilen 24 und 25 bestehenden Strahlungsschirm in Wärmeaustausch ist,
"hi der die Leitungen des Leitungssystems 3 gegen die Wand des Vakuumraumes 4 abschirmt. Die weiteren kalten Teile sind von einem Strahlungsschirm 27 abgeschirmt, der gleichfalls in Wärmekontakt mit dem Leitungssystem 22 ist. Im Leitungssystem 22 liegt eine
'>·') Pumpvorrichtung 26, die in baulicher Hinsicht der im Leitungssystem 3 liegenden Pumpvorrichtung 7 ganz ähnlich ist. Eine weitere Besonderheit ist noch, daß das Leitungssystem 22 bei 28 in Wärmeaustausch mit dem Gehäuse der Pumpvorrichtung 7 gebracht ist. Bei dieser
Μ ι Einrichtung wird einstrahlende Wärme von den auf flüssiger Stickstoff temperatur stehenden Strahlungsschirmen 24 und 25 aufgefangen. Die einstrahlende Wärme wird also vom flüssigen Stickstoff ausgeglichen, während der Kälteverlust bei der niedrigeren Tempera-
|'Ί tür des flüssigen Wasserstoffs beträchtlich herabgesetzt sein wird. Dies führt naturgemäß zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Einrichtung, da Kälte bei flüssiger Stickstofftemperatur mit einem beträchtlich
höheren Wirkungsgrad erzeugt werden kann als Kälte bei derTemperatur von flüssigem Wasserstoff.
Der zu kühlende Gegenstand ist bei dieser Anlage von einem Hochvakuumraum 70 gebildet. Das Leitungssystem 3 ist in Wärmekontakt mit der Wand des Raumes 70, so daß diese Wand auf nahezu flüssige Wasserstofftemperatur gekühlt wird. Bei dieser Temperatur wird die Wand die Dampfspannung der verschiedenen Gase im Raum 70 besonders niedrig machen, so daß sehr schnell ein Hochvakuum erreicht wird. Der Raum 70 ist von einem weiteren Vakuumraum 71 umgeben, in dem ein Strahlungsschirm 72 angeordnet ist, der mit dem Leitungssystem 22 in Wärmekontakt ist und daher ungefähr die flüssige Stickstoff temperatur annehmen wird.
In Fig.3 ist eine Einrichtung dargestellt, die im wesentlichen der Einrichtung nach F i g. 1 entspricht, aber bei der nur eine Pumpvorrichtung 30 vorhanden ist, die aus einem Gehäuse 31 besteht, das durch isolierende Zwischenwände 32 und 33 in drei Teile 34, 35 und 36 geteilt ist. Im Teil 34 befindet sich der Elektromotor, der über eine mit Spielraum durch die Zwischenwände 32 und 33 geführte Welle 38 mit einem im Teil 35 angeordneten Ventilator 40 und einem im Teil 36 angeordneten Ventilator 39 verbunden ist. An den Teil 36 schließt das Leitungssystem 3 und an den Teil 35 das Leitungssystem 22 an. Auf diese Weise ist nicht nur eine einfachere Bauart entstanden, sondern auch ist der Teil 36, der einen Teil des Leitungssystems 3 bildet, in dem sich das Mittel mit der niedrigeren Temperatur befindet,
gegen den Elektromotor 37 isoliert.
In Fig. 4 ist eine ähnliche Einrichtung wie in Fig. 3 dargestellt, bei der aber die Kältequelle von einer Zweistufenkühlmaschine gebildet ist. Diese Kühlmaschine, die nur teilweise dargestellt ist, enthält einen Kolben 51 und einen aus zwei Teilen 52 und 53 verschiedenen Durchmessers bestehenden Verdränger. Über dem Kolben 51 befindet sich ein Kompressionsraum 54, der über einen Kühler 55, einen ersten Regenerator 56 und einen ersten Gefrierer 57 mit einem Zwischenexpansionsraum 58 in Verbindung steht. Der Zwischenexpansionsraum 58 steht über einen zweiten Regenerator 59 und einen zweiten Gefrierer 60 mit dem Endexpansionsraum 61 in Verbindung. Diese Kühlmaschine liefert im Expansionsraum 58 Kälte bei einer Temperatur von z.B. 70°K, während im Expansionsraum 61 Kälte bei einer Temperatur von z.B. 200K geliefert wird. Das Leitungssystem 3 ist bei 62 in Wärmeaustausch mit dem Gefrierer 60, während das Leitungssystem 22 bei 63 in Wärmeaustausch mit dem Gefrierer 57 steht. Die weitere Wirkung und Konstruktion dieser Einrichtung ist ganz ähnlich derjenigen nach F i g. 1 und 3.
Nach dem Vorgehenden ist es einleuchtend, daß die Erfindung eine äußerst einfache Kältetransporteinrichtung schafft, mittels der mit einem äußerst guten thermischen Wirkungsgrad Kälte bei sehr niedrigen Temperaturen über einen langen Abstand von einer Kältequelle auf einen zu kühlenden Gegenstand übertragen werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Kältetransporteinrichtung bestehend aus einem zwischen einer Kältequelle und einem zu kühlenden Gegenstand angeordneten, geschlossenen Leitungssystem, das ein gasförmiges, unter Druck stehendes Kältemittel und eine Pumpvorrichtung zum Zirkulieren des Kältemittels durch das Leitungssystem enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (3) in einem vakuumisoiierten Raum (4) untergebracht ist, wobei wenigstens ein Teil dieses Leitungssystems von einem oder mehreren je aus einem oder mehreren Teilen bestehenden Strahlungsschirmen (24, 25) umgeben ist, die den betreffenden Teil des Leitungssystems (3) gegen die Wand des Vakuumraumes (4) abschirmen, wobei jeder Strahlungsschirm mit einer zweiten Kältequelle (20; 57) im Wärmekontakt steht, die im Betrieb Kälte bei einer höheren Temperatur liefert als die erstgenannte Kältequelle (1; 60).
2. Kältetransporteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmekontakt zwischen den Strahlungsschirmen (24, 25) und der zweiten Kältequelle (20; 57) von einem zweiten, im vakuumisolierten Raum (4) angeordneten, geschlossenen Leitungssystem (22) gebildet ist, das ein zweites, gasförmiges, unter Druck stehendes Kältemittel und eine zweite Pumpvorrichtung (26) zum Zirkulieren des zweiten Kältemittels durch das zweite Leitungssystem (22) enthält und daß das zweite Leitungssystem (22) gegebenenfalls mit dem zu kühlenden Gegenstand (72) in wärmeleitender Verbindung steht.
3. Kältetransporteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung (7; 26) aus einem Gehäuse besteht, das durch eine wärmeisolierende Zwischenwand in zwei Teile geteilt ist, wobei der erste Teil außerhalb des vakuumisolierten Raumes (4) angeordnet ist und einen Elektromotor enthält, der über eine mit Spielraum durch die Zwischenwand geführte Welle mit einem oder mehreren im zweiten Teile drehbaren Ventilatoren verbunden ist und der zweite Teil in das zugehörige Leitungssystem (3; 22) aufgenommen ist, derart, daß im Gehäuse das gleiche Kältemittel gleichen Drucks wie im Leitungssystem vorhanden ist.
4. Kältetransporteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Elektromotor und den Ventilatoren liegende Gehäuseteil der Pumpvorrichtung (7; 26) in Wärmekontakt (27,24,22) mit der zweiten Kältequelle (20) steht.
5. Kältetransporteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtungen zu einer Pumpeinheit (30) zusammengesetzt sind mit einem Gehäuse (31), das von zwei wärmeisolierenden Zwischenwänden (32,33) in drei Teile geteilt ist, wobei der erste Teil (34) einen Elektromotor (37) enthält, der über eine mit Spielraum durch die beiden Zwischenwände geführte Welle (38) mit einem oder mehreren im zweiten (35) bzw. dritten (36) Gehäuseteil drehbaren Ventilatoren (40,39) verbunden ist, wobei der zwischen dem Elektromotor (37) und dem dritten Gehäuseteil (36) liegende, zweite Gehäuseteil (35) im zweiten Leitungssystem (22) und der dritte Gehäuseteil (36) im Leitungssystem (3) aufgenommen ist.
6. Kältetransporteinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (38) der Pumpvorrichtung (7, 26) bzw. Pumpeinheit (30) aus einem die Wärme schlecht leitenden Material hergestellt ist und eine sich auf Zimmertemperatur befindliche Lagerung hat, wobei das Gehäuse (31) der Pumpvorrichtung bzw. Pumpeinheit von einer Umhüllung gebildet ist, die an der Ventilatorseite geschlossen und an der Elektromotorseite mit einem Deckel versehen ist.
7. Kältetransporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zu kühlende Gegenstand von wenigstens einem Teil der Wand eines Hochvakuumraumes (70) gebildet ist, der von einem weiteren Vakuumraum (71) umgeben ist, in dem ein den Hochvakuumraum umgebender Strahlungsschirm (72) angeordnet ist, wobei dieser Strahlungsschirm mit dem zweiten Leitungssystem (22) in Wärmekontakt steht.
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